CN103978046B - 一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，包含如下步骤：(<i>a</i>)将测得铝板断面厚度用最小二乘法拟合为四次多项式；(<i>b</i>)通过比较铝板的二次断面偏差和四次断面偏差的绝对值大小，来判断分段冷却选用二次设定还是高次设定；(<i>c</i>)根据铝板宽度确定喷射梁喷嘴的工作宽度，即开启喷嘴的数量；(<i>d</i>)计算每个喷嘴的相对坐标；(<i>e</i>)根据步骤(<i>b</i>)的判断结果，选用不同的设定公式，求出每个喷嘴的喷射等级，实现喷射梁的分段冷却设定。通过本发明，可以提升喷射梁分段冷却对热轧铝板二次断面和高次断面的控制能力。

Description

一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法

技术领域：

本发明涉及热轧铝板工艺技术，具体指一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法。

背景技术：

铝热轧是轧件与轧辊处于高温、高压以及高摩擦条件下的轧制过程，通常用乳液进行润滑和冷却，由设置在辊缝出入口上下的喷射梁来实现。如图1，一个喷射梁有若干排喷嘴，每个喷嘴都能进行单独的开关流量控制，其中入口侧喷嘴一般多排布置，靠近辊缝处的一排喷嘴常开，作为基础冷却和润滑，其喷射的连续性、均匀性直接影响轧辊粘铝状态、咬入状态以及带材表面质量等。除此以外的喷嘴作为分段冷却作用于工作辊，是除压下倾斜、弯辊和窜辊之外，板形控制的一种重要手段。因为分段冷却控制灵活，可以实现轧辊辊面上任意区段的辊形控制。如图2所示，它通过开关沿辊身轴向布置的喷嘴来确定冷却水的横向分布，从而改变工作辊各冷却区段的热膨胀，达到控制轧后带材断面厚度分布的目的。

铝板热轧轧制温度高且表面反光，通常只配备断面仪检测铝板断面横向厚度分布，而铝冷轧一般配有接触式板形仪，用于检测浪形，为此分段冷却在热轧主要用于控制铝板带的断面形状，在冷轧多用于控制浪形。

(1) 控制铝板断面的分段冷却设定

热轧过程中，轧辊温度中间高两边低，热膨胀不均匀可以造成较大热凸度。这种设定方式的基本策略是在距带材边缘约200mm的区域内通过逐步减小冷却喷射量或者不喷乳液，或是采用中间喷射等级较大的二次抛物线形式来控制工作辊的热凸变形，进而控制轧制铝板的断面形状，并通过轧制的实际断面反馈情况，调整设定方式。

采用如上分段冷却设定方式原理简单，随着铝板宽度和轧制压力的变化，轧辊的热辊形变化复杂，有时是凸形的，有时是驼峰形的，由此造成的高次热轧铝板断面缺陷（如M型和W型等）通过简单的分段冷却设定无法解决。

(2) 控制铝板浪形的分段冷却设定

这种设定方式根据板带浪形来调整冷却分布，一般多用于冷轧。当冷轧板形仪表检测出现中浪时，采用中间喷射等级较大的二次抛物线分布模式，减小工作辊热凸度；而在轧制较硬铝合金时，采用中间喷射等级较小的抛物线形式配合正弯辊来增大工作辊凸度，防止边浪的出现；当局部出现波浪时，说明对应轧辊位置的辊径过大，采用加强该处喷射流量来控制。

文献1（“1＋4”热连轧板形板凸度自动控制系统分析，铝加工，2009（2））中介绍了根据板形仪的实测数据和目标板形计算每个凸度测量通道的凸度偏差，来改变与凸度测量通道相对应喷嘴的冷却喷射等级；文献2（一种先进的铝热连轧机凸度闭环控制系统，铝加工，2004（3））介绍了根据对轧辊热凸度的要求，来选用不同的二次曲线喷射模式；专利1（基于模糊双曲模型冷轧机工作辊乳化液分段冷却控制方法，201310379194）提出利用模糊推理规则建立板形偏差与喷射流量调节量之间的计算模型，来进行分段冷却流量控制阀在线控制；专利2（冷连轧机乳化液分段冷却控制方法，200810200730.0）提出结合设备分段情况和实际流量控制精度进行冷连轧机乳化液流量分段设定，减少由于润滑问题造成的打滑与热划伤等问题。如上等公开报道的文献均未见通过多参数设定，实现对热轧铝板断面二次偏差和高次偏差的兼顾控制。

