CN111229838B

CN111229838B - 一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法

Info

Publication number: CN111229838B
Application number: CN201811433396.3A
Authority: CN
Inventors: 夏小明; 谭耘宇; 汪明新; 李美华; 方少华
Original assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-11-28
Filing date: 2018-11-28
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2038-11-28
Also published as: CN111229838A

Abstract

本发明涉及一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，包括如下步骤：确定各机架比例凸度变化系数、确定产品的目标凸度、配置中间坯凸度、计算各机架凸度值等步骤。本发明提供的通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，既能保证带钢头部凸度完全达到目标值（即保证各机架出口凸度在设备能力范围之内，为全长凸度达到目标值建立前提条件），又能保证机架间及精轧机组出口不会出现浪形，尤其是保证了精轧后段机架间（如F5、F6机架间及F6、F7机架间）带钢的平直度，从而保证轧制薄规格是时穿带的稳定性，最终使轧制计划延长至少15%以上，减少了换辊时间并降低了辊耗。

Description

一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法

技术领域

本发明涉及一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，属于炼钢技术领域。

背景技术

热连轧过程精轧通常由7架或6架甚至5架精轧机连轧组成，将不同厚度的中间坯轧制成(0.8－25)mm厚度的各种宽度规格的带钢。生产薄规格产品时，带钢在机架间及精轧出口的板形质量不仅涉及到产品的板形质量，更重要的是涉及穿带是否成功及轧制的稳定性。带钢板形控制系统主要包括凸度与平直度控制(模型设定与控制双边浪及中间浪即对称浪形)，而机架间平直度的优劣又取决于各机架带钢凸度的确定，所以可以统一为对凸度的控制。一卷钢板形质量由两部分组成：一是头部板形，二是中尾部板形，头部板形质量，是由板形模型设定的精度决定，而中、尾部板形质量是在头部模型设定的基础上，通过L1的凸度保持功能及凸度监控控制功能共同来保证中尾部凸度与头部一致。本发明就是针对L2板形模型各机架带钢凸度最优设定来考虑的，传统模型设定各架带钢凸度时，仅考虑比例凸度变化在模型计算的最大、最小范围之内就行。由于凸度设定计算涉及到的因素包括轧制力、工作辊、支撑辊磨损、轧辊热膨胀、工作辊原始辊型、窜辊位置或交叉角以及弯辊力等复杂输入条件，很难合理确定出各架带钢凸度，经常会在后端机架，如F5、F6出口产生双边浪或中间浪(假定机组有7架轧机)，影响穿带的稳定性。

现有相关专利情况如下：中国专利申请号CN201310446784.6，《一种热轧带钢凸度控制方法》，涉及热轧带钢凸度控制方法，可以在末架凸度设定存在偏差或轧制条件发生较大变化的情况下，有效保证带钢凸度精度和全长凸度稳定性，也就是L1凸度保持与凸度控制的工作。中国专利申请号：CN201310190359.5，《一种自适应凸度变化热轧板形控制模型》，属于板带热轧过程分析与控制技术领域，涉及带钢凸度范围计算模块（与现有模型确定凸度方法相同）、自学习凸度修正模块等，内容也主要是属于凸度控制范围。中国专利申请号：CN201110296426.2，《一种提高热轧带钢头部或尾部板形质量的方法》，属于热轧带钢板形控制领域，是当带钢咬入机架时，设定弯辊力比平衡力小时，提前将平衡力切换到弯辊力，从而提升头部板形质量，因而属于板形控制范围。

现有相关论文情况如下：论文《1700mm热轧板形控制优化》，控制工程，2008年5月第15卷增刊，主要通过对工作辊轴向移动可获得辊缝正负凸度的变化 , 从而降低目标凸度，未涉及各架凸度的值的确定问题。论文《热轧薄规格带钢凸度改善的研究与应用》，首钢科技，2014年第一期，针对迁钢公司1580 mm 热连轧带钢生产线薄规格带钢凸度控制精度不高的问题，通过优化平直度死区因子和轧辊热膨胀计算系数等改善凸度控制精度的措施。论文《提高热轧硅钢凸度精度的工艺措施》，山西冶金，总第139期、2012年第五期，通过有效控制轧制过程中的加热温度、时间及采用合理的辊型，提高硅钢凸度精度。

