CN106475420B

CN106475420B - 一种基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法

Info

Publication number: CN106475420B
Application number: CN201510540615.8A
Authority: CN
Inventors: 宿德军; 陈军; 林润杰; 王红兵; 朱华群; 赵彬
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2015-08-28
Filing date: 2015-08-28
Publication date: 2018-03-30
Anticipated expiration: 2035-08-28
Also published as: CN106475420A

Abstract

本发明公开了一种基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的控制方法首先建立冷轧目标板形数学模型，根据不同轧制道次的不同轧制工艺要求，设定不同轧制道次下，冷轧目标板形数学模型中的控制参数，确定目标板形曲线，并通过实时测量各道次的实际板形曲线，获得板形偏差曲线，根据板形偏差曲线，建立板形控制策略库，发控制命令，进行板形控制。本申请可以提高产品实物质量，提高生产效率、提高轧制稳定性。解决现有控制方式不适应薄料、高温轧制目标板形的设定，无法实现按照机架或道次的目标板形精细设定和控制，对薄料板形控制质量较差的问题。

Description

一种基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法

技术领域

本发明涉及轧钢技术领域，特别涉及冷轧机轧制工艺中的冷轧目标板形设定,适用于薄料(产品厚度≤0.7mm)、变温工艺轧制，可用于单、双机架可逆轧机和连轧机生产。

背景技术

板形控制是钢板的一个重要尺寸指标，用户(外部使用用户、内部退火机组)对钢板的边降指标都有严格的要求。加拿大铝公司是取横向上最长与最短纵条之间的相对长度差作为板形单位，称为I单位，1个I单位相当于相对长度差为10^-5。所以板形表示为：

式中：L表示最短纵条的长度，mm；ΔL表示横向上最长与最短纵条之间的相对长度差。

冷轧板形控制是复杂和困难的过程，尤其是一些需要变温轧制的钢种、薄规格(≤0.7mm)产品轧制板形显示复杂，板形不仅是成品的一项技术指标，更是轧制是否稳定进行的核心因素，板形的偏差会轻而易举的造成断带事故，对生产、设备和仪表造成损伤，如何既保证得到后工序需要的板形，又要保证生产稳定，不发生断带，一直是困扰各生产厂的难题。随着厚度减薄，压下率增加，材料的屈服强度和硬度提高，使轧制加工更加困难。因此，合理的目标板形设定对轧制过程中轧制稳定、防止跑偏、降低断带、提供满足用户要求的板形质量具有重要意义。

现有技术关于目标版型的设定存在以下问题：

1、现有目标板形设定方法，不适应薄料目标板形的设定。

2、现有技术多为连轧机板形控制，主要为5机架出口板形设定，没有设计各机架出口或可逆轧机每道次出口的按道次精细目标板形设定。

申请号为CN200810039856.4的一篇专利文献中公开了一种冷轧带钢平直度控制方法，包括平直度前馈控制与平直度反馈控制以及两者之间的协调控制；基于1号机架入口配置的断面仪实时检测热轧来料断面形状、平直度和各个机架实测轧制工艺参数，包括轧制力实测值、板形调节机构实测值，对所有各个机架出口的平直度进行前馈控制；基于在冷轧机出口配置的板形辊实测冷轧带钢的平直度，重点对末机架出口平直度进行反馈控制。

申请号为CN200810011561.6的一篇专利文献中，公开一种冷轧带钢板形控制目标模型的设计方法，根据冷轧带钢板形特点、轧机板形控制执行器的结构与工作原理及目标板形所应满足的数学约束条件来确定描述带钢平直度控制的数学模型；根据轧制带钢的品种与规格的不同工艺质量要求、轧后不同处理工序对带钢板形的要求以及轧制过程中轧辊磨损与热凸度变化来确定板形目标模型中的不同控制参数，形成不同的目标板形曲线，用于冷轧过程控制数学模型计算和基础自动化实时板形控制。

