CN104484560A - 一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法 - Google Patents

Abstract

一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其主要包括以下由计算机执行的步骤：(a)收集连退机组的关键设备与工艺参数；(b)收集带钢的参数；(c)定义相关参数；(d)相关参数赋初值；(e)调整跑偏量；(f)计算当前跑偏量下带钢张力分布值；(g)计算带钢在当前状态下的跑偏因子；(h)判断跑偏因子是否超出跑偏临界值；(i)输出跑偏量。本发明的优点是：实现了在线预报，能够及时根据预报结果对连退过程工艺采取相应的控制措施，有效的避免了擦边、断带等事故的发生，极大的提高了生产效率。

Description

一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法

技术领域

本发明属于冶金轧钢技术领域，特别涉及一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法。

背景技术

连续退火由于采用了快速加热、高温退火、快速冷却、过时效处理等技术，能够将清洗、退火、平整、精整等工序合而为一，具有生产周期短、效率高、适合大批量生产等一系列优点而得到了广泛的应用。但在连续退火生产过程中，带钢的跑偏一直是影响稳定通板的重要问题。带钢发生跑偏时，机组CPC自动纠偏辊会根据带钢跑偏方向及距离，通过油缸改变自身位置，直到实现带钢重新对中运行。但当带钢跑偏超出CPC纠偏能力范围，或由于来料板形等问题使跑偏发生较为突然，以致CPC纠偏辊来不及做出响应时，这就需要及时做出降速处理，使跑偏带钢缓慢通过，并结合CPC纠偏辊进一步纠偏，直接影响到生产效率。跑偏严重时则造成带钢擦边、刮坏设备，甚至引起断带事故。因此，除了满足用户所需的产品性能外，带钢“跑偏”是现场工作人员面临的主要难题之一。

带钢跑偏主要受到来料板形、工艺段设定张力、带钢横向温差、炉辊辊型、通板速度及摩擦系数等因素的影响，尤其是来料板形不良的影响较为严重。以往学者大多是在机理上阐明了带钢发生跑偏的原因^[1-3]，没有对带钢内部单元的受力进行深入的研究，不但无法实现对跑偏的在线预报，且不能定量的给出不同工况下带钢的跑偏情况。这样，如何综合考虑来料板形、辊型、温差、设定张力、摩擦系数及通板速度等因素，从带钢内部张力分布角度出发，建立带钢发生跑偏可能性的量化指标，及时发现甚至预测出带钢的跑偏趋势，并能够对其实现在线预报，进而指导生产，成为现场攻关的重点。

参考文献：

[1]况群意，徐启发，徐华文.硅钢连退机组带钢跑偏原因分析与改善措施[J].液压气动与密封，2010，(7)：12-15.

[2]叶玉娟等.连续退火炉内带钢跑偏和热飘曲的研究进展[J].轧钢，2009，26(7)：35-38.

[3]胡广魁.连续退火炉内钢带稳定运行张力分析[J].宝钢技术，2010，(5)：47-50

发明内容

本发明的目的在于提供一种能及时对带钢跑偏做出预报、有效避免事故发生、提供生产效率的适合于连退机组的带钢跑偏预报方法。

本发明针对以往现场对带钢在连退过程跑偏无法及时预测并准确控制，从而容易导致带钢擦边、刮坏设备，甚至引起断带事故等问题，利用带钢跑偏机理建立数学模型，通过计算带钢张力分布，制定评判带钢跑偏趋势的量化指标，做出适合于连退机组的带钢跑偏预报方法。

本发明包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：相邻炉辊的中部直径D_s0、D_x0，相邻炉辊中心线之间的距离H，炉辊半径R，该工艺段内设定张力σ，带钢与炉辊的摩擦系数μ，摩擦影响系数α，通板速度V，速度影响系数φ，模型系数γ，机组临界跑偏因子ψ^*；

(b)收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种、带钢宽度B、带钢厚度h、带钢温度T(x)、带钢来料板形、带钢线膨胀系数β、带钢泊松比ν、带钢屈服强度系数A、ξ；

