CN108213086A - 一种实现热轧带钢微中浪轧制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轧制过程自动控制技术领域,特别涉及一种实现热轧带钢微中浪轧制的方法。该方法通过读写txt文本文件的方法记录热轧过程中用于板形设定的有关参数,包括带钢化学成分,宽度,厚度,钢种名称等,并通过插值的方法确定实现微中浪轧制下带钢各个宽度条件下目标平直度值的增量ΔIU,并将ΔIU转化为末机架弯辊力的增量ΔFb,最后通过弯辊力的增加来达到微中浪轧制的目的。本发明方法在大多板形调试环境下均能方便的实现,且不需要成本上的投入,可以大幅度提高轧制过程中板形控制的精度并提高轧制产品的板形质量和合格率,可以广泛推广到热轧带钢生产中。
Description
技术领域
本发明属于轧制过程自动控制技术领域,特别涉及一种实现热轧带钢微中浪轧制的方法。
背景技术
板形控制目标的确定主要考虑两方面的要求,其一是要满足下游工序的要求,其二是要考虑机架间穿带稳定性的要求。对于某些品种,如:冷轧基料,要求热轧后有合适的断面形状(凸度、楔形等);而对于大多数商品材,则对于浪形(平直度、不对称度等)要求较高;另外,带钢轧制后要经过层流冷却和空冷,在此过程中,板形会发生变化,轧制时的板形并不是交给用户使用时的板形;对于一些难轧制品种、规格,为了提高穿带时轧制稳定性,需要设定特殊的板形控制目标。针对以上情况,轧制不同品种、规格时,如何制定合适的板形控制目标显得很重要。目前,多数厂家在此方面考虑较少,尤其是在平直度控制目标设置方面,简单、单一,给提高板形质量带来难题。为此,有必要针对热连轧生产线的特性,对板形控制目标进行优化研究,以尽量小的生产成本满足用户要求。在现有的控制基础上增加微中浪板形自动控制功能,实现微中浪自动控制。
以某1780mm热连轧轧机为例,当轧制汽车大梁钢时,因经过层流冷却和空冷后板形发生变化,在下游汽车厂对钢板进行纵切时发生明显的侧弯,这样的生产状况严重降低所轧带钢的产品利用率,影响带钢产品的质量,并且给企业造成巨大的经济损失。
现在大部分热连轧钢厂在轧制带钢时都按照传统板形控制理论,按照将末机架带钢的出口平直度目标设为0来进行板形设定计算,并将计算值下发至板形执行机构(包括各机架窜辊装置和弯辊装置)来进行板形控制,这种控制方法不能满足特殊的板形控制目标,尤其是当带钢经过层流冷却后出现边浪的问题时,或者冷却后进行纵切时发生明显侧弯的问题都无法解决。
发明内容
针对现有方法存在的不足,本发明提出一种实现补偿层流冷却后出现边浪或者潜在边浪的热轧带钢微中浪轧制方法,即在轧制过程中,根据当前所轧带钢的化学成分、钢种类别、带钢宽度、带钢厚度以及目标平直度来计算出实现目标板形的末机架弯辊力补偿值,并应用于板形最终设定,以克服层流冷却产生边浪的问题,达到提高轧制汽车大梁钢等钢种板形控制精度的目的。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种实现补偿层流冷却后出现边浪或潜在边浪的热轧带钢微中浪轧制方法,包括以下步骤:
步骤1:轧前准备工作,保持稳定的轧制工艺,低速运转电机一定时间,使轧机机械设备达到热运转状态,确保测试时机械设备的正常运转状态并保持稳定,所述的机械设备包括传动设备和轧机的轧辊;
步骤2:在板形设定计算过程中,确认读取当前带钢的化学成分参数,包括C含量、Si含量、Mn含量、Cr含量、Ni含量、Nb+Ti+V含量以及带钢宽度和厚度测量值,将上述参数以写txt文本文件的方法写到服务器的某一绝对存储路径下,并用记录的这些化学成分含量计算碳当量CEQ,计算公式如下:
式中,C、Mn、Si、Cr、Nb、Ti、V、Ni为钢中该元素的含量。
步骤3:在设定板形计算基本参数时亦采用写txt文件的方式把当前带钢名称写到计算机的某一绝对存储路径下。