上述两专利的技术方案存在以下缺点：

1)上述列举的方法所涉及的主要是连轧机带钢板形目标设定和控制，也未涉及单、双机架可逆轧机。

2)目标板形采用四次多项式方式，对于薄规格带钢无法满足。

3)其控制是利用连轧机出口板形仪测量结果进行预测控制，无法实现按照机架或道次的目标板形精细设定和控制。

4)未考虑冷轧高温轧制对板形的影响。

发明内容

本申请的目的在于提供一种基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法是一种按照道次对冷轧目标板形进行精细设定的板形控制方法，适用于高温和常温轧制，并应用于板形自动控制程序，实现自动板形控制，可以提高产品实物质量，提高生产效率、提高轧制稳定性。用以解决现有控制方式不适应薄料目标板形的设定，无法实现按照机架或道次的目标板形精细设定和控制，对薄料板形控制质量较差的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：一种基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，包括如下步骤：

(1)根据冷轧带钢的特点、单机架轧机或连轧机板形控制执行机构的结构及工作原理，确定描述冷轧带钢平直度控制的冷轧目标板形数学模型；

(2)根据冷轧带钢部分道次高温轧制，部分道次常温轧制的特点，以及带钢轧制工艺对目标板形的要求，并结合冷轧目标板形数学模型的内应力平衡条件，确定不同轧制道次下，冷轧目标板形数学模型中的控制参数；

(3)根据步骤(2)得到的控制参数以及冷轧目标板形数学模型，得到不同轧制道次的目标板形曲线；

(4)通过板形仪实时测量各轧制道次下带钢的实际板形曲线，并根据所述的目标板形曲线，确定各轧制道次下实际板形曲线与目标板形曲线的板形偏差曲线；

(5)通过所述的板形偏差曲线，建立板形控制策略库，对各板形控制执行机构下发控制指令，进行板形控制。

该控制方法适用于单机架、4机架、5机架、6机架等冷轧轧机，根据不同产品及后续产线的实物板形需求及通过试验测定高温区间板形辊温度分布，设定了目标板形曲线，实际应用效果良好，基础自动化反馈控制稳定，且拟合度达到99％以上，轧制稳定性高，断带率降低，成材率和机组运行效率大大提高，能够带来较大的经济效益。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的冷轧目标板形数学模型为：

F(x)＝g*(a₁+a₂*x+a₃*x²+a₄*x³+a₅*x⁴+a₆*x⁵+a₇*x⁶)

其中，x为归一化的宽度方向的横坐标，-1≤x≤1；

x＝Y/B，Y为带钢宽度方向的横坐标，B为带钢宽度；

a₁～a₇为板形目标曲线函数中的系数；

g为目标板形的增益值。

目标板形数学模型采用6项式，适用于薄规格带钢，可用于轧制厚度小于0.3mm的薄带钢。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，当设定的轧制工艺中，轧制道次出口，即机架出口的带钢工艺温度的最大值≥150℃时，对高温轧制道次下目标板形数学模型中的系数a₃、a₅做如下调整：

其中，T_d为当前道次出口的带钢工艺温度；

T_y为第一道次出口的带钢工艺温度。

在工艺温度较高的情况下，单独对a₃、a₅进行调整，对目标曲线的计算精确度更高，提高板形控制质量。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的步骤(2)中，冷轧目标板形数学模型的控制参数包括板形目标曲线函数中的系数a₁～a₇以及目标板形的增益值g。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的步骤(2)中，所述的系数a₂～a₇和增益值g均根据实际轧制经验进行选择设定，所述的系数a₁根据设定好的a₂～a₇和g，并结合内应力平衡条件进行计算得到，所述的内应力平衡条件满足：

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法采用二十辊森基米尔轧机，板形控制手段为倾斜、一中间辊窜动和ASU凸度调节。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法在第1、4、5道次采用常温轧制，第2，3道次采用高温轧制时，结合具体的轧制温度和对目标板形的轧制要求，对第1、4、5道次设定控制参数如下：a₂、a₃、a₄、a₅、a₆均为0，a₇为10，增益值g取1.5，同时结合内应力平衡条件，得到目标板形曲线为：

