CN107321797B - 短流程esp精轧机组在线换辊方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短流程ESP精轧机组在线换辊方法,包括以下步骤:S1、在精轧机组的五架轧机正常轧制生产的情况下,在控制器内输入所述五架轧机的轧制参数,轧制参数包括工艺、板带及轧机参数,根据轧制参数选定待换辊轧机Fi,开始对待换辊轧机Fi进行在线换辊;S2、在一定时间内抬升待换辊轧机的轧辊,并在抬升过程中对待换辊轧机Fi以及其余四架轧机的机架的辊缝、张力和辊速进行调整;S3、在正常轧制过程中,对需要换辊轧机的轧辊进行在线更换;S4、其余四架轧机正常轧制,待换辊轧机完成换辊后投入轧制生产。本发明提高了薄板坯连铸连轧的生产效率,降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属轧制领域,特别涉及一种短流程ESP精轧机组在线换辊方法。
背景技术
薄规格、“以热代冷”是薄板坯连铸连轧产品的发展方向之一,常规的热轧带钢生产工艺由于污染严重、能源消耗大,不适合生产超薄规格产品,而薄板坯连铸工艺更适合生产超薄规格产品,并且薄规格热轧板可通过“以热代冷”替代冷轧板,减少冷轧工序的建设投资、能源消耗、环境污染,因此薄板坯连铸连轧技术得到广泛应用,随着薄板坯连铸连轧技术的不断发展和进步,ESP(Endless Strip Production)短流程连铸连轧生产线可以实现带钢无头轧制,更适合生产超薄板的多相钢种,具有流程短、设备少、投资少、见效快、生产周期短、生产组织灵活、节约能源、成材率高等优点,被列为当今世界冶金工业的前沿技术。但是由于ESP生产线产品主要以薄规格板带材产品为主,轧制过程中精轧机组轧辊磨损非常严重,其换辊周期一般为常规轧制换辊周期的两倍,现有的ESP生产线下游精轧机组在更换轧辊过程中,上游连铸便无法进行,ESP整条生产线只能被迫停止,严重影响了ESP薄板坯连铸连轧的生产效率。
现有技术中能实现ESP在线换辊的方法,如图1所示,通过在精轧机组增设一架轧机作为待命轧机,当某架轧机需要更换轧辊时,待命轧机投入和换辊轧机退出轧制并完成换辊,虽然解决了ESP轧制生产中由于频繁换辊导致的停机问题,但此方法实施比较困难,需增设一架轧机作为待命轧机,改变原有的ESP生产线的结构设计,大大增加了投资成本。
发明内容
针对上述问题,本发明提出一种短流程ESP精轧机组在线换辊方法,本方法基于ESP精轧机组五机架布置,在线换辊过程中精轧机组无需增设轧机作为待命轧机就能够对ESP精轧机组的轧辊进行在线不停机更换,提高了薄板坯连铸连轧的生产效率,降低了生产成本。
本发明的技术方案如下:
一种短流程ESP精轧机组在线换辊方法,其特征在于,包括步骤:
S1、在精轧机组工作状况下,向控制器内输入轧机组的轧制参数,所述轧机组包括一架待换辊轧机Fi和至少两架工作轧机,所述轧制参数包括轧制工艺、板带及轧机参数,根据轧制参数确定出待换辊轧机Fi;
S2、在一定时间内抬升待换辊轧机的轧辊,并在抬升过程中对待换辊轧机Fi以及工作轧机的机架的辊缝、张力和辊速进行调整,对待换辊轧机Fi的轧辊进行在线更换,具体包括以下步骤:
①对待换辊轧机的机架的辊缝、张力和辊速进行调整,包括以下步骤:
a确定抬升过程的时间T,待换辊轧机Fi的轧辊抬升过程中,通过张力控制模型和第一轧辊速度控制模型进行调速,使待换辊机架Fi改变辊缝时,待换辊机架Fi下游的过渡机架Fi+1单位后张力保持不变,待换辊机架Fi抬升时对下游机架轧制无影响,同时通过距离模型跟踪变厚度区离开换辊机架Fi的距离,将变厚度区控制在两个机架内,设变厚度区从产生到达到下一机架的入口所需的时间为Tmax,则整个抬升过程的时间T应小于Tmax;
