CN112439792B - 一种基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法 - Google Patents

Abstract

一种基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，属控制领域。首先进行粗轧预计算；计算立辊模型计算轧制力与实际轧制力的偏差；计算轧制力误差在总计算轧制力中的占比；计算立辊压下量；重新计算当前道次的出口宽度；重新确定下道次的入口宽度，修正下道次的入口宽度计算误差，重新确立计算点；向后续道次推导计算，重新分配后续道次的宽度压下负荷。其通过对比实际轧制力与计算轧制力的偏差，修正因来料宽度小或计算不准造成的板坯宽度误差，通过修正已轧制道次立辊出口宽度，修正后续道次的入口宽度，从而提高了后续道次的宽度计算精度，能实现更加准确的辊缝设定量，提高了粗轧宽度控制精度。可广泛用于粗轧板坯宽度的生产控制领域。

Description

一种基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法

技术领域

本发明属于轧钢的生产控制领域，尤其涉及一种用于粗轧板坯宽度的动态修正方法。

背景技术

目前，比较流行的热轧粗轧设备配置如图1所示，由两组轧机组成粗轧生产线，其中包括1#立辊轧机E1、1#水平轧机R1，以及2#立辊轧机E2和2#水平轧机R2。

其中1#立辊轧机E1和2#立辊轧机E2的主要作用是用于对板坯宽度进行调整，而1#水平轧机R1和2#水平轧机R2的主要作用是对板坯厚度进行减薄轧制。两者对于宽度的修正都是依靠设置在轧机后面的测宽仪进行修正。

但是在某些产线上，由于设计上的原因，只在2#水平轧机R2后配置测宽仪表，有些虽然在1#水平轧机R1后安装了测宽仪，但是其使用效果非常不理想，测宽测量精度不高，还容易受到外界环境的影响。

板坯从加热炉抽钢之后、轧制之前，粗轧生产过程控制计算机中的控制模型，需要根据板坯温度、尺寸信息、钢种信息、成品尺寸等相关数据，计算粗轧设定数据。该粗轧设定数据通常包括：立辊辊缝、水平辊辊缝、轧制力、轧制速度、除磷水设定、侧导板开度、短行程等相关设定值。设定值通过网络发送到L1基础自动化控制系统，L1控制系统根据设定值，在每道次轧制之前，设置/摆好当前道次辊缝，执行本道次的模型设定值。

正常生产中，板坯实际宽度尺寸与计划下达的尺寸基本相符，误差控制在一定范围内，对模型计算和设定不会造成影响，也不容易因宽度质量不合格造成质量封锁。

但是某些异常情况下，实际来料板坯宽度要小于计划下达的板坯宽度，而且误差较大，超出了模型计算的容忍范围，如果不采取措施，势必造成被轧制板坯的宽度质量不合格。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法。其通过收集每道次立辊的实际轧制力，并比对实际轧制力与计算轧制力之间的偏差，当偏差满足一定的预设定条件，则根据轧制力修正立辊的出口宽度，并通过再计算，修正板坯下道次的计算宽度，为下道次计算提供相对准确的输入量，消除前道次的尺寸误差，以提高后道次再次设定的准确性，经过宽度数据修正，模型计算的辊缝设定值会更加准确，从而提高了粗轧宽度精度。

本发明的技术方案是：提供一种基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，其特征是：

1)根据下达的生产任务，进行粗轧预计算，保存轧制力P的原始计算环境；

2)采集正向道次的立辊轧制力实际值，并计算立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差ΔF；

3)计算轧制力误差在总计算轧制力中的占比S，并将对占比S的绝对值与预设定值进行比较，以确定是否需要进行修正立辊出口宽度；

4)计算立辊压下量；

5)重新计算当前道次的出口宽度；

6)通过重新确定的当前道次的出口宽度，重新确定下道次的入口宽度，修正下道次的入口宽度计算误差，重新确立计算点；

7)通过再次计算从新的起点向后续道次推导计算，重新分配后续道次的宽度压下负荷，避免因实际来料宽度比计划宽度窄造成的成品宽度不合格。

具体的，所述步骤1)中的轧制力P的原始计算环境至少包括计算参数、各种输入量，当需要迭代计算轧制力的时候，利用这个原始环境计算轧制力；若实际轧制力与计算轧制力偏差较大时，藉此来反推入口宽度，确定宽度压下量。

