CN104511481B - 一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法 - Google Patents

Abstract

一种粗轧宽度的多目标轧制方法，结合常规的粗轧短行程控制形成一种长行程的控制方法。包括步骤1：准备粗轧出口多段目标宽度计算的遗传数据和工艺数据，步骤2：根据粗轧立辊倒数第2道次完成轧制后收集粗轧宽度测量数据；并根据水平辊轧制倒数第2道次压下设定计算板坯测量各点的粗轧自然宽展，从而得到粗轧最后道次立辊轧制的入口宽度；步骤3：确定粗轧出口多段目标宽度；步骤4：E2多段控制计算及控制；步骤5：根据精轧出口多段宽度做粗轧多段目标宽度自适应计算。该方法可以进一步提高热轧宽度宽展精度，提高产线成材率。

Description

一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法

技术领域

本发明涉及热轧带钢生产领域，具体地，本发明涉及一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，所述粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法在粗轧立辊的最后道次，根据精轧轧制情况，计算出粗轧延长度方向多个宽度目标，形成多点设定轧制，解决精轧不同轧制位置宽展不同变化的问题。该方法可以进一步提高热轧宽度宽展精度，提高产线成材率。

背景技术

在热轧轧钢过程中，经常会产生成品宽度头部拉窄、尾部控制不稳定的问题，造成带钢质量封锁，不得不做降级、判废处理。常规热轧的粗轧全长宽度目标控制只有一个目标，这样为了照顾头部轧制的不稳定往往采取增加整个带钢的宽度余量的方法。生产过程终带钢中部控制稳定，这种方法终中部增加的余量就是一种浪费。为此开发了一种粗轧宽度多点设定的长行程控制方法，用于解决精轧宽展不均的情况，在保证宽度控制精度不变的情况下，提高产线成材率。

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2、文献查询：

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（1）关键词：粗轧宽度多点

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发明内容

这样为了照顾头部轧制的不稳定往往采取增加整个带钢的宽度余量的方法。生产过程终带钢中部控制稳定，这种方法终中部增加的余量就是一种浪费。为此开发了一种粗轧宽度多点设定的长行程控制方法，用于解决精轧宽展不均的情况，在保证宽度控制精度不变的情况下，提高产线成材率，提高热轧宽度控制精度。

精轧轧制过程中，带钢的头、中、尾生产状况不同，因此带钢不同位置上形成的宽展也不同。为保证带钢宽度最终的宽度，调整粗轧机架出口宽度控制目标，有必要在粗轧出口根据精轧的轧制情况形成多个宽度。

图1为粗轧宽度多段目标控制方法原理，图中（a）带钢精轧宽度曲线，由于带钢延轧制长度方向的不同轧制状态形成不同精轧宽度精度曲线；图（b）是常规宽度控制的示意图，常规宽度控制包括头尾短行程和附加的全长宽度余量控制；图（b）是三段式粗轧目标宽度控制示意图。

技术内容

粗轧宽度多点设定的长行程控制方法如图2所示。一般粗轧采用3－3或1－5道次轧制；粗轧宽度轧制过程中，头尾部有短行程控制。常规粗轧立辊设定采用的是头、尾部均采用N点设定（图2中为N=10点），中间段采用一个设定值。本发明在粗轧中间部分采用多点设定，例如采用中间2M点设定（图2中采用M=10点设定）。在数据接口方面同原来的短行程控制相结合，形成板坯的多点设定控制，这里定义这种控制方法为中间长行程控制，即头、尾各采用N＋M点设定，前N点为常规粗轧的短行程设定，而头尾短行程设定后面的M点共计2M点代替常规粗轧的中间设定。

在粗轧宽度多目标轧制策略方面采用在粗轧最后道次实施。精轧轧制后对带钢宽度数据采集方面，则对应不同的宽度轧制目标采用分段数据统计和学习，用于下块带钢的多段宽度目标确定。

具体方法如下：

一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：准备粗轧出口多段目标宽度计算的遗传数据和工艺数据，所述遗传数据包括多段精轧宽展遗传系数、精轧余量遗传系数；所述工艺数据包括工艺表中工艺制定的粗轧多段目标宽度余量修正值和HMI数据；

步骤2：根据粗轧立辊倒数第2道次，即水平辊轧制倒数第3道次，完成轧制后收集粗轧宽度测量数据；并根据水平辊轧制倒数第2道次压下设定计算板坯测量各点的粗轧自然宽展，从而得到粗轧最后道次立辊轧制的入口宽度，计算公式如式（1），

