CN103785692B - 热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法 - Google Patents

热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热轧带钢生产方法领域，尤其涉及一种长度方向多个目标厚度的热轧带钢生产方法。一种热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，带钢第一等厚段采用常规厚度控制策略，其它等厚段和各个等厚段之间的过渡段采用变厚控制策略，根据带钢第一等厚段的长度、厚度目标值的变化量、轧制稳定性和机架间距确定参与变厚控制的机架，计算各个机架在带钢各个等厚段的辊缝值，辊缝变化的时间，辊缝变化速率，完成长度方向不同目标厚度带钢的生产控制。本发明根据第一等厚段长度与不同目标厚度变化量等确定参与控制的机架，然后分摊负荷变化量，有效避免了因秒流量不平衡对轧制稳定性的影响，生产出的长度方向厚度分段变化的带钢达到了用户要求。

Description

热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法
技术领域
本发明涉及热轧带钢生产方法领域，尤其涉及一种长度方向厚度分段变化的热轧带钢生产方法。
背景技术
变厚钢板轧制技术最早起源于日本某钢铁公司，其于1978年开始研制并生产变截面中厚板。随后，法国和德国的钢铁公司分别在20世纪80和90年代开发出变厚钢板。变厚轧制技术在中厚板轧机领域的发展已比较成熟。
现有的厚板轧机大都为单机架可逆轧机，在变厚控制过程中不存在秒流量平衡等问题，变厚的重点在于根据要求的形状精确控制辊缝的抬起或压下，所以中厚板轧机的变厚控制技术发展较快。相对于中厚板轧机，传统热连轧机设计上都是以带钢全长厚度均一控制为目的，不具备变厚控制的能力，所以在传统热连轧机上进行变厚控制难度比较大。
常规热连轧机是以秒流量平衡为基础进行控制的，在常规热连轧机上进行变厚轧制除了要对辊缝进行精确控制外还要对各机架辊缝的压下或抬起时序、前后机架之间的速度匹配以及活套稳定性等进行控制。变厚过程要尽量避免因秒流量不平衡对轧制稳定性的影响，所以要在热连轧机架上进行精确的变厚控制难度很大。另一方面，受用户需求的限制，变厚热轧带钢的应用领域非常狭窄，绝大多数用户都要求使用厚度均匀的带钢，所以该项技术在传统热连轧机上的发展很慢。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，该方法在末机架咬钢后，根据第一等厚段长度、目标厚度变化量、机架间距与轧制稳定性确定参与控制的机架，然后将各段带钢的负荷变化量等比例分摊到参与控制的机架上，进行辊缝的多次设定，确保了带钢的精度。
本发明是这样实现的：一种热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，将目标带钢分成等厚控制和变厚控制两种类型进行轧制控制；其中目标带钢第一等厚段采用等厚控制策略，等厚控制策略根据常规的轧制稳定性和板形控制需要，采用相对压下率的负荷分配方式，沿着带钢运行方向按照从前往后机架负荷逐渐减小的原则分配各个机架应承担的负荷；各个等厚段之间的过渡段和其它等厚段采用变厚控制策略，当热连轧机组中末机架咬钢后，变厚控制策略按以下步骤进行：
步骤一、确定变厚控制机架；变厚控制由轧机后段机架实施，变厚控制起始机架根据带钢第一等厚段的长度、各个等厚段的目标厚度变化量、机架间距以及轧制稳定性确定；