F(x)＝15x⁶-15/7。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法在第2道次，结合具体的轧制温度和对目标板形的轧制要求，设定的控制参数如下：a₂、a₄、a₆均为0，a₃为16，a₅为-8，a₇为-4，增益值g为10，同时结合内应力平衡条件，得到目标板形曲线为：

F(x)＝-40x⁶-80x⁴+160x²-664/21。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法在第3道次，结合具体的轧制温度和对目标板形的轧制要求，设定的控制参数如下：系数a₂、a₄、a₆均为0，a₃为54，a₅为-18，a₇为-4，增益值g为1.5，结合内应力平衡条件，得到目标板形曲线为：

F(x)＝-6x⁶-27x⁴+81x²-726/35。

本申请对不同的轧制工艺要求，采用不同的控制参数，不同的目标板形曲线，实现目标板形精细设定和控制，提高产品实物质量。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法用于轧制厚度小于0.3mm的薄带钢。

进一步地，根据本发明所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，所述的板形控制方法适用于单机架、4机架、5机架和6机架冷轧轧机。

本发明所达到的有益效果：本申请的控制方法适用于单机架、4机架、5机架、6机架等冷轧轧机，根据不同产品及后续产线的实物板形需求及通过试验测定高温区间板形辊温度分布，设定了目标板形曲线，实际应用效果良好，基础自动化反馈控制稳定，且拟合度达到99％以上，它的应用克服了现有技术的不足，轧制稳定性高，断带率大大降低，成材率和机组运行效率大大提高，带来较大的经济效益。

附图说明

图1是本申请的控制过程示意图；

图2是本申请某一轧制工艺下得到的目标板形曲线；

图3是本申请图2轧制工艺下得到的实际板形曲线；

图4是本申请图2轧制工艺下得到的板形偏差曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步详细描述。

板形不仅是成品的一项技术指标，更是轧制是否稳定进行的核心因素，板形的偏差会轻而易举的造成断带事故，对生产、设备和仪表造成损伤，因此，对板形的控制既要保证得到后工序需要的板形，又要保证生产稳定，不发生断带，但现有控制方式不适应薄料目标板形的设定，无法实现按照机架或道次的目标板形精细设定和控制，对薄料板形控制质量较差。

针对上述问题，本申请提供了一种按照道次对冷轧目标板形进行精细设定的板形控制方法，该板形控制方法根据冷轧带钢生产特点，形成适用于高温、常温轧制的不同目标板形曲线，用于冷轧数学模型设定计算和基础自动化板形控制。

实施例：

本实施例的板形控制方法，适用于单机架、4机架、5机架、6机架等冷轧轧机，可以轧制厚度小于0.3mm的薄带钢，如图1所示，本实施例板形控制的具体过程如下：

(1)根据冷轧带钢的特点、单机架轧机或连轧机板形控制执行机构的结构及工作原理，确定描述冷轧带钢平直度控制的冷轧目标板形数学模型，所述的冷轧目标板形数学模型为：

F(x)＝g*(a₁+a₂*x+a₃*x²+a₄*x³+a₅*x⁴+a₆*x⁵+a₇*x⁶)

其中，x为归一化的宽度方向的横坐标，-1≤x≤1，x＝Y/B，Y为带钢宽度方向的横坐标，B为带钢宽度；

a₁～a₇为板形目标曲线函数中的系数；

g为目标板形的增益值。

(2)根据冷轧带钢部分道次高温轧制，部分道次常温轧制的特点，以及带钢轧制工艺对目标板形的要求，针对不同道次下的不同轧制工艺，根据实际轧制经验，设定各轧制道次下板形目标曲线函数中的系数a₂～a₇，以及目标板形的增益值g，同时结合内应力平衡条件将不同轧制道次下设定的所述系数a₂～a₇，以及目标板形的增益值g代入到内应力平衡条件公式中，确定系数a₁的大小。

表1和表2为某一轧制工艺下，两组常温道次和高温道次目标板形模型系数的设定：

表1常温道次目标板型各系数

目标板形	a2	a3	a4	a5	a6	a7	g
								常温板形1	0	0	0	0	0	10	1.5
常温板形2	0	0	0	0	0	-10	1.5

表2高温道次目标板型各系数

目标板形	a2	a3	a4	a5	a6	a7	g
								高温板形1	0	54	0	-18	0	-4	1.5
高温板形2	0	16	0	-8	0	-4	10

