CN113770318A - 薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法及装置，涉及冶金技术领域，可以解决目前在薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制时，导致产品生产的稳定性差，且容易出现严重的裂纹甚至断带的技术问题。其中方法包括：根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；利用双层结构辊缝PID控制器，基于铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与铸辊目标轧制力匹配。能够达到根据设备不同时间段的不同状态，以及不同的铸带厚度，自动控制铸辊辊缝以及铸轧力，实现稳定浇铸，保证成带效果，最大程度上减小铸辊相关参数波动，稳定成带，提高铸带质量的目的。

Description

薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法及装置

技术领域

本申请涉及冶金技术领域，尤其涉及到一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法及装置。

背景技术

薄带连铸的工艺具有其特殊性。在铸辊对钢液进行凝固的同时，需要铸辊对凝固所得到的原始坯壳进行一定程度的轧制，轧制过程应当是沿辊缝方向上分布均匀且相对较小的。铸轧力沿辊缝方向上分布均匀需要凝固所得原始坯壳厚度分布与铸辊辊缝互相匹配，而对整体铸带施加合适的铸轧力，需要根据设备的状态以及铸带厚度等因素进行综合考虑。

在薄带连铸的生产过程中，能够影响带厚的因素有很多，比如铸带拉速、铸辊轧制力、熔池液位高度等。但是从简化工艺的角度出发，通过调整产线流量，间接地控制带厚，铸辊的铸轧力仅对成带效果负责，铸轧力在带厚的控制过程中作为干扰项这一思路是较为合适的。如果铸辊对铸带施加的铸轧力过小，易造成铸带中心液相组织过多，铸带出铸辊后液相组织会重新加热坯壳中的柱状晶部分，降低铸带机械强度，易发生断带，而一旦发生断带，会严重影响生产节奏以及成品钢卷规格，甚至造成生产中断。对铸带施加的铸轧力过大，宏观上会放大机械设备设计以及制造误差对于铸带的影响，造成铸轧力波动过大，进而引发铸带厚度波动，影响产品质量以及后续热轧以及冷轧过程；微观上会造成铸带表面微裂纹，微裂纹的存在严重影响产品的机械强度，甚至会在后续热轧或冷轧生产过程中直接造成断带。

在薄带连铸生产的开始阶段，由于钢液、铸辊、铸辊冷却水之间未完全建立热平衡关系，同时设备各项参数也未完全进入稳定状态，往往需要比稳定状态下略大的铸辊压下量，在现有技术中，铸辊压下量的调节往往是由操作人员根据现场经验手动完成的，手动调节不可避免地会出现短时间内调节幅度过大，调节不精确，反应滞后等问题，造成设备参数波动，影响连续生产稳定性。而一旦操作人员判断失误，则容易造成参数调整错误，产品质量产生变化，甚至发生断带等严重问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法及装置，主要目的在于通过在薄带连铸生产过程中，对铸辊铸轧力及辊缝的智能化调节控制，保证浇铸过程的稳定性，提高产品生产过程的控制精度，避免出现严重的裂纹甚至断带的问题。

根据本申请的一个方面，提供了一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法，该方法包括：

根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；

根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；

利用双层结构辊缝PID控制器，基于所述铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与所述铸辊目标轧制力匹配。

根据本申请的另一个方面，提供了一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制装置，该装置包括：

第一计算模块，用于根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；

第二计算模块，用于根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；

控制模块，用于利用双层结构辊缝PID控制器，基于所述铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与所述铸辊目标轧制力匹配。

根据本申请的又一个方面，提供了一种非易失性可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法。

根据本申请的再一个方面，提供了一种计算机设备，包括非易失性可读存储介质、处理器及存储在非易失性可读存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现上述薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法。

借由上述技术方案，本申请提供的一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法，与目前通过操作人员手动调整压下量的控制方法相比，本申请可首先根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；进而可利用双层结构辊缝PID控制器，基于铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与铸辊目标轧制力匹配。通过本申请中的技术方案，能够达到根据设备不同时间段的不同状态，以及不同的铸带厚度，自动控制铸辊辊缝以及铸轧力，减少人员操作，保证成带效果，最大程度上减小铸辊相关参数波动，稳定成带质量的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例提供的一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法的流程示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种薄带连铸生产工艺流程示意图；