3.按照权利要求1所述的基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，其特征是所述的轧制力P是立辊入口宽度W_e和立辊出口宽度W_d的函数，即：

P＝f(W_e,W_d,a₁,a₂,......a_n)

其中的a₁,a₂......a_n表示其它相关因素，包括：温度、成分、材料特性以及模型参数。

进一步的，所述的步骤2)中的立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差ΔF按照下列公式计算：

ΔF＝F_m-F_a。

具体的，所述步骤3)中的轧制力误差在总计算轧制力中的占比S，按照下列公式进行计算：

S＝ΔF/F_m

其中，F_m为立辊模型计算轧制力，ΔF为立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差。

进一步的，如果所述轧制力误差在总计算轧制力中的占比S的绝对值|S|≤20％，不用修正立辊出口宽度；

若占比S的绝对值|S|＞20％，则需要修正立辊压下量。

具体的，所述步骤4)中的计算立辊压下量，包括针对板坯入口宽度进行轧制力迭代计算；所述的轧制力迭代计算通过还原计算场景改变板坯入口宽度值，按照每次计算减少0.5mm的固定步长迭代计算轧制力；当迭代计算轧制力与实际轧制力的偏差在5吨以内，停止迭代，此时的入口宽度从初始计算时的W_e变为修正后的入口宽度W_ent。

进一步的，所述步骤5)中的重新计算当前道次的出口宽度，按照下列公式进行：

W_ext＝W_ent-ΔD+W_dog+W_h

其中：W_ext为当前道次板坯出口宽度；W_ent为当前道次板坯入口宽度；ΔD为当前道次立辊压下量；W_dog为当前道次板坯狗骨宽展；W_h为当前道次板坯水平宽展。

进一步的，所述的当前道次立辊压下量ΔD为通过迭代计算之后求出的入口宽度和立辊出口宽度的差，即：

ΔD＝W_ent-W_d

其中，W_dog为立辊压下量ΔD的函数；W_d为立辊出口宽度。

本发明技术方案所述的基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，采用修正之后的本道次出口宽度，作为下道次的入口宽度，为后续道次再次负荷分配计算提供更加准确的基准值。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.本技术方案通过对比实际轧制力与计算轧制力的偏差，修正因来料宽度小、或者计算不准造成的板坯宽度误差，通过修正已轧制道次立辊出口宽度，修正后续道次的入口宽度，从而提高后续道次的宽度计算精度，实现更加准确的辊缝设定量，提高粗轧宽度精度；

2.在本技术方案中，采用修正之后的本道次出口宽度，作为下道次的入口宽度，为后续道次再次负荷分配计算提供了更加准确的基准值；

3.本技术方案通过立辊计算轧制力与实际轧制力之间的对应关系，来修正立辊出口宽度，为后续道次的宽度计算提供一个相对准确的宽度值，可以有效减少来料偏窄对宽度质量的影响；提高后续道次的宽度计算精度，实现更加准确的辊缝设定量，提高粗轧宽度精度。

附图说明

图1是热轧粗轧设备配置示意图；

图2是本发明宽度动态修正流程方框图。

图中E1为1#立辊轧机，R1为1#水平轧机，E2为2#立辊轧机，R2为2#水平轧机，R1后测宽仪为1#水平轧机后测宽仪，R2后测宽仪为2#粗轧机后测宽仪。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

针对前述现有技术中的问题，本发明的技术方案，通过立辊计算轧制力与实际轧制力之间的对应关系来修正立辊出口宽度，为后续道次的宽度计算提供一个相对准确的宽度值，可以有效减少来料偏窄对宽度质量的影响。

本发明技术方案的实际控制流程如图2所示，其具体步骤如下：

1、粗轧预计算中立辊轧制力是一个非常重要的计算数据，通过计算轧制力并结合弹跳方程可以求解辊缝设定值。计算轧制力的方法很多，主要体现在变形抗力的计算方法多种多样。影响变形抗力的主要因素包括：材料化学成分、材料冶金特性、材料温度、变形区几何形状、变形区外摩擦、变形应变速率等。其中变形区几何形状包括入口、出口的宽度、厚度。所以轧制力P是立辊入口宽度W_e和立辊出口宽度W_d的函数，表示为：

