CN111420997A - 一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，属于热轧带钢生产技术领域，包括以下步骤：S1、判断活套是否接触带钢；S2、根据活套套量偏差补偿上游轧机速度；S3、判断活套是否处于拉钢状态；S4、在拉钢状态下，对控制参数进行修改，使带钢快速稳定的脱离拉钢状态。首先根据活套抬套接触带钢时的实际套量，对主传动的速度进行快速补偿，然后在套量控制投入后，对可能的拉钢状态进行判断，修改相应的控制参数，使活套能够快速脱离拉钢状态。本发明通过实时干预速度附加量和主传动速度调节速率，最大程度的避免由于穿带时机架间实际套量过大或者过小造成的带钢拉窄现象。

Description

一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法

技术领域

本发明涉及于热轧带钢生产技术领域，更具体地指一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法。

背景技术

在热连轧精轧控制过程中，穿带是一个十分重要而又难以控制的环节，从咬钢开始到活套控制稳定投入之间的一段时间内，很容易出现张力剧烈波动，造成带钢头部拉窄，严重的会造成叠轧废钢事故。而穿带时活套能够快速稳定控制的前提是机架间的金属秒流量差维持在一定范围内，但它受过程机初始辊缝和速度设定、咬钢过程中主传动的冲击速降、轧制设备状态等多个因素的影响，很容易会造成穿带过程中套量过大或者过小，从而导致带钢头部拉窄，增加热轧产品废次降。

专利公开号CN104801548B，通过学习操作工对速度的手动干预量，修正同规格下一块钢的速度设定值，达到改善穿带、减少宽度拉窄的目的；专利公开号CN104874613A，通过对本块带钢穿带过程中，活套速度调节量的学习，修正下一块同规格的带钢，达到减少宽度拉窄的现象。上述专利主要通过基于本块钢相关修正量的学习，对下一块钢进行速度预设定的优化，逐步改善穿带初始条件，但对临时突变情况，无法应对。

专利公开号KR780423B1通过计算后机架咬钢后带钢的张力值，修改活套的力矩系数，从而达到改善带钢头部宽度质量，避免拉窄的目的。该方案主要是基于咬钢后的张力计算值，在非稳定状态下，难以计算准确。专利公开号CN103464472根据带钢温度，动态设定带钢张力值，从而解决带钢宽度随温度升高而拉窄的问题；该方案主要解决的是温度变化对带钢宽度的影响，但带钢头部温度难以预测准确，对控制效果有影响。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对本块钢穿带过程容易出现带钢头部拉窄的缺陷问题，本发明提供一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，在传统活套起套控制的基础上，实时干预速度附加量和主传动速度调节速率，最大程度的避免由于穿带时机架间实际套量过大或者过小造成的带钢拉窄现象。

(二)技术方案

一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，包括以下步骤：

S1、判断活套是否接触带钢，下游机架咬钢后，活套以一定力矩快速抬起，直至接触带钢，判定活套接触带钢的条件为：ω_act＜γ·ω_max，

式中，ω_act为活套实际角速度，ω_max为活套抬套期间的最大角速度，γ为判断活套接触带钢的系数；

S2、根据活套套量偏差补偿上游轧机速度V_add，在活套控制打开的1s内，根据活套接触带钢时的套量偏差L_dev计算得到V_add，

L_dev＝L_aim-L_touch

式中，L_aim为活套的目标套量，L_touch为活套接触带钢时的实际套量，V_touch为活套接触带钢时上游机架的速度，V_max为上游机架穿带过程中的最大工艺速度，V_PLI为根据套量偏差L_dev分段插值得到的速度补偿量；

S3、判断活套是否处于拉钢状态，在活套控制打开的T_s时间内，同时满足以下条件时，认为活套处于拉钢状态：

式中，ω_act为套量实际变化速度，ω_Judge为活套处于拉钢状态时的套量变化速度的判断标准，根据实际活套系统的响应性能取值，L_dev1＝L_aim-L_act为活套目标套量与实际套量之间的偏差，L_Judge为判断活套处于拉钢状态的套量偏差判断标准；

S4、在拉钢状态下，对控制参数进行修改，使带钢快速稳定的脱离拉钢状态，针对活套套量偏差，对上游机架主传动速度补偿的控制器如下：

式中，Y_n为采样时刻n的上游机架主传动速度修正值输出，Y_n-1为采样时刻n-1的速度修正值输出，Kp为PI控制总增益，TA为采样周期，Tn为积分时间常数，YE_n为采样时刻n的套量偏差，YE_n-1为采样时刻n-1的套量偏差，β为系数。