图3示出了本申请实施例提供的铸辊目标压下率曲线示意图；

图4示出了本申请实施例提供的铸辊熔池截面几何关系图；

图5示出了本申请实施例提供的薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的整体计算及控制流程图；

图6示出了本申请实施例提供的铸带厚度检测布置示意图；

图7示出了本申请实施例提供的未投用本申请时铸辊铸轧力控制效果示意图；

图8示出了本申请实施例提供的投用本申请后铸辊铸轧力控制效果示意图；

图9示出了本申请实施例提供的未投用本申请时铸辊辊缝控制效果示意图；

图10示出了本申请实施例提供的投用本申请后铸辊辊缝控制效果示意图；

图11示出了本申请实施例提供的一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下文将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

针对目前在薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制时，通过操作人员手动调整压下量，进而导致产品生产的稳定性较差，且容易出现严重的裂纹甚至断带的技术问题，本申请实施例提供了一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法，如图1所示，该方法包括：

101、根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力。

对于本申请的执行主体可为用于实现对铸辊铸轧力及辊缝的智能控制的自动化控制系统，自动化控制系统可包括铸辊液压伺服定位模块、铸辊压力检测模块、熔池液位检测模块、PLC控制器、人机交互界面(HMI)。铸辊液压伺服定位模块负责实现控制系统最终所计算出的铸辊辊缝；铸辊压力检测模块负责检测铸带所受铸轧力的实时值；熔池液位检测模块负责检测熔池内的实时液位高度；PLC控制器负责进行数据采集、处理与计算；人机交互界面(HMI)负责数据以及设备状态的显示。

对于本申请中的技术方案可应用于如图2所示的薄带连铸生产工艺流程中。大包1中的钢液经过中包2以及布流包3，注入铸辊5、6区域。铸辊5、6端部有侧封机构4封堵，所以钢液在铸辊5、6上部可以有一部分积存形成熔池。铸辊5、6对熔池内钢液进行凝固以及一定的轧制作用，生成铸带7，铸带7经过轧机8进行轧制后，由卷取机9或10卷取成卷，制成成品薄带连铸热轧卷。

对于本实施例，具体地，由于在浇铸的开始阶段，钢液、铸辊、铸辊冷却水之间未完全建立热平衡关系，其互相之间传热尚未最终稳定，设备热膨胀尚未彻底完成，设备其他参数也未完全达到平衡，此时的铸带性能通常也是不稳定的，因此往往需要比稳定状态下略大的铸辊压下量，才能避免因不稳定工况下出现的异常状况导致的辊缝异常增大或铸轧力局部不均衡，保证系统平稳度过开浇阶段，不至于出现严重的裂纹甚至断带导致生产中断。而在浇铸进行一段时间后，随着热平衡的建立与设备各项参数的稳定，需要逐渐减小铸辊的压下量，以提高铸带本身的质量，减少局部微裂纹以及疏孔缩松等缺陷。从最开始的大压下量，到稳定状态下的小压下量，其变化过程应是平滑的，以尽量减少铸机各项参数的变化幅度，保证设备稳定。

在具体的应用场景中，对于本实施例，为了计算得到铸辊目标轧制力，实施例步骤101具体可以包括：根据铸辊热平衡特性，确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线；基于实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度；根据轧制力计算方程，以及铸辊目标压下率曲线、熔池内原始坯壳厚度，计算铸辊目标轧制力。

相应的，在根据铸辊热平衡特性，确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线时，可以浇铸时间为自变量，以铸辊目标压下率为因变量，根据铸辊达到热平衡时的实际时间，选取合适的参数，设计压下率随时间逐渐减小，且最终逐渐接近最小压下率的对数函数曲线，进一步可得到如图3所示的铸辊目标压下率曲线。具体的，可利用第一计算公式确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线，第一计算公式的公式特征描述为：

