CN108655180B - 一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，属于板带压延技术领域。该方法首先分析生产数据，确定升速前稳态轧机速度、升速后稳态轧机速度、总升速时间和升速过程的加速度；根据轧机出口与测厚仪之间的距离确定开始升速时的板带厚差点；记录多卷板带的厚度减薄量与厚度减薄时间并求均值，分别记为δh和δt；以时间为横坐标，厚度补偿量为纵坐标，过(δt,δh)和(0,0)用n(6≤n≤14且为偶数)次曲线进行拟合，得到升速过程板带厚度的非线性补偿曲线。本发明弥补了升速初始阶段厚度突降而厚度控制系统不能进行快速补偿的缺陷，减小了板带头尾超差长度，保证了热轧铝板带升速过程厚度的稳定及控制精度。

Description

一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法

技术领域

本发明涉及板带压延技术领域，特别是指一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法。

背景技术

板带厚度精度是衡量企业生产水平的重要指标，对于电子铝箔生产过程而言，热轧板带厚度精度直接影响箔轧成品质量和成品合格率。厚差控制由厚度自动控制系统完成，可分为稳态厚差和料头料尾升降速厚差。当前，稳态厚差已经得到比较成熟的研究，基本都能满足要求。因此，要提高带材质量和成品率，就要在控制料头和料尾的厚差方面进行深入研究。料头和料尾分别针对轧机升速段与降速段，又分别对应张力的建立和张力的撤销过程，两者对板带厚差的影响应有所不同，此发明仅为升速过程板带厚度减薄的补偿方法。

轧机升速过程中，轧制力、轧辊-带材的摩擦系数、开卷张力、轴承油膜厚度等影响板带厚度的因素都在不断变化，轧制状态不稳定，多个因素共同导致板带厚度减薄。由于轧机升速较快，板带厚度快速减薄，尤其当测厚仪距离轧机出口较远，测厚仪测得的厚差迟滞时间较长，厚度控制系统调节精度变差，板带厚度很难通过厚度控制系统的调节得到纠正，厚度补偿效果有限。

当前多数学者的研究主要集中在升速过程中张力、油膜轴承的油膜厚度、轧辊-板带摩擦系数变化引起的厚度减薄补偿方面，基于机理模型进行了相关因素的补偿，补偿形式复杂且存在某些不足。例如，文献1(冷连轧机厚控系统加减速油膜厚度补偿控制的研究，硕士论文，2006)采用辊缝内闭环控制、厚度外闭环控制并结合油膜厚度补偿的厚度控制系统后，一定程度提高了1450冷连轧机厚度的精度和稳定性，但该补偿方法对采用滚子轴承的轧机升速时导致的厚度减薄无能为力。文献2(铝带箔冷轧机升降速过程中的厚度自动补偿控制，有色金属加工，2013，第4期)和文献3(双机架可逆冷连轧机加速过程厚度补偿策略，太原科技大学学报，2014，第6期)通过弹跳方程、轧制力方程和张力方程等系统模型，建立了加速过程中考虑轧辊-板带摩擦系数和油膜厚度的辊缝非线性补偿模型，提高了厚度控制精度，但通过模型计算进行辊缝补偿需要考虑原始模型计算精度，在系统本身模型计算精度不可靠的情况下，升速过程厚度补偿达不到相应效果。此外，以上文献均针对冷轧或箔轧板带头部厚度减薄进行补偿，尚无对热轧铝板带升速过程厚度减薄进行补偿的相关文献。

升速过程厚度减薄与稳速时厚度的波动有所不同。轧机稳速时的厚差波动通过厚度控制系统的PID调节，可将板带厚度始终控制在目标厚度允许偏差内，而升速过程板带温度、张力、轧制力、轧辊轴承油膜厚度、轧辊-板带摩擦系数和轧机振动状态都将改变，以上各个因素都对升速过程板带厚度存在影响，某些因素间亦存在相互耦合，若单纯分析一种或两种因素并对其进行相应补偿，其补偿效果有限，若从机理上考虑各因素对升速过程板带厚度减薄的影响建立机理模型，则模型会将变得非常复杂，且模型精度亦不能保证。因此，有必要采用一种新的基于实际数据补偿的方式，该方式结合现场设备、生产工艺和产品质量等情况，统计分析升速过程中最终的厚度减薄情况，对各因素共同作用后的轧机辊缝进行相应补偿，提高升速过程的板带厚度精度。

发明内容

本发明提供一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，对轧机升速导致的板带厚度减薄进行综合补偿，以解决现有工业生产中轧机升速导致板带厚度急剧减薄，进而增加废料的问题。