步骤二、确定变厚控制各机架负荷；根据前一等厚段各个机架负荷以及后一等厚段各个机架负荷的变化量等比例分摊负荷变化量，并根据负荷与辊缝之间的转换关系计算得到各个等厚段的目标厚度对应的各个机架的辊缝值；
步骤三、确定各变厚控制机架的动作时序；计算参与变厚控制的各个机架进行辊缝变化的时间，使各个机架进行辊缝变化时作用于目标带钢的同一位置点；
步骤四、计算控制各个等厚段之间的过渡段时，参与变厚控制的各个机架辊缝变化速率，完成长度方向不同目标厚度带钢的生产控制。
所述步骤一中确定参与变厚控制的机架具体方法如下，
选取满足公式（1）条件的机架作为参与变厚控制的起始机架：
（1）
式中：为第机架出口带钢的厚度
为机架序号
为热连轧机组的末机架序号
为第一等厚段长度
为第机架到第机架之间的距离，热连轧机组各机架间的距离相等为常数；
为末机架出口带钢的厚度；
参与变厚控制的机架为第机架~末机架；从轧制稳定性出发，参与变厚控制的机架在末机架咬钢后才开始。
从轧制稳定性出发，参与变厚的机架数越多则变厚轧制越稳定，所以此处选取所有满足公式1条件的机架作为参与变厚控制的机架。
所述步骤二中计算参与变厚控制的各个机架在目标带钢第等厚段的负荷具体如下式（2）：
（2）
式中：为第机架在目标带钢第等厚段的负荷；
为第机架在目标带钢第等厚段的前一等厚段的负荷；
为第机架在等一等厚段的初始负荷；
为从第等厚段过渡到第等厚段的负荷变化系数，负荷变化系数r必须满足下式（3）：
（3）
式中：为第等厚段末机架的出口带钢的厚度；
为第等厚段第i机架的入口带钢的厚度；
为热连轧机组的总机架数；
为参与变厚控制的起始机架。
所述步骤三中，计算参与变厚控制的各个机架进行辊缝变化的时间具体如下式（5），
（5）
式中：为第机架相对于第机架压抬辊缝延时时间；
为第机架入口带钢运动的速度，m/s；
为第机架到第机架之间的距离，热连轧机组各机架间的距离相等为常数；
第机架的辊缝动作必须在第机架辊缝动作基础上延时开始动作，以确保各个机架进行辊缝变化时作用于目标带钢的同一位置点。
所述步骤四中，计算控制各个等厚段之间的过渡段时参与变厚控制的各个机架辊缝变化速率具体计算如下，目标带钢从第等厚段到第等厚段过渡时第机架的辊缝变化速率，公式(6)，
(6)
式中：为第机架在目标带钢第等厚段的辊缝；
为第机架在目标带钢第等厚段的辊缝；
为第机架出口带钢运动的速度，m/s；
为第等厚段与第等厚段之间过渡段的长度。
所述第机架出口带钢运动的速度，分以下三种情况选择：
1)当计算目标带钢最后一个过渡段的各个机架辊缝变化速率时，选取抛钢速度，
2)当计算其它的目标带钢过渡段的各个机架辊缝变化速率时，选取穿带速度，
3)其它情况下采用轧制时的实际带钢运动速度。
本发明热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法在末机架咬钢后，根据第一等厚段长度、目标厚度变化量、机架间距与轧制稳定性确定参与控制的机架，然后将各段带钢的负荷变化量等比例分摊到参与控制的机架上，进行辊缝的二次设定，有效避免了因秒流量不平衡对轧制稳定性的影响；具体控制时带钢头部的第一等厚段不投入厚度自动反馈控制AGC，头部厚度的等厚控制主要依靠热连轧机组本身的模型设定进行保证，其它等厚段投入监控AGC功能，确保了带钢的精度，使得生产出的长度方向厚度分段变化的带钢达到了用户的要求。
附图说明
图1为本发明热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法实施例中生产的长度方向不同目标厚度带钢的示意图；
图2为本发明实施例中第一等厚段、第二等厚段和第三等厚段各个机架负荷对比示意图；为第一等厚段各机架负荷曲线，为第二等厚段各机架负荷曲线，为第三等厚段各机架负荷曲线；纵坐标为负荷值；