W₂=W₁+△W_s（1）

其中△W_s为水平宽展模型，

W₁：入侧宽度（单位：mm，范围：700～2000）

${\mathrm{\ΔW}}_s=W_1*({\left(\frac{h_0}{h_1}\right)}^{T_{\mathrm{\α}}*a}-1.0)---\left(2\right)$

式中：温度影响系数：T_α=-0.0004*T+1.5

影响系数： $a=0.46*{\left(\frac{h_0}{W_1}\right)}^{1.245}*e^{-\mathrm{0,31}*h_0/\sqrt{R*(h_0-h_1)}}$

h₀,h₁,T分别为板坯水平轧制的入口厚度（单位：mm，范围40～250）、出口厚度（单位：mm，范围40～250）和温度（单位：℃，范围900～1250）

R：轧辊半径（单位mm，范围400～650）

步骤3：确定粗轧出口多段目标宽度

粗轧出口控制目标宽度冷值计算公式如下：

W_R2Target=W_FMTarget-FM_Spread+W_E3RedEffect+W_Margin+W_HMI+W_MarginInher（3）

将粗轧出口宽度冷值转换成粗轧出口热值：

W_R2TargetHot=W_R2Target·alpha

其中：

alpha：冷热转换系数（范围：1.0～1.16）

W_FMTarget：精轧出口宽度冷值（单位：mm，范围：800～1700）；

FM_Spread：精轧自然宽度计算值（单位：mm，范围：-20～10）；

W_E3RedEffect=E_3Redu-dW_Dog：即，E3有效宽度压下，等于E3压下减去狗骨宽展，

W_Margin=W_MarginBase+W_{MarginTechnics}，宽度余量宽度余量（单位：mm，范围：5～10），

W_{MarginTechnics}：宽度余量工艺修正值（分层别，单位：mm，范围：-3～3）；

W_MarginBase：宽度余量基本值（单位：mm，范围：5～10）；

W_MarginInher：宽度余量学习值（学习层别值，单位：mm，范围：-3～3）；

W_HMI：粗轧目标宽度系统修正（画面输入，单位：mm，范围：-2～2）；

步骤4：E2多段控制计算及控制

根据粗轧三段目标控制的长度和目标宽度，分别计算头尾短行程、中间M点压下设定，

（2）在立辊机架前设置热检，带钢头部到达热检位置时，控制系统根据带钢运行速度开始跟踪带钢头部位置，依次执行带钢头部短行程、中间多点的立辊压下控制，带钢尾部离开热检的时间用于带钢位置跟踪误差的修正；

步骤5：根据精轧出口多段宽度做粗轧多段目标宽度自适应计算

根据粗轧多目标分段控制长度，计算相应精轧带钢长度，分段计算各段带钢的宽度平均值、精轧宽展实际值和宽度波动标准差。

根据本发明，在步骤4,一般粗轧都存在短行程控制，头尾短行程中原来包括N点设定。本发明新增加2M点设定，例如M=10，表示本专利设计的三段控制曲线中间设定点有20个，将这20个数据分成两部分各10点分别归到短行程数据后面，现场三段式目标控制。

根据本发明，粗轧目标宽度系统修正为画面输入。

根据本发明所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，M点取为3～40点。

根据本发明所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，在步骤3，粗轧出口多段目标宽度计算与常规粗轧宽度目标的计算差别是在FM_Spread精轧自然宽度计算值和W_MarginInher，如果粗轧出口多段目标确定为头中尾三个，则相应的FM_Spread和W_MarginInher也分成三段，三段数据的确定通过模型的自适应调整确定。

具体方法见步骤5。

根据本发明所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤4，则粗轧三段目标设定计算步骤如下：

根据粗轧目标宽度，将板坯分成2M段，各段定义见图2，图中取M=10。定义过渡段长度L，L=500～1500mm。

根据控制点数、控制段长计算头部、中、尾控制段间距；

计算设定点位置、入口宽度和目标宽度、水平压下等数据；

循环计算2M个设定点的压下量；

根据新的头尾目标宽度重新计算短行程头尾设定；

将头尾短行程设定（头尾各N点）和中间的设定合成头尾各M+N点设定；

E2执行多段目标宽度轧制，完成粗轧轧制。

根据本发明所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

步骤5：根据精轧出口多段宽度做粗轧多段目标宽度自适应计算

（1）根据粗轧多目标分段控制长度，计算相应精轧带钢长度，分段计算各段带钢的宽度平均值、精轧宽展实际值和宽度波动标准差；

（2）精轧自然宽展采用加性学习算法分别计算精轧自然宽展的长时遗传系数和短时遗传系数。

根据本发明所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤5：所述精轧自然宽展采用加性学习算法如下：

