CN116786605A - 长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，首先检测1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间T1，并与设定值T2比较，计算ΔT。设定参与节奏控制的轧机数量为N，将ΔT平均分配N份，当轧件头部咬入某一台轧机后，对该轧机速度给定值叠加正或负补偿量，使得轧件头部行走至该轧机后L2的位置时，经过的时间与未叠加补偿量前的理论时间比较增加或减少ΔT/N，由此经N台轧机共同作用，使n+1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间达到设定值。本发明方法可在长材轧钢生产线轧制过程中实现前后两支钢坯的头尾间距精准可控，且由多轧机参与速度给定补偿控制，在保证整个轧钢过程控制稳定增效的同时，减小轧机带负荷调速对机械设备的冲击。
Description
技术领域
本发明属于冶金轧制领域，涉及棒材、高速线材、小型材轧钢生产线，具体来说是一种长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法。
背景技术
长材轧钢生产线轧制过程中，精准稳定的轧制节奏对整个轧制过程的稳定的至关重要，在工艺装备允许的条件下，尽可能提高轧制节奏能够达到提产增效的目的。目前绝大多数轧制节奏控制系统设定的速度补偿量为单一值或多档值，并不能达到精确控制节奏的目的，且参与速度补偿调节的轧机较少，在进行带负荷调速时会对机械设备造成较大冲击，影响设备运行寿命。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，使轧制过程中，后两支钢坯的头尾间距依据生产工艺需求精准可控。
本发明长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，具体实现步骤为：
步骤1：判断1#轧机处前后两支钢坯是否发生追尾；若无追尾情况发生时，则获取前一钢坯的抛钢时刻和后一钢坯的咬钢时刻，计算两个时刻的时间差，得到1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间为T1；当有追尾情况发生时，T1＝0.0。
步骤2：令轧制间隔时间控制的目标值为T2，T2减T1的差值设为ΔT；依据设定的参与轧制节奏控制的轧机数量N，将ΔT平均分为N份，得到ΔT/N。
步骤3：在后一支钢坯的头部咬入参与节奏控制的n#轧机时，检测该n#轧机轧制两支轧件头尾间隔时间Tn，则获得n+1#轧机轧制两支钢坯头尾的间隔时间目标值Tn+ΔT/N；n＝2、3、4、……、N。
步骤4：设定n#轧机中心点为O点，当后一支钢坯头部行走至n#轧机后的L1位置时，启动n#轧机速度补偿，对n#轧机速度给定值叠加正或负的补偿量ΔV；当叠加补偿量的累计时间到达ta时，停止n#轧机速度补偿，撤掉n#轧机速度给定值补偿量，此时n#轧机速度恢复至正常轧制速度；上述L1＝L×5％，L为n#轧机与n+1#轧机中心点水平距离。
本发明的优点在于：在长材生产线轧制过程中，根据轧件跟踪信号，精确跟踪轧件头尾位置，调整头尾段级联处的速度给定补偿量，使前后两支钢坯在轧制过程中的头尾间距依据生产工艺需求精准可控，并且该系统实现多机架参与速度给定补偿控制，在保证整个轧钢过程控制稳定增效的同时，减小轧机带负荷调速对机械设备的冲击。
附图说明
图1为单机架轧制节奏控制原理示意图
图2为多机架联动轧制节奏控制原理示意图
图3为本发明长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法流程图曲线图
图4为降速情况下轧制节奏控制曲线图；
图5为升速情况下轧制节奏控制曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