发明内容：

本发明提供了一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法。具体指一种通过设定若干个特征点参数来调整工作辊分段冷却的轴向流量分布，以控制轧件断面形状为目标，消除二次和高次断面偏差。

本发明的技术方案是：一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，该方法分段冷却设定包含                                               、、和四个特征点参数，其中，和分别为分段冷却中间和边部的喷射等级，和分别为高次断面边部极值点的相对坐标和对应位置的喷射等级。

每个喷嘴的喷射等级，由其单位时间内的乳液喷射量决定，通过脉冲方式控制每个喷射阀开关时间来调节。以2 s为一个时间周期为例，划分十个喷射等级，即每0.2 s为1级：若2 s内全开，不间断喷射，则为10级；若开1.8 s，关0.2 s，则为9级；若开1.6 s，关0.4 s，则为8级，以此类推。

该方法包含以下步骤：

(a)将测得铝板断面厚度用最小二乘法拟合为四次多项式：

式中，x为以铝板中心为原点，宽度方向的相对坐标，铝板两边的相对坐标分别为-1和1；为x的四次多项式，单位为μm；、、为拟合得到的多项式系数。设铝板目标凸度为，四次多项式中减去表示目标凸度的二次分量，得到修正后的断面多项式：

式中，为修正后的二次项系数。

然后可以得到铝板的二次断面偏差；四次断面偏差。

(b)通过比较铝板的二次断面偏差和四次断面偏差的绝对值大小，来判断分段冷却选用二次设定还是高次设定：

①当时，选用二次设定，特征点参数和的计算公式如下：

 （若，则；若，则）

式中，round()为四舍五入取整函数，即将表达式四舍五入到最近的整数值；对于开启的喷嘴，最大喷射等级为10级，为了保证基础冷却和润滑，最低喷射等级设为2级。

②当时，选用高次设定，特征点参数、、和的计算公式如下：

 （若，则；若，则）

此时，若，则有：

若，则有：

 (c)根据板带宽度确定乳液喷嘴的工作宽度，即开启喷嘴的数量n：

式中，N为喷射梁上每排喷嘴总数；W为铝板宽度，单位mm；E是由统计得到的轧件在宽度方向上的最大偏心距，以确保与轧件接触的辊面得到乳液喷射冷却，单位mm；D为喷嘴间距，单位mm；ceil()为向上取整函数，即返回不小于表达式的最小整数值。

 (d)计算每个喷嘴的相对坐标：

第k个喷嘴的相对坐标（开启的喷嘴中两边的相对坐标分别为-1和1）：

式中，N为喷射梁上每排喷嘴总数；k为每个喷嘴的序号；n为开启喷嘴数量。

 (e)用二次设定或高次设定的计算公式求出每个喷嘴的喷射等级：

如果喷嘴序号k满足或，则，其中为第k个喷嘴的喷射等级，。

如果喷嘴序号满足，且喷射等级采用二次设定，二次设定公式如下：

式中，和分别为分段冷却中间和边部的喷射等级。

如果喷嘴序号满足，且喷射等级采用高次设定，高次设定公式如下：

式中，和分别为高次断面边部极值点的相对坐标和对应位置的喷射等级。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，通过本发明统计铝板头部（从20m到60m）的断面情况，将本发明设定方法实施后连续3个月的头部凸度命中率与实施前3个月的平均值进行比较，断面命中率从78.32%调高到92.50%。可以看出，本发明所述的分段冷却设定方法通过消除热轧断面二次偏差和高次偏差，可以有效提高铝板板形质量。

