CN103909095B - 热轧机活套控制方法和用于热轧机的轧制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热轧机活套控制方法和用于热轧机的宽薄规格轧制方法，该活套控制方法包括：在活套的下游相邻机架咬钢后，执行活套的起套过程；在所述起套过程完成后，执行活套的恒张力控制过程；以及在该活套的上游相邻机架抛钢之前，开始执行活套的落套过程；其中，执行活套的起套过程包括：在活套的下游相邻机架咬钢后，调节活套的角度到起套角度；使用非线性控制，将活套的角度从所述起套角度调节到设定角度，该特定角度大于该起套角度；以及使用微张力控制，将活套的角度从设定角度调节到工作角度，该工作角度大于该设定角度。

Description

热轧机活套控制方法和用于热轧机的轧制方法

技术领域

本发明涉及一种热轧机活套控制方法和用于热轧机的轧制方法。

背景技术

热轧机的精轧活套是保持带钢在精轧机架中稳定轧制的关键设备。薄规格因变形量大、轧制力接近设备极限，更容易受轧件的微小变化或轧机本身的微小扰动、调控不及时等破坏轧制稳定性，活套不稳定将可能导致带钢跑偏、拉窄、轧破、叠轧致轧废、甩尾现象的发生，因此对精轧各机架间轧制控制生产工序都提出了更严格的要求。

针对传统热轧带钢轧机，日本川崎钢铁公司是世界上第一个开发一套全连续（无头轧制）热轧机。无头轧制是在精轧之前将板坯焊接后经精轧机连续轧制的一种轧制方法，采用这种方法仅一次穿带，带钢全长的轧制速度稳定，张力均匀，采用该工艺装备轧制有利于改善尺寸精度，提高对精轧机的出口温度和卷取温度的控制能力，很适合生产薄规格产品。

随着薄板坯连铸连轧（CSP）生产线的开发，由于CSP工艺薄板坯进入长辊底式炉均热，致使进入精轧机列的薄板坯不仅温度高而其温度很均匀，从而为生产薄规格热轧带钢创造了良好条件。

但前述的两种生产方法在生产产品规格方面较单一，且轧机需做较大改造，存在一定局限性。常规热轧宽带钢轧机在生产极薄规格宽带钢具有很大限制因素，第一是薄带钢终轧温度命中率低的问题。由于极薄规格热带钢厚度很薄（≤2.0mm），温降很快，使温度难于控制。为保终轧温度，可以通过提高粗轧出口温度来解决，但是，提高粗轧出口温度会带来带钢表面质量下降和能耗增加等问题，有一定的限度。提高带钢热轧的穿带速度会有一定的效果，但其受带钢在输出辊道上运行稳定性的影响，尤其对于变速轧机，轧制过程中速度会因温度影响随时发生变化，容易造成活套起大套造成轧烂或废钢等，同时给生产节奏带来严重影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的热轧机活套控制方法以及用于热轧机的轧制方法。

为了实现上述目的，本发明的一个方面提供一种热轧机活套控制方法，该方法包括：在活套的下游相邻机架咬钢后，执行活套的起套过程；其中，执行活套的起套过程包括：在活套的下游相邻机架咬钢后，调节活套的角度到起套角度；采用非线性控制，将活套的角度从所述起套角度调节到设定角度，该特定角度大于该起套角度；以及采用微张力控制，将活套的角度从设定角度调节到工作角度，该工作角度大于该设定角度。

本发明的另一个方法提供一种用于热轧机的宽薄规格轧制方法，该热轧机包括多个精轧机架，相邻两个精轧机架之间设置有活套，该方法包括使用根据上述的活套控制方法对所述活套进行控制。

通过上述技术方案，对现有的热轧方法做出改进，能够提高产品的生产稳定性能以及产品质量。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的实施方式涉及的活套以及机架示意图；以及

