CN104707877A - 一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤，1）带钢到达卷取机前，夹送辊、助卷辊处于辊缝控制方式；2）夹送辊咬上带钢后，夹送辊从辊缝控制方式切换到压力控制方式；3）卷筒卷上带钢前几圈过程中，1＃、2＃、3＃助卷辊处于压力或辊缝控制方式；4)卷筒卷上带钢前几圈后，设定为X₀圈，此圈数由人工设定，2＃助卷辊全部打开，以便卸卷小车上升，准备卸卷，1＃、3＃助卷辊进入踏步控制方式，辊缝控制和压力控制交替控制方式，此方式可以避免助卷辊一直压紧带钢造成的带钢表面产生划伤现象；5）通过对夹送辊两侧压力控制PID调节器控制参数P值、I值的调整。

Description

一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法

技术领域

本发明涉及一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制的方法，是解决目前热轧企业中轧制这类产品时，卷形质量出现严重错层的有效控制方法。

 

背景技术

随着市场的需求，热轧企业产品不断向高端拓展，轧制高强度、低温、厚规格板带成为个别企业扩大盈利能力的重要手段，如X70、X80等产品，它是用于制造螺旋埋弧焊管钢，为美国石油协会标准API Spec 5L《管线钢管规范》中的牌号，对该类钢种的成分、工艺设计、冶炼和轧制的控制水平均有极高的要求，特别是由于其硬度大、卷取温度低， 导致热轧企业在卷取该类产品时，卷形控制质量非常不理想，出现了严重的错层现象（如图1所示），给后续产品的运输及下游企业的使用都带来了许多不力因素。正是因为轧制该类产品卷形质量上存在的严重错层问题，导致大多数热轧企业不得不放弃该类产品的拓展，或者，为了填补下有企业的损失，不得不降价销售，所以，开发一种新的卷形控制技术解决轧制高强度、低温、厚规格板带卷形问题，是热轧企业的紧迫问题。

经检索，申请号为CN201110215681.X一种提高热轧卷形质量的热轧卷取侧导板控制方法，是从侧导板压力环和位置环的使用控制方法上进行创新，提出了一种改进卷形质量的控制方法，且它主要针对的是解决轧制薄规格带钢的卷形质量缺陷，而本专利使用助卷辊、夹送辊的控制技术入手，解决轧制高强度、低温、厚规格热轧板带卷形质量缺陷。其它公开发表的技术论文，都是从侧导板、夹送辊设备的控制精度精度以及模型设定参数的优化入手，来寻求改善卷形控制质量的方法、手段，与本专利提出的增加1＃、3＃助卷辊在卷取后续过程中的踏步控制以及控制夹送辊两侧压力变化存在相位差的控制技术是不相同。因此，迫切的需要一种新的技术方案来解决上述技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制的方法，解决目前热轧企业中轧制这类产品时，卷形质量出现严重错层的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤，1）带钢到达卷取机前，夹送辊、助卷辊处于辊缝控制方式；

2）夹送辊咬上带钢后，夹送辊从辊缝控制方式切换到压力控制方式；

3）卷筒卷上带钢前几圈过程中，1＃、2＃、3＃助卷辊处于压力或辊缝控制方式；

4)卷筒卷上带钢前几圈后，设定为X₀圈，此圈数由人工设定， 2＃助卷辊全部打开，以便卸卷小车上升，准备卸卷，1＃、3＃助卷辊进入踏步控制方式，辊缝控制和压力控制交替控制方式，此方式可以避免助卷辊一直压紧带钢造成的带钢表面产生划伤现象；

5）通过对夹送辊两侧压力控制PID调节器控制参数P值、I值的调整，改变夹送辊的压力控制曲线变化周期，使得：一、当夹送辊的辊缝变大、压力变小时，1#或3＃助卷辊总有一个助卷辊处于压力控制方式；二、夹送辊两侧的压力曲线相位差尽可能的小，理想状态是两者重合。

作为本发明的一种改进，所述步骤4中的踏步控制方式具体为，对带钢头部进行跟踪，且卷筒卷上X₀圈数后，当带钢头部位置通过助卷辊时，助卷辊进入压力控制方式，当带钢头部离开助卷辊时，助卷辊进入位置控制方式，如此交替控制，直到带钢卷取完成。

作为本发明的一种改进，所述踏步周期的计算方法如下，1＃、3＃助卷辊的踏步周期为T₁、T₂（助卷辊两次压力值的间隔时间），夹送辊压力变化周期为T₃。

T₁、T₂为带钢头部通过1＃、3＃助卷辊两次的间隔时间，其大小等于带钢一圈的长度除以带钢的速度；T₁、T₂的相位差△T为1＃助卷辊与3＃助卷辊间的带钢长度除以带钢的速度，3个助卷辊设置为对称分布，其大小等于三分之二带钢一圈的长度除以带钢的速度；