其中，ε为铸辊压下率；ε_min为铸辊稳定后所允许的最小铸辊压下率，取值范围为1～10％；t为浇注时间，单位为s；k_a、k_b、k_c为描述该曲线的参数，k_a、k_b、k_c的取值应满足以下条件：t＝0时，所计算得到的铸辊压下率小于或等于高温铸带所允许的最大压下率ε_max，ε_max<30％；若在某时刻下，铸辊达到热平衡状态，此时应有ε<1.1ε_min。

相应的，在计算出某时刻下的压下率后，还需要获得此时刻下熔池内因凝固所形成的原始坯壳的厚度，才能进行下一步的辊缝以及铸轧力的计算。具体可根据凝固方程以及熔池截面的几何关系，建立熔池液位、辊速以及熔池内原始坯壳厚度的关系式。铸辊熔池截面几何关系图如图4所示，其中5、6为铸辊，11为铸辊上方熔池，12、13为原始坯壳，7为铸带，O₁点为kiss点，O₂点为nip点。在熔池kiss点处生成厚度为H的原始坯壳，经铸辊的轧制作用，在nip点处最终形成厚度为的铸带，铸辊对铸带的压下率为ε。

具体的，原始坯壳的生长符合凝固方程，根据凝固方程可建立如下关系式：

其中，H为原始坯壳计算厚度，单位为m；μ为铸辊凝固系数，取值范围一般为2～6；l为熔池横截面上铸辊与熔池相接触的凝固弧长，单位为m；v为铸辊辊速，单位为m/s；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7。

根据熔池内几何关系，有：

其中，l为熔池横截面上铸辊与熔池相接触的凝固弧长，单位为m；R为铸辊半径，单位为m；l_h为检测系统检测到的熔池内液位高度，单位为m。

基于上述凝固方程以及熔池内几何关系，可进一步确定得到用于计算熔池内原始坯壳厚度的第二计算公式，第二计算公式的公式特征描述为：

其中，H为原始坯壳计算厚度，单位为m；μ为铸辊凝固系数，取值范围为2～6；R为铸辊半径，单位为m；l_h为检测系统检测到的熔池内液位高度，单位为m；v为铸辊辊速，单位为m/s；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7。

相应的，在根据轧制力计算方程，以及铸辊目标压下率曲线、熔池内原始坯壳厚度，计算铸辊目标轧制力时，可首先按照常规热轧工艺中计算轧制力的方法计算nip点处铸带所受铸轧力。具体可以目前热轧模型中应用较为普遍的轧制力计算公式作为基础，根据薄带连铸工艺的特点选择参数，计算铸带所受铸轧力。kiss点与nip点之间的距离根据熔池横截面上的几何关系进行计算，轧制力计算公式中考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数使用志田茂简化公式进行计算。

根据目前热轧模型中应用较为普遍的轧制力计算公式，可有如下关系：

P＝Bl′_cQ_pKK_T

其中，P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；B为铸带宽度，单位为mm；l′_c在热轧模型中表示考虑压扁后的轧辊与轧件接触弧的水平投影长度，在薄带连铸生产工艺中可看做kiss点与nip点之间的距离，单位为mm；Q_p为考虑接触弧上摩擦力造成应力状态的影响系数；K为决定于金属材料化学成分以及变形的物理条件的金属变形阻力，单位为MPa，薄带连铸工艺中一般取值1～8×10^-4MPa；K_T为前后张应力对轧制力的影响系数，因薄带连铸铸辊处前后张力较小，K_T可近似取值为1。

l′_c计算方法为，根据熔池内几何关系，有：

l′_c＝R sinθ

其中，θ为熔池内kiss点与铸辊中心线连线与水平线之间的夹角。根据熔池内几何关系的上述两个公式联立，可消去θ，得到：

Q_p计算方法为，使用志田茂简化公式进行计算：

C＝0.45ε+0.04

通过上述志田茂简化公式中两个公式的联立，可得到：

将上述l′_c和上述Q_p的计算公式代入上述轧制力计算公式：P＝Bl′_cQ_pKK_T，进一步可得到计算铸辊目标轧制力的第三计算公式，其中，第三计算公式的公式特征描述为：