根据本发明的一实施例，所述步骤S1中γ取值范围为0.5～0.9。

根据本发明的一实施例，所述步骤S3在活套控制打开的T_s为带钢头部拉钢发生在咬钢10s以内，T_s取值为10s～30s时间内。

根据本发明的一实施例，所述步骤S3中L_Judge为判断活套处于拉钢状态的套量偏差判断标准，取值为1～2mm；为了防止状态误判，导致活套频繁进入和退出拉钢状态，在上述条件的基础上，进行延时判断，即上述状态持续t_c时间以上，认为活套处于拉钢状态。

根据本发明的一实施例，所述延时时间t_c的取值范围为100ms～1000ms。

根据本发明的一实施例，所述步骤S4中β取值范围为0.1～1；当带钢脱离拉钢状态时，β值立即恢复为1

(三)有益效果

采用了本发明的技术方案，一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，首先根据活套抬套接触带钢时的实际套量，对主传动的速度进行快速补偿，然后在套量控制投入后，对可能的拉钢状态进行判断，修改相应的控制参数，使活套能够快速脱离拉钢状态；本发明通过实时干预速度附加量和主传动速度调节速率，最大程度的避免由于穿带时机架间实际套量过大或者过小造成的带钢拉窄现象。

附图说明

在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1是传统热连轧精轧活套系统结构示意图。

图2是本发明方法流程图。

图3是实施例一带钢宽度偏差目标值与实测值曲线图。

图4是实施例二带钢宽度偏差目标值与实测值曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

一种热连轧精轧穿带过程中带钢宽度防拉窄的控制方法，首先根据活套抬套接触带钢时实际套量，及时对主传动的速度进行插值补偿；然后在套量控制投入后，对可能的拉钢状态进行评估，修改相应的控制参数，使活套能够快速脱离拉钢状态，最大程度的防止因带钢拉窄造成的尺寸类封锁。

如图1所示，传统热连轧精轧区域由七个机架(图中1～7)组成，为保证板坯在精轧区域稳定穿带、轧制、抛钢，在各个机架间设置了活套系统(图中11～16)，用于控制机架间由于带钢流量不匹配造成的套量过大或者过小情况。这种情况在穿带过程中极易出现，套量过小，带钢很容易拉窄；套量过大，容易造成控制超调，也会出现套量过小的状况，导致带钢拉窄；另外即使穿带稳定，各机架为保证出口厚度，需要调节辊缝，也可能对机架间套量造成大的干扰。

结合流程图2，一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，应用于各个活套，包括以下步骤：

S1、判断活套是否接触带钢。下游机架咬钢后，活套以一定力矩快速抬起，直至接触带钢，判定活套接触带钢的条件为：ω_act＜γ·ω_max，

式中，ω_act为活套实际角速度，ω_max为活套抬套期间的最大角速度，γ为判断活套接触带钢的系数；γ取值范围为0.5～0.9。

S2、根据活套套量偏差补偿上游轧机速度V_add，在活套控制打开的1s内，根据活套接触带钢时的套量偏差L_dev计算得到V_add，具体计算方法如下：

L_dev＝L_aim-L_touch

式中，L_aim为活套的目标套量，L_touch为活套接触带钢时的实际套量，V_touch为活套接触带钢时上游机架的速度，V_max为上游机架穿带过程中的最大工艺速度，V_PLI为根据套量偏差L_dev分段插值得到的速度补偿量，其插值方法如下表所示：

表1 V_PLI分段插值表

L<sub>dev</sub>(m)	V<sub>PLI</sub>(m/s)
		-0.001	0
0	0
		0.001	0.03
0.002	0.06
		0.003	0.1
0.004	0.14
		0.005	0.16
0.006	0.18
		0.007	0.18

由于本方案主要是补偿活套初始套量低造成的宽度拉窄现象，所以对于实际套量大于目标套量的情况，对上游机架的速度不做补偿。由于机架间套量最大为0.007m左右，这里以0.001m一档进行插值，每个活套V_PLI的具体数值可以针对每个活套，根据经验得到，如表1所示。当然，上游机架速度补偿值也可以根据套量偏差、上游机架的速度响应能力、活套预期抬起时间等进行较为准确的计算。

