CN104415973B - 一种铸轧一体化轧制速度控制方法 - Google Patents

一种铸轧一体化轧制速度控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸轧一体化轧制速度控制方法,其包括步骤:获取轧机位置处的铸坯液芯厚度δ;判断是否为带液芯轧制以采用不同的模型公式计算轧辊线速度vr和机后传动线速度v2,在带液芯轧制情况下根据压下量与液芯厚度的实时关系,而采用不同的模型公式计算轧辊线速度vr和机后传动线速度v2,将计算得到的轧辊线速度vr和机后传动线速度v2传输给PLC进行轧制速度控制。本发明所述的轧制速度控制方法控制简单,拉速稳定性好,连铸坯拉坯顺畅;在带载压下过程中以及在线变厚度轧制时,可以避免结晶器液面波动;可以保持轧制速度和连铸机的拉速的匹配性消除轧机驱动对铸机扇形段驱动的影响。

Description

一种铸轧一体化轧制速度控制方法
技术领域
本发明涉及一种金属轧制控制方法,尤其涉及一种轧制速度的控制方法。
背景技术
连铸机的拉速控制是决定铸坯质量的关键工艺参数,在正常工作条件下,要根据钢液的浇铸温度调整拉速。目前,对于连铸机的各扇形段之间的拉速匹配控制技术已经成熟。但是,针对铸轧一体化轧制工艺的连铸机速度控制方法目前还处于空白。
在公开号为CN102189102,公开日为2011年9月21日,名称为“一种连铸机在线调厚辊式大压下液芯轧制方法”的中国专利文献中公开了一种连铸机在线调厚辊式大压下液芯轧制方法,其技术方案是在板坯连铸机水平段凝固末端设置一架大辊径的二辊轧机,对铸坯进行单道次大压下量液芯轧制,从而去除中心疏松和偏析、内裂纹等,改善铸坯质量,细化内部组织;同时采用全液压动态压下调整辊缝,可按后续工艺要求将同一厚度规格铸坯直接轧成各种厚度规格的铸坯产品,实现铸坯厚度在线可调可控。
但是对于上述这种大压下液芯轧制方法,轧机的速度控制仍然还是难点。其控制难点在于:如何保持轧制速度和连铸机的拉速的匹配性减少轧机驱动对铸机扇形段驱动的影响;以及如何避免带铸轧一体化轧制对连铸机结晶器液面的波动。此外,这种带铸轧一体化轧制过程的金属流动规律也不同于常规轧制如热连轧过程中的各机架速度匹配原则,因此常规的速度控制方法并不适用于这种带大压下液芯轧制的铸轧一体化轧制速度控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铸轧一体化轧制速度控制方法,该轧制速度控制方法能够同时适应大压下液芯轧制和无液芯的轧制速度控制,同时解决铸轧一体化轧制过程中液芯大压下轧机轧制速度和连铸机的拉速匹配问题,使得结晶器液面稳定,铸坯拉坯顺畅。
为了实现上述目的,本发明提供了一种铸轧一体化轧制速度控制方法,其包括步骤:
获取轧机位置处的铸坯液芯厚度δ;
判断是否存在液芯,若铸坯液芯厚度δ=0,则说明不存在液芯,那么依据模型(1)确定轧辊线速度vr和机后传动线速度(即轧机后扇形段传动辊的线速度)v2
v r = h 0 [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 h 2 · v 0 · k - - - ( 1 )
若铸坯液芯厚度δ大于0,则说明存在液芯,则实时获取轧制压下量Δh,并实时判断轧制压下量Δh与铸坯液芯厚度δ的关系:
若Δh≥δ,则依据模型(2)确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k - - - ( 2 )
若Δh<δ,则依据下述模型(3)确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k - - - ( 3 )