图2是根据本发明的实施方式提供的热轧机活套控制方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，提及的术语“机架”指的是热轧机的精轧机架，术语“活套”指的是位于精轧机架之间的活套，其可以包括活套杆和位于活套杆端部的活套辊等，以及术语“活套角度”是指活套杆与轧制平面之间的夹角。

在热连轧生产过程中，带钢在各个连轧机组中需要保持“金属秒流量”相等，同时维持带钢恒定的张力，这主要通过设置在连轧机架之间的活套来实现。

图1示出了机架与活套的示意图。如图1所示，活套3可以包括活套杆和位于活套杆端部的活套辊，活套角度的调节可以通过活套电机（可替换的可以由液压装置）来实现。图1中还示出了针对一个活套的上游机架1、下游机架2、轧制平面4和轧制方向5。

一般来说，活套在每个轧制周期内可以经历起套、恒张力控制、落套三个阶段。在起套状态，活套位于与轧制平面一致的高度，即活套杆端部的活套辊位于与轧制平面相切位置，以便顺利穿带。穿带后，下游机架咬钢，活套立刻向上抬起，直至活套辊向上绷紧带钢形成张力，待张力达到设定值后，进入到恒张力控制阶段，起套结束。

在恒张力控制阶段，活套控制器根据张力传感器件反馈的带钢张力信号闭环控制驱动活套辊绷紧带钢，保证带钢维持恒定张力。活套高度随相邻机架间保持恒定张力所需的带钢套量（即带钢被顶起形成的三角形两短边之和减去长边）的变化而变化，处于随动状态；在此过程中，当控制器检测到活套实际工作角度（对应活套相应的高度）与给定角度产生偏差时，将通过调整机架主传动运行速度对上游机架的轧制速度进行补偿性调节，以调控机架出口的金属流量，起到控制机架间套量的作用。带钢在连轧机组即将轧制完成时，尾部将依次通过各个机架，活套辊必须在上游机架抛钢前降低到轧制平面高度，恢复到准备状态，此过程为活套的落套阶段。

在活套的起套过程中，传统的活套控制方法是在活套达到起套角度与带钢建立张力后，活套按一给定斜率从起套角度上升到工作角度，在该过程中，活套的角度与张力呈线性关系。由于活套的起套角度与最终的工作角度之间存在一定的角度差（例如，一般在5~8度），而活套起套时间不应太长（通常在1秒左右），因为时间太长，在无张力状态下轧制的带钢段太长，会影响带钢产品质量。鉴于此，要求在短时间内将活套从起套角度上升到工作角度。而活套角度变化与张力变化成线性关系或定常的，会致使控制器不完善。在某些情况下，其控制器过程的误差能引起轧制状态的不稳定或轧制故障。

本发明的改进之一是构思在活套从起套角度上升到工作角度过程中增加非线性控制，活套角度与系统离散化控制。具体而言，如图2所示，根据本发明的实施方式，提供了一种热轧机活套控制方法，该方法可以包括：

在活套的下游相邻机架咬钢后，执行活套的起套过程；

其中，执行活套的起套过程包括：

在活套的下游相邻机架咬钢后，调节活套的角度到起套角度；

使用非线性控制，将活套的角度从所述起套角度调节到设定角度，该设定角度大于该起套角度；以及

使用微张力控制，将活套的角度从设定角度调节到工作角度，同时延长该阶段的工作时间，该工作角度大于该设定角度。

该方法还可以包括：

在所述起套过程完成后，执行活套的恒张力控制过程；以及

在该活套的上游相邻机架抛钢之前，开始执行活套的落套过程。

在本发明的实施方式中，理想的起套角度可以例如为18°，工作角度可以例如为21°至25°。设定角度介于起套角度与工作角度之间。

将活套从轧制平面（即0°位置）调节到起套角度的过程要求时间尽可能短，因为此时带钢处于无张力状态，如果时间太长，在无张力控制状态下的带钢段太长，会影响带钢产品质量。为了缩短这个时间，可以在活套起动时以最大加速度（电流给定最大限幅值）将活套调节到起套角度。