步骤4:确定不同宽度规格下各种带钢实现微中浪轧制时增加的出口板形平直度值ΔIU,具体方法为先确定具有代表性规格的宽度条件下所增加的出口板形平直度值(轧后目标平直度),其余各宽度条件下通过插值的方法确定目标平直度的增加量。
步骤5:读取系统中存在的关键参数其中,Fb为弯辊力,IU为板形平直度。其数学含义为平直度发生一个I单位变化所需要的弯辊力变化量。即
式中,ΔIU为板形变化量。
步骤6:在系统现有模型计算出弯辊力Fb之后,通过读文件的方式读出步骤2和步骤3中写入计算机绝对路径下当前带钢的化学成分,带钢宽度x,带钢厚度h,以及钢种名称等参数,判断当前带钢是否需要进行微中浪轧制,如果满足判断条件时,在模型弯辊力的计算结果Fb基础上增加弯辊力的变化量ΔFb,使之实现微中浪;如果当前带钢不满足设定条件,则不进行弯辊力设定值修正,设定值仍然按照原模型计算的弯辊力设定值下发至共享内存进行板形设定。判断条件为:
①当前所轧带钢钢种名称是否为需要实现微中浪轧制的设定钢种;
②碳当量CEQ<a且x<b且c<h<d;其中,a、b、c、d的数值在具体情况下进行设定;在此,a为实施微中浪轧制钢种碳当量的上限值,b为实施微中浪轧制钢种的宽度上限值,c、d分别为实施微中浪轧制钢种的最小厚度和最大厚度,b、c、d单位为m;
条件①和条件②之间为“或”的关系,即二者满足之一即可。
步骤7:轧制结束后,采用日志文件中记录的平直度仪在板宽和长度方向采集的I单位值绘制平直度三维图。平直度仪在带钢宽度方向上有m个通道,代表将带钢在宽度方向上平均分成m条纵向纤维小条进行平直度检测,m的取值范围为60~80左右;由于本发明研究的是微中浪轧制,故而选取中间的n个通道作为研究对象,n值可以根据具体情况设定,取中间n个通道的平直度仪检测值作为原始数据进行绘图,观测微中浪轧制效果,n的取值范围为30~40左右,可取m/2。
步骤8:为了更加定量化的统计微中浪轧制的效果,取轧制后平直度仪检测到的带钢中间n条纵向纤维小条沿长度方向的平直度值的平均值作为当前所轧带钢横截面上的板形值,并观察微中浪轧制效果,n的取值范围为30~40左右,可取m/2。
本发明优点及有益效果如下:
1、本发明采用易于操作的方式通过读写txt文本文件的方法记录热轧过程中用于板形设定的有关参数,包括带钢化学成分、宽度、厚度、钢种名称等,并通过插值的方法确定实现微中浪轧制下带钢各个宽度条件下目标平直度值的增量ΔIU,并将ΔIU转化为末机架弯辊力的增量ΔFb,最后通过弯辊力的增加来达到微中浪轧制的目的。
2、本发明方法在大多板形调试环境下均能方便的实现,且不需要成本上的投入,可以大幅度提高轧制过程中板形控制的精度并提高轧制产品的板形质量和合格率,可以广泛推广到热轧带钢生产中。
附图说明
图1为实施例中使用的七机架热连轧轧机设备现场布置示意图;图中,1、加热炉;2、除鳞装置;3、立辊;4、粗轧装置;5、热卷箱;6、飞剪装置;7、除鳞装置;8、精轧装置;9、层流冷却装置;10、卷取装置。
图2为本发明一种实现热轧带钢微中浪轧制的方法的操作流程图;
图3为实施例中采用的四次多项式目标平直度与带钢宽度插值曲线;
图4为实施例中使用本发明中微中浪轧制方法后一块带钢轧后平直度三维分布示意图;
图5为未使用本发明中微中浪轧制方法的一块带钢轧后平直度三维分布示意图;
图6为未使用本发明进行轧制时带钢平均平直度沿板宽方向的分布图,每条曲线代表一块带钢;
图7为使用本发明进行轧制时带钢平均平直度沿板宽方向的分布图,每条曲线代表一块带钢。
具体实施方式
在具体实施过程中,如图2所示,本发明为一种实现热轧带钢微中浪轧制补偿层流冷却后出现边浪的方法,包括以下步骤:
步骤1:轧前准备工作,保持稳定的轧制工艺,确保测试时机械设备的正常运转状态并保持稳定。
步骤2:在板形设定计算过程中,确认读取当前带钢的化学成分参数,将上述参数以写txt文本文件的方法写到服务器的某一绝对存储路径下,并用记录的这些化学成分含量计算碳当量CEQ。
步骤3:在设定板形计算基本参数时亦采用写txt文件的方式把当前带钢名称写到计算机的某一绝对存储路径下。