上述模型公式(1)-(3)中,h0表示轧机入口处的铸坯厚度,单位为mm;h2表示轧机出口处的铸坯厚度,单位为mm;D表示轧辊直径,单位为mm;v0表示拉坯速度,单位为m/min;λ为轧辊速度修正系数,取值范围为0.9-1.1;k为机后速度修正系数,取值范围为0.9-1.1;b表示铸坯宽度,单位为mm;δ表示铸坯液芯厚度,单位为mm;
将得到的轧辊线速度vr和机后传动线速度v2传输给控制PLC,控制PLC进行轧制速度控制。
本发明所述的技术方案是根据液芯大压下轧机位置处液芯厚度δ是否存在以及比较液芯厚度和压下量的关系,根据判断结果和比较结果,针对不同的情况分别按照对应的速度模型公式计算轧机轧辊线速度vr和机后传动线速度v2;并采用计算得到的轧机轧辊线速度vr和机后传动线速度v2对轧制速度进行控制。
进一步地,在上述铸轧一体化轧制速度控制方法中,所述轧辊速度修正系数λ取值可以为1。当然,根据实际的生产轧制情况,λ的取值也可以在本技术方案限定的取值范围内进行调整。
进一步地,在上述铸轧一体化轧制速度控制方法中,所述机后速度修正系数k取值为1。当然,根据实际的生产轧制情况,k的取值也可以在本技术方案限定的取值范围内进行调整。
本发明所述的铸轧一体化轧制速度控制方法,具有如下有益效果:
(1)控制简单,拉速稳定性好,铸坯拉坯顺畅;
(2)在带载压下过程中以及在线变厚度轧制时,可以避免结晶器液面波动;
(3)可以保持轧制速度和连铸机的拉速的匹配性,从而消除轧机驱动对铸机扇形段驱动的影响。
附图说明
图1为铸轧一体化轧制过程中的轧制示意图。
图2为铸轧一体化轧制过程中铸坯横断面示意图。
图3为本发明所述的铸轧一体化轧制速度控制方法的流程框图。
具体实施方式
图1显示了铸轧一体化轧制过程中的轧制示意图。图2显示了铸轧一体化轧制过程中铸坯横断面示意图。下面将结合图1和图2,对本技术方案进行进一步地解释。
如图1所示,h0表示轧机入口处的铸坯厚度,v0表示拉坯速度,h2表示轧机出口处的铸坯厚度,v2表示机后传动线速度,R表示轧辊半径,D(图1中未示出)表示轧辊直径,轧辊线速度vr的速度水平分量为v1,该位置轧件厚度h1,δ表示铸坯液芯厚度为,中性角近似取γ=α/2,α为咬入角,压下量Δh=h0-h2
铸坯横断面根据液芯区域可以近似划分如图2所示,铸坯厚度h0,忽略铸坯液芯压下过程中的宽展变化,铸坯轧制前后的宽度均为b,铸坯侧面凝壳厚度为b1,近似取其厚度为大面凝壳厚度的τ倍,b0=b-2b1,δ1=(h0-δ)/2,得:
b1=τ·δ1=τ·(h0-δ)/2
b0=b-2b1=b-τ·(h0-δ)
针对三种不同的轧制情况:
(1)带液芯大压下时,即Δh≥δ,且液芯厚度δ>0时:
根据秒流量相等原则:v0(h0b-δb0)=v1h1b=v2h2b,得
v 1 = h 0 b - δ b 0 h 1 b · v 0 = h 0 b - δ [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] h 1 b · v 0
v 2 = h 0 b - δ b 0 h 2 b · v 0 = h 0 b - δ [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] h 2 b · v 0
根据速度分解关系,得中性点轧辊表面线速度:
v 1 = v 1 cos α / 2
中性点位置铸流厚度:
h1=2R+h2-2Rcosα/2=D(1-cosα/2)+h2
咬入角近似取 α = Δh / R = 2 ( h 0 - h 2 ) / D ,
v 1 = v 1 cos α / 2 = h 0 b - δ [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] [ D ( 1 - cos α / 2 ) + h 2 ] · b · cos α / 2 · v 0 ,
其中, α = Δh / R = 2 ( h 0 - h 2 ) / D .