T₁、T₂计算公式为：π×（D+2×H）÷V；

△T＝2÷3×π×（D+2×H）÷V；

D：卷筒设备的直径；H：卷筒卷上带钢的厚度；V：带钢的速度；

H=X×H₀

X：卷筒卷上带钢的圈数；H₀：轧制带钢的厚度；

由于1＃、3#助卷辊是从X₀圈开始进行踏步控制的，所以：

X=X₀时，H最小，T₁、T₂、△T最小，

当带钢卷取完时，X最大，H最大，T₁、T₂、△T最大，

其中，X、H、T₁、T₂、△T最大值根据板坯的长度、轧制带钢的厚度、带钢的速度是可以定量计算出来。

 

本发明的优点如下，1）本发明通过对现有技术方案的改进，在后续卷取过程中增加1＃、3＃助卷辊的踏步控制功能，通过1#、3＃助卷辊继续辅助夹送辊进行卷取，解决了带钢松动的问题；2）通过控制夹送辊两侧压力控制曲线的相位差，尽量使相位差缩小，实现夹送辊两侧控制压力的同步，消除带钢在夹送辊中发生错动的现象；3）本发明在不增加设备的情况下，利用现有设备，对原有卷形控制技术进行改进，有效地解决了高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制中存在地出边、错层质量缺陷，具备此项技术后，企业可以生产X70、X80、X100等高强度热轧板卷，该类板卷可以用于石油、天然气管道建设项目，2013年该类板卷企业的盈利为300元/吨以上，而其它板卷盈利为100元/吨左右，以梅钢一年该类板卷拿到的市场订货单3万吨为例，企业一年只要生产3万吨该类板卷就可以多盈利600万元，（3万×（300－100））；因此，该技术具有新颖、简单、提高产品质量，增加企业的效益。

 

附图说明

图1为本现有技术中夹缝辊曲线示意图； 

图2 为助卷踏步示意图；

图3 为助卷踏步示意图；                                 

图4为本技术方案控制过程示意图。

 

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图和具体实施方式对本发明做出进一步的说明和介绍。

实施例1：

参见图2、3，一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制的方法，所述方法的具体步骤如下，

1）带钢到达卷取机前，夹送辊、助卷辊处于辊缝控制方式；

2）夹送辊咬上带钢后，夹送辊从辊缝控制方式切换到压力控制方式；

3）卷筒卷上带钢前几圈过程中，1＃、2＃、3＃助卷辊处于压力或辊缝控制方式；

以上控制与原有技术相同，本项技术的发明点在以下内容：

4）卷筒卷上带钢前几圈后（X₀圈，此圈数由人工设定）， 2＃助卷辊全部打开，以便卸卷小车上升，准备卸卷，1＃、3＃助卷辊进入踏步控制方式，辊缝控制和压力控制交替控制方式，此方式可以避免助卷辊一直压紧带钢造成的带钢表面产生划伤现象；

踏步控制方式：对带钢头部进行跟踪，且卷筒卷上X₀圈数后，当带钢头部位置通过助卷辊时，助卷辊进入压力控制方式，当带钢头部离开助卷辊时，助卷辊进入位置控制方式，如此交替控制，直到带钢卷取完成。

如图2、如图3所示，带钢头部通过1＃助卷辊时，1＃助卷辊从位置控制方式进入压力控制方式，压紧带钢，此时，带钢头部没有通过3＃助卷辊，3＃助卷辊处于位置控制方式，且3＃助卷辊与带钢之间的距离为设定的助卷辊踏步辊缝（这个辊缝大小为带钢厚度的2倍）。

带钢头部离开1＃助卷辊后，1＃助卷辊从压力控制方式进入位置控制方式，且1＃助卷辊与带钢之间的距离为设定的助卷辊踏步辊缝，当带钢头部通过3＃助卷辊时，3＃助卷辊从位置控制方式进入压力控制方式，压紧带钢。

1#、3＃助卷辊的踏步方式就是如图2、图3所示，进行循环，直至卷取卷完带钢，1＃、3＃助卷辊打开，卷取机进行卸卷。

5）通过对夹送辊两侧压力控制PID调节器控制参数P值、I值的调整，改变夹送辊的压力控制曲线变化周期，如图1所示，使得：一、当夹送辊的辊缝变大、压力变小时，1#或3＃助卷辊总有一个助卷辊处于压力控制方式；二、夹送辊两侧的压力曲线相位差尽可能的小，理想状态是两者重合。