其中，P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；B为铸带宽度，单位为mm；H为熔池内原始坯壳厚度，单位为m；ε为铸辊压下率；R为铸辊半径，单位为m；K为决定于金属材料化学成分以及变形的物理条件的金属变形阻力，单位为MPa，薄带连铸工艺中取值为1～8×10^-4MPa；K_T为前后张应力对轧制力的影响系数，K_T的取值为1。

102、根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝。

对于本实施例，在计算铸辊基础辊缝时，铸辊对原始坯壳的轧制过程同样符合轧机弹跳方程规律，具体对铸辊应用轧机弹跳方程，带入上文所述目标压下率以及原始坯壳厚度，求出未使用PID控制器进行控制之前的铸辊基础辊缝。

根据轧机弹跳方程：

其中，S₀为铸辊基础辊缝，单位为mm；K_r为实测铸辊刚度系数，单位为kN/mm；h为铸辊出口铸带厚度，单位为mm；满足如下关系：

h＝1000H(1-ε)

通过上述两个公式的联立，可得到本申请中用于计算铸辊基础辊缝的第四计算公式，第四计算公式的公式特征描述为：

其中，S₀为铸辊基础辊缝，单位为mm；H为原始坯壳计算厚度，单位为m；ε为铸辊压下率；P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；K_r为实测铸辊刚度系数，单位为kN/mm。

进一步的，将第一计算公式、第二计算公式和第三计算公式代入第四计算公式后，可得到第四计算公式对应的转化公式如下：

103、利用双层结构辊缝PID控制器，基于铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与铸辊目标轧制力匹配。

对于本实施例，因实际工况的复杂性，铸辊在摆出实施例步骤102所求出的铸辊基础辊缝S₀时，铸辊实际铸轧力必然会与目标铸轧力P之间存在偏差，因此需要在基础辊缝S₀的基础上，对辊缝进行精调，将铸辊实际铸轧力控制至目标铸轧力P，以保证实现铸辊目标压下率ε。

针对此种情况，如图5所示，可设计双层结构辊缝PID控制器，其中，双层结构辊缝PID控制器包括上层PID控制器和下层PID控制器。具体的，上层PID控制器主要目的是根据设定铸轧力与实际铸轧力的偏差，对目标辊缝进行控制，参数选取策略为积分环节较强、比例以及微分环节较弱。下层PID控制器主要目的是实现上层PID控制器所输出的辊缝值。参数选取策略为比例环节较强，积分及微分环节较弱。对于本实施例的具体实现方法为：上层PID控制器以求得的目标铸轧力P作为目标值；以当前铸辊实际铸轧力作为反馈值；以辊缝值作为输出量；以所求得铸辊基础辊缝S₀作为输出量的零点。上层PID控制器参数调节能力设计要点为：积分环节较强、比例以及微分环节较弱。下层PID控制器主要目的是实现上层PID控制器所输出的辊缝值。下层PID控制器以上层PID输出的辊缝值作为目标值；以位移传感器实际反馈量所计算的辊缝值作为实际值；以伺服阀开口度作为输出量，控制伺服油缸两个杆腔的进油以及出油，进而控制伺服油缸推动铸辊前进或后退，最终将辊缝误差控制在误差允许的范围内。下层PID控制器参数调节能力设计要点为：比例环节较强，积分及微分环节较弱。相应的，实施例步骤103具体可以包括：将铸辊目标轧制力、铸辊基础辊缝以及当前铸辊实际铸轧力输入上层PID控制器，确定铸辊目标辊缝；利用下层PID控制器依据铸辊目标辊缝以及铸辊实际辊缝确定伺服阀开口度，并基于伺服阀开口度控制伺服油缸推动铸辊前进或后退，以使铸辊实际辊缝与铸辊目标辊缝之间的辊缝误差小于第一预设阈值。其中，第一预设阈值为能够保证产品稳定生产的最大辊缝误差。

