CN109226277A - 一种有色金属柔性轧制厚度控制方法 - Google Patents

Abstract

一种有色金属柔性轧制厚度控制方法，属于板带轧制自动控制技术领域，其特征在于实施步骤为：(1)采集轧制中轧件的轧制力及对应的轧制速度；(2)确定支撑辊旋转一周的轧制力总体平均值(3)确定机架间带钢厚度h；(4)依据板带样本长度跟踪进行厚度控制，确定各道次的样本长度L_i；(5)利用前道次厚度曲线确定后道次轧制过程辊缝调节曲线；(6)考虑轧制过程中各参数动态调整厚度增量变化及轧机压下效率，忽略速度波动和精轧过程中宽度变化，确定AGC系统的调节量；(7)确定AGC系统的最终辊缝调节量。优点是本发明解决了多规格、小坯料金属板带无法进行厚度监测的问题；提高小坯料金属板带的厚度控制精度和成品质量。

Description

一种有色金属柔性轧制厚度控制方法

技术领域

本发明属于板带轧制自动控制技术领域，具体涉及一种有色金属柔性轧制厚度控制方法。

背景技术

在板带轧制过程中，包括钢带、铝带、铜带等轧制过程，最常用的厚度控制方法是通过机架出口安装的测厚仪对板带的实际厚度进行测量，并进而通过调节轧机的辊缝来对板带厚度进行反馈控制，这种厚度控制方法称之为监控AGC(Automatic Gage Control)。

监控AGC的测厚仪一般安装在离直接产生厚度变化的辊缝较远的地方，如板带热连轧机的出口测厚仪要求安装在离末机架工作辊中心线约1000～3000mm左右，这种安装的不足之处是对于对于多规格、小坯料的有色金属，板带长度有限，轧制过程无法利用测厚仪对板材厚度进行测量，不能检测出板材的厚度变化值，即不能得到实际轧出的板带厚度波动情况，导致最终的板带厚度不能得到有效控制，降低了板材的成材率。

发明内容

本发明的目的是提供一种有色金属柔性轧制厚度控制方法，可有效地提高板带轧制过程的厚度控制精度。

本发明通过如下技术方案予以实现，其特征是：包括以下步骤：

步骤1、在TDC中开辟存储空间，在轧制过程中每2ms采集一次轧件的轧制力及对应的轧制速度并存储；在数据采样过程中，设立阈值，删除超过阈值的变量，并对采样次数减1；

步骤2、通过数据平滑处理，把支撑辊一周平均分为N个单元，采用单元跟踪对每个单元的轧制力采样平均。开辟一个长度为N+1的移位寄存器F(0)、F(1)、···、F(N-1)、F(N)，当一个单元的轧制力平均值计算结束之后，把寄存器中原有的值顺次前移，并把新取得的轧制力平均值寄存到移位寄存器F(N)内,得出支撑辊旋转一周的轧制力总体平均值

式中，n_e为已经轧过的样本单元数，F(i)为支撑辊上第i个单元的轧制力平均值,kN；

步骤3、根据实测轧制力，考虑轧制过程中的相关修正和补偿，确定机架间带钢厚度h；

步骤3.1、确定轧机辊系弹跳变形量S_F；

步骤3.1.1、根据现场压靠实验方法采集机架的辊缝和轧制力数据，利用多项式回归轧机牌坊弹跳特性曲线方程：

式中，F为实测轧制力，kN,S为辊缝，mm，a₀～a₄为轧机弹跳曲线系数；

步骤3.1.2、据弹性变形曲线方程，确定轧机牌坊弹跳量：

S_H＝f(F)-f(F₀)

式中，F₀为清零轧制力,kN；

步骤3.1.3、确定轧机辊系挠曲特性曲线：

式中，w为带钢宽度，mm，β₀～β₃为辊系挠曲特性曲线系数，ε₁为临界值，mm；

步骤3.1.4、确定轧机辊系挠曲弹跳量：

式中，D_wr、D_br为工作辊、支撑辊直径，mm，D_wr,max、D_br,max为最大工作辊、支撑辊直径，mm，w为带钢宽度，mm，w_max为最大带钢宽度，mm；