(c)定义相关参数，主要包括：带钢温差曲线系数a_t2,a_t4、带钢来料板形系数a_bi(i＝1…6)、相邻炉辊的实际辊型D_s(x)、D_x(x)、辊型系数a_dsk、a_dxk(k＝1…6)、由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)、带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)、带钢在温度为T(x)时的屈服强度σ_sT、带材张力σ(x)、带材横向中心处张力σ(0)、带钢跑偏量δ、跑偏步长Δδ、过程调整参数j；

(d)相关参数赋初值，令j＝0，Δδ＝1mm；

(e)调整跑偏量，令跑偏量δ＝Δδ×j；

(f)计算当前跑偏量下带钢张力分布值σ(x)，包括以下步骤；

(f1)计算当前跑偏量下带钢所处位置的相邻炉辊实际辊型D_s(x)、D_x(x)；

$D_s\left(x\right)=D_{s0}+\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dsk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k$

$D_x\left(x\right)=D_{x0}+\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dxk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k$

(f2)计算当前跑偏量下由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)；

$\mathrm{\Δl}\left(x\right)=[-\mathrm{\β}(a_{t2}{x}^2+a_{t4}{x}^4)-{10}^{-5}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{bi}}{x}^i](H+\mathrm{\πR})\frac{1}{2}[\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dsk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k+\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dxk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k]$

(f3)计算带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)＝208570-0.20986T²、屈服强度σ_sT＝Aexp(-ξT)；

(f4)计算带材张力σ(x)，在弹性范围内其满足以下方程：

$\mathrm{\σ}\left(x\right)=\mathrm{\σ}\left(0\right)+\frac{E\left(T\right)}{(1-v^2)}\frac{\mathrm{\Δl}\left(x\right)}{(H+\mathrm{\πR})}$

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{B}{\∫}_{-B/2}^{B/2}\mathrm{\σ}\left(x\right)\mathrm{dx}$

(f5)判断是否成立？若不等式成立，则表示带钢发生塑性变形，令相应的带钢张力σ(x)＝σ_sT，转入步骤(f4)，重新计算；否则，σ(x)即为带材张力，转入步骤(g)；

(g)计算带钢在当前状态下的跑偏因子ψ：

$\mathrm{\ψ}=V^{\mathrm{\φ}}\left[\mathrm{\γ}\frac{\left|{\∫}_{-\frac{B}{2}}^{-\mathrm{\δ}}\right[-\mathrm{\σ}\left(x\right)(x+\mathrm{\δ})]\mathrm{dx}-{\∫}_{-\mathrm{\δ}}^{\frac{B}{2}}[\mathrm{\σ}\left(x\right)(x+\mathrm{\δ})\left]\mathrm{dx}\right|}{\mathrm{B\σ}{\mathrm{\μ}}^{\mathrm{\α}}}\right]+(1-\mathrm{\γ})\frac{\left|{\∫}_{-\frac{B}{2}}^{-\mathrm{\δ}}\right[\mathrm{\σ}\left(x\right)]\mathrm{dx}-{\∫}_{-\mathrm{\δ}}^{\frac{B}{2}}[\mathrm{\σ}\left(x\right)\left]\mathrm{dx}\right|}{\mathrm{\σ}{\mathrm{\μ}}^{\mathrm{\α}}}$

(h)判断ψ＜ψ^*是否成立？若不等式成立，则带钢不继续跑偏,转入步骤(i)；否则，带钢继续跑偏，调整跑偏量，令j＝j+1，转入步骤(e)；

(i)输出跑偏量δ。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、充分考虑到了连退机组内炉辊辊型、来料板形、横向温差、设定张力、通板速度及摩擦系数等因素对带钢跑偏的影响，实现了对带钢跑偏的预报，对带钢跑偏量做出准确计算，可以此作为现场调节的依据，从而最大程度保证连退过程的高速、稳定运行。

2、实现了在线预报，工作量小，能够及时根据预报结果对连退过程工艺采取相应的控制措施，有效的避免了擦边、断带等事故的发生，极大的提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明的总计算流程图；