图3为实施例中带钢全长厚度控制实绩图，虚线为控制误差上下限，曲折线为目标带钢实际厚度，纵坐标为带钢厚度值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，将目标带钢分成等厚控制和变厚控制两种类型进行轧制控制；其中目标带钢第一等厚段采用等厚控制策略，等厚控制策略根据常规的轧制稳定性和板形控制需要，采用相对压下率的负荷分配方式，顺着带钢运行方向按照从前往后机架负荷逐渐减小的原则分配各个机架应承担的负荷；各个等厚段之间的过渡段和其它等厚段采用变厚控制策略，当热连轧机组中末机架咬钢后，变厚控制策略按以下步骤进行：
步骤一、确定变厚控制机架，变厚控制由轧机后段机架实施，变厚控制起始机架根据带钢第一等厚段的长度、各个等厚段的目标厚度变化量、机架间距以及轧制稳定性确定；选取满足公式（1）条件的机架作为参与变厚控制的起始机架：
（1）
式中：为第机架出口带钢的厚度
为机架序号
为热连轧机组的末机架序号
为第一等厚段长度
为第机架到第机架之间的距离，热连轧机组各机架间的距离相等为常数；
为末机架出口带钢的厚度；
参与变厚控制的机架为第机架至末机架，其中末机架无需参与公式（1）的计算总是作为参与变厚控制的机架；从轧制稳定性出发，参与变厚控制的机架在末机架咬钢后才开始。
从轧制稳定性出发，参与变厚的机架数越多则变厚轧制越稳定，所以此处选取所有满足公式1条件的机架作为参与变厚控制的机架。
如图1所示，本实施例采用热连轧机组为7机架机组，即共有F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7共计7个机架，其中F1机架为初始机架，F7机架为末机架，所要生产的长度方向不同目标厚度带钢为分成三个等厚段的带钢，目标带钢头部的第一等厚段长度L1为50m、厚度H1为5.2mm；目标带钢第一过渡段长度L2为50m；目标带钢中部的第二等厚段厚度H2为4.6mm，第二等厚段长度L3为400m；目标带钢第二过渡段长度L4为50m，目标带钢尾部的第三等厚段长度L5为50m、厚度H3为5.4mm，对目标带钢第一等厚段进行等厚控制时各个机架的辊缝设定值如表1所示，
表1
由于带钢第一段厚度为5.2mm，中间坯厚度为40mm，根据初始给定负荷可以计算出各机架出口厚度见下表1a：
表1a为第一等厚段各机架出口带钢厚度
按照L1=50m，机架间距5.8m，end机架为7进行计算，满足第一厚度段长度的变厚要求的起始机架为：
当i＝1时，
同理可以计算：
当i＝2时，
当i＝3时，
当i＝4时，
当i＝5时，
当i＝6时，
因此
根据上述计算可知，当i为2，3，4，5，6时，都满足第一厚度段长度的要求，所以从轧制稳定性出发，需要尽可能多的机架数参与变厚控制，即，所以第2机架到第7机架参与变厚控制。
步骤二、确定变厚控制各机架负荷；根据前一等厚段各个机架负荷以及后一等厚段各个机架负荷的变化量等比例分摊负荷变化量，并根据负荷与辊缝之间的转换关系计算得到各个等厚段的目标厚度对应的各个机架的辊缝值；计算参与变厚控制的各个机架在目标带钢第等厚段的负荷具体如下式（2）：计算时根据第一等厚段的初始负荷依次计算后续各段的负荷值，各段的新的负荷都是以相邻的前一段的负荷值为基准进行计算，
（2）
式中：为第机架在目标带钢第等厚段的负荷；
为第机架在目标带钢第等厚段的前一等厚段的负荷；
为第机架在等一等厚段的初始负荷；
为从第等厚段过渡到第等厚段的负荷变化系数，负荷变化系数r必须满足公式（3）：
（3）
式中：为第等厚段末机架的出口带钢的厚度；
为第等厚段第i机架的入口带钢的厚度；
为热连轧机组的总机架数；
为参与变厚控制的起始机架。