P＝f(W_e,W_d,a₁,a₂,......a_n)

其中，a₁,a₂......a_n：表示其它相关因素，包括：温度、成分、材料特性和模型参数等。

在计算立辊轧制力的时候，保存所有输入数据和模型参数。其目的是保存计算轧制力的计算环境，当实际轧制力与计算轧制力偏差较大时可以反推入口宽度，确定宽度压下量。

2、采集正向道次的立辊轧制力实际值，并计算立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差ΔF：

ΔF＝F_m-F_a

3、计算轧制力误差，在总计算轧制力中的占比S：

S＝ΔF/F_m

如果|S|≤20％，这种情况属于计算值、实际值偏差在正常范围内，通常不用修正立辊出口宽度，否则，若|S|＞20％，则属于实际值与计算值偏差过大，需要修正立辊压下量。

4、计算立辊压下量要针对板坯入口宽度进行轧制力迭代计算，步骤1中保存了计算轧制力的所有输入数据以及计算参数，还原计算场景改变板坯入口宽度值，按照每次计算减少0.5mm的固定步长迭代计算轧制力，当迭代计算轧制力与实际轧制力的偏差在5吨以内，停止迭代，此时的入口宽度从初始计算时的W_e变为修正后的入口宽度W_ent。

5、更新当前道次的入口宽度之后要重新计算当前道次的出口宽度，计算公式如下：

W_ext＝W_ent-ΔD+W_do_g+W_h

其中，W_ext：当前道次板坯出口宽度；

W_ent：当前道次板坯入口宽度；

ΔD：当前道次立辊压下量(逆向道次不包含此计算项)；

W_dog：当前道次板坯狗骨宽展(逆向道次不包含此计算项)(狗骨宽展为业内专业术语，可参考《板带轧制工艺学》【美】V.B.金兹伯格著马东清等译，35.8章节的轧边原理部分的介绍)；

W_h：当前道次板坯水平宽展。

其中ΔD是通过步骤5迭代计算之后求出的入口宽度和立辊出口宽度的差：

ΔD＝W_ent-W_d

W_dog是立辊压下量ΔD的函数，由狗骨宽展计算模型计算得到。

W_h为当前道次板坯水平宽展，由水平宽展模型计算得出。

6、通过步骤5，重新计算了当前道次的出口宽度，也就是重新确定了下道次的入口宽度，修正了下道次的入口宽度计算误差，重新确立了计算点。通过再次计算从新的起点向后续道次推导计算，重新分配后续道次的宽度压下负荷，尽量避免因实际来料宽度比计划宽度窄造成的成品宽度不合格。

本发明的技术方案，通过收集每道次立辊的实际轧制力，并比对实际轧制力与计算轧制力之间的偏差，当偏差满足一定条件则根据轧制力修正立辊的出口宽度，并通过再计算修正板坯下道次的计算宽度，为下道次计算提供相对准确的输入量，消除前道次的尺寸误差，提高后道次再次设定的准确性，经过宽度数据修正，模型计算的辊缝设定值会更加准确。

实施例：

1)根据前述步骤1进行粗轧预计算，保存轧制力P的计算环境(保存计算参数、各种输入量)，当需要迭代计算轧制力的时候可以利用这个原始环境计算轧制力。

假设在预计算当中，一块带钢在粗轧第一道次的立辊预计算的入口宽度、压下量、轧制力计算结果如下：

立辊入口宽度：1048.85(mm)；

立辊出口宽度：1014.87(mm)；

立辊压下量：33.98(mm)；

立辊轧制力：168.732(吨)；

立辊狗骨宽展：17.3536(mm)；

水平宽展：9.48167(mm)；

根据公式计算的当前道次出口宽度如下：

W_ext＝W_ent-ΔD+W_dog+W_h

预计算的出口宽度＝1048.85-33.98+17.3536+9.48167＝1041.7。

2)根据步骤2中的要求，当前道次轧过之后，实测轧制力为：62.35吨；

ΔF＝F_m-F_a＝168.732-62.35＝106.38(t)

S＝ΔF/F_m＝106.38/168.732≈0.63

由于|S|＞20％，需要对轧制力进行修正.