图2为本发明步骤f流程图；

图3为本发明实施例1的均热段内带钢温度曲线；

图4为本发明实施例1的来料为肋浪时板形曲线；

图5为本发明实施例1的初始状态带钢所处位置的炉辊实际辊型曲线；

图6为本发明实施例1的总变形差曲线；

图7为本发明实施例1的均热段带钢弹性模量、屈服强度分布曲线；

图8为本发明实施例1的带材张力曲线；

图9为本发明实施例2的预热段内带钢温度曲线；

图10为本发明实施例2来料为单边浪时板形曲线；

图11为本发明实施例2总变形差曲线；

图12为本发明实施例2预热段带钢弹性模量、屈服强度分布曲线；

图13为本发明实施例2带材张力曲线。

具体实施方式

实施例1

根据图1所示的适合于连退机组的带钢跑偏预报方法的总计算流程图，选取钢种为CQ、规格0.50mm×1020mm、肋浪板形的带钢，以国内某厂连退机组均热段某一道次为例，首先，在步骤1中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：相邻炉辊的中部直径D_s0＝900mm、D_x0＝900mm、相邻炉辊中心线之间的距离H＝21000mm、炉辊半径R＝450mm、该工艺段内设定张力σ＝6.5MPa、带钢与炉辊的摩擦系数μ＝0.25、摩擦影响系数α＝0.05、通板速度V＝5m/s、速度影响系数φ＝1.09、模型系数γ＝0.65、机组临界跑偏因子ψ^*＝45；

随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种CQ、带钢宽度1020mm、带钢厚度0.5mm、带钢温度T(x)(如附图3所示)、带钢来料板形(如附图4所示)、带钢线膨胀系数β＝1.2×10^-5/℃、带钢泊松比ν＝0.3、带钢屈服强度系数A＝46.9、ξ＝0.004474；

随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢温差曲线系数a_t2,a_t4、带钢来料板形系数a_bi(i＝1…6)，、相邻炉辊的实际辊型D_s(x)、D_x(x)、辊型系数a_dsk、a_dxk(k＝1…6)、由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)、带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)、带钢在温度为T(x)时的屈服强度σ_sT、带材张力σ(x)、带材横向中心处张力σ(0)、带钢跑偏量δ、跑偏步长Δδ、过程调整参数j；

随后，在步骤4中，相关参数赋初值，令j＝0，Δδ＝1mm；

随后，在步骤5中，调整跑偏量，令跑偏量δ＝Δδ×j；

随后，在步骤6中，计算当前跑偏量下带钢张力分布值σ(x)，如图2所示，包括以下步骤，；

6-1、计算当前跑偏量下带钢所处位置的相邻炉辊实际辊型D_s(x)、D_x(x)，如图5所示；

6-2、计算当前跑偏量下由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)，如图6所示；

6-3、计算带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)＝208570-0.20986T²、屈服强度σ_sT＝46.9exp(-0.004474T)，结果如图7所示；

6-4、计算带材张力σ(x)，结果如图8所示；

6-5、判断是否成立？显然，图8中存在张力σ(x)大于图7中屈服强度σ_sT，则令相应的带钢张力σ(x)＝σ_sT，转入步骤(6-4)，重新计算；

随后，在步骤7中，计算带钢在当前状态下的跑偏因子ψ＝62；

随后，在步骤8中，判断62＜45是否成立？显然，不等式不成立，则带钢继续跑偏，调整跑偏量，令j＝j+1，转入步骤(5)；

随后，在步骤9中，输出跑偏量δ＝22mm。

根据上述结果，可以提前预报出带钢的跑偏趋势，并及时采取措施加以应对。如表1所示，为本实施例与以往根据传统经验，辊号为8～15的CPC自动纠偏辊对同一规格、钢种的带钢所检测到的偏移量情况对比。

表1 本实施例与传统经验对比

通过表1可以看出，运用该技术对连退过程中带钢运行情况进行实时预报，然后根据预报结果采取相应措施加以控制，8～15的CPC自动纠偏辊上的带钢最大跑偏量从8mm下降到1mm，且平均跑偏量从4.5mm下降到0.625mm,效果十分明显。