步骤3.1.5、确定轧机辊系弹跳变形量：

S_F＝S_H+S_S

步骤3.2、机架间带钢厚度h的表达式为：

h＝S₀+S_F(F)-δ-G

式中，S₀为空载辊缝值,mm，G为轧辊热膨胀和磨损所带来的辊缝变化,mm，δ为油膜厚度变化所带来的辊缝变化,mm；

步骤4、依据板带样本长度跟踪进行厚度控制，设定首道次样本长度为L₁，基于秒流量相等原则，确定各道次的样本长度为：

式中，i为道次数，为对应机架处板带的出口厚度,mm；

步骤5、利用前道次厚度曲线确定后道次轧制过程辊缝调节曲线：

式中，δ为辊缝调整修正系数，M为带钢塑性系数,kN/mm，K_m为轧机刚度系数,kN/mm,h^*为道次目标厚度,mm,h为板带计算厚度,mm；

步骤6、考虑轧制过程中各参数动态调整厚度增量变化及轧机压下效率，忽略速度波动和精轧过程中宽度变化，确定AGC系统的调节量ΔS_i；

步骤6.1、板带出口厚度变化量δh_i的表达式为：

δh_i＝(A_S)_iδS_i+(A_H)_iδH_i+(A_K)_iδK_i

式中，(A_S)_i为辊缝影响系数，δS_i为辊缝压下位置调节量,mm，(A_H)_i为来料厚度影响系数，δH_i为来料厚度变化量,mm，(A_K)_i为变形抗力影响系数，δK_i为来料硬度变化量；

步骤6.2、AGC系统的调节量ΔS_i的表达式为：

步骤7、确定AGC系统的最终辊缝调节量：

ΔS＝ΔS′_i+ΔS_i

有益效果：

本发明提出机架间厚度测量的厚度控制方法，利用前道次实时计算厚度对后道次厚度进行调节，使前机架作用于后机架的出口厚度偏差，结合本道次的AGC调节，实时检测并调控板带厚度，解决了多规格、小坯料金属板带无法进行厚度监测的问题；与传统控制方法相比，该方法可有效提高小坯料金属板带轧制过程的厚度控制精度，提高板带的成品质量。

附图说明：

图1为本发明的板带轧制控制示意图；

图2为本发明的道次间样本跟踪关系示意图；

图3为本发明的板带轧制厚度控制方法流程图。

图中，1—热金属检测仪；2—轧辊位移传感器、速度编码器和压力传感器；3—液压缸。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实例对本发明的具体实施方式作详细说明。

实现板带轧制厚度控制的硬件设备配置要求：

1)轧机安装有油压传感器和位移传感器，以对轧制过程轧制力和辊缝进行测量；

2)在机架入口安装有对板带进行长度和速度测量的仪表对板带的样本进行跟踪；

3)有一台带具有模拟输入和输出接口板的TDC，以读取板带轧制力和轧制速度信号、油压传感器输出的压力信号和位移传感器输出的位移信号，进行板带样本跟踪，并实现板带轧制力及轧制速度的确定、存储和输出。

如果一个现有的板带轧制系统已兼备了以上基本条件，则只要加入相关的控制方法即可，其控制过程框图如图3所示。

本实施方式采用热连轧机组，其轧制过程布置形式如图1所示。利用机架间厚度测量的厚度控制方法，将前一道次轧制后的板带检测信号以及本道次的辊系传感器信号输入到计算机控制系统中，经过数据处理得出该道次辊缝调节量，通过调节液压缸的上下移动完成对轧机辊缝的调节，实现对轧制过程中的板带厚度控制。

实施例：

选取轧制钢种：Q235

以某七连轧精轧机组中F₅、F₆两个机架为例，来料厚度7.88mm,样本长度L₁＝200mm；F₅机架：工作辊直径D_wr＝330mm，支撑辊直径D_br＝960mm，支撑辊平分单元数为N＝24，实测轧制力F＝1647kN，空载辊缝值为S₀＝1.80mm,出口带钢目标厚度h^*＝1.80mm,辊系弹跳变形量S_F＝-0.169mm,油膜补偿S_δ＝-0.241mm,轧辊热膨胀和磨损所带来的辊缝变化G＝-0.308mm；F₆机架：轧机刚度系数K_m＝1200kN/mm,带钢塑性系数M＝930kN/mm,来料宽度w＝350mm,来料厚度影响系数A_H＝0.604,变形抗力影响系数A_K＝0.019,辊缝影响系数A_S＝0.206,来料硬度变化量δK＝0.265,辊缝压下位置调节量δS＝0.08mm,辊缝调整修正系数δ＝0.01。

本实施例基于以上条件的具体实施步骤如下：

步骤1、在TDC中开辟存储空间，在轧制过程中每2ms采集一次轧件的轧制力及对应的轧制速度并存储；在数据采样过程中，设立阈值，删除超过阈值的变量，并对采样次数减1；

步骤2、通过数据平滑处理，把支撑辊一周平均分为N＝24个单元，采用单元跟踪对每个单元的轧制力采样平均；开辟一个长度为(24+1)的移位寄存器F(0)、F(1)、···、F(23)、F(24)，当一个单元的轧制力平均值计算结束之后，把寄存器中原有的值顺次前移，并把新取得的轧制力平均值寄存到移位寄存器F(24)内,通过计算得到支撑辊旋转一周的轧制力总体平均值

步骤3、根据实测轧制力，考虑轧制过程中的相关修正和补偿，确定机架间带钢厚度h；

h＝S₀+S_F(F)-S_δ-G＝1.80-0.169+0.241+0.308＝2.18mm

步骤4、依据板带样本长度跟踪进行厚度控制，以安装于机架前的热金属检测仪(HMD)为位置基准点，通过速度编码器实时测量轧制过程带钢速度，进行精确带钢跟踪，如图2所示，基于秒流量相等原则，确定5、6道次的样本长度关系为：