在得到各段的负荷值基础上，通过辊缝模型计算出各个机架在变厚控制部分的目标带钢各个等厚段的辊缝值，各等厚段的辊缝计算见下式：
（4）
式中：为第i机架在目标带钢第k等厚段时的辊缝值；
为轧机零调轧制力；常数
为第i机架在目标带钢第k等厚段时的计算轧制力；
为轧机刚度系数；常数
为第i机架在目标带钢第k等厚段时的出口厚度
在本实施例中，各个机架在目标带钢各个等厚段的负荷如表1b所示，
表1b
通过辊缝模型得到各机架在目标带钢第二等厚段时的辊缝值和各机架在目标带钢第三等厚段时的辊缝值如表2、3所示
表2各机架在目标带钢第二等厚段时的辊缝值
表3各机架在目标带钢第三等厚段时的辊缝值
步骤三、确定各变厚控制机架的动作时序；计算参与变厚控制的各个机架进行辊缝变化的时间，使各个机架进行辊缝变化时作用于目标带钢的同一位置点，具体如下式（5），
（5）
式中：为第机架相对于第机架压抬辊缝延时时间；
为第机架入口带钢运动的速度，m/s；
为第机架到第机架之间的距离，热连轧机组各机架间的距离相等为常数；
第机架的辊缝动作必须在第机架辊缝动作基础上延时开始动作，以确保各个机架进行辊缝变化时作用于目标带钢的同一位置点。
其中第一个参与变厚控制的机架的辊缝开始变化的时刻，由末机架咬钢后加延时决定，延时时间为：
式中：；
；
当i=end时，即末机架为第一个参与变厚控制的机架时，，
在本实施例中，F2机架开始动作的时间为F7机架咬钢后加延时：
步骤四、计算控制各个等厚段之间的过渡段时，参与变厚控制的各个机架辊缝变化速率，目标带钢从第等厚段到第等厚段过渡时第机架的辊缝变化速率如公式(6)，
(6)
式中：为第机架在目标带钢第等厚段的辊缝；
为第机架在目标带钢第等厚段的辊缝；
为第机架出口带钢运动的速度，m/s；
为第等厚段与第等厚段之间过渡段的长度。
在本实施例中，所述第机架出口带钢运动的速度，分以下三种情况选择：
1)当计算目标带钢最后一个过渡段的各个机架辊缝变化速率时，选取抛钢速度，在本实施例中，抛钢速度为8.2m/s，
2)当计算其它的目标带钢过渡段的各个机架辊缝变化速率时，选取穿带速度，在本实施例中，穿带速度为5.2m/s；
3)其它情况下采用轧制时的实际带钢运动速度。
根据表2、表3和公式6可计算得到第一等厚段与第二等厚段之间过渡段以及第二等厚段与第三等厚段之间过渡段的辊缝压抬速率，具体数值如表4所示，
速度为正值表明辊缝进行上抬操作，速度为负值表明辊缝进行压下操作
表4
对第一过渡段的控制各机架的动作按照下列顺序进行：
1）由于根据前计算，参数变厚控制的机架为F2－F7机架，所以F2机架最早开始头部过渡段压下辊缝，由于前述计算F2－F7机架的带钢距离为49.7m，所以F2在F7机架咬钢后延时计算如下：
所以F2机架在F7机架咬钢后延时0.06秒F2机架立即按照0.114mm/s的速率下压辊缝，将F2机架辊缝由第一等厚段的14.6mm下压到13.5mm。
2）由式5可知，F3机架辊缝压下要正好在F2压下的位置，所以F3机架相对于F2机架要延时，这里给定穿带速度为5.2m/s，则根据秒流量相等方程，各机架的穿带速度见下表5：
表5
所以F3机架辊缝压下相对于F2机架辊缝压下需要延时：
所以F3机架在F2机架辊缝下压后延时3.01秒开始下压，下压速率为0.104mm/s,将F3机架的辊缝由第一段的9.9mm下压到8.9mm。
3）同理F4机架在F3机架辊缝压下后延时2.1秒后开始压下，压下速率为0.104mm/s,将F4机架的辊缝由第一段的8.1mm下压到7.1mm。
4）同理F5机架在F4机架辊缝压下后延时1.7秒后开始压下，压下速率为0.094mm/s,将F5机架的辊缝由第一段的6.8mm下压到5.9mm。