该方法包括步骤如下：

(1)从生产系统中获取板带轧制过程数据，包括轧机速度和板带纵向厚差曲线；

(2)根据步骤(1)中获得的板带轧制过程数据，结合轧机出口距测厚仪的距离，确定轧机开始升速时的板带厚差值δh₁；

(3)步骤(1)中记录的厚差曲线最低点为升速过程厚度减薄后的厚差点，记录此点厚差值δh₂，δh₁与δh₂之差为厚度减薄量，记为δh₀，δh₁厚差点与δh₂厚差点之间的时间为厚度减薄时间δt₀，分析多卷热轧板带数据，分别得到厚度减薄时间δt₀和厚度减薄量δh₀，并求均值得到δt和δh；

(4)以时间为横坐标，厚度补偿量为纵坐标，过(δt,δh)和(0,0)用n次曲线进行拟合，得到升速过程板带厚度的非线性补偿曲线，将该补偿曲线添加入基础自动化控制系统中，直接对辊缝进行补偿；其中，6≤n≤14且为偶数。

其中，步骤(1)中根据生产过程轧机速度和板带纵向厚差曲线，确定升速前稳态速度V₁、升速后稳态速度V₂、总升速时间T和升速过程加速度a；

总升速时间、升速前稳态速度、升速后稳态速度和升速过程加速度关系如下式：

式中，V₁为轧机升速前稳态速度，m/min；V₂为轧机升速后稳态速度，m/min；T为轧机总升速时间，s；a轧机升速过程加速度，m/s²。

步骤(2)中，轧机出口与测厚仪之间的固定距离为d，厚差信号延后于速度信号，轧机速度开始升速点与其对应的厚差点之间的距离为轧机出口与测厚仪之间的距离d，从而确定轧机开始升速时刻对应的板带厚差值δh₁。

步骤(3)中分析热轧板带的数量大于10卷。

步骤(3)中，厚度减薄时间δt₀不大于总升速时间的1/3，即t₀≤T/3。

步骤(4)中，设定升速时间t为升速过程中某一速度时刻对应的升速时间，公式如下：

式中，V为轧机实际速度，m/min；t为轧机从开始升速时到速度为V时所用的时间，s；V₁为轧机升速前稳态速度，m/min；a轧机升速过程加速度，m/s²；

则，总的板带厚度补偿量h根据下式计算得到：

式中，δt为统计得到的平均减薄时间，s；δh为统计得到的平均厚度减薄量，mm；

过(δt,δh)和(0,0)用n次曲线进行拟合，得到的拟合方程为：

式中，y为不同速度时的板带厚度补偿值，mm。

本发明适用于板带热轧和板带冷轧，特别适用于系统厚度控制模型封装、测厚仪与轧机出口存在一定距离和仅依靠厚度控制模型难以使升速时板带厚差达到理想厚差控制效果的情况。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明首先通过分析生产实绩数据中轧机速度和热轧铝板带厚差的关系，得到轧机初始升速段导致的厚度减薄量和减薄时间，保证了数据的及时性与真实性；然后，拟合得到板带厚度非线性补偿曲线，并将该补偿曲线添加在基础自动化系统(L1级)的程序中，通过判断轧机速度，直接对多种因素共同影响下的轧机辊缝进行综合补偿，辊缝补偿方法较简便；最后，针对不同工艺下的升速过程，可直接修改本发明中的相关参数，适用于多种轧机速度下的热轧铝板带厚度减薄情况。

附图说明

图1为本发明的热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法实际生产中升速导致厚度减薄示意图；

图2为升速前板带厚差确定方法示意图；

图3为初始升速阶段板带厚差减薄时间和减薄量示意图；

图4为升速过程板带厚度非线性补偿曲线示意图；

图5为升速过程厚度减薄补偿效果示意图；

图6为本发明实施例中厚度补偿曲线；

图7为本发明方法升速过程厚度补偿现场试验效果。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法。

该方法包括步骤如下：

(1)从生产系统中获取板带轧制过程数据，包括轧机速度和板带纵向厚差曲线；

(2)根据步骤(1)中获得的板带轧制过程数据，结合轧机出口距测厚仪的距离，确定轧机开始升速时的板带厚差值δh₁；

(3)步骤(1)中记录的厚差曲线最低点为升速过程厚度减薄后的厚差点，记录此点厚差值δh₂，δh₁与δh₂之差为厚度减薄量，记为δh₀，δh₁厚差点与δh₂厚差点之间的时间为厚度减薄时间δt₀，分析多卷热轧板带数据，分别得到厚度减薄时间δt₀和厚度减薄量δh₀，并求均值得到δt和δh；