在具体的应用场景中，因钢液成分、气温、设备状态等原因，铸辊凝固系数会在一定范围内产生变化。铸辊凝固系数μ给定的误差会导致原始坯壳H计算的不准确，进而导致压下率ε、目标轧制力P、基础辊缝S₀的计算以及给定均存在误差。体现在实际生产中，会导致工艺目标脱靶，影响工艺调整以及产品质量。因此需要根据实际带厚对铸辊凝固系数μ进行校正。如图6所示，为铸带厚度检测布置示意图。其中铸带厚度检测装置14与熔池11之间存在一定长度的自由段铸带7，某时刻下铸带厚度检测装置检测到铸带厚度h′，若想计算该段厚度为h′的铸带在熔池11处时铸辊对其作用的凝固系数，需要知道该段铸带在熔池内的时刻下，铸机的相关参数。相应的实施例步骤具体可以包括：实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，以使铸辊目标轧制力和铸辊基础辊缝的计算误差小于第二预设阈值。其中，第二预设阈值为铸辊目标轧制力和铸辊基础辊缝所能允许的最大计算误差。根据在线实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，具体可包括：根据铸辊与铸带厚度检测点之间的铸带长度以及该时间段内铸辊的平均速度，计算铸带从铸辊运动至铸带厚度检测点所需要的时间；根据某时刻下检测到的铸带厚度，以及一定时间之前该厚度铸带在铸辊nip点处时所对应的铸辊压下率、熔池液位、辊速等参数，反算铸辊的凝固系数。进一步的，可利用第五计算公式修正铸辊凝固系数：

根据压下率关系，有：

h′＝H_Δt(1-ε_Δt)

其中，h′为铸带进入轧机前实测厚度，单位为mm；H_Δt与ε_Δt分别为Δt时刻前铸辊处的原始坯壳厚度以及压下率，而：

其中，

为稳定状态下Δt时刻内，铸辊nip点至轧机前带厚测量点之间的平均铸带长度，单位为m；

为稳定状态下Δt时刻内，铸辊的平均辊速。

根据凝固方程：

可得：

其中，μ′为矫正后的铸辊凝固系数；l_hΔt与v_Δt分别为时刻前铸辊处的熔池内液位高度以及铸辊辊速。

将依据压下率关系得到的公式：h′＝H_Δt(1-ε_Δt)代入上述公式：

中，可得到第五计算公式对应的矫正后凝固系数为：

其中，μ′为修正后的铸辊凝固系数；l_hΔt与v_Δt分别为时刻前铸辊处的熔池内液位高度以及铸辊辊速；h′为铸带进入轧机前实测厚度，单位为mm；R为铸辊半径，单位为m；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7；ε_Δt为时刻前铸辊处的压下率。

下面结合具体应用场景对本申请实施例作进一步的解释说明：

现需生产某品种钢，该钢种铸辊允许最大压下率ε_max＝10％，允许最小压下率ε_min＝5％，设备进入稳定时间约需4min，压下率曲线设计如下：

针对第一计算公式，取k_a＝0.04，k_b＝0.02，k_c＝2，ε_min＝5％，有如下压下率曲线：

ε＝0.04e^-0.02(t-2)×100％+5％

浇铸进行至第200s时，计算得此时ε₂₀₀＝5.077％

铸辊半径R＝0.25m，初始凝固系数μ＝3.9，凝固幂常数c₀＝0.55。

第200s时，铸辊辊速v＝0.9m/s，检测系统检测到的熔池内液位高度l_h＝0.18m，将以上参数带入第二计算公式，得：

铸带宽度B＝1200mm，决定于金属材料化学成分以及变形的物理条件的金属变形阻力K＝1.5×10^-4MPa，前后张应力对轧制力的影响系数K_T＝1。

根据公式

可得到：

根据公式

可得到：

将以上参数：l′_c＝4.66mm以及Q_p＝1.53带入公式P＝Bl′_cQ_pKK_T中，即可求取得到目标铸轧力：

P＝Bl′_c Q_pKK_T＝1200×4.66×1.53×1.5×10^-4×1＝5.13kN

实测铸辊刚度系数K_r＝80kN/mm，根据第四计算公式，可计算得到铸辊基础辊缝：

双层结构辊缝PID控制器参数选取如下：

上层PID：比例参数P：0.001；积分参数I：20s；微分参数D：50s。

下层PID：比例参数P：500；积分参数I：0.1s；微分参数D：50s。

某时间段内，全线设备稳定生产，此时检测到铸带厚度h′＝0.00169m，铸辊nip点至轧机前带厚测量点之间的平均铸带长度

铸辊的平均辊速

则根据公式

有：

根据控制系统内所记录数据，15.53s前：压下率ε_Δt＝5.002％；熔池液位高度l_hΔt＝0.179m；铸辊辊速v_Δt＝0.84m/s，根据第五计算公式求出15.53s前铸辊的凝固系数：

