CN105598183A - 兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略。高次曲线工作辊在热轧中主要用于控制机架间比例凸度，进而控制浪形，同规格轧制中，浪形控制相对稳定时，导致高次凸度工作辊窜辊计算值往往保持不变，易造成工作辊的局部磨损，影响后续轧制带钢断面形状。本发明基于对窜辊位置计算值的连续判断，制定了高次曲线工作辊兼顾浪形和断面的震荡型窜辊策略，实际应用结果表明，该窜辊策略可以有效改善同规格轧制时的带钢断面形状。

Description

兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略控制

技术领域

本发明涉及冶金机械及自动化、轧制技术，具体指一种兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略控制。

技术背景

工作辊辊形技术是热轧生产过程板形控制的关键技术，近些年，特别是高次曲线工作辊在热轧带钢生产过程中的已经得到广泛应用，如CVC工作辊(德国西马克开发，三次多项式曲线)，HVC工作辊(中国北京科技大学开发，五次多项式曲线)，SmartCrown工作辊(奥钢联开发，多项式与Sin函数复合辊形)等。图1为五次多项式的高次曲线HVC工作辊，曲线方程成S型，上下工作辊反对称放置，通过工作辊轴向窜动，实现不同的等效辊形，达到调节板形的目的，其余高次曲线工作辊的曲线形状和工作原理也大体类似。

和常规凸度工作辊(如二次抛物线曲线)相比，高次曲线工作辊窜辊的作用有所不同。常规凸度工作辊窜辊主要用于均匀化轧辊磨损，因为窜辊不具备板形控制功能，为此其窜辊位置具有一定的规律，一般在窜辊行程范围内做周期性往复窜动；高次曲线工作辊窜辊则没有特定的规律，根据板形控制要求，通过板形模型计算出实时的窜辊位置。生产过程中发现，轧辊热凸度稳定以后，如需要进行大批量同规格轧制时且浪形控制较好情况下，板形控制模型往往每次计算出的各机架高次曲线工作辊窜辊位置没有变化。如图2和图3所示为某1780热连轧实际生产过程中的一个实例(实例1)，该生产线工作辊采用HVC辊形，整个轧制单位生产钢种为冷轧基料SPHC，共生产带钢49卷，其宽度和厚度分布如图2所示，从图2可以看出，轧制17块以后，进入了主轧材，规格为1250mm×2.5mm，17-49块全是同规格轧制。以第4机架为例，如图3所示为对应的第4机架弯辊和窜辊的实测值，由于高次曲线工作辊弯辊和窜辊都能控制板形，一般的做法是把弯辊力固定在平衡力附近(上下波动均具有足够的余量)，计算窜辊，如果窜辊超出设备能力限幅再进行弯辊调节，从图3中可以看出，当规格开始固定，且板形质量趋于稳定(换规格前2块一般质量控制较难)，窜辊位置也相对固定不变。窜辊位置不变以后带来的影响是轧辊在局部位置磨损严重，复印到带钢上以后出现了局部高点，出现异常的断面轮廓，如图4所示，越到同规格轧制的后期，此现象越严重。为此，希望能够研究和发明一种兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略，解决高次曲线工作辊在断面控制方面的缺陷。

现有较多的文献对窜辊策略进行研究，但主要针对于常规凸度工作辊，采用不同窜辊策略均匀化轧辊磨损，如专利1《热轧平辊窜动控制方法》(申请号：201010112396.0)，专利2《一种热轧高强薄带钢的板形控制方法》(申请号：201310098175.6)，专利3《抽钢顺发生变化的热轧交叉轧制窜辊方法》，论文1《面向板形控制的辊型窜辊与弯辊技术应用》(钢铁，2014年11期)，论文2《热轧带钢变行程窜辊策略优化模型》(钢铁，2012年03期)，论文3《热轧带钢窜辊策略与综合辊型的研究及应用》(钢铁，2012年09期)，论文4《热轧带钢交叉轧制窜辊策略的两阶段优化仿真》(系统仿真学报，2013年11期)，论文5《热轧工作辊变行程窜辊策略》(北京科技大学学报，2011年01期)等。

论文6《LVC工作辊辊型窜辊优化策略研究及应用》(冶金自动化，2006年06期)和论文7《LVC工作辊辊型窜辊策略及实际应用》(钢铁研究学报，2007年11期)提出了一种高次曲线工作辊LVC的窜辊策略，但主要侧重于如何计算LVC辊形窜辊值，用户保证浪形质量。