5）同理F6机架在F5机架辊缝压下后延时1.4秒后开始压下，压下速率为0.083mm/s,将F4机架的辊缝由第一段的5.4mm下压到4.6mm。
6）同理F7机架在F6机架辊缝压下后延时1.2秒后开始压下，压下速率为0.094mm/s,将F4机架的辊缝由第一段的5.5mm下压到4.6mm。
7）当F7机架辊缝压下到4.6mm后，监控厚度自动反馈控制功能AGC投入，此时监控AGC按照第二等厚段的目标厚度4.6mm进行监控反馈控制。
8）当带钢轧出＝50+50+400-49.7＝450.3米时，从F2机架开始按照表4中的尾部辊缝上抬速率将辊缝依次由第二等厚段的目标辊缝上抬到第三等厚段的目标辊缝。
9）F3机架上抬辊缝的开始时刻要相对于F2机架延时，由于此时已接近抛钢速度，所以近视采用抛钢速度计算各机架的延时时间，按照8.2m/s的抛钢速度计算各机架的抛钢速度见下表6：
表6
F3机架辊缝开始上抬相对于F2机架要延时：
所以，F3机架在F2机架尾部辊缝上抬后延时2.27秒后以表4中F3机架的辊缝上抬速率将F3机架的辊缝第二等厚段的目标辊缝上抬到第三等厚段的目标辊缝。
10）同理，F4机架在F3机架辊缝上抬后延时1.47秒以后按照表4中F4机架的辊缝上抬速率将F4机架的辊缝第二等厚段的目标辊缝上抬到第三等厚段的目标辊缝。
11）同理，F5机架在F4机架辊缝上抬后延时1.14秒以后按照表4中F5机架的辊缝上抬速率将F5机架的辊缝第二等厚段的目标辊缝上抬到第三等厚段的目标辊缝。
12）同理，F6机架在F5机架辊缝上抬后延时0.91秒以后按照表4中F6机架的辊缝上抬速率将F6机架的辊缝第二等厚段的目标辊缝上抬到第三等厚段的目标辊缝。
13）同理，F7机架在F6机架辊缝上抬后延时0.79秒以后按照表4中F7机架的辊缝上抬速率将F7机架的辊缝第二等厚段的目标辊缝上抬到第三等厚段的目标辊缝。
14）F7机架完成L4变厚段辊缝的上抬后，带钢厚度控制进行了L5（第三等厚段）的控制，此时投入监控厚度自动反馈控制AGC，完成全长变厚带钢厚度的控制。
完成长度方向不同目标厚度带钢的生产控制后，检测产出的长度方向不同目标厚度带钢得到如图3所示的，带钢全长厚度控制实绩图，本带钢的厚度误差达到了要求。

Claims (5)

1.一种热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，其特征是，将目标带钢分成等厚控制和变厚控制两种类型进行轧制控制；其中目标带钢第一等厚段采用等厚控制策略，等厚控制策略根据常规的轧制稳定性和板形控制需要，采用相对压下率的负荷分配方式，沿着带钢运行方向按照从前往后机架负荷逐渐减小的原则分配各个机架应承担的负荷；各个等厚段之间的过渡段和其它等厚段采用变厚控制策略，当热连轧机组中末机架咬钢后，变厚控制策略按以下步骤进行：
步骤一、确定变厚控制机架；变厚控制由轧机后段机架实施，变厚控制起始机架根据带钢第一等厚段的长度、各个等厚段的目标厚度变化量、机架间距以及轧制稳定性确定；
确定参与变厚控制的机架具体方法如下，
选取满足公式(1)条件的机架作为参与变厚控制的起始机架I：
I = m i n { i , i ∈ S × Σ n = i ( e n d - 1 ) h n h e n d ≤ L 1 } - - - ( 1 )
式中：hi为第i机架出口带钢的厚度
i为机架序号
end为热连轧机组的末机架序号
L1为第一等厚段长度
S为第i机架到第(i+1)机架之间的距离，热连轧机组各机架间的距离相等为常数；
hend为末机架出口带钢的厚度；
参与变厚控制的机架为第i机架起至末机架；考虑到轧制稳定性，参与变厚控制的机架在末机架咬钢后才开始动作；
