CN111702007B - 一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法 - Google Patents

一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法，该方法包括以下步骤：a、根据SIMS公式得出中性角r的计算公式并得出轧件的出口速度v0的计算式；b、将出口速度展开成线性增量式全微分关系式；c、假设轧件两侧工艺参数非对称分布是线性分布关系，得出轧机两侧速度差关系式；d、简化计算公式；e、根据轧机轧制特点设定轧机两侧出口速度差的容许值e，当Δv的值超过了允许值e，则需要通过调节轧机两侧压下量来调整轧件两侧出口速度差；f、根据公式计算轧机操作侧的压下位移的设定值和轧机传动侧的压下位移的设定值。本发明建立了抑制带钢头部跑偏的控制模型，可实现对带钢头部跑偏的快速调整，有利于提高热轧轧制过程稳定性。

Description

一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法
技术领域
本发明涉及板带热轧技术领域，具体地说是一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法。
背景技术
在板带热连轧过程中，轧件跑偏是困扰各板带生产厂家的主要难题之一。跑偏是指轧件在轧制区强压变形过程中其运动参数在宽度方向逐渐失去横向对称性，在出轧制区后中心线偏离并急剧扩大的横向失稳演变过程。板带跑偏如果不及时调整将迅速发展，影响板带的后续轧制过程。
对于热连轧精轧机组，在轧制过程的中期(轧件前后张力已建立)，由于有张力调节系统、对中调节系统等的约束作用，板带往往能维持平衡状态，稳定运行，不易出现跑偏。带钢的跑偏经常出现在轧制开始和结束的时刻。在轧制开始时刻，轧件缺乏前张力的约束；轧制结束时，轧件缺乏后张力的约束，容易出现跑偏现象。精轧带钢头尾跑偏会给生产及产品质量造成较大影响，如伤辊最终造成带钢出现辊印缺陷，还可能引发堆钢等生产事故。减少带钢头尾跑偏就能极大降低生产事故的发生，进而降低轧辊消耗，保证产品质量，提高带钢生产的稳定性、连续性。
发明内容
本发明的目的就是提供一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法，以便实现对带钢头部跑偏的快速调整，提高热轧轧制过程的稳定性。
本发明是这样实现的：一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法，包括以下步骤：
a、根据SIMS公式得出中性角r的计算公式：
Figure BDA0002556137380000011
其中，ε为压下量，h为轧件入口厚度，H为轧件出口厚度，R为工作辊半径，σ1为轧件前张应力，σ0为轧件后张应力，k为轧件变形抗力；
前滑系数f的计算式为：
Figure BDA0002556137380000012
将公式(1)带入公式(2)得出f的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000013
轧件的出口速度v0的计算式为：
v0＝vR(1+f) (4)
其中，vR为轧辊线速度；
将公式(3)带入公式(4)得出v0的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000021
b、将出口速度展开成线性增量式全微分关系式：
Δv0＝K1Δh+K2Δσ+K3ΔH (6)
其中，Δv0、Δh、Δσ和ΔH分别为v、h、σ和H的增量式，K1、K2、K3分别为出口厚度、后张应力和入口厚度对轧件出口速度的影响系数；
K1的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000022
公式(7)中
Figure BDA0002556137380000023
的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000024
其中，
Figure BDA0002556137380000025
K2的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000026
公式(9)中
Figure BDA0002556137380000027
的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000028
K3的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000029
其中，
Figure BDA0002556137380000031
为数学运算式，由数值法直接计算；
c、假设轧件两侧工艺参数非对称分布是线性分布关系，根据公式(5)得出轧机两侧速度差关系式：
Figure BDA0002556137380000032
其中，
Figure BDA0002556137380000033
和
Figure BDA0002556137380000034
分别为前后两个轧机的机架两侧压力值与轧件两侧压力值的转换系数；
Figure BDA0002556137380000035
为活套辊两侧压力与轧件两侧张力的转换系数；pos张,pdr张分别为活套两侧测压元件监测压力值；Pos,hos测,Pdr,hdr测分别为轧机操作侧、传动侧压下装置监测压力值和位移值；Posb,Hosb测,Pdrb,Hdrb测分别为后一架轧机操作侧、传动侧压下装置监测压力值和位移值；Mos,Mdr,Mosb,Mdrb分别为前后机架两侧刚度；l张为活套辊长度，l为轧辊长度，b轧件宽度，后一架轧机轧辊长度；
d、令：
Figure BDA0002556137380000036
B＝(Pos张，Pdr张，Pos，hos测，Pdr，hdr测，Posb，Hosb测，Pdrb，Hdrb测)
则：Δv＝A*B (13)
上式中，A中元素在轧机结构参数和轧制工艺参数确定后为定值，B中元素均可通过轧机系统的监测设备实时监测；
e、根据轧机轧制特点设定轧机两侧出口速度差的容许值e，当Δv的值超过了允许值e，则需要通过调节轧机两侧压下量来调整轧件两侧出口速度差；
轧机两侧出口速度差Δv与轧件两侧出口厚度差值Δh1的关系式为：
Δv+K1Δh1＝0 (14)
由公式(13)和(14)得出轧件两侧出口厚度调节差值的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000037
f、根据公式(15)计算轧机操作侧的压下位移的设定值：
Figure BDA0002556137380000038
其中，α为压下分配系数；
根据公式(16)计算轧机传动侧的压下位移的设定值：
Figure BDA0002556137380000041