在活套达到起套角度后，可以例如采用先进过程控制（APC）将活套的角度调节（增大）到设定角度，该设定角度小于恒张力轧制阶段时活套的工作角度。在达到该设定角度后，可以采用微张力控制。这里，微张力控制是指基于传统的张力与活套角度建立线性关系对活套角度进行控制（例如，PID控制。由于此过程张力变化比较微小，因此称为微张力控制）。由于已经将活套调节到设定角度，因此可以相对缓慢地将活套的角度从设定角度调节（增大）到工作角度，因此可以增加该微张力控制过程的时间。这样做的好处是避免带钢在穿带过程中起大套，而起大套可能会导致带钢跑偏、拉窄、轧破、甩尾现象发生（尤其是在轧制薄带钢时危害程度最大）。

微张力控制过程的时间可从传统的1~2秒延长至8~13秒。

对活套角度的非线性控制可以使用热轧机的控制系统通过一个非线性控制模型来实施。其控制算法可以例如为：

u(k)=u(k-1)+k_p[e(k)-e(k-1)]+k_ie(k)+k_d[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]

其中，u(k)为输出控制量，e(k)为建立的性能指标函数；k=i(i=1,2，……n);系数k_p、k_i、k_d为相邻时间节点对应（人工）可调参数，其不能为负值。

非线性控制模型可以例如采用3层的BP神经网络和经典增量式数字控制器来建立。通过调节经典增量式数字控制器参数，以期达到所需指标的最优化（例如性能指标函数为其中r(k)为系统瞬时检测角度值，y(k)为输入控制量）。考虑对象参数的慢时变特性，可以对u(k-1)、y(k-1)的系数分别引入1-0.82e^-0.1k及1+0.2sin(kπ/50)慢时变函数。可以采用（例如y(k)）递推最小二乘法预估模型，并进一步输出预测值，完成活套角度和带钢张力的解耦合，达到活套角度和张力值很好地稳定在设定值附近。BP神经网络和经典增量式数字控制器是本领域技术人员公知的，这里不再赘述。

之后，进入恒张力控制阶段，恒张力控制阶段与现有技术基本相同，这里不再赘述。在该恒张力控制阶段中，可以通过调节精轧机架的轧制速度来维持恒张力。

关于落套阶段，活套落套控制主要是通过带钢尾部跟踪来实现，主要跟踪信号有精轧机前的热金属检测器，各个机架的负荷继电器及其主速度和相应的前、后滑值。设定尾部剩余一段距离作为控制常数，系统检测到时，发出落套准备指令，达到抛钢位置时，立即发出活套落套指令，落套立即进行落套控制。

本发明的实施方式提供的方法可以在不需要增加硬件设备的情况下通过现有的热轧机控制系统就能实现。在典型的热轧机控制系统中，活套的起套、落套自动顺序控制主要是通过对带钢头部、尾部跟踪来实现。主要跟踪信号有热轧机（精轧部分）前的热金属检测器，机架（精轧机架）的负荷继电器以及各机架的主速度和相应的前、后滑值。通过这些信号就可以较为精确地计算带钢穿带时带钢头部和抛钢时带钢尾部的位置。而各负荷继电器信号对跟踪带钢头尾位置起到修正作用。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于热轧机的轧制方法，该热轧机包括多个精轧机架，相邻两个精轧机架之间设置有活套，该方法包括使用上述的活套控制方法对活套进行控制。

在本发明的一个实施方式中，热轧机可以包括至少三个（例如7个）精轧机架，可以将后两机架的最大轧制速度（穿带速度）设定在12~16m/s，这样可以避免穿带后加速过快导致的轧制状态不稳定。另外，后三机架可以采取小压下率控制，压下率控制在例如30%以下。这样可以使活套角度和张力值小，可避免活套角度和张力系统变化大，利于稳定，从而提高宽薄规格带钢产品质量。