如上等公开报道的文献均未见通过调节比例凸度变化系数，实现对热连轧各机架的凸度与浪形的兼顾控制。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，包括如下步骤：

（1）确定各机架比例凸度变化系数Pi，确定方法如下：

（101）根据各机架本身凸度控制能力以及该机架在整个机组的位置，常规热连轧精轧机由7架轧机组成，前4架，即F1到F4机架是前段机架，后3架，即F5到F7机架是后段机架；

（102）各机架比例凸度变化系数之和为1，即P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7=1；其中，后段机架比例凸度变化为0，即P5=P6=P7=0；

（103）为了确定上游机架的Pi，首先构建目标函数，求使目标函数值最小的Pi：

；

式中，a _i为各机架的目标比例凸度变化系数：

；

；

；

式中，w _i为各机架的比例凸度变化权重，其基础值与各机架的比例凸度调节范围呈正比，并通过工艺修正系数k _i进行工艺修正；B为带钢宽度；W为上游机架w _i的和；工艺修正系数k _i由公式：

确定；

式中，B ₀为宽度的归一化基准值；h _out,0为末机架目标厚度的归一化基准值；α、β为指数系数；

（104）根据平坦度死区的Shohet判别式：

；

可以确定寻优的约束条件如下：

；

（105）用牛顿法对上述有约束的多元二次寻优问题进行求解，得到各机架Pi；

（2）确定产品的目标凸度；产品的目标凸度在产品设计时确定，再通过模型的系统误差、自学习系数以及操作工给的offset值综合累加作为最终的目标值；

（3）配置中间坯的凸度；中间坯厚度在30mm–70mm之间，如是CSP即薄板坯连铸连轧产线，故凸度认为是0；如是中薄板坯或ESP产线，带坯凸度确定方法采用传统轧机带坯凸度确定方法；

（4）计算各机架出口凸度，具体包括如下步骤：

（401）令Ci_入、Ci_出分别为第i机架入口、出口凸度，C_中为中间坯凸度，则C_中＝C1_入，C7_出＝C_目标；

令Hi_入、Hi_出分别为第i机架带钢入、出口厚度，则H1_入＝中间坯厚度；

令机架比例凸度变化值为△Ci、总比例凸度变化为△C_总，则△C_总＝∑△Ci，其中i为机架号，i＝1~7；

（402）计算总比例凸度变化值：△C_总＝C1_入/H1_入‒C_目标/H7_出；

（403）计算各架比例凸度变化值：令机架比例凸度变化分配系数为Pi，其中i为机架号，i＝1~7，则各架比例凸度变化值△Ci＝△C_总×Pi；

（404）确定各机架出口带钢凸度:

根据比例凸度变化值△Ci＝Ci_入/Hi_入－Ci_出/Hi_出;

当i＝1（即从第一架开始计算）时，C1_入为模型配置文件中读出的数值，即为已知，H1_入为模型已经计算出的中间坯厚度、H1_出为模型计算出的厚度，为已知值，即出口凸度为：Ci_出＝（Ci_入/Hi_入－△Ci）×Hi_出。

上述方案进一步的改进在于：所述步骤（103）中，B₀ = 1450 mm，h_out,0 = 5mm，α =2.4，β = -0.15。

上述方案进一步的改进在于：所述工艺修正系数遵守如下规则：当带钢目标厚度较厚时，设定前4架或前5架轧机的带钢允许的比例凸度范围都较大，同时降低第一架比例凸度，使得第一机架的弯辊力设定小于其轴承箱能承受的最高值；当带钢目标厚度较薄时，则增加第一架比例凸度；当宽度较小，且上游允许的比例凸度变化范围较大，同时弯辊力调节效果减弱，则减小第一架比例凸度。