当道次出口，即机架出口的带钢工艺温度最大值≥150℃时，对高温轧制道次的目标板形数学模型中的系数a₃、a₅做如下调整：

其中，T_d为当前道次出口的带钢工艺温度；

T_y为第一道次出口，即第一机架出口的带钢工艺温度。

(3)根据步骤(2)得到的控制参数，将系数a₁～a₇，以及目标板形的增益值g代入冷轧目标板形数学模型中，得到不同轧制道次下的目标板形曲线。根据不同的轧制工艺，设置的控制参数不同，因此会得到不同的目标板形曲线，如图2所示是某一种轧制工艺下的目标板形曲线。

(4)通过板形仪实时测量各轧制道次下带钢的实际板形曲线，并根据所述的目标板形曲线，确定各轧制道次下实际板形曲线与目标板形曲线的板形偏差曲线。如图3所示是在图2所示目标板形曲线的轧制工艺要求对应的实际板形曲线，图4是由图2的目标板形曲线与图3的实际板形曲线得到的偏差板形曲线。

(5)根据不同的板形偏差曲线，建立对应的板形控制策略库，然后对各板形控制执行机构下发控制指令，进行板形控制。如表3所示，是采用连轧机和单机架(20辊轧机)的几种典型板形偏差曲线对应的板形控制策略。

表3几种典型板形偏差曲线对应的板形控制策略

下面结合某特殊钢的生产工艺，对本实施例的具体控制过程进行详细介绍：

某特殊钢采用20辊森基米尔轧机生产，个别道次有高温轧制工艺要求，具体各道次出口目标板温度为：1道次出口温度70℃，2道次出口温度140℃，3道次出口温度210℃，4道次出口温度95℃，5道次出口温度65℃。

1，首先根据轧制工艺要求，根据实际生产经验，设定控制参数，根据上述出口目标板温度要求可知：

1)第1、4、5道次目标板形模型采用常温板形，在进行1、4、5道次轧制时，各控制参数设定为：系数a₂、a₃、a₄、a₅、a₆均为0，a₇为10，增益值g为1.5。

同时结合内应力平衡条件确定系数a₁的大小，根据冷轧目标板形数学模型，确定目标板形曲线为：

F(x)＝15x⁶-15/7。

2)第2道次目标板形模型采用高温板形，由于轧制工艺最高温度为210℃，大于等于150℃，所以需要在第2道次调整a₃和a₅的大小，即：

因此，进行第2道次轧制时，各控制参数设定为：系数a₂、a₄、a₆均为0，a₃为16，a₅为-8，a₇为-4，增益值g为10。

同时结合内应力平衡条件确定系数a₁的大小，根据冷轧目标板形数学模型，最终确定目标板形曲线为：

F(x)＝-40x⁶-80x⁴+160x²-664/21

3)第3道次目标板形模型采用高温板形，由于轧制工艺最高温度为210℃，大于等于150℃，所以需要在第2道次调整a₃和a₅的大小，即：

因此，在进行第3道次轧制时，各控制参数设定为：系数a₂、a₄、a₆均为0，a₃为54，a₅为-18，a₇为-4，增益值g为1.5。

F(x)＝-6x⁶-27x⁴+81x²-726/35。

2，在得到各轧制道次的目标板形曲线后，通过板形仪实时测量各轧制道次出口，该特殊钢的实际板形曲线，并根据上述不同道次下的目标板形曲线，确定实际板形曲线与目标板形曲线的板形偏差曲线。

3，通过板形偏差曲线，建立对应的板形控制策略库，对各板形控制执行机构下发控制指令，进行板形控制。

本申请的控制方法适用于单机架、4机架、5机架、6机架等冷轧轧机，根据不同产品及后续产线的实物板形需求及通过试验测定高温区间板形辊温度分布，设定了目标板形曲线，实际应用效果良好，基础自动化反馈控制稳定，且拟合度达到99％以上，它的应用克服了现有技术的不足，轧制稳定性高，断带率大大降低，降低幅度≥60％，成材率和机组运行效率大大提高，带来较大的经济效益。