以上实施方式提供的方法可以由热轧机控制系统来实施。总的来说，控制系统可以通过调节精轧轧制速度，控制活套高度和张力的变化；调节精轧机组各机架的轧制速度，保持各机架秒流量相等，维持恒张力轧制。重点选轧制起始采取大张力轧制工艺带钢，合理的单位张力选取选择为：（1）最大单位张力不得超过轧制温度下带钢屈服强度的35%；（2）随着轧制温度主机架降低，允许单位张力逐渐加大。起套应在1s内完成。

活套起落套时对热轧机的传动系统采用电压环控制，活套在下游相邻机架咬钢后，全速启动（最大加速度，电流给定最大限幅值），与带钢进行软接触，建立小张力。活套到达起套角度后，控制系统先对活套进行APC控制，使活套达到一设定角度，之后进入微张力控制，直至活套达到工作角度。此后控制系统设定张力作为传动电压环外限幅控制，活套进入微（小）张力控制阶段。

控制系统对活套的控制有以下要求：

（1）活套起套的理想角度定可以为18°，稳定轧制阶段活套高度工作角可以为21°～25°，最后活套落套前设为落小套阶段，小套角度可以为12°～15°，且落套时间不能过早；

（2）活套建立张力阶段，由于活套起套时动作速度快，输出力矩很大，采取大张力轧制工艺；

（3）稳定轧制阶段为恒张力，采用微小张力轧制；

（4）优化精轧速度，通过速度来调节稳定轧制过程中实现恒张力，保持平衡并调节活套到工作角度，落小套时通过速度调节实现活套角度跟随落小套斜坡给定角度。

（5）优化活套调节参数和活套调节速度，优化后活套的自动调节到位时间小于200ms，调节精度控制在2°范围内。

应用实例1：

以西昌钢钒1.6×1500mm*C规格的高强SPA-H耐候集装箱用钢为例，按本发明实施方式提供的方法实施，实现了稳定轧制。稳定轧制时活套角度设定为24°，落套时活套角度控制在13°左右，后三机架的压下率分别设定为20%、15%、9%，最后一个机架的轧制速度控制在14.7m/s左右。厚度、宽度、终轧温度、卷取温度、平直度、凸度等各项目标值均达到98%以上。

应用实例2

以西昌钢钒2.0×1500mm*C规格的高强QstE460汽车结构成型用钢为例，按本发明的实施方式提供的方法实施，实现了稳定轧制。稳定轧制时活套角度设定为25°，落套时活套角度控制在12°左右，后三机架的压下率设定为21%、14%、8%，最后一个机架的轧制速度控制在15.6m/s左右。厚度、宽度、终轧温度、卷取温度、平直度、凸度等各项目标值均达到98.2%以上。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种热轧机活套控制方法，其特征在于，该方法包括：

在活套的下游相邻机架咬钢后，执行活套的起套过程；

其中，执行活套的起套过程包括：

在活套的下游相邻机架咬钢后，调节活套的角度到起套角度；

使用非线性控制，将活套的角度从所述起套角度调节到设定角度，该设定角度大于该起套角度；

使用微张力控制，将活套的角度从设定角度调节到工作角度，该工作角度大于该设定角度；

其中，在活套起动时，以最大加速度将活套调节到起套角度。

2.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：

在所述起套过程完成后，执行活套的恒张力控制过程；以及

在该活套的上游相邻机架抛钢之前，开始执行活套的落套过程。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，将活套的角度从设定角度调节到工作角度所用时间的范围为8秒至13秒。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，执行活套的恒张力控制过程包括：

调节各个机架的轧制速度以维持恒张力。

5.一种用于热轧机的轧制方法，该热轧机包括多个精轧机架，相邻两个精轧机架之间设置有活套，该方法包括使用根据权利要求1-4中任意一项所述的活套控制方法对所述活套进行控制。

6.根据权利要求5所述的轧制方法，其中，所述多个精轧机架为至少三个精轧机架，该方法还包括：

将后三个精轧机架的压下率控制在30％以下。