CN112893462A - 一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法 - Google Patents

一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，属于粗、精轧机技术领域。该方法以带钢端部厚度阶跃量和机架辊缝冲击量为评价目标，重点分析粗、精轧头部咬钢冲击对设备、产品厚度的影响，通过对传动扭矩、出口厚度、辊缝、轧制力、速度变化进行分析，为咬钢速度的优化提供依据，减少对传动系统的冲击。本发明基于对热连轧每个机架辊缝、轧制力等计算值的连续判断，分析带钢头部咬钢冲击策略，实际应用结果表明，该分析方法可以有效改善带钢头部质量及减少对设备传动系统冲击。

Description

一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法
技术领域
本发明涉及粗、精轧机技术领域，特别是指一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法。
背景技术
粗、精轧机组是热连轧厂的主要组成部分，一般粗轧有1个或2个机架，本文所说粗轧有2个机架，分别是R1、R2，精轧机组有7个机架。粗、精轧机架都是4辊轧机，上下支撑辊和上下工作辊。在热连轧生产过程中，如果机架咬钢头部冲击大将会影响主传动系统、工作辊表面、产品质量。所以，综合分析带钢头部咬钢冲击的建议，使现场操作、工艺、设备人员能够及时调整设备、工艺的相关参数，以防止因咬钢冲击导致的主传动系统损伤及产品成材率，对提高轧制稳定性和产品质量具有很重要的意义。
目前对于带钢头部咬钢冲击的研究大多是关于对主传动扭转震动研究，而对于带钢头部咬钢冲击综合分析的文献几乎没有。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，能够对热连轧粗、精轧各个机架进行在线综合分析，并建议下一块同品规钢需要对设备或工艺的调整，对现场操作人员的调控起到指导作用，减小对设备的冲击，增加产品成才率的目标。
该方法首先采集热连轧粗轧每道次、精轧机每个机架的带钢头部咬钢过程数据，轧机咬钢后300ms视为带钢头部咬钢冲击阶段，每4ms为一个采样周期，历史最优时间段视为一年内最优单卷数据，再确定带钢头部DS侧(传动侧)辊缝冲击量、OS侧(操作侧)辊缝冲击量、两侧辊缝冲击量偏差、辊缝恢复时间、两侧轧制力偏差，最后综合分析带钢头部咬钢冲击等级，提出针对下一块同品规带钢咬钢头部冲击对设备、工艺的调整建议。
具体包括步骤如下：
(1)采集热连轧粗轧每道次、精轧机每个机架的带钢头部咬钢过程数据；
(2)轧机咬钢后300ms视为带钢头部咬钢冲击阶段，每4ms为一个采样周期，历史最优时间段视为一年内最优单卷数据；
(3)确定带钢头部DS侧辊缝冲击量、OS侧辊缝冲击量、两侧辊缝冲击量偏差、辊缝恢复时间、两侧轧制力偏差；
(4)综合分析带钢头部咬钢冲击等级，提出针对下一块同品规带钢咬钢头部冲击对设备、工艺的调整建议；
其中，步骤(1)中热连轧粗轧带钢头部咬钢过程数据包括：带钢PID信息、头部PET高温计上升沿后至轧机咬入时间段内的轧机辊缝设定反馈、预报轧制力数据；带钢热连轧精轧带钢头部咬钢过程数据包括：带钢PID信息、中间坯实测厚度、宽度、头部温度、每个机架设预设定值数据。
步骤(3)中带钢头部DS侧辊缝和OS侧辊缝恢复时间的计算方法如下：
(1)确定稳态范围
辊缝设定值为K，误差为C，稳态范围为[K-C,K+C]；误差范围C内，可通过轧钢，否则预警；
(2)确定稳态时间
将DS、OS辊缝实测曲线与直线K-C、K+C相交的所有点都合并在同一个一维矩阵，再将滑窗的开始结束时间合并在上述一维矩阵，将矩阵内时间对应数值排序，按照顺序计算相邻两个距离最大的点，得到的[t1，t2]为稳态持续时间，则[滑窗开始时间，t1]为辊缝恢复时间，即稳态时间。
步骤(3)中带钢头部DS侧辊缝冲击量、OS侧辊缝冲击量、机架冲击量的计算公式如下：
ηgapds＝(actds max-setds)/setds*100％
其中，actds max表示DS侧最大实际值数据，setds表示DS侧辊缝设定值数据，ηgapds表示DS侧辊缝冲击量；
ηgapos＝(actos max-setos)/setos*100％
其中，actos max表示OS侧最大实际值数据，setos表示OS侧辊缝设定值数据，ηgapos表示OS侧辊缝冲击量；
ηgap＝(actmax-set)/set*100％
其中，actmax表示机架最大实际平均值数据，set表示机架辊缝设定值数据，ηgap表示机架冲击量。
步骤(3)中两侧辊缝冲击量偏差计算方法如下：
GAPers＝ηgapos-ηgapds
其中，ηgapos表示OS侧辊缝冲击量，ηgapds表示DS侧辊缝冲击量，GAPers表示两侧辊缝冲击量偏差。
带钢头部DS侧和OS侧两侧轧制力偏差计算公式如下：
Forceers＝(Forceos-Forceds)
