CN104550242A - 一种冷轧生产线炉内张力波动快速预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷轧生产线监测方法，尤其涉及一种冷轧生产线炉内张力预警方法。一种冷轧生产线炉内张力波动快速预警的方法，它包括下列步骤：在二级机设置预警值步骤；带钢预警张力σ_ο1计算公式为：

Description

一种冷轧生产线炉内张力波动快速预警方法

技术领域

本发明涉及冷轧生产线监测方法，尤其涉及一种冷轧生产线炉内张力预警方法。

背景技术

国内很多钢铁企业，很多冷轧机组的张力设定都是通过二级计算机根据来料的特性，经查表计算送到一级计算机实施。

随着冷轧线速度的提高，张力设定和控制的难度也随之提高。随着生产规格的不断扩展，原炉内张力预警速度已不能适应生产，主要是预警值的设定速度太慢。为了提高预警值设定速度，完全依靠操作工的个人经验进行设定，其预警值也是根据经验设定。由于个人的偏好和经验不同，这样势必造成生产的不稳定，稍不注意就会引起断带。

发明内容

本发明旨在解决上述缺陷，提供一种冷轧生产线炉内张力快速预警方法。本发明可以避免操作工凭感觉设定张力值而造成的故障，快速设定出更加优化的张力控制值。

为解决上述问题，一种冷轧生产线炉内张力波动快速预警的方法，它包括下列步骤：

在二级机设置预警值步骤；带钢预警张力σ_ο1计算公式为：

${\mathrm{\σ}}_{o1}=(1-\frac{{\mathrm{\σ}}_{d}L-t_s({\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}}){\mathrm{\σ}}_d}{(0.1~0.6)L(1+{\mathrm{\ϵ}}_0)E}-{\mathrm{E\σ}}_d)*0.367$

其中L为机架间距，ε为机架间带钢相对拉伸量，t为任意时间，υ_(i+1)H为第i+1机架带钢的入口速度，υ_ih为第i机架带钢的出口速度，ε₀为起始拉伸量，E为机架间带钢相对拉伸量，σ_d为张力设定值

张力信号采集并传送到DCS步骤；

二级机将张力信号和预设的预警值进行比较步骤；

经比较，若超过预警值，发出预警信号步骤。

本发明优化了预警值的计算方式，这种算法的生成将极大减少预警优化的人为因素，减少断带、跑偏的可能性，及时提醒现场技术人员对带钢进行监测、检查、分析，避免不必要的损失发生；二级机直接截取PLC中张力信号，直接判断是否达到预警标准，大大加快了预警速度，满足高速冷轧生产线的需求，对对保证轧制过程的顺利进行和成品带钢的质量有着重要意义。

附图说明：

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为具有速度差时张力的变化图；

图2为张力增益系数(控制界)正态分布曲线图。

具体实施方式

请参见图1和图2，本发明一种冷轧生产线炉内张力快速预警方法包括

1、张力设定模型形成

机组现场张力设定模型是根据张力设定的常理分析加上实测数据的回归而来的。根据常理，影响带钢设定张力的主要因素为：带钢的厚度、宽度、和速度。由于速度因素在电气控制中已经采取了补偿，所以这里就不加考虑。带钢张力与厚度和宽度的关系一般可以描述为：带钢越宽越厚张力也要越大。其数学表达式即为：

T＝α+β×(Th×Wd) (1)

其中：T为张力[N]，Th为厚度[μm]，Wd为宽度[mm]，α,β为系数。通过现场实测数据分析。根据张力设定的惯例，一般采用单位张力的形式表达，考虑量纲和参数的关系，把(1)式变为单位张力形式如下：

$\stackrel{\‾}{T}=a+\frac{{10}^5\×b}{\mathrm{Th}\×\mathrm{Wd}}---\left(2\right)$

其中：a和b为系数，根据钢种和炉段的不同而不同，取值如下：

例如：对于钢种T-3CA，厚度为300μm，宽度为900mm，Ften1段的单位张力计算如下：

$T=a+\frac{{10}^5\×b}{\mathrm{Th}\×\mathrm{Wd}}=7.0182+\frac{1.9145\×{10}^5}{300\×900}=7.7273---\left(3\right)$

2、张力预警给定值的合理选择及优化

轧制过程中张力的选择主要是指选择单位面积上的平均张力σT，即：

${\mathrm{\σ}}_T=\frac{F_T}{B}---\left(4\right)$

式中σ_T------单位面积上的平均张力，N/m²；

B------带钢的横截面积，m²；

F_T------作用于带钢横截面积B上的张力，N。

从理论上讲，单位张力似乎应当尽量选高一些，但是不应超过带钢的屈服极限σ_S，根据统计分析得出，σ_T的值为：

σ_T＝(0.1～0.6)σ_S (5)

计算出实际张力σ_T后，根据设定张力σ_d，便可以做出张力

那么，根据现场经验张力的预警值σ_o则为，增益系数τ＝0.51，σ_d为现场设定值，则现场目前使用的预警张力限制为：

${\mathrm{\σ}}_o=\frac{{\mathrm{\σ}}_T-{\mathrm{\σ}}_d}{{\mathrm{\σ}}_T}\×0.51---\left(6\right)$

不同的轧机，不同的轧制道次，不同的品种规格，甚至不同的原料，要求有不同的σ_T值。

当带钢强度较高和希望变形的均匀时，可取较大的σ_T值，否则可取小值；其次，操作经验不足时可取小值，操作熟练后可取大些。另外，压下量大时，适当增加张力，否则，反之。