其中:L为机架间距离,Vf,i为换辊机架Fi轧辊线速度,b对换辊机架的上游机架Fi-1的辊缝、张力和辊速进行调整:
b通过辊缝控制模型和张力变换及轧辊速度控制模型进行计算和调整,使换辊机架Fi改变辊缝时机架Fi-1单位前张力值变为换辊机架Fi的单位前张力值,同时改变辊缝使机架Fi-1出口厚度变为Fi的出口厚度;
c对机架Fi-2及其上游各机架的辊缝、张力和辊速进行调整:
通过第二轧辊速度控制模型对机架Fi-2及其上游各机架进行辊速调节,以保证上游各机架间张力值的稳定;
②对过渡机架的辊缝、张力和辊速进行调整,包括以下步骤:
a变厚度区追踪:通过距离模型进行不断累积计算变厚度区离开换辊机架Fi的距离,当满足Li-L≥0时,过渡机架Fi+1开始调速;
b过渡机架Fi+1轧辊调速:通过张力控制模型和第一轧辊速度控制模型来调速,使过渡机架Fi+2单位后张力保持不变,以保证下游各机架轧制的稳定;
③对过渡机架Fi+2的辊缝、张力和辊速进行调整,
S3、待换辊轧机Fi的轧辊进行在线更换,并在更换后立即进入工作状态。
优选地,S2还包括对所述过渡机架Fi+2的辊缝、张力和辊速进行调整,具体包括以下步骤:a变厚度区追踪:通过距离模型进行不断累积计算变厚度区离开换辊机架Fi的距离Li,当满足Li-2L≥0时,过渡机架Fi+2开始调速;
b机架Fi+2调速:机架Fi+2按张力控制模型和第一轧辊速度控制模型来调速,确保板带厚度不变。
优选地,步骤S1中,所述的工艺、板带及轧机参数包括:工作辊直径D、轧机刚度Km、机架间距离L、五机架F1~F5入口厚度H1~H5、出口厚度h1~h5、单位前张力σf,1~σf,5、单位后张力σb,1~σb,5、钢板宽度b以及末位机架出口速度V。
优选地,所述的距离模型如下:
Li=ΣVR,i(1+Sf,i)Δt
其中VR,i为机架Fi轧辊转速,Sf,i为机架Fi轧件的前滑系数,Δt为时间步长。
优选地,所述的张力控制模型如下:
其中n为下脚标表示当前时刻正处于调节状态轧机的机架号,即表示机架Fn为轧辊正在压下或抬升的机架,σb,n+1为机架Fn+1的单位后张力,Hn+1为机架Fn+1的入口厚度,为τ时刻Fn机架单位前张力,为τ时刻机架Fn的出口厚度;
优选地,所述第一轧辊速度控制模型如下:
Vb,n=VR,n(1-Sb,n-ΔSb,n)
其中Vb,n为机架Fn轧件入口速度,Sb,n为机架Fn轧件的后滑系数,VR,n为机架Fn轧辊转速,ΔVR,n为机架Fn轧辊转速改变量,ΔSb,n为机架Fn轧件的前滑系数改变量。
优选地,所述第一辊缝控制模型如下:
其中ΔSn为Fn机架辊缝改变量,hn+1为Fn+1机架轧件出口厚度,ΔPn为Fn机架轧制力变化量,Km为轧机刚度。
优选地,所述张力变换及轧辊速度控制模型如下:
其中Vf,n为机架Fn轧件出口速度,Vb,n+1为机架Fn+1轧件入口速度,L为机架间距离,E为轧件的弹性模量,Δt为时间步长,σf,target为机架Fn+1后张力的目标值,σf,now为机架Fn+1后张力的当前值,ΔVR,n+1为机架Fn+1轧辊转速改变量,Sf,n为机架Fn轧件的前滑系数,Sb,n为机架Fn轧件的后滑系数,ΔSf,n为机架Fn轧件的前滑系数改变量。
优选地,所述第二轧辊速度控制模型如下:
其中ΔVR,n-2为机架Fn-2轧辊转速改变量,ΔVR,n-1为机架Fn-1轧辊转速,Sb,n-1为机架Fn-1轧件的后滑系数,ΔSb,n-1为机架Fn-1轧件的后滑系数改变量,ΔVR,n-2为机架Fn-2轧辊转速,Sf,n-2为机架Fn-2轧件的前滑系数,Sb,n-2为机架Fn-2轧件的后滑系数,VR,n-3为机架Fn-3轧辊转速,ΔVR,n-3为机架Fn-3轧辊转速改变量,Sf,n-3为机架Fn-3轧件的前滑系数,ΔVR,2为机架F2轧辊转速改变量,Sb,2为机架F2轧件的后滑系数,ΔVR,1为机架F1轧辊转速改变量,Sf,1为机架F1轧件的前滑系数。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:本发明在线换辊方法在线换辊过程中精轧机组无需增设轧机作为待命轧机就能够对ESP精轧机组的轧辊进行在线不停机更换,提高了薄板坯连铸连轧的生产效率,降低了生产成本。