本发明提供的通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，既能保证带钢头部凸度完全达到目标值（即保证各机架出口凸度在设备能力范围之内，为全长凸度达到目标值建立前提条件），又能保证机架间及精轧机组出口不会出现浪形，尤其是保证了精轧后段机架间（如F5、F6机架间及F6、F7机架间）带钢的平直度，从而保证轧制薄规格是时穿带的稳定性，最终使轧制计划延长15%以上，减少了换辊时间并降低了辊耗。

具体实施方式

实施例

本实施例的通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，包括如下步骤：

（1）确定各机架比例凸度变化系数Pi，确定方法如下：

（102）各机架比例凸度变化系数之和为1，即P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7=1；其中，前段机架允许比例凸度变化，为保证机架间板形及机组出口有良好的平直度，后段机架比例凸度变化为0，即P5=P6=P7=0；

；

式中，a _i为各机架的目标比例凸度变化系数：

；

；

；

确定；

（104）根据平坦度死区的Shohet判别式：

；

可以确定寻优的约束条件如下：

；

（3）配置中间坯的凸度；中间坯厚度在30mm–70mm之间，根据平时推出辊道的中间坯实测数据结果，发现厚度变化对中间坯凸度影响不大，主要与带坯宽度相关，带坯越宽，凸度越大，故凸度通常按照带坯宽度在模型的配置文件中配好，由模型自动查询使用就行；如是CSP即薄板坯连铸连轧产线，由于精轧入口坯未经粗轧机轧制过，故凸度可认为0；如是中薄板坯或ESP产线，因都经过粗轧机轧制过，带坯凸度确定方法与传统轧机相同；

（4）计算各机架出口凸度，具体包括如下步骤：

（404）确定各机架出口带钢凸度:

根据比例凸度变化值△Ci＝Ci_入/Hi_入－Ci_出/Hi_出;

所述步骤（103）中，B₀ = 1450 mm，h_out,0 = 5mm，α = 2.4，β = -0.15。

所述工艺修正系数遵守如下规则：当带钢目标厚度较厚时，设定前4架或前5架轧机的带钢允许的比例凸度范围都较大，同时降低第一架比例凸度，使得第一机架的弯辊力设定小于其轴承箱能承受的最高值；当带钢目标厚度较薄时，则增加第一架比例凸度；当宽度较小，且上游允许的比例凸度变化范围较大，同时弯辊力调节效果减弱，则减小第一架比例凸度。

上述方法中，在精轧轧制前，首先由精轧设定模型根据来料（或中间坯）的温度、厚度、宽度、钢种（或出钢记号）、产品的冷态厚度转换成的热态厚度、精轧出口目标温度、各机架速度等计算出各机架的设定轧制压力、入、出口厚度、压下率等，在获得以上数据的基础上，再根据当时工作辊、支撑辊磨损、热膨胀、原始辊型、目标凸度、目标平直度以及上块钢轧制后采集到的数据，最后模型再计算自学习修正系数等，计算本块钢在各机架的出口凸度以及CVC辊的窜辊位置（或PC轧机的交叉角）、各机架的弯辊力等，最后通过数据通讯将模型最后一次设定的数据发送给L1，由L1发出指令让设备动作到要求位置，整个过程完成就算模型设定并下装到位。

下面结合具体生产过程进行说明。

热连产线生产出钢记号GR3160B1，规格为3.0mm×900mm钢卷，需要确定各架轧机出口带钢凸度；

1.确定各机架比例凸度变化系数：

由于该产线第一架轧机控制带钢凸度的手段仅有弯辊力且生产该卷钢规格仅有900mm宽，故比例凸度变化系数的计算结果F1相对较小，F1－F7机架分别为0.379、0.390、0.151、0.080、0、0、0；

2.确定产品的目标凸度：

C_目标＝PDI目标值（设计值）＋Vrn（模型自适应值）+Vrn RS（模型的系统误差）+OPofs（操作工给的调整值）=0.04+(-0.0052)+(-0.0006)+0=0.0352mm