专利4《一种消除CVC轧机工作辊局部磨损的方法》(申请号：201110281509.4)提出改变CVC工作辊周期性窜辊的频率、幅度，达到消除工作辊局部磨损的目的，这和本专利需要达到的目的相似，但采用的是判断轧制序列相互之间的宽度差是否满足条件来启动周期性窜辊模式，这一判断条件是否合理值得讨论，如果以宽度差作为启动周期条件，则宽度相近，厚度和钢种不同的情况下，也启动CVC周期性窜辊模式，用弯辊力作为补偿，这在很大程度上会牺牲CVC的窜辊性能，且弯辊力容易出现在极限位置，极限位置的弯辊力无法给闭环控制提供余量。事实上，即使宽度相同，厚度和钢种不同情况下，CVC辊形窜辊位置设定值本身也会不同，无需进行周期性窜辊设定同样能够达到均匀化轧辊磨损的目的。轧辊局部磨损产生的原因是窜辊长时间在某个位置不窜动，为此，以窜辊位置作为判定条件更加合适。

基于以上分析，本发明提出了一种基于对窜辊位置计算值进行连续判断，并根据判断结果制定了高次曲线工作辊兼顾浪形和断面的震荡型窜辊策略。

发明内容

高次曲线工作辊通过窜辊得到不同的等效凸度，在热轧中主要用于控制机架间比例凸度，进而控制浪形，同规格轧制中，浪形控制相对稳定时，导致高次凸度工作辊窜辊计算值往往保持不变，易造成工作辊的局部磨损，影响后续轧制带钢断面形状。为此考虑如果窜辊位置计算值长期不变，则通过特殊的设定让窜辊进行按一定的步长移动，由此造成的板形偏差用弯辊进行补偿。本发明基于对窜辊位置计算值的连续判断，制定了高次曲线工作辊兼顾浪形和断面的震荡型窜辊策略。

本发明提出的一种兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略，其特征在于所述窜辊策略包含如下步骤：

步骤1：设轧制第i块带钢时，板形模型计算的高次曲线工作辊的窜辊设定值为S_ci；

步骤2：从换辊后第n块带钢开启兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略，为保证工作辊建立稳定的热凸度，n一般取8-10，假定4个窜辊中间变量S₁，S₂，S₃，S₄，从n块带钢开始，每轧制完成1块带钢，将窜辊设定值复制给窜辊中间变量，当完成3块带钢轧制时，可以得到：

S₁＝S_cn，S₂＝S_c(n+1)，S₃＝S_c(n+2)

步骤3：设第n+3块带钢板形模型计算窜辊值为S_c(n+3)，则：

S₄＝S_c(n+3)

第n+3块带钢轧制前，对四个窜辊值进行两两比较，当同时满足下列条件时，第n+3块带钢启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略：

1)|S₁-S₂|<S_min

2)|S₁-S₃|<S_min

3)|S₁-S₄|<S_min

4)|S₂-S₃|<S_min

5)|S₂-S₄|<S_min

6)|S₃-S₄|<S_min

S_min为窜辊偏差最小阈值，考虑到窜辊设备执行设定值可能存在偏差，取S_min＝3-5mm；

步骤4：设定震荡型窜辊策略窜辊步长Stp＝0.1S_max，S_max为设备的窜辊最大行程；

1)若第n+3块带钢启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略，则对第n+3块带钢板形模型计算出来的窜辊设定值进行重新计算，采用如下方法计算：

S_c(n+3)＝S_r(n+2)+Sign×Stp

式中：Sign为初始设定值，取值范围为1或-1，Stp为震荡型窜辊策略窜辊步长，S_r(n+2)为上一块带钢的窜辊实际值，板形模型计算出来的窜辊值与调整过的S_c(n+3)差值通过弯辊力进行补偿，保证板形良好。

设定震荡区间上下限[S_d，S_u]，其中：

S_d＝S₃-3Stp，如果S_d<-S_max，则：S_d＝-S_max；

S_u＝S₃+3Stp，如果S_u>S_max，则：S_u＝S_max；

如果：S_c(n+3)>S_u，则S_c(n+4)＝S_u，且Sign＝-Sign；

如果：S_c(n+3)<S_d，则S_c(n+4)＝S_d，且Sign＝-Sign；

第n+3块带钢轧制完成后，对窜辊中间变量进行重新赋值，S₁＝S_c(n+1)，S₂＝S_c(n+2)，S₃＝S_c(n+3)，此处S_c(n+3)采用未重新计算的板形模型计算值；同时将重新计算的后的S_c(n+3)赋值给S_r(n+3)；