其中，Forceos表示OS侧实际轧制力，Forceds表示DS侧实际轧制力，Forceers表示两侧实际轧制力偏差。
步骤(4)中综合分析带钢头部咬钢冲击等级，提出针对下一块同品规带钢咬钢头部冲击对设备、工艺的调整建议，具体如下：
(1)采集并计算当前带钢头部咬钢辊缝、温度、速度数据；
(2)以辊缝为主键对比分析当前钢卷与历史同品规最优数据并对下一块同品规带钢轧制提供建议，具体建议方式如下：
①若满足如下公式，则建议下一块同品规带钢提高带钢头部温度：
Figure BDA0002892390360000031
其中，OSgap max n表示OS侧当前带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，OSgap max h表示OS侧历史最优带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，DSgap max n表示DS侧当前带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，DSgap max h表示DS侧历史最优带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，GAPmaxnow表示当前机架带钢咬钢平均辊缝波峰，GAPmaxhis表示历史最机架优带钢咬钢平均辊缝波峰，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度，SPDnow表示当前轧机速度，SPDhis表示历史最优轧机速度；
②若满足如下公式，则建议下一块同品规带钢变头轧制咬钢前减小辊缝设定值：
Figure BDA0002892390360000041
其中，ηgapos表示当前带钢OS侧辊缝冲击量，ηgapohis表示历史最优OS侧辊缝冲击量，ηgapds表示当前带钢DS侧辊缝冲击量，ηgapdhis表示历史最优DS侧辊缝冲击量，ηgapnow表示当前机架辊缝冲击量，ηgaphis表示历史最优机架辊缝冲击量，REPSnow表示当前带钢相对压下率，REPShis表示历史最优机架相对压下率，GAPmaxnow表示当前机架带钢咬钢平均辊缝波峰，GAPmaxhis表示历史最优机架带钢咬钢平均辊缝波峰，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度；
③若满足如下公式，则建议下一块同品规带钢增加穿带速度或增加主传动速度比例系数；
Figure BDA0002892390360000042
其中，spdlose表示当前机架咬钢速降，spdlosehis表示当前机架历史最优咬钢速降，Forceers表示两侧实际轧制力偏差，Forceershis表示历史最优两侧轧制力偏差，ηgapnow表示当前机架辊缝冲击量，ηgaphis表示历史最优机架辊缝冲击量，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，实时采集粗、精轧机带钢头部咬钢冲击所有数据；根据实时采集的带钢头部咬钢冲击数据，以主键方式综合分析，提供建议参考，调整下一块同品规带钢的设备、工艺数据降低设备冲击，提高轧制稳定性和产品成材率。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法的详细流程示意图；
图3为本发明实际辊缝值DS、OS侧各自最高峰及均值曲线示意图；
图4为本发明辊缝冲击量曲线示意图；
图5为本发明咬钢速降曲线示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法。
如图1所示，本方法首先采集热连轧粗轧每道次、精轧机每个机架的带钢头部咬钢过程数据，轧机咬钢后300ms视为带钢头部咬钢冲击阶段，每4ms为一个采样周期，历史最优时间段视为一年内最优单卷数据，再确定带钢头部DS侧辊缝冲击量、OS侧辊缝冲击量、两侧辊缝冲击量偏差、辊缝恢复时间、两侧轧制力偏差，最后综合分析带钢头部咬钢冲击等级，提出针对下一块同品规带钢咬钢头部冲击对设备、工艺的调整建议。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
本实施例中，采用卡尔曼(Kalman)滤波算法对实时采集的咬钢前数据和带钢头部咬钢冲击数据进行滤波处理，去除数据中的干扰。
如图2、3、4、5所示，在前述基于带钢头部咬钢冲击综合分析方法的具体实时方式中，进一步地，所述带钢头部咬钢机架两侧辊缝数据包括：
根据实时采集的带钢头部咬钢冲击数据，以辊缝为主键(例如，咬钢前100ms开始至咬钢400ms内咬钢数据)，组合均值法和极值法，利用带钢头部咬钢冲击历史最优数据于当前带钢头部咬钢冲击数据对比分析；其中，所述咬钢冲击以辊缝波峰为主键分析式为：
Figure BDA0002892390360000061
其中，actos表示OS侧辊缝设定值，setos表示OS侧辊缝实际值，DS侧一样；GAPmax表示机架平均波峰值；