其修正手段是利用步骤1中计算轧制力时保存的计算环境，通过前述步骤4的方法，改变立辊入口宽度来重新计算轧制力，通过不断迭代使计算值和实际值满足前述步骤4中的迭代结束要求时，完成迭代计算，此时的计算的立辊压下量为修正后的立辊压下量。

迭代之后当轧制力达到60.24吨时的板坯立辊入口宽度为1032.85。

3)根据前述步骤5中的公式重新计算板坯本道次的出口宽度：

W_ext＝W_ent-ΔD+W_dog+W_h

ΔD＝1032.85-1014.87＝17.98mm

W_dog＝10.435mm(狗骨宽展由狗骨宽展模型计算)；

W_h＝9.48167mm；

W_ext＝1032.85-17.98+10.435+9.48167＝1034.787mm；

修正之后的本道次出口宽度，作为下道次的入口宽度，为后续道次再次负荷分配计算提供更加准确的基准值。

通过本技术方案的实施，在粗轧轧制过程中，可以在前几个道次中尽可能的修正因来料实际宽度窄的情况造成的计算误差，通过修正计算误差来修正模型对L1的设定误差，从而保证产品的宽度控制精度。

此控制功能投入之后，宽度指标因来料宽度较小而造成的封锁(报废)数量大幅下降，从原来的每月50多块封锁降低到每月10块左右。

本发明可广泛用于粗轧板坯宽度的生产控制领域。

Claims (4)

1.一种基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，其特征是：

1)根据下达的生产任务，通过立辊入口宽度W_e和立辊出口宽度W_d进行粗轧预计算，即立辊的轧制力P＝f(W_e,W_d,a₁,a₂,......a_n)；

其中，a₁,a₂......a_n表示包括温度、成分、材料特性和模型参数在内的相关因素；

在计算立辊轧制力的时候，保存所有输入数据和模型参数，以便保存计算轧制力的计算环境，反推入口宽度，确定宽度压下量；

2)采集正向道次的立辊轧制力实际值，并计算立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差ΔF；

3)计算轧制力误差在总计算轧制力中的占比S，并将对占比S的绝对值与预设定值进行比较，以确定是否需要进行修正立辊出口宽度；

4)当|S|＞预设定值时，对板坯入口宽度进行轧制力迭代计算：通过还原计算环境，改变板坯入口宽度值，按照每次计算减少0.5mm的固定步长迭代计算轧制力；

5)当迭代计算轧制力与实际轧制力的偏差在5吨以内，停止迭代；此时的入口宽度从初始计算时的W_e变为修正后的入口宽度W_ent；以此重新计算当前道次的出口宽度；

其中，所述的重新计算当前道次的出口宽度，按照下列公式进行：

W_ext＝W_ent-ΔD+W_dog+W_h

其中：W_ext为当前道次板坯出口宽度；W_ent为当前道次板坯入口宽度；ΔD为当前道次立辊压下量；W_dog为当前道次板坯狗骨宽展；W_h为当前道次板坯水平宽展；

所述的当前道次立辊压下量ΔD为通过迭代计算之后求出的入口宽度和立辊出口宽度的差，即：

ΔD＝W_ent-W_d

其中，W_dog为立辊压下量ΔD的函数；W_d为立辊出口宽度；

6)通过重新确定的当前道次的出口宽度，重新确定下道次的入口宽度，修正下道次的入口宽度计算误差，重新确立计算点；采用修正之后的本道次出口宽度，作为下道次的入口宽度，为后续道次再次负荷分配计算提供更加准确的基准值；7)通过再次计算从新的起点向后续道次推导计算，重新分配后续道次的宽度压下负荷，避免因实际来料宽度比计划宽度窄造成的成品宽度不合格。

2.按照权利要求1所述的基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，其特征是所述的步骤2)中的立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差ΔF按照下列公式计算：

ΔF＝F_m-F_a。

3.按照权利要求1所述的基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，其特征是所述步骤3)中的轧制力误差在总计算轧制力中的占比S，按照下列公式进行计算：

S＝ΔF/F_m

其中，F_m为立辊模型计算轧制力，ΔF为立辊模型计算轧制力F_m与实际轧制力F_a的偏差。

4.按照权利要求3所述的基于立辊轧制力的粗轧宽度动态修正方法，其特征是如果所述轧制力误差在总计算轧制力中的占比S的绝对值|S|≤20％，不用修正立辊出口宽度；

若占比S的绝对值|S|＞20％，则需要修正立辊压下量。

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