本发明长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，控制原理如下：
如图1所示，在轧制过程中，系统检测到1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间T1，依据工艺需求轧制间隔的设定值为T2，即为轧制间隔控制的目标值，T2减T1的差值设为ΔT。比较T1与T2，如T2>T1，即ΔT>0，则为图1a的情况，此时需对1#轧机速度给定值叠加负的补偿量，使1#轧机降速，降速的目标是使得轧件头部行走至L2的位置时，经过的时间与未叠加补偿量前的理论时间比较增加ΔT，这样在2#轧机轧制两支头尾的间隔时间也增加了ΔT，达到目标值T2；如T2<T1，即ΔT<0，则为图1b的情况，此时需对1#轧机速度给定值叠加正的补偿量，使1#轧机升速，升速的目标是使得轧件头部行走至L2的位置时，经过的时间与未叠加补偿量前的理论时间比较减少ΔT，这样在2#轧机轧制两支头尾的间隔时间也减少了ΔT，达到目标值T2。
以上为单机架参与轧制节奏控制的原理，比较T1与T2差值越大，即ΔT数值越大，为达到设定目标值，这样需要叠加在1#轧机的速度补偿量越大，此种情况1#轧机带负荷升降速的幅度就越大，会对1#轧机机械设备造成较大的冲击，势必影响设备运行寿命。为减小影响，可采用多机架联动控制的方式，将速度补偿量平均分配给多台轧机，共同完成轧制节奏到达设定值的目标，如图2所示，系统同样检测到1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间T1，并与T2比较，计算ΔT。设定参与节奏控制的轧机数量为N，将ΔT平均分配N份，当轧件头部咬入某一台轧机后，对该轧机速度给定值叠加正或负的补偿量，即进行升速或降速，目标是使得轧件头部行走至该轧机后L2的位置时，经过的时间与未叠加补偿量前的理论时间比较增加或减少ΔT/N，这样经过N台轧机的共同作用，使得n+1#轧机轧制两支头尾的间隔时间达到目标值T2。
本发明长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，如图3所示，具体步骤为：
步骤1：实时判断1#轧机处前后两支钢坯是否发生追尾。
在长材生产线轧制过程中，在加热炉出钢之后或连铸热坯进入轧制区域时，实时判断在1#轧机处前后两支钢坯是否发生追尾(前后两支钢坯头顶尾无间断连续进入1#轧机，令前一支为bar2，后一支为bar1)的情况，若发生追尾情况时，则无法区分前后两支钢坯，两只钢坯头尾间隔时间无限趋向于0。
具体判断方法可采用以下两种：
(1)、依据轧件跟踪信号计算轧件头尾位置，以此来判断追尾与否。所述轧件跟踪信号包括1#轧机前的热金属检测器、热检与1#轧机中心距、轧件运行速度及实际速度积分等参数)。
(2)依据1#轧机速度及轧件在1#轧机内轧制时间，计算轧件经1#轧机轧出长度，如轧出长度超出一定比例范围，则判断追尾情况发生。
上述方法(2)作为方法(1)的补充，两种方法同时进行，若方法(1)和(2)中任意一种判断发生追尾情况，即判定两只钢材发生追尾情况。由此可避免因热检信号发生异常情况无法正确判断。
通过上述判断，若无追尾情况发生时，则通过现有生产线的轧件跟踪信号，获取bar2的抛钢时刻和bar1的咬钢时刻，计算两个时刻的时间差，得到1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间为T1；当有追尾情况发生时，则T1＝0.0。
步骤2：依据工艺需求轧制间隔时间的设定值为T2，即为轧制间隔时间控制的目标值，T2减T1的差值设为ΔT。依据设定的参与轧制节奏控制的轧机数量N，将ΔT平均分为N份，得到ΔT/N。
步骤3：在轧件(后一支钢坯bar1)的头部咬入某一架参与节奏控制的n#轧机时，检测该n#轧机轧制两支轧件头尾间隔时间Tn，则获得n+1#轧机轧制两支钢坯头尾的间隔时间目标值Tn+ΔT/N。上述n＝2、3、4、……、N。