Inher_New=Inher_Old-Alfa·(W_{FMSpread_Cal}-W_{FMSpread_Act})（4）

式中：

Inher_New,Inher_Old为新老遗传系数（单位:mm，范围：-10～10），

Alfa：遗传学习系数，（无单位，范围0～0.7）。

W_{FMSpread_Cal}：精轧自然宽展预测值（单位：mm，范围：-20～10），

W_{FMSpread_Act}：精轧自然宽展实际值（单位：mm，范围：-20～10）。

根据本发明，遗传系数采用钢种×宽度×厚度×压下量×位置进行分类，遗传系数分为长时、短时。

根据本发明所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤5：（3）所述精轧自然宽展采用加性学习算法如粗轧宽度余量的分段自适应方法，

其方法如下：

①分段采用公式（5）计算各段粗轧目标宽度余量，这里取带钢头、中、尾三段为例。

dM=K·σ-M₀（5）

式中：

dM：头中尾的宽度余量自适应修正值（单位mm，范围：-3～3）；

K：头中尾的宽度余量系数，（无单位，范围2.5～4）；

σ：精轧头中尾的宽度实际值的统计标准差（单位：mm，范围：2～5）；

②宽度余量学习采用加性学习

M_Learn(new)=(1-α)·M_Learn(old)+α·dM（6）

式中：α为学习系数，取值0～0.5,

M_Learn(new),M_Learn(old)为新老自适应系数，分头中尾三段。

根据本发明，在精轧轧制过程中，由于辊缝、张力、轧制速度、温度等多种因素延带张带钢长度方向是波动的，而成品宽度不允许负宽轧制，因此粗轧带钢轧制过程中必须留有一定的余量。粗轧宽度目标中确定宽度余量为基准值，这在模型的配置文件给定，同时工艺表中给出不同规则和钢种的余量的修正值。另外余量还可以采用模型自适应的方法自动修正。

图3为粗轧宽度多目标控制流程图。

根据本发明，该方法可以解决粗轧来料板坯宽度波动，进一步提高粗轧宽度控制；同时该方法可以在保证头、尾宽度精度的情况下，进一步减少精轧轧制过程中宽度中的宽度余量，提高热轧带钢的综合成材率。

附图说明

图1（a）,（b）,（c）分别为粗轧宽度多段目标控制方法示意图。

图1（a）为带钢精轧宽度曲线图，表示不同精轧轧制状态形成不同的精度。

图1（b）为常规宽度控制示意图。

图1（c）为三段式宽度余量控制示意图。

图2为粗轧三段式宽度控制图。

图3为E2立辊多段目标控制计算流程图。

图4为粗轧宽度多目标控制流程图。

图5为粗轧最后道次的多目标轧制设定曲线图。

具体实施方式

实施例1

粗轧三段式目标控制，

立辊辊径：Ediaroll=1200.0mm；

水平辊径：diaroll=1246.0mm；

粗轧3－3道次轧制；

（1）步骤1：准备粗轧数据。

E3立辊压下：E3Red=5.0mm

E3狗骨宽展：E3dogSpread=4.14mm;

精轧自然宽展遗传系数头部：InherFMSpreadH=-1.70mm;

精轧自然宽展遗传系数中部：InherFMSpreadH=-1.20mm;

精轧自然宽展遗传系数尾部：InherFMSpreadH=-1.50mm;

热膨胀系数：alfa=1.01；

宽度余量学习值W_MarginInher＝1.60.10.9（mm）；

粗轧目标宽度系统HMI修正值：W_HMI=0.00.00.0（mm）；

宽度余量工艺修正值：W_{MarginTechnics}=1.6－0.51.0（mm）；

宽度余量基本值W_MarginBase=7.5mm；

精轧目标宽度：FMWidth=1500mm；

精轧目标轧制厚度：FMThick=1.30mm

来料宽度：standEntryThick=59.139999mm；

R2最后道次水平压下：R2Draft=16.63mm；

板坯长度：SlabLength=41349.0mm；

板坯温度：Temp=1109.0℃；

步骤2：根粗轧立辊倒数第2道次（水平辊轧制倒数第3道次）完成轧制后收集粗轧宽度测量数据。并根据水平辊轧制倒数第2道次压下设定计算板坯测量各点的粗轧自然宽展，从而得到粗轧最后道次立辊轧制的入口宽度。