将修正后的凝固系数带入第三计算公式以及第四计算公式包含凝固系数的转化公式中，参与辊缝以及铸轧力的控制。

通过图7和图8针对未投用本申请时铸辊铸轧力控制效果示意图和投用本申请后铸辊铸轧力控制效果示意图的对比，以及图9和图10针对未投用本申请时铸辊辊缝控制效果示意图和投用本申请后铸辊辊缝控制效果示意图的对比，可以看出，使用本申请中的技术方案后，铸轧力以及辊缝的变化更加平滑，有效减少了铸机参数的波动。

通过上述薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法，与现有技术中通过人工手动给定铸辊压下率以及目标铸轧力的控制方法相比，本申请可根据铸辊热平衡特性，设计随时间变化的铸辊目标压下率曲线；根据实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度；根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；设计双层结构辊缝PID控制器，通过微调辊缝，精确控制铸轧力；根据在线实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，减小基础辊缝计算误差。通过本申请中的技术方案，可使得铸辊辊缝以及铸轧力的曲线变化更加平滑，降低铸带厚度的波动，减少人员的干预操作，抑制局部裂纹的产生，减少异常断带事故的发生。

进一步的，作为图1所示方法的具体体现，本申请实施例提供了一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制装置，如图11所示，该装置包括：第一计算模块21、第二计算模块22、控制模块23；

第一计算模块21，可用于根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；

第二计算模块22，可用于根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；

控制模块23，可用于利用双层结构辊缝PID控制器，基于铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与铸辊目标轧制力匹配。

在具体的应用场景中，第一计算模块21，具体可用于根据铸辊热平衡特性，确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线；基于实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度；根据轧制力计算方程，以及铸辊目标压下率曲线、熔池内原始坯壳厚度，计算铸辊目标轧制力。

相应的，在根据铸辊热平衡特性，确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线时，第一计算模块21，具体可用于利用第一计算公式确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线；

第一计算公式的公式特征描述为：

其中，ε为铸辊压下率；ε_min为铸辊稳定后所允许的最小铸辊压下率，取值范围为1～10％；t为浇注时间，单位为s；k_a、k_b、k_c为描述该曲线的参数，k_a、k_b、k_c的取值应满足以下条件：t＝0时，所计算得到的铸辊压下率小于或等于高温铸带所允许的最大压下率ε_max，ε_max＜30％；若在某时刻下，铸辊达到热平衡状态，此时应有ε＜1.1ε_min。

相应的，在基于实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度时，第一计算模块21，具体可用于根据凝固方程以及熔池内几何关系确定的第二计算公式计算熔池内原始坯壳厚度；

第二计算公式的公式特征描述为：

其中，H为原始坯壳计算厚度，单位为m；μ为铸辊凝固系数，取值范围为2～6；R为铸辊半径，单位为m；l_h为检测系统检测到的熔池内液位高度，单位为m；v为铸辊辊速，单位为m/s；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7。

相应的，在根据轧制力计算方程，以及铸辊目标压下率曲线、熔池内原始坯壳厚度，计算铸辊目标轧制力时，第一计算模块21，具体可用于利用包含铸辊目标压下率曲线以及熔池内原始坯壳厚度的第三计算公式计算铸辊目标轧制力；

第三计算公式的公式特征描述为：

其中，P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；B为铸带宽度，单位为mm；H为熔池内原始坯壳厚度，单位为m；ε为铸辊压下率；R为铸辊半径，单位为m；K为决定于金属材料化学成分以及变形的物理条件的金属变形阻力，单位为MPa，薄带连铸工艺中取值为1～8×10^-4MPa；K_T为前后张应力对轧制力的影响系数，K_T的取值为1。