3.配置中间坯凸度：

本块钢中间坯凸度配置值为0.11mm；

4.计算各机架凸度值：

热连产线生产出钢记号AQ0511K1，规格为2.3mm×1224mm钢卷，需要确定各架轧机出口带钢凸度

1.确定各机架比例凸度变化系数：

虽然该产线第一架轧机控制带钢凸度的手段仅有弯辊力但生产该卷钢规格相对较宽（1224mm），另外，因厚度2.3mm，对常规热连轧而言又较薄，凸度调节应尽量在上游机架完成，故比例凸度变化系数的计算结果F1较大，F1－F7机架分别为0.606、0.244、0.099、0.050、0、0、0；

2.确定产品的目标凸度:

C_目标＝PDI目标值（设计值）＋Vrn（模型自适应值）+Vrn RS（模型的系统误差）+OPofs（操作工给的调整值）=0.04+(0.0058)+(-0.0026)+0=0.0432mm;

3.配置中间坯凸度:

本块钢中间坯凸度配置值为0.14mm;

4.计算各机架凸度值:

本发明不局限于上述实施例。凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims

1.一种通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)确定各机架比例凸度变化系数Pi，确定方法如下：

(101)根据各机架本身凸度控制能力以及该机架在整个机组的位置，常规热连轧精轧机由7架轧机组成，前4架，即F1到F4机架是前段机架，后3架，即F5到F7机架是后段机架；

(102)各机架比例凸度变化系数之和为1，即P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7＝1；其中，后段机架比例凸度变化为0，即P5＝P6＝P7＝0；

(103)为了确定上游机架的Pi，首先构建目标函数，求使目标函数值最小的Pi：

式中，a_i为各机架的目标比例凸度变化系数：

式中，w_i为各机架的比例凸度变化权重，其基础值与各机架的比例凸度调节范围呈正比，并通过工艺修正系数k_i进行工艺修正；B为带钢宽度；W为上游机架w_i的和；工艺修正系数k_i由公式：

确定；

式中，B₀为宽度的归一化基准值；h_out,0为末机架目标厚度的归一化基准值；α、β为指数系数；

(104)根据平坦度死区的Shohet判别式：

可以确定寻优的约束条件如下：

P₁+P₂+P₃+P₄＝1，

P_i≥0,

△C_总为总比例凸度变化值；

(105)用牛顿法对上述有约束的多元二次寻优问题进行求解，得到各机架Pi；

(2)确定产品的目标凸度；产品的目标凸度在产品设计时确定，再通过模型的系统误差、自学习系数以及操作工给的offset值综合累加作为最终的目标值；

(3)配置中间坯的凸度；中间坯厚度在30mm–70mm之间，如是CSP即薄板坯连铸连轧产线，故凸度认为是0；如是中薄板坯或ESP产线，带坯凸度确定方法采用传统轧机带坯凸度确定方法；

(4)计算各机架出口凸度，具体包括如下步骤：

(401)令Ci_入、Ci_出分别为第i机架入口、出口凸度，C_中为中间坯凸度，则C_中＝C1_入，C7_出＝C_目标；

令h_i入、h_i分别为第i机架带钢入、出口厚度，则h_1入＝中间坯厚度；

令机架比例凸度变化值为△Ci，则总比例凸度变化值△C_总＝∑△Ci，其中i为机架号，i＝1～7；

(402)计算总比例凸度变化值：△C_总＝C1_入/h_1入-C_目标/h₇；

(403)计算各机架比例凸度变化值：令机架比例凸度变化分配系数为Pi，其中i为机架号，i＝1～7，则各架比例凸度变化值△Ci＝△C_总×Pi；

(404)确定各机架出口带钢凸度:

根据比例凸度变化值△Ci＝Ci_入/h_i入－Ci_出/h_i；

当i＝1即从第一架开始计算时，C1_入为模型配置文件中读出的数值，即为已知，h_1入为模型已经计算出的中间坯厚度、h₁为模型计算出的厚度，为已知值，即出口凸度为：Ci_出＝(Ci_入/h_i入－△Ci)×h_i。

2.根据权利要求1所述的通过比例凸度变化系数解决机架间浪形的方法，其特征在于：所述步骤(103)中，B₀＝1450mm，h_out,0＝5mm，α＝2.4，β＝-0.15。