公式(16)和公式(17)中的W为轧件塑性变形系数；
整理公式(16)和公式(17)得：
Figure BDA0002556137380000042
Figure BDA0002556137380000043
本发明提出了一种热轧带钢跑偏纠偏控制方法，从带钢跑偏直接表现因素出发，即轧制过程中带钢出口速度的横向分布不对称，建立了传动侧与操作侧带钢速度差模型。该模型与带钢压下量、张力、轧制速度等相关。由于轧机自身的结构特点，控制轧件张力和轧制速度都是沿轧件横向整体增加，无法实现不均匀调节。而轧件两侧压下量则可以通过控制轧机两侧压下装置进行不均匀调节。因此，本发明提出了通过调节两侧压下量，来控制轧件带钢出口速度均匀性。对比现有技术，本发明能够在现有设备采集的数据基础上，实现对带钢头部跑偏控制，提高轧制的稳定性，同时也能降低大量投资成本，缩短实施周期并减少人工支出。
附图说明
图1是精轧机组带钢头部跑偏控制方法流程图。
具体实施方式
由于轧机自身的结构特点，控制轧件张力和轧制速度都是沿轧件横向整体增加，无法实现不均匀调节。而轧件两侧压下量则可以通过控制轧机两侧压下装置进行不均匀调节。因此，本发明通过调节两侧压下量，控制轧件带钢出口速度均匀性。如图1所示，本发明包括以下步骤：
a、目前普遍认为，基于Orowan微分方程式导出的SIMS公式是最适合于热轧带钢轧制力模型的理论公式。本文即采用SIMS公式来研究轧件出口速度控制模型。
根据SIMS公式得出中性角r的计算公式：
Figure BDA0002556137380000044
其中，ε为压下量，h为轧件入口厚度，H为轧件出口厚度，R为工作辊半径，σ1为轧件前张应力，σ0为轧件后张应力，k为轧件变形抗力；
前滑系数f的计算式为：
Figure BDA0002556137380000051
将公式将中性角r的计算公式带入上式得出f的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000052
轧件的出口速度v0的计算式为：
v0＝vR(1+f)
其中，vR为轧辊线速度；
将前滑系数f带入以上公式得出v0的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000053
b、在一定范围内轧件出口速度与轧件入口厚度、出口厚度和后张应力呈线性关系。因此可将出口速度展开成线性增量式全微分关系式，即：
Δv0＝K1Δh+K2Δσ+K3ΔH
其中，Δv0、Δh、Δσ和ΔH分别为v、h、σ和H的增量式，K1、K2、K3分别为出口厚度、后张应力和入口厚度对轧件出口速度的影响系数；
K1的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000054
上式中
Figure BDA0002556137380000055
的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000056
其中，
Figure BDA0002556137380000057
K2的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000058
上式中
Figure BDA0002556137380000059
的计算公式为：
Figure BDA00025561373800000510
Figure BDA0002556137380000061
K3的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000062
其中，
Figure BDA0002556137380000063
为数学运算式，由数值法直接计算。
c、轧件两侧工艺参数的分布是由对称分布和非对称分布两种形式的叠加。对称分布不会引起轧件出口速度不均，非对称分布则会造成轧件出现跑偏现象。现只考虑非对称分布的影响且假设轧件两侧工艺参数非对称分布是线性分布关系，根据轧件出口速度计算公式得出轧机两侧速度差关系式：
Figure BDA0002556137380000064
其中，
Figure BDA0002556137380000065
和
Figure BDA0002556137380000066
分别为前后两个轧机的机架两侧压力值与轧件两侧压力值的转换系数；
Figure BDA0002556137380000067
为活套辊两侧压力与轧件两侧张力的转换系数；
pos张,pdr张分别为活套两侧测压元件监测压力值；
Pos,hos测,Pdr,hdr测分别为轧机操作侧、传动侧压下装置监测压力值和位移值；
Posb,Hosb测,Pdrb,Hdrb测分别为后一架轧机操作侧、传动侧压下装置监测压力值和位移值；
Mos,Mdr,Mosb,Mdrb分别为前后机架两侧刚度；
l张为活套辊长度，l为轧辊长度，b轧件宽度，后一架轧机轧辊长度。
d、现令：
Figure BDA0002556137380000068
则：Δv＝A*B
上式中，A中元素在轧机结构参数和轧制工艺参数确定后为定值，B中元素均可通过轧机系统的监测设备实时监测。
e、根据上式可以求出轧件两侧出口速度差值，根据轧机轧制特点设定轧机两侧出口速度差的容许值e，当Δv的值超过了允许值e，则需要通过调节轧机两侧压下量来调整轧件两侧出口速度差。
轧机两侧出口速度差Δv与轧件两侧出口厚度差值Δh1的关系式为：
Δv+K1Δh1＝0
由上式得出轧件两侧出口厚度调节差值的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000071
f、根据上式，并引入压下调节分配系数α，则轧机操作侧的压下位移的设定值hos设的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000072
计算轧机传动侧的压下位移的设定值hdr设的计算公式为：
Figure BDA0002556137380000073
其中，W为轧件塑性变形系数。
整理以上两式得：
Figure BDA0002556137380000074
Figure BDA0002556137380000075
下面以某一道次为例，分析轧件轧制过程轧件纠偏算例。表1为本道次主要的结构和工艺参数。
表1主要参数列表
Figure BDA0002556137380000076
此时，轧件的操作侧与传动侧入口厚度分别为13.29mm和12.94mm，轧件的操作侧与传动侧的出口厚度分别为7.88mm和8.76mm。根据轧机两侧轧件速度差公式计算出当前轧机操作侧与传动侧速度差为0.0164m/s，速度差值超过了容许值0.01m/s，轧件有朝传动侧跑偏趋势，这时要对两侧压下位移进行调节。根据hos设和hdr设的计算公式可计算出操作侧和传动侧调节后出口厚度设定值分别为5.76mm和5.87mm。此时轧件两侧速度差接近零，带钢跑偏现象得到及时纠正。