(4)以时间为横坐标，厚度补偿量为纵坐标，过(δt,δh)和(0,0)用n次曲线进行拟合，得到升速过程板带厚度的非线性补偿曲线，将该补偿曲线添加入基础自动化控制系统中，直接对辊缝进行补偿，其补偿效果如图5所示；其中，6≤n≤14且为偶数。

步骤(1)中根据生产过程轧机速度和板带纵向厚差曲线，确定升速前稳态速度V₁、升速后稳态速度V₂、总升速时间T和升速过程加速度a；

总升速时间、升速前稳态速度、升速后稳态速度和升速过程加速度关系如下式：

式中，V₁为轧机升速前稳态速度，m/min；V₂为轧机升速后稳态速度，m/min；T为轧机总升速时间，s；a轧机升速过程加速度，m/s²。

步骤(2)中，轧机出口与测厚仪之间的固定距离为d，厚差信号延后于速度信号，轧机速度开始升速点与其对应的厚差点之间的距离为轧机出口与测厚仪之间的距离d，从而确定轧机开始升速时刻对应的板带厚差值δh₁，如图2所示。

步骤(3)中由于轧机升速导致的厚度减薄主要发生在初始升速段，初始升速阶段厚度急剧减薄，升速后期在厚度控制系统调节下升速导致的厚度减薄得到一定补偿，即在升速补偿过程中，应对整个升速过程中的厚度进行非线性补偿，且升速初始阶段的厚度补偿量应大于升速后期阶段的厚度补偿量。

厚差曲线最低点为厚度减薄后的厚差点，记录此点厚差值δh₂，δh₁与δh₂之差为厚度减薄量，记为δh₀，δh₁厚差点与δh₂厚差点之间的时间为厚度减薄时间δt₀，由轧机速度与板带厚度关系，并统计大量数据可知，减薄时间δt₀不大于总升速时间的1/3，即δt₀≤T/3，如图3。分析多卷(10卷以上)热轧板带数据，分别得到减薄时间δt₀和厚差减薄量δh₀，并求均值得到δt和δh。

步骤(4)中，n决定了总的板带厚度补偿量y的大小，其取值根据现场参数确定；现场自动厚度控制系统(AGC)调节速度快，升速后期厚度减薄量小，则n取较大值，此时板带厚度总补偿量较小；AGC调节速度慢时，升速后期厚度减薄量大，n取较小值，此时板带厚度总补偿量较大，如图4所示；将该补偿曲线添加入L1级系统，直接对辊缝进行补偿。设定升速时间t为升速过程中某一速度时刻对应的升速时间，公式如下：

式中，V为轧机实际速度，m/min；t为轧机从开始升速时到速度为V时所用的时间，s；V₁为轧机升速前稳态速度，m/min；a轧机升速过程加速度，m/s²；

则，总的板带厚度补偿量h根据下式计算得到：

式中，δt为统计得到的平均减薄时间，s；δh为统计得到的平均厚度减薄量，mm；

过(δt,δh)和(0,0)用n次曲线进行拟合，得到的拟合方程为：

式中，y为不同速度时的板带厚度补偿值，mm。

下面结合具体实施例予以说明。

步骤S1：从近期生产数据中随机获取某卷板带轧机速度和纵向厚差数据，如图1所示。升速前轧机稳态速度V₁＝25m/min，升速后轧机稳态速度V₂＝85m/min，总升速时间T＝3s，升速过程加速度a＝0.33m/s²；

步骤S2：板带标准厚度为6.2mm，轧机出口距测厚仪距离为2.6m，确定速度开始升速点后，根据该距离确定轧机开始升速点对应的厚差值，记录此厚差值δh₁＝-0.7％(此厚差值为板带标准厚度的百分数，以下皆给出长度单位表示的厚差值，此时δh₁＝0.043mm)。

步骤S3：厚差曲线最低点为厚度减薄后的厚差点，记录此点厚差值δh₂＝-2.5％(0.155mm)；δh₁与δh₂之差为厚度减薄量δh₀＝1.8％(0.112mm)，δh₁厚差点与δh₂厚差点之间的厚度减薄时间δt₀＝0.7s，分析了18卷热轧板带数据，分别得到减薄时间δt₀和厚度减薄量δh₀，并求均值得到δt＝0.6s和δh＝0.149mm。