步骤4：计算n#轧机的速度给定补偿量ΔV及补偿时间(撤掉补偿量的时刻ta)。
为避开轧件咬钢对轧机冲击造成实际速度的波动，设定n#轧机中心点为O点，当轧件(后一支钢坯bar1)头部行走至n#轧机后的L1位置时，启动n#轧机速度补偿，对n#轧机速度给定值叠加正或负的补偿量，即进行升速或降速；当叠加补偿量的累计时间到达ta时，停止n#轧机速度补偿，撤掉n#轧机速度给定值补偿量，此时n#轧机速度恢复至正常轧制速度。上述L1＝L×5％，L为n#轧机与n+1#轧机中心点水平距离。
为保证正常轧制，n与n+1#轧机需保持正常速度配比关系，n#轧机必须在轧件(后一支钢坯bar1)头部咬入n+1#轧机之前恢复至正常轧制速度，为避免异常情况发生，当轧件(后一支钢坯bar1)头部行走至n#轧机后L2的位置时(L2＝L×80％)将速度补偿量强制撤销，恢复至正常轧制速度。
另外，n#轧机轧制速度升/降速过程中不能影响上游轧机的正常轧制，该变速过程需要与上游轧机级联变速，如：3#轧机调速时，同一支钢坯在1#、2#轧机中，1#、2#轧机也需要进行速度调节，2#轧机与3#轧机的线速度的比保持不变，1#轧机与2#轧机线速度的比保持不变。同时需保证上游所有轧机升/降速的斜率与n#轧机相同。
由于轧件在轧机间轧制存在一定的张力，按照正常轧制速度运行，两支轧件在各个轧机处头尾间隔时间也不会完全相同，为消除理论值与实际值的偏差，当轧件(后一支钢坯bar1)头部咬入n+1#轧机时，检测n+1#轧机轧制两支轧件头尾间隔时间Tn+1，将n+1#轧机轧制两支头尾的间隔时间目标值Tn+ΔT/N与Tn+1比较，得到目标值与实际值的偏差Δt，将此偏差Δt反作用于轧制下一支钢坯的n#轧机速度给定补偿量及补偿时间的计算中，则在下一支钢坯的轧制过程中即可消除误差，获得更精准的轧制间隔。
下面以1#轧机为例阐述速度补偿量及补偿时间ta等参数的计算方法。如图4、图5所示，1#轧机初始速度设定为V1，未叠加速度补偿量的情况下，轧件匀速前进，当轧件头部从1#轧机后L1位置行进至L2位置时，所需时间为t1。若T2>T1，即ΔT>0，则为图4情况，对1#轧机速度给定值叠加负的补偿量，使1#轧机降速至V2，在ta时刻撤掉补偿量恢复至正常轧制速度，使得轧件头部从L1行走至L2的位置时，经过的时间t2＝t1+ΔT。若T2<T1，即T<0，则为图5的情况，对1#轧机速度给定值叠加正的补偿量，使1#轧机升速至V2，在ta时刻撤掉补偿量恢复至正常轧制速度，使得轧件头部从L1行走至L2的位置时，经过的时间t2＝t1+ΔT。图4、图5中阴影部分面积为速度对时间的积分即轧件头部行走距离，则可得到以下结果：
未叠加速度补偿量的面积：
S1＝V1×t1
降速情况下叠加速度补偿量后的面积：
S2＝V2×t2+0.5×(V1-V2)2/a1+0.5×(V1-V2)2/a2
升速情况下叠加速度补偿量后的面积：
S2＝V2×t2-0.5×(V2-V1)2/a1-0.5×(V2-V1)2/a2
式中：a1为升速加速度，a2为降速加速度；
由于S1＝S2＝L2-L1，即可计算出变速后的速度V2与撤掉补偿量的时刻ta，具体如下：
首先，根据S1＝S2＝L2-L1，可得出等式：
V1×t1＝S2＝V2×t2+0.5×(V1-V2)2/a1+0.5×(V1-V2)2/a2(降速情况)
或：
V1×t1＝S2＝V2×t2-0.5×(V2-V1)2/a1-0.5×(V2-V1)2/a2(升速情况)
求解之后可得出速度变化量ΔV＝V1-V2(降速情况)或ΔV＝V2-V1(升速情况)：
ΔV＝(t2-(t2 2-2×(1/a1+1/a2)×V1×ΔT)0.5)/(1/a1+1/a2)
变速后的速度V2；
V2＝V1-ΔV(降速情况)
V2＝V1+ΔV(升速情况)
撤掉补偿量的时刻ta：
ta＝(V1×t1-ΔV2×(1/a1+1/a2)/2)/V2-ΔV/a1(降速情况)
或：