步骤4:通过插值的方法确定不同宽度规格下各种带钢实现微中浪轧制时增加的出口板形平直度值。
步骤5:读取系统中存在的关键参数
步骤6:在系统现有模型计算出弯辊力Fb之后,通过读文件的方式读出步骤2和步骤3中写入计算机绝对路径下当前带钢的有关参数,根据参数判断当前带钢是否需要进行微中浪轧制,若满足条件,在模型弯辊力的计算结果基础上增加弯辊力,实现微中浪轧制;若不满足条件,则不施加微中浪轧制功能。
步骤7:轧制结束后,采用平直度仪检测的板形值绘制平直度三维图,观测微中浪轧制效果。
步骤8:为了更加定量化的统计微中浪轧制的效果,取轧制后平直度仪检测到的带钢中间n条纵向纤维小条沿长度方向的平直度值的平均值作为当前所轧带钢横截面上的板形值,并观察微中浪轧制效果。
下面,结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例
本实施例中,某1780mm七机架热连轧现场为测试环境,现场的自动化控制系统可以正常实现普通轧制条件下板形的设定计算,末机架出口处安装有一台非接触式板形平直度仪,轧机参数如下表,设备布置如图1,按工艺流程依次主要包括:加热炉1、除鳞装置2、立辊3、粗轧装置4、热卷箱5、飞剪装置6、除鳞装置7、精轧装置8、层流冷却装置9、卷取装置10等。该设备主要生产:汽车结构钢、家电用钢、普通碳素结构钢、超低碳钢、低合金高强度结构钢、集装箱用钢等产品,尺寸规格为:厚度范围1.0mm~19.0mm、宽度范围900mm~1630mm,连铸板坯的尺寸规格有:厚度180mm或200mm、宽度900mm~1630mm、长度9000mm~12500mm。轧机参数如表1所示:
表1某1780mm七机架热连轧轧机参数
轧机 | E1 | R1 | F1-F4 | F5 | F6-F7 |
工作辊最大直径/mm | 1200 | 1200 | 850 | 700 | 700 |
工作辊辊身长度/mm | 650 | 1780 | 2080 | 2080 | 2080 |
支撑辊最大直径/mm | 0 | 1600 | 1600 | 1600 | 1600 |
支撑辊辊身长度/mm | 0 | 1780 | 1780 | 1780 | 1780 |
最大轧制力/kN | 5500 | 45000 | 42000 | 35000 | 35000 |
最大开口度/mm | 1780 | 270 | 70 | 70 | 70 |
窜辊范围/mm | 0 | 0 | ±120 | ±120 | ±120 |
弯辊力范围/kN | 0 | ±1000 | ±1000 | ±1000 | ±1000 |
电机功率/kW | 1500×2 | 9000×2 | 7800×4 | 7800 | 7500×2 |
本实施例一种实现热轧带钢微中浪轧制的方法,轧制时采用若七块钢种为DD11-AT,宽度为1260mm,终轧厚度为4.0mm,目标凸度为50μm的带钢进行实验,实验过程如图2所示,包括以下步骤:
步骤1:轧前准备工作,保持稳定的轧制工艺,低速运转电机一定时间,使轧机机械设备达到热运转状态,确保测试时机械设备的正常运转状态并保持稳定,所述的机械设备包括传动设备和轧机的轧辊;
步骤2:在板形设定计算过程中,读取当前所轧带钢DD11-AT的化学成分参数,包括C含量、Si含量、Mn含量、Cr含量、Ni含量及Nb+Ti+V含量等,以及带钢宽度x和厚度测量值h,将上述参数以写txt文本文件的方法写到服务器磁盘绝对路径e:\NEUSHIFT\\Chemistry_thick_width_neu.txt中。此时,该目录下文件名为Chemistry_thick_width_neu.txt的文本文件中存储上述化学元素的含量以及带钢的宽度和厚度参数值,具体值如表2所示:
表2带钢参数表
并用记录的这些化学成分计算碳当量CEQ。
步骤3:在设定板形计算基本参数时亦采用写txt文件的方式把当前带钢名称写到服务器磁盘路径e:\NEUSHIFT\\ally_Neu.txt中,此时该目录下文件名为ally_Neu.txt的文本文件中存储当前带钢名称:DD11-AT。