＃、3＃助卷辊的踏步周期的计算：

如图1所示，1＃、3＃助卷辊的踏步周期为T₁、T₂（助卷辊两次压力值的间隔时间），夹送辊压力变化周期为T₃。

参照图2、图3，T₁、T₂为带钢头部通过1＃、3＃助卷辊两次的间隔时间，其大小等于带钢一圈的长度除以带钢的速度，由于带钢一圈的长度是随着带钢卷取的不断进行，卷径不断增大而变大的，所以，T₁、T₂也是变大的；T₁、T₂的相位差△T为1＃助卷辊与3＃助卷辊间的带钢长度除以带钢的速度，由于3个助卷辊是对称分布的，其大小等于三分之二带钢一圈的长度除以带钢的速度。

T₁、T₂计算公式为：π×（D+2×H）÷V；

△T＝2÷3×π×（D+2×H）÷V；

D：卷筒设备的直径；H：卷筒卷上带钢的厚度；V：带钢的速度；

H=X×H₀

X：卷筒卷上带钢的圈数；H₀：轧制带钢的厚度；

由于1＃、3#助卷辊是从X₀圈开始进行踏步控制的，所以：

X=X₀时，H最小，T₁、T₂、△T最小，

当带钢卷取完时，X最大，H最大，T₁、T₂、△T最大，

在企业实际生产中，根据生产热轧钢卷的板坯长度以及轧制带钢的厚度是有工艺制度限制的，即板坯长度不是无限长的、轧制带钢的厚度不是无限小的，所以：

X、H、T₁、T₂、△T最大值根据板坯的长度、轧制带钢的厚度、带钢的速度是可以定量计算出来的。

夹送辊压力变化周期的调整：

T₃是夹送辊的压力变化周期，产生它的原因是因为卷取高强、低温、厚规格带钢时，带钢对夹送辊的冲击引起的，这个周期的大小由夹送辊的设备固有特性以及夹送辊的压力控制系统特性所决定，夹送辊的设备固有特性不能改变，但是，夹送辊的压力控制系统特性是可以通过对控制系统PID调节器控制参数P值、I值的调整来改变的，从而实现对夹送辊的压力变化周期T₃的改变。

如图1所示，为了保证1＃、3＃助卷辊在踏步控制方式过程中，1＃、3＃助卷辊进入压力控制时分别处于夹送辊压力上升、压力下降两个过程中，从而实现当夹送辊没有压紧带钢时，总有一个助卷辊压紧带钢的效果，T₃的调整原则必须如下（PID调节器控制参数P值、I值因设备特性不同调整值也不同）：

1、T₃/2大于△T最小值；

2、T₃/2小于△T最大值；

夹送辊两侧的压力曲线相位差的调整：

如图1所示，△T₁为夹送辊两侧的压力曲线相位差，这反映夹送辊两侧设备的固有特性不同，从而造成在收到带钢冲击时，夹送辊两侧压力变化周期不同步，一侧压力曲线相位超前，一侧之后，导致同一时刻，夹送辊两侧的压力不等，引起带钢在夹送辊中出现错动。通过对夹送辊压力控制系统任意一侧的PID调节器的输出进行△T₁延时处理是可以将它们调整到几乎相同的，从而尽量消除带钢在夹送辊中出现错动的现象。

应用实例：

以梅钢热轧厂生产X70，厚度H₀为12.5mm、宽度为1200mm的钢卷为例，生产该钢卷的板坯长度为9500m、厚度为270mm、宽度为1250mm，卷取机的速度V为2500mm/s，卷筒的直径D为750mm，∏=3.14。

计算钢卷的最大圈数X：

不考虑生产过程中的质量损失，根据质量相等原理，可以计算出最终生产的钢卷卷在卷筒上的圈数X为：

板坯的质量=钢卷的质量

板坯的长度×板坯的厚度×板坯的宽度=（钢卷的半径²×∏-卷筒的直径²×∏）×钢卷的宽度

板坯的长度×板坯的厚度×板坯的宽度=（（卷筒的半径+钢卷的厚度×钢卷的最大圈数）²×∏-卷筒的半径²×∏））×钢卷的宽度

（9500×270×1250）=（（750÷2+12.5×X）²×3.14-（750÷2）²×3.14））×1200

X最大=49.66 圈数取整 X最大=50

计算1＃、3＃助卷辊的踏步周期的相位差△T：

△T＝2÷3×π×（D+2×H）÷V

△T＝2÷3×π×（D+2×H₀×X）÷V

由于1#、3#助卷辊踏步是从钢卷圈数为X₀开始，到钢卷圈数为最大圈数时结束，所以：

△T最小=2÷3×π×（D+2×H₀×X₀）÷V

△T最小=2÷3×3.14×（750+2×12.5×4）÷2500=0.7117s

△T最大=2÷3×π×（D+2×H₀×X最大）÷V

△T最大=2÷3×3.14×（750+2×12.5×50）÷2500=1.6746s

夹送辊的压力变化周期T ₃ ：

夹送辊的压力变化周期取决于夹送辊现场设备的固有特性以及夹送辊压力控制系统特性，由于每个企业夹送辊现场设备的固有特性以及夹送辊压力控制系统特性都是不同的，这就导致夹送辊的压力变化周期T ₃ 需要根据现场进行测试得出。