Claims (1)

1.一种热轧精轧机组带钢头部跑偏控制方法，其特征是，包括以下步骤：
a、根据SIMS公式得出中性角r的计算公式：
Figure FDA0003279796670000011
其中，ε为压下量，h为轧件入口厚度，H为轧件出口厚度，R为工作辊半径，σ1为轧件前张应力，σ0为轧件后张应力，k为轧件变形抗力；
前滑系数f的计算式为：
Figure FDA0003279796670000012
将公式(1)带入公式(2)得出f的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000013
轧件的出口速度v0的计算式为：
v0＝vR(1+f) (4)
其中，vR为轧辊线速度；
将公式(3)带入公式(4)得出v0的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000014
b、将出口速度展开成线性增量式全微分关系式：
Δv0＝K1Δh+K2Δσ+K3ΔH (6)
其中，Δv0、Δh、Δσ和ΔH分别为v、h、σ和H的增量式，K1、K2、K3分别为出口厚度、后张应力和入口厚度对轧件出口速度的影响系数；
K1的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000015
公式(7)中
Figure FDA0003279796670000016
的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000017
Figure FDA0003279796670000021
其中，
Figure FDA0003279796670000022
K2的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000023
公式(9)中
Figure FDA0003279796670000024
的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000025
K3的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000026
其中，
Figure FDA0003279796670000027
为数学运算式，由数值法直接计算；
c、假设轧件两侧工艺参数非对称分布是线性分布关系，根据公式(5)得出轧机两侧速度差关系式：
Figure FDA0003279796670000028
其中，
Figure FDA0003279796670000029
和
Figure FDA00032797966700000210
分别为前后两个轧机的机架两侧压力值与轧件两侧压力值的转换系数；
Figure FDA00032797966700000211
为活套辊两侧压力与轧件两侧张力的转换系数；pos张，pdr张分别为活套两侧测压元件监测压力值；Pos，hos测，Pdr，hdr测分别为轧机操作侧、传动侧压下装置监测压力值和位移值；Posb，Hosb测，Pdrb，Hdrb测分别为后一架轧机操作侧、传动侧压下装置监测压力值和位移值；Mos，Mdr，Mosb，Mdrb分别为前后机架两侧刚度；l张为活套辊长度，l为轧辊长度，b轧件宽度，后一架轧机轧辊长度；
d、令：
Figure FDA00032797966700000212
B＝(Pos张，Pdr张，Pos，hos测，Pdr，hdr测，Posb，Hosb测，Pdrb，Hdrb测)
则：Δv＝A*B (13)
上式中，A中元素在轧机结构参数和轧制工艺参数确定后为定值，B中元素均可通过轧机系统的监测设备实时监测；
e、根据轧机轧制特点设定轧机两侧出口速度差的容许值e，当Δv的值超过了允许值e，则需要通过调节轧机两侧压下量来调整轧件两侧出口速度差；
轧机两侧出口速度差Δv与轧件两侧出口厚度差值Δh1的关系式为：
Δv+K1Δh1＝0 (14)
由公式(13)和(14)得出轧件两侧出口厚度调节差值的计算公式为：
Figure FDA0003279796670000031
f、根据公式(15)计算轧机操作侧的压下位移的设定值：
Figure FDA0003279796670000032
其中，α为压下分配系数；
根据公式(16)计算轧机传动侧的压下位移的设定值：
Figure FDA0003279796670000033
公式(16)和公式(17)中的W为轧件塑性变形系数；
整理公式(16)和公式(17)得：
Figure FDA0003279796670000034
Figure FDA0003279796670000035
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