在具体的应用场景中，在根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝时，第二计算模块22，具体可用于利用轧机弹跳方程对应的第四计算公式计算铸辊基础辊缝；

第四计算公式的公式特征描述为：

其中，S₀为铸辊基础辊缝，单位为mm；H为原始坯壳计算厚度，单位为m；ε为铸辊压下率；P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；K_r为实测铸辊刚度系数，单位为kN/mm。

在具体的应用场景中，双层结构辊缝PID控制器包括上层PID控制器和下层PID控制器，在利用双层结构辊缝PID控制器，基于铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与铸辊目标轧制力匹配时，控制模块23，具体可用于将铸辊目标轧制力、铸辊基础辊缝以及当前铸辊实际铸轧力输入上层PID控制器，确定铸辊目标辊缝；利用下层PID控制器依据铸辊目标辊缝以及铸辊实际辊缝确定伺服阀开口度，并基于伺服阀开口度控制伺服油缸推动铸辊前进或后退，以使铸辊实际辊缝与铸辊目标辊缝之间的辊缝误差小于第一预设阈值。

在具体的应用场景中，为了保证压下率ε、目标轧制力P、基础辊缝S₀计算的准确性，如图11所示，该装置还包括：修正模块24；

修正模块24，可用于实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，以使铸辊目标轧制力和铸辊基础辊缝的计算误差小于第二预设阈值。

相应的，为了实现对凝固系数的修正，修正模块24，具体可用于利用第五计算公式修正铸辊凝固系数；

第五计算公式的公式特征描述为：

其中，μ′为修正后的铸辊凝固系数；l_hΔt与v_Δt分别为时刻前铸辊处的熔池内液位高度以及铸辊辊速；h′为铸带进入轧机前实测厚度，单位为mm；R为铸辊半径，单位为m；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7；ε_Δt为时刻前铸辊处的压下率。

需要说明的是，本实施例提供的一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1中的对应描述，在此不再赘述。

基于上述如图1所示方法，相应的，本申请实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述如图1所示的薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法。

基于这样的理解，本申请的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施场景的方法。

基于上述如图1所示的方法，以及图11所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本申请实施例还提供了一种计算机设备，具体可以为个人计算机、服务器、网络设备等，该实体设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1所示的薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法。

可选地，该计算机设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(RadioFrequency，RF)电路，传感器、音频电路、WI-FI模块等等。用户接口可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)等，可选用户接口还可以包括USB接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如蓝牙接口、WI-FI接口)等。

本领域技术人员可以理解，本实施例提供的计算机设备结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

非易失性可读存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是无人机的三余度仲裁切换的实体设备硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现非易失性可读存储介质内部各组件之间的通信，以及与该实体设备中其它硬件和软件之间通信。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本申请的技术方案，与现有技术中通过人工手动给定铸辊压下率以及目标铸轧力的控制方法相比，本申请可根据铸辊热平衡特性，设计随时间变化的铸辊目标压下率曲线；根据实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度；根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；设计双层结构辊缝PID控制器，通过微调辊缝，精确控制铸轧力；根据在线实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，减小基础辊缝计算误差。通过本申请中的技术方案，可使得铸辊辊缝以及铸轧力的曲线变化更加平滑，降低铸带厚度的波动，减少人员的干预操作，抑制局部裂纹的产生，减少异常断带事故的发生。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本申请序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本申请的几个具体实施场景，但是，本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制方法，其特征在于，包括：

根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；

根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；

利用双层结构辊缝PID控制器，基于所述铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与所述铸辊目标轧制力匹配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力，具体包括：

根据铸辊热平衡特性，确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线；

基于实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度；

根据轧制力计算方程，以及所述铸辊目标压下率曲线、所述熔池内原始坯壳厚度，计算铸辊目标轧制力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据铸辊热平衡特性，确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线，具体包括：

