CN113680828A

CN113680828A - 一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法

Info

Publication number: CN113680828A
Application number: CN202110965960.1A
Authority: CN
Inventors: 周智霖; 史春亮; 樊启云
Original assignee: Beijing Beike Masic Automation Engineering Ltd
Current assignee: Beijing Beike Masic Automation Engineering Ltd
Priority date: 2021-08-23
Filing date: 2021-08-23
Publication date: 2021-11-23

Abstract

本申请涉及一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，该方案可以包括：根据来料厚度H₀及目标产品要求确定各架轧机的压下制度、速度制度和温度制度；获取带钢的厚度偏差信号Δh；取带钢中心位置的厚度值作为实测厚度h_real；用所述实测厚度减去目标厚度h_goal，得到所述厚度偏差Δh；根据下述改进的弹跳方程确定各架的轧出厚度h

式中F表示弯辊力，C_p表示轧机钢度系数，P表示测压仪测得的轧制压力，P₀表示预压力，G表示辊缝零位常数，C_F表示弯辊钢度系数；计算厚度调节系数KM：根据所述厚度偏差Δh与厚度调节系数曲线，得到对应的厚度调节系数KM，厚度偏差Δh与厚度调节系数曲线表达式为：KM＝a₁Δh⁵+a₂Δh⁴+a₃Δh³+a₄Δh²+a₅Δh+a₆a₁至a₆为预先设定的系数；基于各架的轧出厚度h和厚度调节系数KM，调节各机架的轧制压力。

Description

一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法

技术领域

本申请涉及板带轧制自动控制技术领域，尤其涉及一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法。

背景技术

钢及有色金属板材由于其外形具有可剪裁、拼合、弯曲、冲压成型及护盖包容能力的特点，在国民经济各部门中被广泛使用，同时还由于其断面形状简单，便于采用高速度、自动化和连续化的先进生产方法进行大批量生产，致使板带材在金属材料总产量中所占地位和比例不断提高。板带材在不少工业先进国家早占到钢产量的50～66％。板带材生产技术的水平不仅是冶金工业生产发展水平的重要标志，也反映了一个国家工业与科学技术发展的水平。

其中，板厚是热轧板带质量地主要衡量指标之一，它直接关系到产品的质量和经济效益。目前，随着用户对热轧带钢产品厚度精度的要求越来越高，对热轧带钢的厚度自动控制应以设定厚度而不是末机架头部实际轧出厚度为控制目标。

因此，有必要提供一种厚度精度高的用于板带生产过程中的厚度自动控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，以提供一种厚度精度高的用于板带生产过程中的厚度自动控制方法。

本申请提供了一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，具体内容如下：

步骤S1、根据来料厚度H₀及目标产品要求确定各架轧机的压下制度、速度制度和温度制度；

步骤S2、获取带钢的厚度偏差信号Δh；

取带钢中心位置的厚度值作为实测厚度h_real；用所述实测厚度减去目标厚度h_goal，得到所述厚度偏差Δh；

步骤S3、根据下述改进的弹跳方程确定各架的轧出厚度h

式中F表示弯辊力，C_p表示轧机钢度系数，P表示测压仪测得的轧制压力，P₀表示预压力，G表示辊缝零位常数，C_F表示弯辊钢度系数；

步骤S4、计算厚度调节系数KM：根据所述厚度偏差Δh与厚度调节系数曲线，得到对应的厚度调节系数KM，厚度偏差Δh与厚度调节系数曲线表达式为：

KM＝a₁Δh⁵+a₂Δh⁴+a₃Δh³+a₄Δh²+a₅Δh+a₆

其中a₁至a₆均为预先设定的系数；

步骤S5、基于各架的轧出厚度h和厚度调节系数KM，调节各机架的轧制压力。

优选的，采用Smith预估器补偿模型对热连轧轧机机组进行控制。

优选的，通过低通滤波器为热连轧轧机机组分配厚度补偿值。

优选的，所述厚度调节系数KM小于2。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明提供的用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，控制过程采用AGC，以设定厚度作为控制过程的目标厚度，可以保证整个轧件各处均满足目标厚度要求，保证轧件的厚度精度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法中的P-H图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