ta＝(V1×t1+ΔV2×(1/a1+1/a2)/2)/V2-ΔV/a2(升速情况)。
Claims (6)
1.长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，其特征在于：具体实现步骤为：
步骤1：判断1#轧机处前后两支钢坯是否发生追尾；若无追尾情况发生时，则获取前一钢坯的抛钢时刻和后一钢坯的咬钢时刻，计算两个时刻的时间差，得到1#轧机轧制两支钢坯头尾间隔时间为T1；当有追尾情况发生时，T1＝0.0；
步骤2：令轧制间隔时间控制的目标值为T2，T2减T1的差值设为ΔT；依据设定的参与轧制节奏控制的轧机数量N，将ΔT平均分为N份，得到ΔT/N；
步骤3：在后一支钢坯的头部咬入参与节奏控制的n#轧机时，检测该n#轧机轧制两支轧件头尾间隔时间Tn，则获得n+1#轧机轧制两支钢坯头尾的间隔时间目标值Tn+ΔT/N；n＝2、3、4、……、N；
步骤4：设定n#轧机中心点为O点，当后一支钢坯头部行走至n#轧机后的L1位置时，启动n#轧机速度补偿，对n#轧机速度给定值叠加正或负的补偿量ΔV；当叠加补偿量的累计时间到达ta时，停止n#轧机速度补偿，撤掉n#轧机速度给定值补偿量，此时n#轧机速度恢复至正常轧制速度；上述L1＝L×5％，L为n#轧机与n+1#轧机中心点水平距离。
2.如权利要求1所述长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，其特征在于：步骤1中追尾判断方法为：
(1)依据轧件跟踪信号计算轧件头尾位置判断追尾与否；
(2)依据1#轧机速度及轧件在1#轧机内轧制时间，计算轧件经1#轧机轧出长度，如轧出长度超出阈值范围，则判断追尾情况发生；
若上述方法(1)和(2)中任意一种判断发生追尾情况，即判定两只钢材发生追尾情况。
3.如权利要求1所述长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，其特征在于：步骤4中，当后一支钢坯头部行走至n#轧机后L2的位置时，需将速度补偿量强制撤销，恢复至正常轧制速度；L2＝L×80％。
4.如权利要求1所述长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，其特征在于：步骤4中，n#轧机轧制速度升/降速过程中需要与上游轧机级联变速；同时需保证上游所有轧机升/降速的斜率与n#轧机相同。
5.如权利要求1所述长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，其特征在于：步骤4中，当后一支钢坯头部咬入n+1#轧机时，检测n+1#轧机轧制两支轧件头尾间隔时间Tn+1，将n+1#轧机轧制两支头尾的间隔时间目标值Tn+ΔT/N与Tn+1比较，得到目标值与实际值的偏差Δt，将此偏差Δt反作用于n#轧机的速度给定补偿量及补偿时间的计算中。
6.如权利要求1所述长材轧钢生产线多机架联动的精确轧制节奏控制方法，其特征在于：步骤4中，n#轧机速度补偿量ΔV及补偿时间ta的计算方法为：
计算未叠加速度补偿部分速度对时间的积分，得到：
S1＝V1×t1
式中，t1为L1位置行进至L2位置时所需时间；V1为轧机初始速度；
计算降速情况下叠加速度补偿量后速度对时间的积分，得到：
S2＝V2×t2+0.5×(V1-V2)2/a1+0.5×(V1-V2)2/a2
式中，a1为升速加速度，a2为降速加速度；t2为轧件头部从L1行走至L2的位置时，经过的时间，t2＝t1+ΔT；V2为轧机变化后速度；
计算升速情况下叠加速度补偿量后速度对时间的积分，得到：
S2＝V2×t2-0.5×(V2-V1)2/a1-0.5×(V2-V1)2/a2
由于S1＝S2＝L2-L1，计算得出变速后的速度V2与撤掉补偿量的时刻ta。
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