步骤3：确定粗轧出口多段目标宽度

预测计算带钢头中尾精轧自然宽展：-6.6－3.5－3.8

则计算得到带钢三段目标：

轧制宽度头部目标：RdwTargetHead=1517.3mm；

头部目标长度：RdwTargetHeadLength=5161.0mm；

轧制宽度中部目标：RdwTargetMiddle=1511.6mm；

轧制宽度尾部目标：RdwTargetTail=1515.2mm；

尾部目标长度：RdwTargetTailLength=5161.0mm；

步骤4：E2多段控制计算及控制。

步骤5：根据精轧出口多段宽度做粗轧多段目标宽度自适应计算

（1）根据粗轧多目标分段控制长度，对精轧和粗轧带钢宽度进行数据统计：精轧宽度平均值：1508.51507.21506.5（mm）

精轧宽展实际值：-7.66－3.95－3.88（mm）

宽度波动标准差；2.812.122.66（mm）。

（2）精轧自然宽展遗传计算

取Alfa＝0.3，

则计算Inher_New＝-2.018-1.335-1.524（mm）

遗传系数采用钢种×宽度×厚度×压下量×位置进行分类，遗传系数分为长时、短时。

（3）粗轧宽度余量的分段自适应方法

取K＝3.0

dM＝0.93－1.140.48（mm）

取宽度余量学习系数α＝0.2，

宽度余量学习值W_MarginInher(old)＝1.60.10.9（mm）；

则：W_MarginInher(New)＝1.466-0.1480.816（mm）。

根据本发明，该方法可以解决粗轧来料板坯宽度波动，进一步提高粗轧宽度控制；同时该方法可以在保证头、尾宽度精度的情况下，进一步减少精轧轧制过程中宽度中的宽度余量，提高热轧带钢的综合成材率。

Claims (9)

1.一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

步骤1：准备粗轧出口多段目标宽度计算的遗传数据和工艺数据，所述遗传数据包括多段精轧宽展遗传系数、精轧余量遗传系数；所述工艺数据包括工艺表中工艺制定的粗轧多段目标宽度余量修正值和HMI数据；

步骤2：根据粗轧立辊倒数第2道次，即水平辊轧制倒数第3道次，完成轧制后收集粗轧宽度测量数据；并根据水平辊轧制倒数第2道次压下设定计算板坯测量各点的粗轧自然宽展，从而得到粗轧最后道次立辊轧制的入口宽度，

计算公式如式(1)，

W₂＝W₁+△W_s(1)

其中△W_s为水平宽展模型，

W₁：入侧宽度，范围：700～2000mm，

${\mathrm{\ΔW}}_s=W_1*\left({\left(\frac{h_0}{h_1}\right)}^{T_{\mathrm{\α}}*a}-1.0\right)---\left(2\right)$

式中：温度影响系数：T_α＝-0.0004*T+1.5

影响系数： $a=0.46*{\left(\frac{h_0}{W_1}\right)}^{1.245}*e^{-0,31*h_0/\sqrt{R*\left(h_0-h_1\right)}}$

h₀,h₁,T分别为板坯水平轧制的入口厚度，范围40～250mm、出口厚度，范围40～250mm和温度，范围900～1250℃，

R：轧辊半径，范围400～650mm，

步骤3：确定粗轧出口多段目标宽度

粗轧出口控制目标宽度冷值计算公式如下：

W_R2Target＝W_FMTarget-FM_Spread+W_E3RedEffect+W_Margin+W_HMI+W_MarginInher(3)

将粗轧出口宽度冷值转换成粗轧出口热值：

W_R2TargetHot＝W_R2Target·alpha

其中：

alpha：冷热转换系数，

W_FMTarget：精轧出口宽度冷值；

FM_Spread：精轧自然宽度计算值；

W_E3RedEffect＝E_3Redu-dW_Dog：即，E3有效宽度压下，等于E3压下减去狗骨宽展，

W_Margin＝W_MarginBase+W_{MarginTechnics}，宽度余量，

W_{MarginTechnics}：宽度余量工艺修正值；

W_MarginBase：宽度余量基本值；

W_MarginInher：宽度余量学习值；

W_HMI：粗轧目标宽度系统修正；

步骤4：E2多段控制计算及控制

(1)根据粗轧三段目标控制的长度和目标宽度，分别计算头尾短行程、中间M点压下设定，

(2)在立辊机架前设置热检，带钢头部到达热检位置时，控制系统根据带钢运行速度开始跟踪带钢头部位置，依次执行带钢头部短行程、中间多点的立辊压下控制，带钢尾部离开热检的时间用于带钢位置跟踪误差的修正；