附图说明：

图1 喷射梁布置示意图。

图2 喷嘴布置示意图。

图3 实施例1中的实测断面以及拟合曲线示意图。

图4 实施例1中的分段冷却二次设定。

图5 实施例2中的实测断面以及拟合曲线示意图。

图6 实施例2中的分段冷却高次设定。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明：

以3300mm铝热连轧机为例，给出设备参数，如下表所示：

工作辊长(mm)	轧件宽W(mm)	每排喷嘴数N	喷嘴间距D(mm)
				3300	[1000，3100]	32	100

实施例1：

合金号5052，成品宽度W=1280mm，厚度h=6mm，目标凸度，板带最大偏心距E=50mm。

(a)此规格上一块铝板的断面数据，如图3所示，用最小二乘法拟合为四次多项式：

然后可以得出：

(b)根据设定选用规则，因为，所以选用二次设定。

由于，所以。

所以给定参数如下：

					二次	2	—	—	10

(c)确定开启喷嘴的数量：

(d)用二次设定计算式，就可以得出每个喷嘴的喷射等级。例如12号喷嘴，先得出相对坐标：

(e)计算喷射等级：

对于序号满足或的喷嘴，其喷射等级。

对于序号满足的喷嘴，采用二次设定公式计算喷射等级，例如12号喷嘴：

所有喷嘴的喷射等级分布如图4所示。

实施例2：

合金号3105，成品宽度W=2420mm，厚度h=4.5mm，目标凸度，板带最大偏心距E=30mm。

(a)此规格上一块铝板的断面数据，如图5所示，用最小二乘法拟合为四次多项式：

然后可以得出：

(b)根据设定选用规则，因为，所以选用高次设定。

因为，所以有：

给定参数如下：

					高次	3	0.733	9	5

(c)确定开启喷嘴的数量：

_，

 (d)用高次设定计算式，求出每个喷嘴的喷射等级。例如6号喷嘴，先得出相对坐标：

(e)计算喷射等级：

对于序号满足或的喷嘴，其喷射等级。

对于序号满足的喷嘴，采用高次设定公式计算喷射等级，例如12号喷嘴：

因为，所以有：

所有喷嘴的喷射等级分布如图6所示。

Claims (6)

1.一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，其特征在于分段冷却设定包含                                                、、和四个特征点参数，其中，和分别为分段冷却中间和边部的喷射等级，和分别为高次断面边部极值点的相对坐标和对应位置的喷射等级，该方法包含以下步骤：

(a)将测得铝板断面厚度用最小二乘法拟合为四次多项式，得到二次断面偏差和四次断面偏差；

(b)通过比较铝板的二次断面偏差和四次断面偏差的绝对值大小，来判断分段冷却选用二次设定还是高次设定，并确定特征点参数；

(c)根据铝板宽度确定喷射梁喷嘴的工作宽度，即开启喷嘴的数量；

(d)计算每个喷嘴的相对坐标；

(e)根据步骤(b)的判断结果选用不同的设定公式，结合步骤(c)求出的开启喷嘴数量和步骤(d)求出的相对坐标，可得出每个喷嘴的喷射等级，实现喷射梁的分段冷却设定。

2.根据权利要求1所述的一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，其特征在于步骤(a)中四次多项式如下：

式中，x为以铝板中心为原点，宽度方向的相对坐标，铝板两边的相对坐标分别为-1和1；为x的四次多项式，单位为μm；、、为拟合得到的多项式系数；

设铝板目标凸度为，四次多项式中减去表示目标凸度的二次分量，得到修正后的断面多项式：

式中，为修正后的二次项系数，

然后可以得到铝板的二次断面偏差，四次断面偏差。

3.根据权利要求1所述的一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，其特征在于步骤(b)中所述的选用二次设定或高次设定的规则如下：

(1)当时，选用二次设定，特征点参数和的计算公式如下：

 （若，则；若，则）

式中，round()为四舍五入取整函数，即将表达式四舍五入到最近的整数值；对于开启的喷嘴，最大喷射等级为10，为了保证基础冷却和润滑，最低喷射等级设为2；

(2)当时，选用高次设定，特征点参数、、和的计算公式如下：

 （若，则；若，则）

此时，若，则有：

若，则有：

  。

4.根据权利要求1所述的一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，其特征在于步骤(c)中所述的开启喷嘴的数量n的计算如下：

式中，N为喷射梁上每排喷嘴总数；W为铝板宽度，单位mm；E是由统计得到的轧件在宽度方向上的最大偏心距，以确保与轧件接触的辊面得到乳液喷射冷却，单位mm；D为喷嘴间距，单位mm；ceil()为向上取整函数，即返回不小于表达式的最小整数值。

5.根据权利要求1所述的一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，其特征在于步骤(d)中开启的喷嘴中两边的相对坐标分别为-1和1，第k个喷嘴的相对坐标的计算如下：

式中，N为喷射梁上每排喷嘴总数；k为每个喷嘴的序号，；n为开启喷嘴的数量。

6.根据权利要求1所述的一种基于多参数的热轧铝板喷射梁分段冷却设定方法，其特征在于步骤(e)中，如果喷嘴序号k满足或，则，其中为第k个喷嘴的喷射等级，；

     如果喷嘴序号满足，且喷射等级采用二次设定，二次设定公式如下：

式中，和分别为分段冷却中间和边部的喷射等级;

如果喷嘴序号满足，且喷射等级采用高次设定，高次设定公式如下：

式中，和分别为高次断面边部极值点的相对坐标和对应位置的喷射等级。