带钢通过轧制，不断变薄，它的截面积也随之减小，另一方面，因带钢产生了加工硬化现象，使屈服极限升高，选择的张应力相应增加。但由于屈服极限升高的速度比带钢面积减小的速度要小，即带钢截面积减小是主要的影响因素，因此随着带钢轧薄，所选用的张力应当逐渐减小。一般情况下，厚的带钢使用的张力大些，薄的带钢可相应小一些。

张力值预警的优化，对保证轧制过程的顺利进行和成品带钢的质量有着重要意义。例如，开卷机张力过大，便无法穿带；若张力过小，则会产生堆钢现象。

对卷取机来说，当张力过小时，会造成卷得不紧，刚卷从卷取机上卸下之后，会因刚卷的自身重量而导致钢卷变成椭圆形，长时间对方后可能产生严重的踏卷。另外，卷得太松的钢卷，即使不发生变形，在后工序的平整机上也会出现开卷打滑的现象(在钢卷内圈之间产生层间搓动)。但如果卷取张力过高，从卷取机上卸下钢卷的内圈常会产生扭折，退火后可能会由于表面压力高产生粘结而造成报废。冷轧卷取机的张力一般选用4.9*10⁷Pa(5kg/mm²)左右。

另外，连轧机各机架张力的选取还需考虑主电机之间及与卷取之间的合理功率负荷分配。根据(5)按经验范围选择适当的σ_T值，然后在进行其他方面的校核。

根据切克马廖夫张力微分公式得到：

$\frac{\mathrm{Ld\ϵ}}{({\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}})(1+\mathrm{\ϵ})}=\mathrm{dt}---\left(7\right)$

式中，L为机架间距，ε为机架间带钢相对拉伸量，t为任意时间，υ_(i+1)H为第i+1机架带钢的入口速度，υ_ih为第i机架带钢的出口速度，当υ_(i+1)H、υ_ih为常值时，积分为：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{L}{L/1+{\mathrm{\ϵ}}_0-({\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}})t}-1---\left(8\right)$

ε随时间的变化曲线由图1所示，

张力力以双曲线形式增加，其渐进线为：

ε_k＝-1 (9)

$t_k=\frac{L}{({\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}})(1+{\mathrm{\ϵ}}_0)}---\left(10\right)$

由此可见，如保持一个速度偏差，则张力呈双曲线型式增加，当张应力增加到钢带的屈服极限σ_s时

${\mathrm{\ϵ}}_s=\frac{{\mathrm{\σ}}_s}{E}---\left(11\right)$

其相应的时间t_s则为

$t_s=\frac{L}{{\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}}}(\frac{1}{1+{\mathrm{\ϵ}}_0}-\frac{1}{1+{\mathrm{\ϵ}}_s})---\left(12\right)$

此时，钢带开始塑性变形。如这时仍保持这一速度偏差，则钢带开始屈服，并继续拉伸甚至断裂。

在原冷轧机组工作中，张力信号采集后通过DCS进入PLC，在PLC中读取二级机返回的张力设定值，当实际张力值大于设定值时，PLC报警并调整张力大小直到张力正常。而冷轧机组改造系统上线后，由于直接从DCS中截取信号进行预警，使得采样效率大大提高，假设从DCS得到信号到二级机，整个环节所用时间为△t，则这△t即为系统所节省的时间。此时(6)式增益系数τ＝0.4开始发生变化，经分析带钢张力预警保持平稳受控状态时，增益系数呈正态分布，于是设定控制界，使得控制图中的电子有99.23％落在控制界限内，在中心线两侧随机分布，也就是说，将控制界设为中心线±3倍标准差，根据以上方法得出控制界τ＝0.367，这就是实验预警及历史预警故障数据按95％置信限确定的阈值。

由此，我们将式(5)、(11)及(12)带入(6)中，从而找到新的预警张力σ_ο1：

${\mathrm{\σ}}_{o1}=(1-\frac{{\mathrm{\σ}}_{d}L-t_s({\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}}){\mathrm{\σ}}_d}{(0.1~0.6)L(1+{\mathrm{\ϵ}}_0)E}-{\mathrm{E\σ}}_d)*0.367---\left(14\right)$

通过张力模型的建立、张力预警给定值的合理优化最终根据在capl机组的实际推导出张力预警给定值的优化，这种算法的生成将极大减少预警优化的人为因素，减少断带、跑偏的可能性，及时提醒现场技术人员对带钢进行监测、检查、分析，避免不必要的损失发生，有着重要的意义。

Claims (1)

1.一种冷轧生产线炉内张力波动快速预警的方法，其特征在于，它包括下列步骤：

在二级机设置预警值步骤；带钢预警张力σ_ο1计算公式为：

${\mathrm{\σ}}_{o1}=(1-\frac{{\mathrm{\σ}}_{d}L-t_s({\mathrm{\υ}}_{(i+1)H}-{\mathrm{\υ}}_{\mathrm{ih}}){\mathrm{\σ}}_d}{(0.1~0.6)L(1+{\mathrm{\ϵ}}_0)E}-{\mathrm{E\σ}}_d)*0.367$

其中L为机架间距，ε为机架间带钢相对拉伸量，t为任意时间，υ_(i+1)H为第i+1机架带钢的入口速度，υ_ih为第i机架带钢的出口速度，ε₀为起始拉伸量，E为机架间带钢相对拉伸量，σ_d为张力设定值；

张力信号采集并传送到DCS步骤；

二级机将张力信号和预设的预警值进行比较步骤；

经比较，若超过预警值，发出预警信号步骤。