附图说明
图1是现有技术中在线换辊精轧机组六机架的布置示意图;
图2是根据本发明短流程ESP精轧机组在线换辊方法的精轧机组五机架的示意图;
图3是本发明工作流程图;
其中1为F1、2为F2、3为F3、4为F4、5为F5、6为F6;
具体实施方式
以F3轧机轧辊在线换辊为例,下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面,但是除非特别指出,不必按比例绘制附图。
本发明提供一种短流程ESP精轧机组在线换辊方法,基于ESP精轧机组五架轧机布置,如图2所示,在五架轧机——四架轧机——五架轧机的换辊切换过程中,其步骤包括:
S1、在精轧机组的五架轧机正常轧制生产的情况下,在控制器内部输入所述五架轧机的轧制参数,轧制参数包括工艺、板带及轧机参数,根据轧制参数选定待换辊轧机Fi,开始对待换辊轧机Fi进行在线换辊;
S2、抬升待换辊轧机的轧辊,并对待换辊轧机Fi以及其余四架轧机的机架的辊缝、张力和辊速进行调整;
S3、轧制规程动态切换,对需要换辊轧机的轧辊进行在线更换,动态切换的动态变规格过程是一个复杂的过程,要实现半无头轧制工艺超薄带钢的生产,在轧制过程中在不停轧机的情况下实现带钢规格的变换是关键的技术.动态变规格过程是一个复杂的变化过程.在这个过程中各机架的辊缝和速度将进行多次调整,各机架的轧制力等参数也将变化,各机架出口厚度也不可避免的发生波动,存在着一个从前一规格到后-规格之间的厚度楔形区或叫过渡区.过渡区的长度取决于轧机完成辊缝偏差给定和速度偏差给定的时间,即取决于压下和主机速度等的动态响应时间,当然与变规格策略也很有关系.一般过渡区长度约为20m,属厚度非合格区.因此,如何提高变规格过程的稳定性,减少过渡区的长度是动态变规格策略要考虑的重要内容。
S4、其余四架轧机正常轧制,待换辊轧机完成换辊后投入轧制生产。
所述的工艺、板带、轧机参数包括工作辊直径D、轧机刚度Km、机架间距离L、机架F1~F5入口厚度H1~H5、出口厚度h1~h5、单位前张力σf,1~σf,5、单位后张力σb,1~σb,5,钢板宽度b,末位机架出口速度V;本实施例的参数如下:工作辊直径D为760mm,轧机刚度Km为9.8MN/mm,机架间距L为5800mm,机架F1~F5入口厚度分别为18mm、8.1mm、3.3mm、1.85mm、1.25mm,出口厚度分别为8.1mm、3.3mm、1.85mm、1.25mm、1mm,单位前张力分别为3MPa、4.8MPa、5.5MPa、7MPa、3MPa,单位后张力分别为1.5MPa、3MPa、4.8MPa、5.5MPa、7MPa,钢板宽为1200mm,末机架出口速度为8m/s,并取时间步长Δt=0.003秒,钢种为Q235B。机架F1的压辊半径为380mm,机架F2的压辊半径为380mm,机架F3的压辊半径为380mm,机架F4的压辊半径为300mm,机架F5的压辊半径为300mm。
2.1换辊机架F3轧辊抬升并调速阶段:
2.1a)从换辊机架F3轧辊抬升的时刻起,其出口厚度便有了变化,轧制时变厚度区的存在将会造成轧制过程的波动,因此必须将变厚度区控制在两个机架内,设变厚度区从产生到达到过渡机架F4的入口所需的时间为Tmax,
2.1b)抬升过程为了保证连轧状态的稳定进行,不出现断带等事故,最大限度的确保产品厚度的精度,需通过如下的张力控制模型和轧辊速度控制模型来调速,确保换辊机架F3改变辊缝时过渡机架F4的单位后张力保持不变,使换辊机架F3换辊时对下游机架轧制无影响。