夹送辊压力变化周期的调整：

1、如果现场测试的夹送辊的压力变化周期T ₃ ，其结果是T₃/2小于△T最小值（0.7117s），则需要适当增大夹送辊压力控制系统PID调节器控制参数P值、I值，使得T₃/2大于△T最小值（0.7117s），且T₃/2小于△T最大值（1.6746s）；

2、如果现场测试的夹送辊的压力变化周期T ₃ ，其结果是T₃/2大于△T最大值（1.6746s），则需要适当减小夹送辊压力控制系统PID调节器控制参数P值、I值，使得T₃/2小于△T最大值（1.6746s），且T₃/2大于△T最小值（0.7117s）；

3、如果现场测试的夹送辊的压力变化周期T ₃ ，其结果是T₃/2大于△T最小值（0.7117s），且T₃/2小于△T最大值（1.6746s），则不需要对夹送辊压力控制系统PID调节器控制参数P值、I值进行调整。

夹送辊两侧的压力曲线相位差的调整：

由于夹送辊现场设备的两侧固有特性不同导致夹送辊两侧的压力曲线存在相位差△T₁（此相位差需要根据现场进行测试得出），在本项技术中，只要对夹送辊压力曲线相位超前一侧的压力控制系统PID调节器的输出进行△T₁延时处理，就可以做到夹送辊两侧的压力曲线相位几乎相同。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上所作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (3)

1.一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤，1）带钢到达卷取机前，夹送辊、助卷辊处于辊缝控制方式；

2）夹送辊咬上带钢后，夹送辊从辊缝控制方式切换到压力控制方式；

3）卷筒卷上带钢前几圈过程中，1＃、2＃、3＃助卷辊处于压力或辊缝控制方式；

4)卷筒卷上带钢前几圈后，设定为X₀圈，此圈数由人工设定， 2＃助卷辊全部打开，以便卸卷小车上升，准备卸卷，1＃、3＃助卷辊进入踏步控制方式，辊缝控制和压力控制交替控制方式，此方式可以避免助卷辊一直压紧带钢造成的带钢表面产生划伤现象；

5）通过对夹送辊两侧压力控制PID调节器控制参数P值、I值的调整，改变夹送辊的压力控制曲线变化周期，使得：一、当夹送辊的辊缝变大、压力变小时，1#或3＃助卷辊总有一个助卷辊处于压力控制方式；二、夹送辊两侧的压力曲线相位差尽可能的小，理想状态是两者重合。

2.根据权利要求1所述的一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法，其特征在于，所述步骤4中的踏步控制方式具体为，对带钢头部进行跟踪，且卷筒卷上X₀圈数后，当带钢头部位置通过助卷辊时，助卷辊进入压力控制方式，当带钢头部离开助卷辊时，助卷辊进入位置控制方式，如此交替控制，直到带钢卷取完成。

3.根据权利要求2所述的一种高强度、低温、厚规格热轧板带卷形控制方法，其特征在于，所述踏步周期的计算方法如下，1＃、3＃助卷辊的踏步周期为T₁、T₂（助卷辊两次压力值的间隔时间），夹送辊压力变化周期为T₃；T₁、T₂为带钢头部通过1＃、3＃助卷辊两次的间隔时间，其大小等于带钢一圈的长度除以带钢的速度；T₁、T₂的相位差△T为1＃助卷辊与3＃助卷辊间的带钢长度除以带钢的速度，3个助卷辊设置为对称分布，其大小等于三分之二带钢一圈的长度除以带钢的速度；

T₁、T₂计算公式为：π×（D+2×H）÷V；

△T＝2÷3×π×（D+2×H）÷V；

D：卷筒设备的直径；H：卷筒卷上带钢的厚度；V：带钢的速度；

H=X×H₀

X：卷筒卷上带钢的圈数；H₀：轧制带钢的厚度；

由于1＃、3#助卷辊是从X₀圈开始进行踏步控制的，所以：

X=X₀时，H最小，T₁、T₂、△T最小，

当带钢卷取完时，X最大，H最大，T₁、T₂、△T最大，

其中，X、H、T₁、T₂、△T最大值根据板坯的长度、轧制带钢的厚度、带钢的速度是可以定量计算出来。