在其他实施例中，可以根据不同的轧制工艺要求，设定其他的控制参数，得到不同的目标板形曲线，本申请只是列举一个具体的实施例用于解释本发明的技术方案，本实施例中关于轧制工艺的要求、控制参数的设定以及最终得到的目标曲线，都不能作为对本申请技术方案的限定，本领域技术人员应该能够想到，任何适用于本申请的板形控制方法，都在本申请保护的范围内。

Claims

1.一种基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于所述的板形控制方法包括如下步骤：

(2)根据冷轧带钢部分道次高温轧制，部分道次常温轧制的特点，以及带钢轧制工艺对目标板形的要求，并结合冷轧目标板形数学模型的内应力平衡条件，得到不同轧制道次下，冷轧目标板形数学模型中的控制参数；

2.根据权利要求1所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的冷轧目标板形数学模型为：

F(x)＝g*(a₁+a₂*x+a₃*x²+a₄*x³+a₅*x⁴+a₆*x⁵+a₇*x⁶)

其中，x为归一化的宽度方向的横坐标，-1≤x≤1；

x＝Y/B，Y为带钢宽度方向的横坐标，B为带钢宽度；

a₁～a₇为板形目标曲线函数中的系数；

g为目标板形的增益值。

3.根据权利要求2所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，当设定的轧制工艺中，轧制道次出口，即机架出口的带钢工艺温度的最大值≥150℃时，对高温轧制道次下目标板形数学模型中的系数a₃、a₅做如下调整：

其中，T_d为当前道次出口的带钢工艺温度；

T_y为第一道次出口的带钢工艺温度。

4.根据权利要求2所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，冷轧目标板形数学模型的控制参数包括板形目标曲线函数中的系数a₁～a₇以及目标板形的增益值g。

5.根据权利要求4所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，所述的系数a₂～a₇和增益值g均根据实际轧制经验进行选择设定，所述的系数a₁根据设定好的a₂～a₇和g，并结合内应力平衡条件进行计算得到，所述的内应力平衡条件满足：

<mrow> <msubsup> <mo>&Integral;</mo> <mrow> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mn>1</mn> </msubsup> <mi>F</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>d</mi> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <mn>0.</mn> </mrow>

6.根据权利要求5所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的板形控制方法采用二十辊森基米尔轧机，板形控制手段为倾斜、一中间辊窜动和ASU凸度调节。

7.根据权利要求6所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的板形控制方法若在第1、4、5道次采用常温轧制，第2，3道次采用高温轧制时，结合具体的轧制温度和对目标板形的轧制要求，对第1、4、5道次设定控制参数如下：a₂、a₃、a₄、a₅、a₆均为0，a₇为10，增益值g取1.5，并结合内应力平衡条件，确定a₁的取值，最终得到目标板形曲线为：

F(x)＝15x⁶-15/7。

8.根据权利要求7所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的板形控制方法在第2道次，结合具体的轧制温度和对目标板形的轧制要求，设定的控制参数如下：a₂、a₄、a₆均为0，a₃为16，a₅为-8，a₇为-4，增益值g为10，同时结合内应力平衡条件，确定a₁的取值，最终得到目标板形曲线为：

F(x)＝-40x⁶-80x⁴+160x²-664/21。

9.根据权利要求8所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的板形控制方法在第3道次，结合具体的轧制温度和对目标板形的轧制要求，设定的控制参数如下：系数a₂、a₄、a₆均为0，a₃为54，a₅为-18，a₇为-4，增益值g为1.5，结合内应力平衡条件，确定a₁的取值，最终得到目标板形曲线为：

F(x)＝-6x⁶-27x⁴+81x²-726/35。

10.根据权利要求1所述的基于冷轧带钢目标板形设定的板形控制方法，其特征在于，所述的板形控制方法用于轧制厚度小于0.3mm的薄带钢。