利用第一计算公式确定随时间变化的铸辊目标压下率曲线；

所述第一计算公式的公式特征描述为：

其中，ε为铸辊压下率；ε_min为铸辊稳定后所允许的最小铸辊压下率，取值范围为1～10％；t为浇注时间，单位为s；k_a、k_b、k_c为描述该曲线的参数，k_a、k_b、k_c的取值应满足以下条件：t＝0时，所计算得到的铸辊压下率小于或等于高温铸带所允许的最大压下率ε_max，ε_max<30％；若在某时刻下，铸辊达到热平衡状态，此时应有ε<1.1ε_min。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于实时的熔池液位以及辊速计算熔池内原始坯壳厚度，具体包括：

根据凝固方程以及熔池内几何关系确定的第二计算公式计算熔池内原始坯壳厚度；

所述第二计算公式的公式特征描述为：

其中，H为原始坯壳计算厚度，单位为m；μ为铸辊凝固系数，取值范围为2～6；R为铸辊半径，单位为m；l_h为检测系统检测到的熔池内液位高度，单位为m；v为铸辊辊速，单位为m/s；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据轧制力计算方程，以及所述铸辊目标压下率曲线、所述熔池内原始坯壳厚度，计算铸辊目标轧制力，具体包括：

利用包含所述铸辊目标压下率曲线以及所述熔池内原始坯壳厚度的第三计算公式计算铸辊目标轧制力；

所述第三计算公式的公式特征描述为：

其中，P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；B为铸带宽度，单位为mm；H为熔池内原始坯壳厚度，单位为m；ε为铸辊压下率；R为铸辊半径，单位为m；K为决定于金属材料化学成分以及变形的物理条件的金属变形阻力，单位为MPa，薄带连铸工艺中取值为1～8×10^-4MPa；K_T为前后张应力对轧制力的影响系数，K_T的取值为1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝，具体包括：

利用轧机弹跳方程对应的第四计算公式计算铸辊基础辊缝；

所述第四计算公式的公式特征描述为：

其中，S₀为铸辊基础辊缝，单位为mm；H为原始坯壳计算厚度，单位为m；ε为铸辊压下率；P为铸辊目标铸轧力，单位为kN；K_r为实测铸辊刚度系数，单位为kN/mm。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双层结构辊缝PID控制器包括上层PID控制器和下层PID控制器；

所述利用双层结构辊缝PID控制器，基于所述铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与所述铸辊目标轧制力匹配，具体包括：

将所述铸辊目标轧制力、所述铸辊基础辊缝以及当前铸辊实际铸轧力输入所述上层PID控制器，确定铸辊目标辊缝；

利用所述下层PID控制器依据所述铸辊目标辊缝以及铸辊实际辊缝确定伺服阀开口度，并基于所述伺服阀开口度控制伺服油缸推动铸辊前进或后退，以使铸辊实际辊缝与所述铸辊目标辊缝之间的辊缝误差小于第一预设阈值。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，以使所述铸辊目标轧制力和所述铸辊基础辊缝的计算误差小于第二预设阈值。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述实时检测铸带厚度，反馈修正凝固系数，以使所述铸辊目标轧制力和所述铸辊基础辊缝的计算误差小于第二预设阈值，具体包括：

利用第五计算公式修正铸辊凝固系数；

所述第五计算公式的公式特征描述为：

其中，μ′为修正后的铸辊凝固系数；l_hΔt与v_Δt分别为时刻前铸辊处的熔池内液位高度以及铸辊辊速；h′为铸带进入轧机前实测厚度，单位为mm；R为铸辊半径，单位为m；c₀为凝固幂常数，取值范围为0.4～0.7；ε_Δt为时刻前铸辊处的压下率。

10.一种薄带连铸中铸辊铸轧力及辊缝的控制装置，其特征在于，包括：

第一计算模块，用于根据轧制力计算方程，计算铸辊目标轧制力；

第二计算模块，用于根据轧机弹跳方程，计算铸辊基础辊缝；

控制模块，用于利用双层结构辊缝PID控制器，基于所述铸辊基础辊缝对薄带连铸中的辊缝进行微调控制，以使铸辊实际铸轧力与所述铸辊目标轧制力匹配。

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