S3、判断活套是否处于拉钢状态，在活套控制打开的T_s(一般认为带钢头部拉钢发生在咬钢10s以内，这里T_s根据经验取值为10s～30s)时间内，同时满足以下条件时，可认为活套处于拉钢状态：

式中，ω_act为套量实际变化速度，ω_Judge为活套处于拉钢状态时的套量变化速度的判断标准，可以根据实际活套系统的响应性能取值，L_dev1＝L_aim-L_act为活套目标套量与实际套量之间的偏差，L_Judge为判断活套处于拉钢状态的套量偏差判断标准，一般取值为1～2mm以上。为了防止状态误判，导致活套频繁进入和退出拉钢状态，需要在上述条件的基础上，进行延时判断，即上述状态持续t_c时间以上，可认为活套处于拉钢状态。t_c的取值范围为100ms～1000ms。

S4、在拉钢状态下，对控制参数进行修改，使带钢快速稳定的脱离拉钢状态，针对活套套量偏差，对上游机架主传动速度补偿的控制器如下：

式中，Y_n为采样时刻n的上游机架主传动速度修正值输出，Y_n-1为采样时刻n-1的速度修正值输出，Kp为PI控制总增益，TA为采样周期，Tn为积分时间常数，YE_n为采样时刻n的套量偏差，YE_n-1为采样时刻n-1的套量偏差。β为系数，取值范围为0.1～1；当带钢脱离拉钢状态时，β值立即恢复为1。

传统活套控制系统中，针对活套套量偏差，对上游机架主传动速度补偿的控制器如下：

对于传统活套比例积分(PI)控制方法，为了保证控制系统的稳定性，其积分参数Tn一般保持不变，通过分段调节控制总增益Kp，来同时兼顾系统的快速性和稳定性。这种方法在一般情况下是适用的，但对于活套系统，特别是电动活套系统，当处于低位拉钢状态时，控制器调节速度不够快，很容易导致带钢拉窄。为了改善这种状况，当带钢处于拉钢状态时，将Tn的取值直接减少为β·Tn，β取值范围为0.1～1；当带钢脱离拉钢状态时，β值立即恢复为1。从而既保证带钢不会拉窄，又不会对系统造成过大的冲击影响。

实施例一：

一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，针对某次轧钢的5#活套，其防止带钢头部拉窄的控制方法如下：

S1、下游机架咬钢后，活套以一定力矩快速抬起，直至接触带钢，判定活套接触带钢的条件为ω_act＜γ·ω_max，γ取值范围为0.7。可以得到，活套在F6咬钢后500ms接触带钢。

S2、记录活套接触带钢时的套量偏差L_dev为0.0016m，上游机架速度V_touch为7.71m/s，上游机架穿带过程中的最大工艺速度V_max为9m/s，则依据表1中的数值，计算得到上游机架速度补偿值V_add为：

S3、取T_s为20s，ω_Judge为8e-4mm/s，L_Judge为1mm，t_c为200ms。可以得到，在活套控制打开的20s内，套量偏差L_Judge为2.4mm，套量变化速度ω_act小于8e-4mm/s，并持续了200ms，此时活套处于拉钢状态。

S4、为了使活套快速脱离拉钢状态，取β值为0.2，则积分时间常数Tn由1000ms变为200ms，可以看到，上游机架速度调节速率立刻增大，在470ms内，速度调节值增加了0.045m/s，活套随后脱离拉钢状态，β值恢复为1，避免了带钢拉窄。

图3为咬钢后10s内带钢宽度偏差的目标值ΔW_ref与实测值ΔW_act，从图中可以看出，带钢宽度偏差在1.8s左右有一个3mm的下降，后又立刻回到目标值以上。通过5#活套的防拉窄控制，避免了带钢宽度偏差的进一步恶化。

实施例二：

一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，针对某次轧钢的3#活套，其防止带钢头部拉窄的控制方法如下：

S1、下游机架咬钢后，活套以一定力矩快速抬起，直至接触带钢，判定活套接触带钢的条件为ω_act＜γ·ω_max，γ取值范围为0.7。可以得到，活套在F4咬钢后600ms接触带钢。

S2、记录活套接触带钢时的套量偏差L_dev为0.0028m，上游机架速度V_touch为3.08m/s，上游机架穿带过程中的最大工艺速度V_max为5m/s，则依据表2中的数值，计算得到上游机架速度补偿值V_add为：