热轧过程数学模型是热轧过程计算机控制的中心，对产品的产量和质量有决定性的影响。精轧设定模型的基本任务是根据来料条件及对成品的要求，通过模型的计算，确定连轧机各机架的辊缝、速度及其它有关操作变量，以保证获得尽可能准确的带钢尺寸和板形精度。

连轧机组设定的主要内容是根据来料情况及产品要求确定各架轧机的轧制压力、空载辊缝和空载速度，也就是确定各架轧机的压下制度、速度制度和温度制度，而首先是各架压下量或轧出厚度的设定。厚度设定后，要根据温降模型和终轧温度计算末架出口带速，再根据秒流量方程确定各架的轧制速度，然后根据轧制力模型和弹跳模型决定空载辊缝设定值。

由于控制是在设定基础上进行的，因此工作点参数即为各机架设定参数。设定参数需用设定模型来确定，下面详细讨论模型的设定和各参数的计算。

现代热连轧机组设定最常用的方法是能耗分配法，就是从电机能量(功率)合理消耗观点出发，按经验能耗资料推算出各架压下量。对于轧机强度日益增大、轧制速度日益提高的现代连轧机而言，由于电机功率往往成为提高生产能力的限制因素，采用这种方法是比较合理的。

带钢由来料厚度H₀轧成目标厚度h_n时，n个机架轧制过程所消耗的单位能耗总和称为总能耗a_∑：

第j机架的累计能耗为：

能耗分配采用累计能耗分配系数

累计能耗分配系数一般根据现场操作经验统计而得。

能耗的数学关系式如下式所示：

a_∑＝K₁(lnλ_∑)²+K₂ lnλ_∑

a_j＝K₁(lnλ_j)²+K₂ lnλ_j

其中：

将单位能耗与延伸率关系公式化，在大量实验数据的基础上得出：

a＝a₀(λ^m-1) (公式1)

式中

α表示单位能耗，即单位质量轧件所消耗的能量；λ表示轧件伸长率；h表示轧件出口厚度，单位：mm。

假设各机架轧制功率为N_j’(j＝1,2,3,…,n),则整个机组的总功率为：

第i架轧机的累计功率(第一架到第i架的功率的累计)

规定Φ_i为第i架轧机的累计负荷分配系数，则有：

由于

式中表示轧制能；G表示带坯质量；t表示轧制时间。

对于各机架来说，带坯质量G及轧制时间是相同的，因此，(公式2)可写成：

式中a_i—第一机架到第i机架的累计能耗；

a_Σ—总能耗；

a'_j—第j机架自身的能耗。

根据(公式1)有：

式中

λ_i＝H₀/h_i

λ_Σ＝H₀/h_n

代入(式4.8)则得：

最后得：

式中h_i表示第机架的出口厚度，mm；h_n表示末机架出口厚度，mm；H₀表示精轧入口厚度，取H₀＝10.0mm。

根据能耗经验资料，给出各架的Φ_i值，即可算出各架的厚度值h_i。

厚度控制数学模型

弹跳方程

板带轧制过程既是轧件产生塑性变形的过程，又是轧机产生弹性变形的过程，二者同时发生。由于轧机的弹跳，使轧出的带材厚度h等于轧辊的理论空载辊缝S′₀加轧机的弹跳值。

按照胡克定律，轧机弹性变形与应力成正比，则弹跳值应为P/C，所以

h＝S′₀+P/C (公式5)

但实际上在压力小时弹跳和压力的关系并非线性，且压力愈小，所引起的变形也愈难精确确定，即辊缝的实际零位很难确定。为了消除这一非线性区段的影响，实际操作中将轧辊预先压靠到一定程度，即压到一定的压力P₀，然后将此时的辊缝指示定为零位，这就是所谓的“零位调整”。以后即以此为基础进行压下调整。