实施例2

选取钢种为CQ、规格0.50mm×1020mm、单边浪板形的带钢，以国内某厂连退机组预热段某一道次为例，首先，在步骤1中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：相邻炉辊的中部直径D_s0＝900mm、D_x0＝900mm，相邻炉辊中心线之间的距离H＝27000mm、炉辊半径R＝450mm、该工艺段内设定张力σ＝12MPa、带钢与炉辊的摩擦系数μ＝0.2、摩擦影响系数α＝0.05、通板速度V＝6m/s、速度影响系数φ＝1.09、模型系数γ＝0.65、机组临界跑偏因子ψ^*＝45；

随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种CQ、带钢宽度1020mm、带钢厚度0.5mm、带钢温度T(x)(如图9所示)、带钢来料板形(如图10所示)、带钢线膨胀系数β＝1.2×10^-5/℃、带钢泊松比ν＝0.3、带钢屈服强度系数A＝46.9、ξ＝0.004474；

随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢温差曲线系数a_t2,a_t4、带钢来料板形系数a_bi(i＝1…6)、相邻炉辊的实际辊型D_s(x)、D_x(x)、辊型系数a_dsk、a_dxk(k＝1…6)、由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)、带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)、带钢在温度为T(x)时的屈服强度σ_sT、带材张力σ(x)、带材横向中心处张力σ(0)、带钢跑偏量δ、跑偏步长Δδ、过程调整参数j；

随后，在步骤4中，相关参数赋初值，令j＝0，Δδ＝1mm；

随后，在步骤5中，调整跑偏量，令跑偏量δ＝Δδ×j；

随后，在步骤6中，计算当前跑偏量下带钢张力分布值σ(x)，包括以下步骤；

6-1、计算当前跑偏量下带钢所处位置的相邻炉辊实际辊型D_s(x)、D_x(x)，如图5所示；

6-2、计算当前跑偏量下由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)，如图11所示；

6-3、计算带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)＝208570-0.20986T²、屈服强度σ_sT＝46.9exp(-0.004474T)，结果如图12所示；

6-4、计算带材张力σ(x)，结果如图13所示；

6-5、判断是否成立？显然，图13中张力σ(x)远远小于图12中屈服强度σ_sT，σ(x)即为带材实际张力，转入步骤(7)；

随后，在步骤7中，计算带钢在当前状态下的跑偏因子ψ＝78；

随后，在步骤8中，判断78＜45是否成立？显然，不等式不成立，则带钢继续跑偏，调整跑偏量，令j＝j+1，转入步骤(5)；

随后，在步骤9中，输出跑偏量δ＝32mm。

如表2所示，为本实施例与以往根据传统经验，辊号为8～15的CPC自动纠偏辊对相同规格、钢种的带钢所检测到的偏移量情况对比。

表2 本实施例与传统经验对比

通过表2可以看出，根据预报结果采取相应措施加以控制，8～15的CPC自动纠偏辊上的带钢最大跑偏量从7mm下降到1mm，且平均跑偏量从4.375mm下降到0.375mm,效果十分明显。

Claims (6)

1.一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集连退机组的关键设备与工艺参数；

(b)收集带钢的参数；

(c)定义相关参数；

(d)相关参数赋初值，令j＝0，Δδ＝1mm；

(e)调整跑偏量，令跑偏量δ＝Δδ×j；

(f)计算当前跑偏量下带钢张力分布值σ(x)；

(g)计算带钢在当前状态下的跑偏因子ψ；

(h)判断ψ＜ψ^*是否成立？若不等式成立，则带钢不继续跑偏,转入步骤(i)；否则，带钢继续跑偏，调整跑偏量，令j＝j+1，转入步骤(e)；

(i)输出跑偏量δ。

2.根据权利要求1所述的一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其特征在于：所述的步骤(a)中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：相邻炉辊的中部直径D_s0、D_x0、相邻炉辊中心线之间的距离H、炉辊半径R、该工艺段内设定张力σ、带钢与炉辊的摩擦系数μ、摩擦影响系数α、通板速度V、速度影响系数φ、模型系数γ、机组临界跑偏因子ψ^*。