Figure BDA0002892390360000062
其中，OSgap max n表示当前带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，OSgap max h表示历史最优带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，DS侧一样，GAPmaxnow表示当前机架带钢咬钢平均辊缝波峰，GAPmaxhis表示历史最机架优带钢咬钢平均辊缝波峰，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度，SPDnow表示当前轧机速度，SPDhis表示历史最优轧机速度；
经上述分析式综合分析，建议：提高下一块同品规带钢头部温度或者减小轧机负荷量；
根据实时采集的带钢头部咬钢冲击数据，以辊缝冲击量为主键(例如，咬钢前100ms开始至咬钢400ms内咬钢数据)，利用带钢头部咬钢冲击历史最优数据于当前带钢头部咬钢冲击数据对比分析；其中，所述咬钢冲击以辊缝为主键分析式为：
ηgap＝(actos-setos)/setos-(actds-setds)/setds
其中，actos表示OS侧辊缝设定值数据，setos表示OS侧辊缝实际值数据，DS侧一样；ηgap表示机架冲击量；
Figure BDA0002892390360000071
其中，ηgapos表示当前带钢OS侧辊缝冲击量，ηgapohis表示历史最优OS侧辊缝冲击量，ηgapds表示当前带钢DS侧辊缝冲击量，ηgapdhis表示历史最优DS侧辊缝冲击量，ηgapnow表示当前机架辊缝冲击量，ηgaphis表示历史最优机架辊缝冲击量，REPSnow表示当前带钢相对压下率，REPShis表示历史最优机架相对压下率，GAPmaxnow表示当前机架带钢咬钢平均辊缝波峰，GAPmaxhis表示历史最机架优带钢咬钢平均辊缝波峰，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度；
经上述分析式综合分析，建议：下一块同品规带钢变头轧制咬钢前减小辊缝设定值；
根据实时采集的带钢头部咬钢冲击数据，以咬钢头部速降为主键(例如，咬钢前100ms开始至咬钢400ms内咬钢数据)，组合均值法和极值法，利用带钢头部咬钢冲击历史最优数据于当前带钢头部咬钢冲击数据对比分析；其中，所述咬钢冲击以辊缝为主键分析式为：
spdlose＝(setspd-actspd)/setspd
其中，setspd表示速度设定值，actspd表示实际速度，spdlose表示机架咬钢速降；
Figure BDA0002892390360000072
其中，spdlose表示当前机架咬钢速降，spdlosehis表示当前机架历史最优咬钢速降，Forceers表示两侧实际轧制力偏差，Forceershis表示历史最优两侧轧制力偏差，ηgapnow表示当前机架辊缝冲击量，ηgaphis表示历史最优机架辊缝冲击量，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度；
经上述分析式综合分析，建议：下一块同品规带钢增加穿带速度或增加主传动速度比例系数。
本实施例中，因为本专利讨论的带钢头部咬钢冲击综合分析粗轧R1首道次、R2首道次、精轧F1机架，而不是每个机架。
为了验证本发明实施例所述的基于带钢热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，在某2250mm热连轧带钢生产线进行了判定实验，实时采集20块带钢头部咬钢冲击数据，运用本实施例提供的评判方法将每卷带钢的冲击数据在HMI上实时展示，其综合分析结果和现场实际情况基本一致。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：包括步骤如下：
(1)采集热连轧粗轧每道次、精轧机每个机架的带钢头部咬钢过程数据；
(2)轧机咬钢后300ms视为带钢头部咬钢冲击阶段，每4ms为一个采样周期，历史最优时间段视为一年内最优单卷数据；
(3)确定带钢头部DS侧辊缝冲击量、OS侧辊缝冲击量、两侧辊缝冲击量偏差、辊缝恢复时间、两侧轧制力偏差；
(4)综合分析带钢头部咬钢冲击等级，提出针对下一块同品规带钢咬钢头部冲击对设备、工艺的调整建议。
2.根据权利要求1所述的基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：所述步骤(1)中热连轧粗轧带钢头部咬钢过程数据包括：带钢PID信息、头部PET高温计上升沿后至轧机咬入时间段内的轧机辊缝设定反馈、预报轧制力数据；带钢热连轧精轧带钢头部咬钢过程数据包括：带钢PID信息、中间坯实测厚度、宽度、头部温度、每个机架预设定值数据。
3.根据权利要求1所述的基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中带钢头部DS侧辊缝和OS侧辊缝恢复时间的计算方法如下：