表2 V_PLI分段插值表

S3、取T_s为20s，ω_Judge为7e-4mm/s，L_Judge为1.5mm，t_c为200ms。可以得到，在活套控制打开的20s内，套量偏差L_Judge为2.08mm，套量变化速度ω_act小于7e-4mm/s，并持续了200ms，此时活套处于拉钢状态。

S4、为了使活套快速脱离拉钢状态，取β值为0.3，则积分时间常数Tn由900ms变为270ms，可以看到，上游机架速度调节速率立刻增大，在660ms内，速度调节值增加了0.037m/s，活套随后脱离拉钢状态，β值恢复为1，避免了带钢拉窄。

图4为咬钢后18s内带钢宽度偏差的目标值ΔW_ref与实测值ΔW_act，从图中可以看出，带钢宽度偏差除头部的尖峰外，基本处于目标宽度偏差附近。可见通过3#活套的防拉窄控制，避免了带钢宽度的拉窄。

本发明热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法在两条热轧产线先后投入使用，一条热轧产线的宽度拉窄月封锁率降低了50％以上，另一条热轧产线的宽度拉窄月封锁率降低了35％以上。

综上所述，采用了本发明的技术方案，热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，首先根据活套抬套接触带钢时的实际套量，对主传动的速度进行快速补偿，然后在套量控制投入后，对可能的拉钢状态进行判断，修改相应的控制参数，使活套能够快速脱离拉钢状态。本发明通过实时干预速度附加量和主传动速度调节速率，最大程度的避免由于穿带时机架间实际套量过大或者过小造成的带钢拉窄现象。

Claims (6)

1.一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、判断活套是否接触带钢，下游机架咬钢后，活套以一定力矩快速抬起，直至接触带钢，判定活套接触带钢的条件为：ω_act＜γ·ω_max，

式中，ω_act为活套实际角速度，ω_max为活套抬套期间的最大角速度，γ为判断活套接触带钢的系数；

S2、根据活套套量偏差补偿上游轧机速度V_add，在活套控制打开的1s内，根据活套接触带钢时的套量偏差L_dev计算得到V_add，

L_dev＝L_aim-L_touch

式中，L_aim为活套的目标套量，L_touch为活套接触带钢时的实际套量，V_touch为活套接触带钢时上游机架的速度，V_max为上游机架穿带过程中的最大工艺速度，V_PLI为根据套量偏差L_dev分段插值得到的速度补偿量；

S3、判断活套是否处于拉钢状态，在活套控制打开的T_s时间内，同时满足以下条件时，认为活套处于拉钢状态：

式中，ω_act为套量实际变化速度，ω_Judge为活套处于拉钢状态时的套量变化速度的判断标准，根据实际活套系统的响应性能取值，L_dev1＝L_aim-L_act为活套目标套量与实际套量之间的偏差，L_Judge为判断活套处于拉钢状态的套量偏差判断标准；

S4、在拉钢状态下，对控制参数进行修改，使带钢快速稳定的脱离拉钢状态，针对活套套量偏差，对上游机架主传动速度补偿的控制器如下：

式中，Y_n为采样时刻n的上游机架主传动速度修正值输出，Y_n-1为采样时刻n-1的速度修正值输出，Kp为PI控制总增益，TA为采样周期，Tn为积分时间常数，YE_n为采样时刻n的套量偏差，YE_n-1为采样时刻n-1的套量偏差，β为系数。

2.如权利要求1所述的一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，其特征在于，所述步骤S1中γ取值范围为0.5～0.9。

3.如权利要求1所述的一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，其特征在于，所述步骤S3在活套控制打开的T_s为带钢头部拉钢发生在咬钢10s以内，T_s取值为10s～30s时间内。

4.如权利要求3所述的一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，其特征在于，所述步骤S3中L_Judge为判断活套处于拉钢状态的套量偏差判断标准，取值为1～2mm；为了防止状态误判，导致活套频繁进入和退出拉钢状态，在上述条件的基础上，进行延时判断，即上述状态持续t_c时间以上，认为活套处于拉钢状态。

5.如权利要求4所述的一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，其特征在于，所述延时时间t_c的取值范围为100ms～1000ms。

6.如权利要求1所述的一种热连轧精轧带钢头部宽度防拉窄控制方法，其特征在于，所述步骤S4中β取值范围为0.1～1；当带钢脱离拉钢状态时，β值立即恢复为1。

Images