式中，为对应机架处板带的出口厚度,mm；

步骤5、利用前道次厚度曲线确定后道次轧制过程辊缝调节曲线：

步骤6、考虑轧制过程中各参数动态调整厚度增量变化及轧机压下效率，忽略速度波动和精轧过程中宽度变化，确定后道次AGC系统的调节量ΔS₆；

步骤6.1、忽略速度波动和精轧过程中宽度变化，得到后道次板带出口厚度变化量δh₆的表达式为：

δh₆＝0.206×0.08+0.604×0.38+0.019×0.265＝0.251mm

步骤6.2、AGC系统的调节量ΔS₆表达式为：

步骤7、确定AGC系统的最终辊缝调节量：

ΔS＝ΔS′₆+ΔS₆＝0.007+(-0.426)＝(-0.419)mm

即F₆机架相对于F₅机架的辊缝调节量为0.419mm。

上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (1)

1.一种有色金属柔性轧制厚度控制方法，其特征在于：实施步骤如下：

步骤1、在TDC中开辟存储空间，在轧制过程中每2ms采集一次轧件的轧制力及对应的轧制速度并存储；在数据采样过程中，设立阈值，删除超过阈值的变量，并对采样次数减1；

步骤2、通过数据平滑处理，把支撑辊一周平均分为N个单元，采用单元跟踪对每个单元的轧制力采样平均；开辟一个长度为N+1的移位寄存器F(0)、F(1)、…、F(N-1)、F(N)，当一个单元的轧制力平均值计算结束之后，把寄存器中原有的值顺次前移，并把新取得的轧制力平均值寄存到移位寄存器F(N)内,得出支撑辊旋转一周的轧制力总体平均值

式中，n_e为已经轧过的样本单元数，F(i)为支撑辊上第i个单元的轧制力平均值,kN；

步骤3、根据实测轧制力，考虑轧制过程中的相关修正和补偿，确定机架间带钢厚度h；

步骤3.1、确定轧机辊系弹跳变形量S_F；

步骤3.1.1、根据现场压靠实验方法采集机架的辊缝和轧制力数据，利用多项式回归轧机牌坊弹跳特性曲线方程：

式中，F为实测轧制力，kN,S为辊缝，mm，a₀～a₄为轧机弹跳曲线系数；

步骤3.1.2、据弹性变形曲线方程，确定轧机牌坊弹跳量：

S_H＝f(F)-f(F₀)

式中,F₀为清零轧制力,kN；

步骤3.1.3、确定轧机辊系挠曲特性曲线：

式中，w为带钢宽度，mm，β₀～β₃为辊系挠曲特性曲线系数，ε₁为临界值，mm；

步骤3.1.4、确定轧机辊系挠曲弹跳量：

式中，D_wr、D_br为工作辊、支撑辊直径，mm，D_wr,max、D_br,max为最大工作辊、支撑辊直径，mm，w为带钢宽度，mm，w_max为最大带钢宽度，mm；

步骤3.1.5、确定轧机辊系弹跳变形量：

S_F＝S_H+S_S

步骤3.2、机架间带钢厚度h的表达式为：

h＝S₀+S_F(F)-δ-G

式中，S₀为空载辊缝值，mm,G为轧辊热膨胀和磨损所带来的辊缝变化，mm,δ为油膜厚度变化所带来的辊缝变化,mm；

步骤4、依据板带样本长度跟踪进行厚度控制，设定首道次样本长度为L₁，基于秒流量相等原则，确定各道次的样本长度为：

式中，i为道次数，为对应机架处板带的出口厚度,mm；

步骤5、利用前道次厚度曲线确定后道次轧制过程辊缝调节曲线：

式中，δ为辊缝调整修正系数，M为带钢塑性系数，kN/mm，K_m为轧机刚度系数，kN/mm，h^*为道次目标厚度，mm,h为板带计算厚度,mm；

步骤6、考虑轧制过程中各参数动态调整厚度增量变化及轧机压下效率，忽略速度波动和精轧过程中宽度变化，确定AGC系统的调节量ΔS_i；

步骤6.1、板带出口厚度变化量δh_i的表达式为：

δh_i＝(A_S)_iδS_i+(A_H)_iδH_i+(A_K)_iδK_i

式中，(A_S)_i为辊缝影响系数，δS_i为辊缝压下位置调节量,mm，(A_H)_i为来料厚度影响系数，δH_i为来料厚度变化量,mm，(A_K)_i为变形抗力影响系数，δK_i为来料硬度变化量；

步骤6.2、AGC系统的调节量ΔS_i的表达式为：

步骤7、确定AGC系统的最终辊缝调节量：

ΔS＝ΔS′_i+ΔS_i。