2)若第n+3块带钢不满足启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略的条件，则第n+3块带钢窜辊设定值采用板形模型的实际设定值S_c(n+3)，第n+3块带钢轧制完成后，对窜辊中间变量进行重新赋值，S₁＝S_c(n+1)，S₂＝S_c(n+2)，S₃＝S_c(n+3)；

步骤5：n+4块带钢轧制之前，令n＝n+1，重复步骤3、步骤4、步骤5，依次类推，直到轧制结束。

本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明在不修改设备结构，不修改结构，只需要对控制方法进行简单的修改，就可以实现高次曲线工作辊对浪形和断面的协调控制，满足下游用户，特别是冷轧用户对热轧原料的断面要求。

附图说明

图1高次曲线工作辊示意图。

图2实际轧制单位(实例1)宽度和厚度分布图。

图3实际轧制单位(实例1)第4机架弯辊和窜辊分布图。

图4带钢正常和异常断面示意图。

图5兼顾浪形和断面的高次曲线工作辊窜辊策略流程图。

图6实际轧制单位(实例2)宽度和厚度分布图。

图7实际轧制单位(实例2)第4机架弯辊和窜辊分布图。

图8第45块带钢断面形状(实例1)。

图9第45块带钢断面形状(实例2)。

图中：

1.高次曲线工作辊，2.带钢，3.正常带钢断面轮廓，4.异常带钢断面轮廓，5.局部高点。

具体实施方式

下面结合具体的实例对本发明提到的一种兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略进行进一步详细说明。

在技术背景中，以某厂1780为例子，介绍了实例1，在具体实施方式中，同样选取和实例1非常相似的实例2作为说明，在此实例中，投入本发明专利的高次曲线工作辊窜辊策略作说明。整个轧制单位生产钢种同样为冷轧基料SPHC，共生产带钢56卷，其宽度和厚度分布如图6所示，从图6可以看出，轧制19块以后，进入了主轧材，规格为1250mm×2.5mm，19-56块全是同规格轧制。同样以第4机架为例进行说明，具体的弯辊和窜辊数据见图7。

步骤1：窜辊设定值即为板形系统每次计算出来的窜辊值，如第1块带钢，如果7所示，窜辊设定值为91mm。

步骤2：考虑到需要建立稳定的轧辊热凸度，从第10块开始执行高次曲线工作辊窜辊策略，即n＝10，假定4个窜辊中间变量S₁，S₂，S₃，S₄，从10块带钢开始，每轧制完成1块带钢，将窜辊设定值复制给窜辊中间变量，可以得到：

第10块钢轧制完成：S₁＝57mm；

第11块钢轧制完成：S₂＝40mm；

第12块钢轧制完成：S₃＝32mm。

步骤3：轧制第13块带钢时，板形模型设定窜辊为33mm，则S₄＝33mm，取S_min＝5mm，不满足步骤三的判定条件，利用板形模型设定窜辊值进行轧制，然后重新赋值S1，S2，S3，准备进行第14块带钢轧制前判定，依次类推，如下：

从上表可以看出，直到24块带钢，才满足进行高次曲线工作辊的震荡窜辊策略，从表中可以看出，虽然带钢宽度一样，因为厚度不一样，且质量波动，窜辊位置一直在频繁变化，不会导致局部磨损。对于24块带钢，板形模型计算的第4机架窜辊值为-8，和前面三个窜辊值相比，两两的绝对值差均小于S_min，进入步骤4。

步骤4：该1780mm轧机的窜辊行程为150mm，设定震荡型窜辊策略窜辊步长Stp＝0.1S_max＝0.1×150＝15mm，即每次震荡步长15mm。

因为满足条件，为此，第24块带钢板形模型计算出来的第4机架窜辊值S_c24＝-8mm不用于在线控制，采用如下方法计算：

S_c24＝S_r23+1×15＝10mm

其中S_r23为第23块带钢的窜辊实际值，由于没有进行震荡型窜辊程序，S_r23＝S_c23＝-5。

计算震荡区间上下限[S_d，S_u]，其中：

S_d＝S₃-3Stp＝-5-3×15＝-50mm

S_u＝S₃+3Stp＝-5+3×15＝40mm

设备窜辊行程为150mm，为此S_d和S_u在[-150，150]mm范围内，且S_c24在[S_d，S_u]范围内，S_c24＝10mm用于第24块带钢的窜辊，同时板形模型对弯辊进行修正，计算出弯辊的补偿量(窜辊增加了15mm，由于正窜等效于正弯，为此弯辊重新计算后比原先值偏小)，轧制完成后，对窜辊中间变量进行重新赋值，此时S_c24赋值给S₃，但采用的是板形模型计算值，即S_c24＝-8mm赋值给S₃，同时将调整后的S_c24＝10mm赋值给S_r24。