张力控制模型为:
轧辊速度控制模型为:
2.2)机架F2辊速调节并调整辊缝:
通过如下的张力变换及轧辊速度控制模型调节机架F2辊速使机架F2的单位前张力与换辊机架F3的单位前张力相等,同时改变辊缝使机架F2出口厚度变为F3的出口厚度;
张力变换及轧辊速度控制模型为:
辊缝控制模型为:
机架F1及其上游机架辊速调节:
由于机架F2的辊速、辊缝及单位前张力的变化,其机架轧件的入口厚度必然改变。因此需要通过如下的轧辊速度控制模型依次调节机架F1及其上游机架的辊速以保证上游各机架间的张力稳定。
轧辊速度控制模型为:
机架F4辊速调节阶段:
变厚度区追踪(长度追踪):变厚度区的移动,会造成过渡机架F4入口厚度的变化,需要对变厚度区进行追踪,以便精确计算过渡机架F4的入口厚度,使待命机架压下系统和调速系统和变厚度区完全协调。当换辊机架F3开始抬升时应该计算变厚度区离开换辊机架F3的距离Li以此对其进行追踪。但当变厚度区到达过渡机架F4时,由于入口厚度的变化使得后滑系数的改变造成了轧机入口速度改变,由如下距离模型进行不断的累积计算
变厚度区离开换辊机架F3的距离Li:
Li=ΣVR,i(1+Sf,i)Δt
当满足Li-L≥0时,过渡机架F4开始调速。
通过如下轧辊速度控制模型来调速进行动态调整。
机架F5辊速调节阶段:
换辊机架F3的距离Li以此对其进行追踪,当满足Li-2L≥0时,过渡机架F5开始调速。
通过如下轧辊速度控制模型来调速进行动态调整。
通过本实施例的模型进行换辊,换辊过程对最终产品板厚精度的影响较小,能报在保证产品质量的前提下进行在线换辊。此方法不仅局限于更换F3轧机轧辊,更换其余轧机轧辊与上文所述换辊方法类似,只是调整辊缝、张力、辊速的机架不同。
最后应说明的是:以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换;而这些修改或替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (5)
1.一种短流程ESP精轧机组在线换辊方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、在精轧机组工作状况下,向控制器内输入精轧机组的轧制参数,所述精轧机组包括一架待换辊轧机Fi和至少两架工作轧机,所述轧制参数包括轧制工艺、板带及轧机参数,根据轧制参数确定出待换辊轧机Fi;
S2、在一定时间内抬升待换辊轧机Fi的轧辊,并在抬升过程中对待换辊轧机Fi以及工作轧机的机架的辊缝、张力和辊速进行调整,对待换辊轧机Fi的轧辊进行在线更换,具体包括以下步骤:
①对待换辊轧机Fi的机架的辊缝、张力和辊速进行调整,包括以下步骤:
a确定抬升过程的时间T,待换辊轧机Fi的轧辊抬升过程中,通过张力控制模型和第一轧辊速度控制模型进行调速,使待换辊机架Fi改变辊缝时,待换辊机架Fi下游的过渡机架Fi+1单位后张力保持不变,待换辊机架Fi抬升时对下游机架轧制无影响,同时通过距离模型跟踪变厚度区离开换辊机架Fi的距离,将变厚度区控制在两个机架内,设变厚度区从产生到达到下一机架的入口所需的时间为Tmax,则整个抬升过程的时间T应小于Tmax;
其中:L为机架间距离,Vf,i为换辊机架Fi轧辊线速度,b对换辊机架的上游机架Fi-1的辊缝、张力和辊速进行调整:
b通过辊缝控制模型和张力变换及轧辊速度控制模型进行计算和调整,使换辊机架Fi改变辊缝时机架Fi-1单位前张力值变为换辊机架Fi的单位前张力值,同时改变辊缝使机架Fi-1出口厚度变为Fi的出口厚度;
c对机架Fi-2及其上游各机架的辊缝、张力和辊速进行调整:
通过第二轧辊速度控制模型对机架Fi-2及其上游各机架进行辊速调节,以保证上游各机架间张力值的稳定;
②对过渡机架的辊缝、张力和辊速进行调整,包括以下步骤:
a变厚度区追踪:通过距离模型进行不断累积计算变厚度区离开换辊机架Fi的距离Li,当满足Li-L≥0时,过渡机架Fi+1开始调速;
b过渡机架Fi+1轧辊调速:通过张力控制模型和第一轧辊速度控制模型来调速,使过渡机架Fi+2单位后张力保持不变,以保证下游各机架轧制的稳定;
③对过渡机架Fi+2的辊缝、张力和辊速进行调整,具体包括以下步骤:a变厚度区追踪:通过距离模型进行不断累积计算变厚度区离开换辊机架Fi的距离Li,当满足Li-2L≥0时,过渡机架Fi+2开始调速;
b机架Fi+2调速:机架Fi+2按张力控制模型和第一轧辊速度控制模型来调速,确保板带厚度不变;
所述第一轧辊速度控制模型如下:
Vb,n=VR,n(1-Sb,n-ΔSb,n)
其中Vb,n为机架Fn轧件入口速度,Sb,n为机架Fn轧件的后滑系数,VR,n为机架Fn轧辊转速,ΔVR,n为机架Fn轧辊转速改变量,ΔSb,n为机架Fn轧件的前滑系数改变量;
所述张力变换及轧辊速度控制模型如下:
其中Vf,n为机架Fn轧件出口速度,Vb,n+1为机架Fn+1轧件入口速度,L为机架间距离,E为轧件的弹性模量,Δt为时间步长,σf,target为机架Fn+1后张力的目标值,σf,now为机架Fn+1后张力的当前值,ΔVR,n+1为机架Fn+1轧辊转速改变量,Sf,n为机架Fn轧件的前滑系数,Sb,n为机架Fn轧件的后滑系数,ΔSf,n为机架Fn轧件的前滑系数改变量;
S3、待换辊轧机Fi的轧辊进行在线更换,并在更换后立即进入工作状态;
步骤S1中,所述的轧制工艺、板带及轧机参数包括:轧辊直径D、轧机刚度Km、机架间距离L、五机架F1~F5入口厚度H1~H5、五机架F1~F5出口厚度h1~h5、五机架F1~F5单位前张力σf,1~σf,5、五机架F1~F5单位后张力σb,1~σb,5、钢板宽度b以及末位机架出口速度V。
2.根据权利要求1所述的短流程ESP精轧机组在线换辊方法,其特征在于:所述的距离模型如下:
Li=∑VR,i(1+Sf,i)Δt
其中VR,i为机架Fi轧辊转速,Sf,i为机架Fi轧件的前滑系数,Δt为时间步长。
3.根据权利要求1所述的短流程ESP精轧机组在线换辊方法,其特征在于:所述的张力控制模型如下:
其中n为下脚标表示当前时刻正处于调节状态轧机的机架号,即表示机架Fn为轧辊正在压下或抬升的机架,σb,n+1为机架Fn+1的单位后张力,Hn+1为机架Fn+1的入口厚度,为τ时刻Fn机架单位前张力,为τ时刻机架Fn的出口厚度。
4.根据权利要求2所述的短流程ESP精轧机组在线换辊方法,其特征在于:所述辊缝控制模型如下:
其中ΔSn为Fn机架辊缝改变量,hn+1为Fn+1机架轧件出口厚度,ΔPn为Fn机架轧制力变化量,Km为轧机刚度。
5.根据权利要求2所述的短流程ESP精轧机组在线换辊方法,其特征在于:所述第二轧辊速度控制模型如下:
……
其中ΔVR,n-2为机架Fn-2轧辊转速改变量,ΔVR,n-1为机架Fn-1轧辊转速,Sb,n-1为机架Fn-1轧件的后滑系数,ΔSb,n-1为机架Fn-1轧件的后滑系数改变量,ΔVR,n-2为机架Fn-2轧辊转速,Sf,n-2为机架Fn-2轧件的前滑系数,Sb,n-2为机架Fn-2轧件的后滑系数,VR,n-3为机架Fn-3轧辊转速,ΔVR,n-3为机架Fn-3轧辊转速改变量,Sf,n-3为机架Fn-3轧件的前滑系数,ΔVR,2为机架F2轧辊转速改变量,Sb,2为机架F2轧件的后滑系数,ΔVR,1为机架F1轧辊转速改变量,Sf,1为机架F1轧件的前滑系数。
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