发明人根据现场经验数据将τ=1,同时考虑中性角Y变化等因素,引入轧辊速度修正系数λ,最终轧辊线速度vr与铸坯速度v0的关系为:
v r = v 1 cos α / 2 · λ = h 0 b - δ [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] [ D ( 1 - cos α 2 ) + h 2 ] · b · cos α 2 · v 0 · λ = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
同时引入机后速度修正系数k,轧机后传动线速度v2为:
v 2 = h 0 b - δ [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] h 2 b · v 0 · k = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) h 2 b · v 0 · k
(2)压下量小于液芯厚度,即Δh<δ,且液芯厚度δ>0时:
根据秒流量相等原则:v0(h0b-Δhb0)=v1h1b=v2h2b,得
v 1 = h 0 b - Δ hb 0 h 1 b · v 0 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] [ D ( 1 - cos α 2 ) + h 2 ] · b · v 0
v 2 = h 0 b - Δ hb 0 h 2 b · v 0 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] h 2 · b · v 0
最终得到: v r = v 1 cos α 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] [ D ( 1 - cos α 2 ) + h 2 ] · b · cos α 2 · v 0
同样,发明人根据现场经验数据将τ=1,同时考虑中性角Y变化等因素,引入轧辊速度修正系数λ,最终轧辊线速度vr与铸坯速度v0的关系为:
v r = v 1 cos α / 2 · λ = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] [ D ( 1 - cos α 2 ) + h 2 ] · b · cos α 2 · v 0 · λ = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
引入机后速度修正系数k,轧机后传动线速度v2为:
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) [ b - τ · ( h 0 - δ ) ] h 2 · b · v 0 · k = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
(3)当液芯厚度δ=0时:
根据秒流量相等原则:v0h0=v1h1=v2h2,得
v 1 = h 0 h 1 · v 0
v 2 = h 0 h 2 · v 0
同理推导出:
v r = v 1 cos α / 2 = h 0 [ D ( 1 - cos α / 2 ) + h 2 ] · cos α / 2 · v 0
其中, α = Δh / R = 2 ( h 0 - h 2 ) / D
同样,发明人根据现场经验引入轧辊速度修正系数λ,最终轧辊线速度vr与铸坯速度v0的关系为
v r = v 1 cos α / 2 · λ = h 0 [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
引入机后速度修正系数k,轧机后传动线速度v2为:
v 2 = h 0 h 2 · v 0 · k
以下将根据具体实施例及图3对本发明所述的铸轧一体化轧制速度控制方法做进一步说明,但是该说明并不构成对本发明的不当限定。
实施例1
铸坯尺寸为b=1800mm,h0=250mm,轧机位置处液芯厚度δ=20mm,拉坯速度v0=1.0m/min,轧辊直径D=1000mm,产品目标厚度h=200mm。据此判断本实施例中采用带液芯轧制的模型公式,在本实施例中轧制过程分为三个阶段:
(1)h2>230mm阶段,此时Δh<250-230=20mm,有Δh<δ,则分别执行公式:
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
计算轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
(2)200mm≤h2≤230mm阶段,此时Δh≥250-230=20mm,有Δh≥δ,则分别执行公式:
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
计算轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
(3)直至当h2=h=200mm,在目标厚度稳定轧制阶段,此时Δh=250-200=50mm,Δh≥δ,因此根据公式:
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
并取λ=1,k=1计算得稳定轧制阶段的vr、v2得:
v r = 250 × 1800 - 20 × ( 1800 - 250 + 20 ) [ 1000 × ( 1 - cos 2 ( 250 - 200 ) 1000 2 ) + 200 ] × 1800 × cos 2 ( 250 - 200 ) 2 × 1.0 × 1 = 1.1083 m / min
v 2 = 250 × 1800 - 20 × ( 1800 - 250 + 20 ) 200 × 1800 × 1.0 × 1 = 1.1628 m / min
实施例2