步骤4:确定不同宽度规格下各种带钢实现微中浪轧制时增加的出口板形平直度值ΔIU,先确定具有代表性规格的宽度条件下所增加的出口板形平直度值,其余各宽度条件下通过插值的方法确定目标平直度的增加量。该次测试中不同带钢宽度下目标平直度的设定值如表3所示:
表3不同带钢宽度下目标平直度设定值(注:此表只针对该次测试)
x-带钢宽度(mm) | 1000 | 1100 | 1200 | 1300 | 1400 | 1500 |
y-目标平直度(I) | 3 | 2.5 | 2 | 1.5 | 1 | 0.8 |
此次实测试采用四次多项式插值,插值曲线如图3所示。插值得到的带钢目标平直度和带钢宽度之间的关系可以用下列四次方程来表示,
y=(6E-11)x4+(-3E-07)x3+0.0005x2-0.4245x+131.36
此时,知道带钢宽度即可得到实现微中浪轧制的目标平直度。
步骤5:读取系统中存在的关键参数把目标平直度转化为末机架弯辊力;其中,Fb为弯辊力,IU为板形平直度。的数学含义为平直度发生一个I单位变化所需要的弯辊力变化量,本实施例中模型计算出的值为728.09N。
步骤6:在系统现有模型计算出弯辊力Fb之后,通过读文件的方式读出步骤2和步骤3中写入计算机绝对路径下当前带钢的化学成分,带钢宽度x,带钢厚度h,以及钢种名称等参数,判断当前带钢是否需要进行微中浪轧制,在此实施例中,判断条件为:
①当前所轧DD11-AT带钢钢种名称是否为需要实现微中浪轧制的设定钢种;
②CEQ<a且x<b且c<h<d;其中,a、b、c、d取值依次为0.006、1.6m、0.0012m、0.0055m。
所轧钢种名称为DD11-AT与目标钢种名称相同,且碳当量CEQ<0.006,宽度x<1.6m,厚度0.0012m<h<0.0055m,满足实施微中浪轧制条件,在模型弯辊力的计算结果Fb=389970N的基础上增加弯辊力的变化量ΔFb=28692N,使当前弯辊力的设定值变为Fb′=Fb+ΔFb=389970+28692=418662N,此时按照该弯辊力进行板形设定。
步骤7:轧制结束后,采用日志中记录的平直度仪在板宽和长度方向采集的I单位值绘制,本实施例中平直度仪在宽度方向上有60个通道,代表将带钢在宽度方向上平均分成60个纵向纤维小条进行平直度检测,由于本发明研究的是微中浪轧制,故而选取中间的35个通道作为研究对象,取中间35个通道的平直度仪检测值作为原始数据进行绘图,观测微中浪轧制效果,绘图效果如图4所示。取历史数据中未施加本发明进行微中浪轧制的某块同规格带钢数据进行比较,其平直度示意图如图5所示,由图可以看出,本发明实现微中浪轧制。
步骤8:为了更加定量化的统计微中浪轧制的效果,取实验后板形仪检测到的带钢中间35条纵向纤维小条沿长度方向的平直度值的平均值作为当前所轧带钢横截面上的板形值,并观察微中浪轧制效果。
以上实施例以一块带钢的轧制步骤为例,详细叙述发明的具体操作流程,为了排除测试的偶然性,在本次试验中,连续采用七块钢种名称为DD11-AT,宽度为1260mm,终轧厚度为4.0mm,目标凸度为50μm的带钢进行微中浪轧制,轧后收集每块钢平直度仪的检测数据,按照上述步骤7和步骤8中方法,统计分析轧制效果,七块带钢的实验统计结果如表4所示:
表4使用微中浪轧制方法后带钢平直度平均值
在轧制后数据库的历史数据中寻找钢种为DD11-AT,宽度为1260mm,终轧厚度为4.0mm,目标凸度为50μm,即没有经过优化的带钢进行对比分析。表5为没有添加优化程序的带钢数据。
表5未使用微中浪轧制方法带钢平直度平均值
利用统计的平均板形值作出各块带钢截面沿宽度方向的板形示意图如图6和图7所示,图6表示未使用本发明进行轧制时带钢平均平直度沿板宽方向的分布图,图7表示使用本发明进行轧制时带钢平均平直度沿板宽方向的分布图,每条曲线代表一块带钢。图中可以清晰地看出,添加本发明的微中浪轧制功能后的带钢具有明显的微中浪,而未经优化的带钢无明显的微中浪,且个别带钢还会呈现边浪的趋势。