式中：

S₀表示考虑预压变形的相当空载辊缝，mm；P表示轧制力，吨；P₀表示预压力，吨；C表示轧机钢度系数，吨/mm；h表示板材实际轧制厚度，mm。

若各架的空载辊缝S₀和各架的轧制压力P已知，就可求出各架的轧出厚度h。

辊缝设定模型精轧机组最主要的任务是尽可能准确地确定各架轧机的空载辊缝值，它一般用下式计算：

式中P_i表示通过计算获得的各机架的轧制力，吨；P₀表示预压靠力，120吨；C表示轧机刚度系数，T/mm；

本文采用调节压下量，即改变辊缝的方式来消除因轧制压力的波动而造成的厚度偏差。如图2所示，当轧制力为P时，带钢轧出厚度为h,当由于某些原因引起轧件变形抗力σ变化时(比如增大)，其轧件的塑性曲线则由B变为B'。此时轧机的工作点便由O移至O'，轧制压力由P增至P'，带钢的轧出厚度也由h增至h'，为使h保持不变，可将压下机构移动δS的距离，其值为：

式中Q为轧件的塑性系数，C为轧机的刚性系数。轧机的弹性曲线由A移至A'，轧制的平衡工作点移至O”，轧制压力增至P”，带钢的轧出厚度恢复至h，从而消除了对厚度偏差的影响。

厚度控制数学模型

厚度控制系统利用的是弹跳方程，为了进一步提高精度，需对各种影响间接测厚精度的因素增加补偿措施。主要考虑因素有以下两点：

1)轧制过程中，轧辊和轧机的热膨胀和磨损；

2)当辊系加上弯辊力后，不仅带钢断面形状将改变，而且影响出口厚度；

因此，方程可写成以下的形式：

式中：F表示弯辊力；C_p表示轧机钢度系数；C_F表示弯辊钢度系数；G表示辊缝零位(热膨胀及磨损)；

上式反映了轧制力和弯辊力对轧出厚度的影响。考虑到需要分析的是各种参数的小波动对出口厚度变动的影响，因此，可改写成以下的增量形式：

金属压力式(式4.1)可写成以下的形式：

P＝f(H,h,τ_b,τ_f,T) (公式10)

式中：H表示来料厚度；h表示轧件出口厚度；T表示轧制温度；τ_b表示后张应力；τ_f表示前张应力；

对于一个具体轧件在某一道次轧制时，可以认为T，τ_b，τ_f是常数，所以，对公式取偏微分，并取其线性主部，有：

进而有：

整理得：

考虑到

Q为轧件塑性刚度系数，

所以，有厚度方程：

塑性钢度系数Q可以通过计算出的轧制力P、来料厚度H、出口厚度h计算获得。轧机刚度系数C_p和弯辊刚度系数C_F目前一般采用对具体轧机进行实际测量的办法，利用实测值进行理论计算获得。

计算厚度调节系数KM：根据所述厚度偏差Δh与厚度调节系数曲线，得到对应的厚度调节系数KM，厚度偏差Δh与厚度调节系数曲线表达式为：

KM＝a₁Δh⁵+a₂Δh⁴+a₃Δh³+a₄Δh²+a₅Δh+a₆

其中a₁至a₆均为预先设定的系数；

基于各架的轧出厚度h和厚度调节系数KM，调节各机架的轧制压力。

进一步优化方案，采用Smith预估器补偿模型对轧机机组进行控制。

进一步优化方案，通过低通滤波器为轧机机组分配厚度补偿值。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤S2、获取带钢的厚度偏差信号Δh；

步骤S3、根据下述改进的弹跳方程确定各架的轧出厚度h

KM＝a₁Δh⁵+a₂Δh⁴+a₃Δh³+a₄Δh²+a₅Δh+a₆

其中a₁至a₆均为预先设定的系数；

2.根据权利要求1所述的用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，其特征在于，采用Smith预估器补偿模型对热连轧轧机机组进行控制。

3.根据权利要求1所述的用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，其特征在于，通过低通滤波器为热连轧轧机机组分配厚度补偿值。

4.根据权利要求1所述的用于板带生产过程中的厚度自动控制方法，其特征在于，所述厚度调节系数KM小于2。