(1)确定稳态范围
辊缝设定值为K，误差为C，稳态范围为[K-C,K+C]；误差范围C内，可通过轧钢，否则预警；
(2)确定稳态时间
将DS、OS辊缝实测曲线与直线K-C、K+C相交的所有点都合并在同一个一维矩阵，再将滑窗的开始结束时间合并在上述一维矩阵，将矩阵内时间对应数值排序，按照顺序计算相邻两个距离最大的点，得到的[t1，t2]为稳态持续时间，则[滑窗开始时间，t1]为辊缝恢复时间，即稳态时间。
4.根据权利要求1所述的基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中带钢头部DS侧辊缝冲击量、OS侧辊缝冲击量、机架冲击量的计算公式如下：
ηgapds＝(actdsmax-setds)/setds*100％
其中，actdsmax表示DS侧最大实际值数据，setds表示DS侧辊缝设定值数据，ηgapds表示DS侧辊缝冲击量；
ηgapos＝(actosmax-setos)/setos*100％
其中，actosmax表示OS侧最大实际值数据，setos表示OS侧辊缝设定值数据，ηgapos表示OS侧辊缝冲击量；
ηgap＝(actmax-set)/set*100％
其中，actmax表示机架最大实际平均值数据，set表示机架辊缝设定值数据，ηgap表示机架冲击量。
5.根据权利要求1所述的基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：所述步骤(3)中两侧辊缝冲击量偏差计算方法如下：
GAPers＝ηgapos-ηgapds
其中，ηgapos表示OS侧辊缝冲击量，ηgapds表示DS侧辊缝冲击量，GAPers表示两侧辊缝冲击量偏差。
6.根据权利要求1所述的基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：所述带钢头部DS侧和OS侧两侧轧制力偏差计算公式如下：
Forceers＝(Forceos-Forceds)
其中，Forceos表示OS侧实际轧制力，Forceds表示DS侧实际轧制力，Forceers表示两侧实际轧制力偏差。
7.根据权利要求1所述的基于热连轧带钢头部咬钢冲击综合分析方法，其特征在于：所述步骤(4)具体为：
(1)采集并计算当前带钢头部咬钢辊缝、温度、速度数据；
(2)以辊缝为主键对比分析当前钢卷与历史同品规最优数据并对下一块同品规带钢轧制提供建议，具体建议方式如下：
①若满足如下公式，则建议下一块同品规带钢提高带钢头部温度：
Figure FDA0002892390350000031
其中，OSgapmaxn表示OS侧当前带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，OSgapmaxh表示OS侧历史最优带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，DSgapmaxn表示DS侧当前带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，DSgapmaxh表示DS侧历史最优带钢头部咬钢冲击辊缝最高波峰，GAPmaxnow表示当前机架带钢咬钢平均辊缝波峰，GAPmaxhis表示历史最机架优带钢咬钢平均辊缝波峰，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度，SPDnow表示当前轧机速度，SPDhis表示历史最优轧机速度；
②若满足如下公式，则建议下一块同品规带钢变头轧制咬钢前减小辊缝设定值：
Figure FDA0002892390350000032
其中，ηgapos表示当前带钢OS侧辊缝冲击量，ηgapohis表示历史最优OS侧辊缝冲击量，ηgapds表示当前带钢DS侧辊缝冲击量，ηgapdhis表示历史最优DS侧辊缝冲击量，ηgapnow表示当前机架辊缝冲击量，ηgaphis表示历史最优机架辊缝冲击量，REPSnow表示当前带钢相对压下率，REPShis表示历史最优机架相对压下率，GAPmaxnow表示当前机架带钢咬钢平均辊缝波峰，GAPmaxhis表示历史最优机架带钢咬钢平均辊缝波峰，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度；
③若满足如下公式，则建议下一块同品规带钢增加穿带速度或增加主传动速度比例系数；
Figure FDA0002892390350000041
其中，spdlose表示当前机架咬钢速降，spdlosehis表示当前机架历史最优咬钢速降，Forceers表示两侧实际轧制力偏差，Forceershis表示历史最优两侧轧制力偏差，ηgapnow表示当前机架辊缝冲击量，ηgaphis表示历史最优机架辊缝冲击量，FETnow表示当前带钢咬钢头部温度，FEThis表示历史最优带钢咬钢头部温度。
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