步骤二、确定变厚控制各机架负荷；根据前一等厚段各个机架负荷以及后一等厚段各个机架负荷的变化量等比例分摊负荷变化量，并根据负荷与辊缝之间的转换关系计算得到各个等厚段的目标厚度对应的各个机架的辊缝值；
计算参与变厚控制的各个机架在目标带钢第k等厚段的负荷具体如下式(2)：
Tik＝Ti(k-1)×r(2)
式中：Tik为第i机架在目标带钢第k等厚段的负荷；
Ti(k-1)为第i机架在目标带钢第k等厚段的前一等厚段的负荷；
Ti1为第i机架在等一等厚段的初始负荷；
r为从第(k-1)等厚段过渡到第k等厚段的负荷变化系数，负荷变化系数r必须满足下式(3)：
h e n d k = h ( i - 1 ) k × Π n = I e n d ( 1 - T n ( k - 1 ) × r ) - - - ( 3 )
式中：hendk为第k等厚段末机架的出口带钢的厚度；
h(i-1)k为第k等厚段第i机架的入口带钢的厚度；
end为热连轧机组的总机架数；
I为参与变厚控制的起始机架；
步骤三、确定各变厚控制机架的动作时序；计算参与变厚控制的各个机架进行辊缝变化的时间，使各个机架进行辊缝变化时作用于目标带钢的同一位置点；
步骤四、计算控制各个等厚段之间的过渡段时，参与变厚控制的各个机架辊缝变化速率，完成长度方向不同目标厚度带钢的生产控制。
2.如权利要求1所述的热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，其特征是：从轧制稳定性出发，参与变厚的机架数越多则变厚轧制越稳定，所以此处选取所有满足公式1条件的机架号最小值作为参与变厚控制的起始机架。
3.如权利要求1所述的热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，其特征是：所述步骤三中，计算参与变厚控制的各个机架进行辊缝变化的时间具体如下式(5)，
t i = S ν ( i - 1 ) - - - ( 5 )
式中：ti为第i机架相对于第(i-1)机架压抬辊缝延时时间；
vi-1为第i机架入口带钢运动的速度，m/s；
S为第i机架到第(i+1)机架之间的距离，热连轧机组各机架间的距离相等为常数；
第(i+1)机架的辊缝动作必须在第i机架辊缝动作基础上延时ti开始动作，以确保各个机架进行辊缝变化时作用于目标带钢的同一位置点。
4.如权利要求1所述的热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，其特征是：所述步骤四中，计算控制各个等厚段之间的过渡段时参与变厚控制的各个机架辊缝变化速率具体计算如下，目标带钢从第k等厚段到第k+1等厚段过渡时第i机架的辊缝变化速率vigk，公式(6)，
v i g k = ( gap i k - gap i ( k + 1 ) ) × v i L g k - - - ( 6 )
式中：gapik为第i机架在目标带钢第k等厚段的辊缝；
gapi(k+1)为第i机架在目标带钢第(k+1)等厚段的辊缝；
vi为第i机架出口带钢运动的速度，m/s；
Lgk为第(k+1)等厚段与第k等厚段之间过渡段的长度。
5.如权利要求4所述的热连轧机组生产长度方向不同目标厚度带钢的方法，其特征是，所述第i机架出口带钢运动的速度，分以下三种情况选择：
1)当计算目标带钢最后一个过渡段的各个机架辊缝变化速率时，vi选取抛钢速度，
2)当计算其它的目标带钢过渡段的各个机架辊缝变化速率时，vi选取穿带速度，
3)其它情况下vi采用轧制时的实际带钢运动速度。
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