实施例结果表明,本发明方法可以达到实现微中浪轧制的效果,并在大多板形调试环境下均能方便的实现,且不需要成本上的投入,可以大幅度提高轧制过程中板形控制的精度并提高轧制产品的板形质量和合格率,可以广泛推广到热轧带钢生产中。
Claims (4)
1.一种实现热轧带钢微中浪轧制的方法,其特征在于,通过读写txt文本文件的方法记录热轧过程中用于板形设定的有关参数,包括带钢化学成分、宽度、厚度、钢种名称,并通过插值的方法确定实现微中浪轧制下带钢各个宽度条件下目标平直度值的增量ΔIU,并将ΔIU转化为末机架弯辊力的增量ΔFb,最后通过弯辊力的增加来达到微中浪轧制的目的。
2.按照权利要求1所述的实现热轧带钢微中浪轧制的方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、轧前准备工作,保持稳定的轧制工艺,低速运转电机,使轧机机械设备达到热运转状态,确保测试时机械设备的正常运转状态并保持稳定,所述的机械设备包括传动设备和轧机的轧辊;
步骤二、在板形设定计算过程中,确认读取当前带钢的化学成分参数,包括C含量、Si含量、Mn含量、Cr含量、Ni含量及Nb+Ti+V含量,以及带钢宽度和厚度测量值,将上述参数以写txt文本文件的方法写到服务器的某一绝对存储路径下,并用记录的这些化学成分计算碳当量CEQ,计算公式如下:
式中,C、Mn、Si、Cr、Nb、Ti、V、Ni为钢中该元素的含量;
步骤三、在设定板形计算基本参数时亦采用写txt文件的方式把当前带钢名称写到计算机的某一绝对存储路径下;
步骤四、确定不同宽度规格下各种带钢实现微中浪轧制时增加的出口板形平直度值ΔIU,先确定具有代表性规格的宽度条件下所增加的出口板形平直度值,其余各宽度条件下通过插值的方法确定目标平直度的增加量;
步骤五、读取系统中存在的关键参数其值范围在250N~1500N之间;其中,Fb为弯辊力,其值在0~2000kN之间,IU为板形平直度;其数学含义为平直度发生一个I单位变化所需要的弯辊力变化量,即
式中,ΔIU为板形变化量;
步骤六、在系统现有模型计算出弯辊力Fb之后,通过读文件的方式读出步骤2和步骤3中写入计算机绝对路径下当前带钢的化学成分,带钢宽度x,带钢厚度h,以及钢种名称参数,判断当前带钢是否需要进行微中浪轧制;如果满足判断条件时,在模型弯辊力的计算结果Fb基础上增加弯辊力的变化量ΔFb,使之实现微中浪;如果当前带钢不满足设定条件,则不进行弯辊力设定值修正,设定值仍然按照原模型计算的弯辊力设定值下发至共享内存进行板形设定;
步骤七、轧制结束后,采用日志中记录的平直度仪在板宽和长度方向采集的I单位值绘制,平直度仪在宽度方向上有m个通道,代表将带钢在宽度方向上平均分成m份进行平直度检测;
步骤八、定量化的统计微中浪轧制的效果,取实验后板形仪检测到的带钢中间n条纵向纤维小条沿长度方向的平直度值的平均值作为当前所轧带钢横截面上的板形值,并观察微中浪轧制效果。
3.按照权利要求2所述的实现热轧带钢微中浪轧制的方法,其特征在于,步骤六中,判断条件为:
①当前所轧带钢钢种名称是否为需要实现微中浪轧制的设定钢种;
②碳当量CEQ<a且x<b且c<h<d;其中,a、b、c、d的数值在具体情况下进行设定;在此a为实施微中浪轧制钢种碳当量的上限值,b为实施微中浪轧制钢种的宽度上限值,c、d分别为实施微中浪轧制钢种的最小厚度和最大厚度,b、c、d单位为m;
条件①和条件②之间为“或”的关系,即二者满足之一即可。
4.按照权利要求2所述的实现热轧带钢微中浪轧制的方法,其特征在于,步骤七中,由于研究的是微中浪轧制,故而选取中间的n个通道作为研究对象,取中间n个通道的平直度仪检测值作为原始数据进行绘图,观测微中浪轧制效果。
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