3.根据权利要求1所述的一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其特征在于：所述的步骤(b)中，收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种、带钢宽度B、带钢厚度h、带钢温度T(x)、带钢来料板形、带钢线膨胀系数β、带钢泊松比ν、带钢屈服强度系数A、ξ。

4.根据权利要求1所述的一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其特征在于：所述的步骤(c)中，定义相关参数，主要包括：带钢温差曲线系数a_t2,a_t4、带钢来料板形系数a_bi(i＝1…6)、相邻炉辊的实际辊型D_s(x)、D_x(x)、辊型系数a_dsk、a_dxk(k＝1…6)、由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)、带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)、带钢在温度为T(x)时的屈服强度σ_sT、带材张力σ(x)、带材横向中心处张力σ(0)、带钢跑偏量δ、跑偏步长Δδ、过程调整参数j。

5.根据权利要求1所述的一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其特征在于：所述的步骤(f)包括以下步骤：

(f1)计算当前跑偏量下带钢所处位置的相邻炉辊实际辊型D_s(x)、D_x(x)；

$D_s\left(x\right)=D_{s0}+\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dsk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k$

$D_x\left(x\right)=D_{x0}+\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dxk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k$

(f2)计算当前跑偏量下由横向温差、来料板形、炉辊辊型等引起的总变形差Δl(x)；

$\mathrm{\Δl}\left(x\right)=[-\mathrm{\β}(a_{t2}{x}^2+a_{t4}{x}^4)-{10}^{-5}\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{bi}}{x}^i](H+\mathrm{\πR})+\frac{1}{2}[\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dsk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k+\underset{k=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{dxk}}{(x+\mathrm{\δ})}^k]$

(f3)计算带钢在温度为T(x)时的弹性模量E(T)＝208570-0.20986T²、屈服强度σ_sT＝Aexp(-ξT)；

(f4)计算带材张力σ(x)，在弹性范围内其满足以下方程：

$\mathrm{\σ}\left(x\right)=\mathrm{\σ}\left(0\right)+\frac{E\left(T\right)}{(1-v^2)}\frac{\mathrm{\Δl}\left(x\right)}{(H+\mathrm{\πR})}$

$\mathrm{\σ}=\frac{1}{B}{\∫}_{-B/2}^{B/2}\mathrm{\σ}\left(x\right)\mathrm{dx}$

(f5)判断σ(x)＞σ_sT,是否成立？若不等式成立，则表示带钢发生塑性变形，令相应的带钢张力σ(x)＝σ_sT，转入步骤(f4)，重新计算；否则，σ(x)即为带材张力，转入步骤(g)。

6.根据权利要求1所述的一种适合于连退机组的带钢跑偏预报方法，其特征在于：所述的步骤(f)中，跑偏因子ψ的计算模型为：

$\mathrm{\ψ}=V^{\mathrm{\φ}}[\mathrm{\γ}\frac{\left|{\∫}_{-\frac{B}{2}}^{-\mathrm{\δ}}\right[-\mathrm{\σ}\left(x\right)(x+\mathrm{\δ})]\mathrm{dx}-{\∫}_{-\mathrm{\δ}}^{\frac{B}{2}}[\mathrm{\σ}\left(x\right)(x+\mathrm{\δ})\left]\mathrm{dx}\right|}{\mathrm{B\σ}{\mathrm{\μ}}^{\mathrm{\α}}}+(1-\mathrm{\γ})\frac{\left|{\∫}_{-\frac{B}{2}}^{-\mathrm{\δ}}\right[\mathrm{\σ}\left(x\right)\mathrm{dx}-{\∫}_{-\mathrm{\δ}}^{\frac{B}{2}}\left[\mathrm{\σ}\left(x\right)\right]\mathrm{dx}|}{\mathrm{\σ}{\mathrm{\μ}}^{\mathrm{\α}}}].$