在实施例1时的h2=200mm稳定轧制情况下,拉坯速度v0由1.0m/min变为0.9m/min,轧机位置处液芯厚度δ由20mm变为10mm,此时,仍满足Δh≥δ,依旧按照公式
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
计算vr、v2,分别算得:
v r = 250 × 1800 - 10 × ( 1800 - 250 + 10 ) [ 1000 × ( 1 - cos 2 ( 250 - 200 ) 1000 2 ) + 200 ] × 1800 × cos 2 ( 250 - 200 ) 1000 2 × 0.9 × 1 = 1.0351 m / min
v 2 = 250 × 1800 - 10 × ( 1800 - 250 + 10 ) 200 × 1800 × 0.9 × 1 = 1.086 m / min
实施例3
本实施例中,铸坯尺寸为b=1800mm,h0=250mm,轧机位置处液芯厚度δ=0mm,拉坯速度v0=1.0m/min,轧辊直径D=1000mm,产品目标厚度h=200mm。由此判断为无液芯轧制,采用公式:
v r = h 0 [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 h 2 · v 0 · k
计算轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = 250 [ 1000 × ( 1 - cos 2 ( 250 - 200 ) / 1000 2 ) + 200 ] · cos 2 ( 250 - 200 ) / 1000 2 × 1.0 × 1 = 1.1962 m / min
v 2 = 250 200 · × 1.0 × 1 = 1.25 m / min
本案实施例1-3的控制过程如图3所示:
获取轧机位置处的铸坯液芯厚度δ;
判断铸坯液芯厚度δ是否大于0,由于铸坯液芯厚度δ不可能小于0,因此,若判断为否则表示铸坯液芯厚度δ=0,则依据下述模型确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 h 2 · v 0 · k
若判断为是,则实时计算轧制压下量Δh=h0-h2,并实时判断是否Δh≥δ:
若判断为是,则依据下述模型确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · δ · v 0 · k
若判断为否,则依据下述模型确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
将得到的轧辊线速度vr和机后传动线速度v2传输给控制PLC,控制PLC进行轧制速度控制。
需要注意的是,以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例,随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的,均应属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种铸轧一体化轧制速度控制方法,其特征在于,包括步骤:
获取轧机位置处的铸坯液芯厚度δ;
若铸坯液芯厚度δ=0,则依据下述模型确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2,所述机后传动线速度v2为轧机后扇形段传动辊的线速度:
v r = h 0 [ D ( 1 - c o s 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · c o s 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 h 2 · v 0 · k
若铸坯液芯厚度δ大于0,则实时获取轧制压下量Δh,并实时判断轧制压下量Δh与铸坯液芯厚度δ的关系:
若Δh≥δ,则依据下述模型确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 b - δ ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - c o s 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · c o s 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
若Δh<δ,则依据下述模型确定轧辊线速度vr和机后传动线速度v2
v r = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) [ D ( 1 - c o s 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 ) + h 2 ] · b · cos 2 ( h 0 - h 2 ) / D 2 · v 0 · λ
v 2 = h 0 b - ( h 0 - h 2 ) ( b - h 0 + δ ) h 2 · b · v 0 · k
上述各模型公式中,h0表示轧机入口处的铸坯厚度,单位为mm;h2表示轧机出口处的铸坯厚度,单位为mm;D表示轧辊直径,单位为mm;v0表示拉坯速度,单位为m/min;λ为轧辊速度修正系数,取值范围为0.9-1.1;k为机后速度修正系数,取值范围为0.9-1.1;b表示铸坯宽度,单位为mm;
将得到的轧辊线速度vr和机后传动线速度v2传输给控制PLC,控制PLC进行轧制速度控制。
2.如权利要求1所述的铸轧一体化轧制速度控制方法,其特征在于,所述轧辊速度修正系数λ取值为1。
3.如权利要求1所述的铸轧一体化轧制速度控制方法,其特征在于,所述机后速度修正系数k取值为1。
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