依次类推，进行后续判断及设定。整个轧制单位的窜辊变化见图7，从图7中可以看出，不采用本专利的技术时，当规格完全相同且板形质量稳定以后(一般2-3块带钢)，弯辊和窜辊基本就保持不动(如图3)，而采用本发明技术后，当满足条件时，窜辊在一定范围内做周期震荡，同时弯辊做出相应的波动补偿，在保证板形质量的前提下均匀化轧辊磨损，改善了断面质量。

同样获取轧制单位的第45块带钢断面做比较。实例1中窜辊没有采用震荡策略，其窜辊如图3所示，第45块带钢断面得到了如图8所示的形状，实例2中窜辊采用震荡策略，其窜辊如图7所示，第45块带钢断面得到了如图9所示的形状，从图对比可以看出，采用本专利提出的方法后，断面在轧制后期还是非常规则，没有异常的局部高低点，为后续用户提供了良好的带钢断面形状。

Claims (1)

1.一种兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略，其特征在于所述窜辊策略包含如下步骤：

步骤1：设轧制第i块带钢时，板形模型计算的高次曲线工作辊的窜辊设定值为S_ci；

步骤2：从换辊后第n块带钢开启兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略，为保证工作辊建立稳定的热凸度，n＝8-10，假定4个窜辊中间变量S₁，S₂，S₃，S₄，从换辊后第n块带钢开始，每轧制完成1块带钢，将窜辊设定值复制给窜辊中间变量，当完成3块带钢轧制时，可以得到：

第n块钢轧制完成：S₁＝S_cn；

第n+1块钢轧制完成：S₂＝S_c(n+1)；

第n+2块钢轧制完成S₃＝S_c(n+2)；

步骤3：设第n+3块带钢板形模型计算窜辊值为S_c(n+3)，则：

S₄＝S_c(n+3)，

第n+3块带钢轧制前，对所述的4个窜辊设定值进行两两比较，当同时满足以下列条件时，第n+3块带钢启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略：

1)|S₁-S₂|<S_min

2)|S₁-S₃|<S_min

3)|S₁-S₄|<S_min

4)|S₂-S₃|<S_min

5)|S₂-S₄|<S_min

6)|S₃-S₄|<S_min

S_min为窜辊偏差最小阈值，S_min＝3-5mm；

步骤4：设定震荡型窜辊策略窜辊步长Stp＝0.1S_max，S_max为设备的窜辊最大行程；

1)若第n+3块带钢启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略，则对第n+3块带钢板形模型计算出来的窜辊设定值进行重新计算，采用如下方法计算：

S_c(n+3)＝S_r(n+2)+Sign×Stp

式中：Sign为初始设定值，取值为1，S_r(n+2)为上一块带钢的窜辊实际值，板形模型计算出来的窜辊值与调整过的S_c(n+3)差值通过弯辊力进行补偿，保证板形良好；

设定震荡区间上下限[S_d，S_u]，其中：

S_d＝S₃-3Stp，如果S_d<-S_max，则：S_d＝-S_max；

S_u＝S₃+3Stp，如果S_u>S_max，则：S_u＝S_max；

如果：S_c(n+3)>S_u，则S_c(n+4)＝S_u，且Sign＝-Sign；

如果：S_c(n+3)<S_d，则S_c(n+4)＝S_d，且Sign＝-Sign；

第n+3块带钢轧制完成后，对窜辊中间变量进行重新赋值，S₁＝S_c(n+1)，S₂＝S_c(n+2)，S₃＝S_c(n+3)，此处S_c(n+3)采用未重新计算的板形模型计算值；同时将重新计算的后的S_c(n+3)赋值给S_r(n+3)；

2)若第n+3块带钢不满足启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略的条件，则第n+3块带钢窜辊设定值采用板形模型的实际设定值S_c(n+3)，第n+3块带钢轧制完成后，对窜辊中间变量进行重新赋值，S₁＝S_c(n+1)，S₂＝S_c(n+2)，S₃＝S_c(n+3)；

步骤5：n+4块带钢轧制之前，令n＝n+1，重复步骤3、步骤4、步骤5，依次类推，直到轧制结束。