实施例中的18卷板带厚度减薄情况具体数据如下：

步骤S4：由于本实施案例中现场AGC增益系数较小，厚差调节速度较慢，总厚度补偿量h取较大值，补偿曲线次数取较小值；因此，在本实施案例中，以时间为横坐标，厚度补偿量为纵坐标，过(0.6,0.149)和(0,0)用6(n＝6)次曲线进行拟合，得到升速过程板带厚度的非线性补偿曲线，将该补偿曲线添加入L1级系统，直接对轧机辊缝进行补偿。

本实施案例中，总的厚度补偿量h根据下式计算得到：

式中δt₀＝0.6s，δh₀＝0.149mm，t为轧机升速时间，当t等于T(3s)时，h为总的厚度补偿量，此时h＝0.202mm。

本实施案例中，厚度补偿曲线公式为：

其中，y为厚度补偿量，mm。

当然，以上厚度补偿曲线次数仅仅为一个举例，并不作为限制。

本实施案例中厚度补偿曲线形式如图6所示。

现场试验效果：图7所示为采用本发明方法的升速过程厚度补偿效果。可以看出，采用本发明方法进行厚度补偿前，初始升速段导致板带厚度减薄后的厚差最小值小于-2％的比例为7.2％，而采用本发明方法对升速段进行厚度补偿后，初始升速段导致板带厚度减薄后的厚差最小值小于-2％的比例为83.5％，大大改善了轧机升速过程导致的板带厚度减薄情况，有利于升速后板带厚度迅速回归正常值，减小板带超差长度。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，其特征在于：包括步骤如下：

(1)从生产系统中获取板带轧制过程数据，包括轧机速度和板带纵向厚差曲线；

(2)根据步骤(1)中获得的板带轧制过程数据，结合轧机出口距测厚仪的距离，确定轧机开始升速时的板带厚差值δh₁；

(3)步骤(1)中记录的厚差曲线最低点为升速过程厚度减薄后的厚差点，记录此点厚差值δh₂，δh₁与δh₂之差为厚度减薄量，记为δh₀，δh₁厚差点与δh₂厚差点之间的时间为厚度减薄时间δt₀，分析多卷热轧板带数据，分别得到厚度减薄时间δt₀和厚度减薄量δh₀，并求均值得到δt和δh；

(4)以时间为横坐标，厚度补偿量为纵坐标，过(δt,δh)和(0,0)用n次曲线进行拟合，得到升速过程板带厚度的非线性补偿曲线，将该补偿曲线添加入基础自动化控制系统中，直接对辊缝进行补偿；其中，6≤n≤14且为偶数；

过(δt,δh)和(0,0)用n次曲线进行拟合，得到的拟合方程为：

式中，y为不同速度时的板带厚度补偿值，mm；t为轧机从开始升速时到轧机实际速度时所用的时间，s；T为轧机总升速时间，s；h为总的板带厚度补偿量，mm；n为曲线进行拟合的次数。

2.根据权利要求1所述的热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，其特征在于：所述步骤(1)中根据生产过程轧机速度和板带纵向厚差曲线，确定升速前稳态速度V₁、升速后稳态速度V₂、总升速时间T和升速过程加速度a；

总升速时间、升速前稳态速度、升速后稳态速度和升速过程加速度关系如下式：

式中，V₁为轧机升速前稳态速度，m/min；V₂为轧机升速后稳态速度，m/min；T为轧机总升速时间，s；a轧机升速过程加速度，m/s²。

3.根据权利要求1所述的热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，其特征在于：所述步骤(2)中，轧机出口与测厚仪之间的固定距离为d，厚差信号延后于速度信号，轧机速度开始升速点与其对应的厚差点之间的距离为轧机出口与测厚仪之间的距离d，从而确定轧机开始升速时刻对应的板带厚差值δh₁。

4.根据权利要求1所述的热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中分析热轧板带的数量大于10卷。

5.根据权利要求1所述的热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，其特征在于：所述步骤(3)中，厚度减薄时间δt₀不大于总升速时间的1/3，即t₀≤T/3。

6.根据权利要求1所述的热轧铝板带升速过程厚度减薄的补偿方法，其特征在于：所述步骤(4)中，设定升速时间t为升速过程中某一速度时刻对应的升速时间，公式如下：

式中，V为轧机实际速度，m/min；t为轧机从开始升速时到速度为V时所用的时间，s；V₁为轧机升速前稳态速度，m/min；a轧机升速过程加速度，m/s²；

则，总的板带厚度补偿量h根据下式计算得到：

式中，δt为统计得到的平均减薄时间，s；δh为统计得到的平均厚度减薄量，mm。