步骤5：根据精轧出口多段宽度做粗轧多段目标宽度自适应计算

根据粗轧多目标分段控制长度，计算相应精轧带钢长度，分段计算各段带钢的宽度平均值、精轧宽展实际值和宽度波动标准差。

2.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

粗轧宽度控制中，最后道次轧制设定由原来的单点设定变为中间多点设定，其设定点数为2倍的M，其中M取为2～40，该多点设定，同常规的头尾短行程设定结合，形成扩展后的短行程头尾设定，及长行程设定。

3.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，步骤3式中，

alpha：冷热转换系数：1.0～1.16，

W_FMTarget：精轧出口宽度冷值，范围：800～1700mm；

FM_Spread：精轧自然宽度计算值，范围：-20～10mm。

4.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，步骤3式中，

W_Margin＝W_MarginBase+W_{MarginTechnics}，宽度余量，范围：5～10mm，

W_{MarginTechnics}：宽度余量工艺修正值，分层别，范围：-3～3mm；

W_MarginBase：宽度余量基本值，范围：5～10mm；

W_MarginInher：宽度余量学习值，学习层别值，范围：-3～3mm；

W_HMI：粗轧目标宽度系统修正，画面输入，范围：-2～2mm。

5.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤3，粗轧出口多段目标宽度计算与常规粗轧宽度目标的计算差别是在FM_Spread精轧自然宽度计算值和W_MarginInher，如果粗轧出口多段目标确定为头中尾三个，则相应的FM_Spread和W_MarginInher也分成三段，三段数据的确定通过模型的自适应调整确定。

6.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤4，则粗轧三段目标设定计算步骤如下：

根据粗轧目标宽度，将板坯分成M段，定义过渡段长度L，L＝500～1500mm，

根据控制点数、控制段长计算头部、中、尾控制段间距；

计算设定点位置、入口宽度和目标宽度、水平压下数据；

循环计算M个设定点的压下量；

根据新的头尾目标宽度重新计算短行程头尾设定；

将短行程设定和中间的设定合成多点设定；

E2执行多段目标宽度轧制，完成粗轧轧制。

7.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

步骤5：根据精轧出口多段宽度做粗轧多段目标宽度自适应计算

(1)根据粗轧多目标分段控制长度，计算相应精轧带钢长度，分段计算各段带钢的宽度平均值、精轧宽展实际值和宽度波动标准差；

(2)精轧自然宽展采用加性学习算法分别计算精轧自然宽展的长时遗传系数和短时遗传系数。

8.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤5：所述精轧自然宽展采用加性学习算法如下：

Inher_New＝Inher_Old-Alfa·(W_{FMSpread_Cal}-W_{FMSpread_Act})(4)

式中：

Inher_New,Inher_Old为新老遗传系数，范围-10～10，

Alfa：遗传学习系数，范围0～0.7，

W_{FMSpread_Cal}：精轧自然宽展预测值，范围：-20～10mm，

W_{FMSpread_Act}：精轧自然宽展实际值，范围：-20～10mm。

9.如权利要求1所述的一种粗轧宽度多目标轧制的长行程控制方法，其特征在于，

在步骤5：(3)所述精轧自然宽展采用加性学习算法的粗轧宽度余量的分段自适应方法，

其方法如下：

①分段采用公式(5)计算各段粗轧目标宽度余量，

dM＝K·σ-M₀(5)

式中：

M₀为头中尾的宽度余量基准值，范围：5～10mm，

dM：头中尾的宽度余量自适应修正值，范围：-3～3mm；

K：头中尾的宽度余量系数，范围2.5～4mm，

σ：精轧头中尾的宽度实际值的统计标准差，范围：2～5mm；

②宽度余量学习采用加性学习

M_Learn(new)＝(1-α)·M_Learn(old)+α·dM(6)

式中：α为学习系数，取值0～0.5,

M_Learn(new),M_Learn(old)为新老自适应系数，分头中尾三段。