CN1252521A - 板带轧制过程温度观测器方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钢热轧板带过程中轧件温度的观测,该方法是由压力公式和弹跳方程微分,整理得出温度观测器测算公式,特点是:由全辊面压靠法测量轧机刚度与计算法计算轧机刚度综合,确定轧机刚度值,得出高精度弹跳方程而提高Δhi、ΔHi测算精度,由正常工况下实测数据,用变形抗力和温降模型参数非线性估计方法,提高压力计算精度,从而使Qi,p/T精度提高,最终达到提高实测温度精度的目的,该方法所得温度正是生产所需平均温度。

Description

板带轧制过程温度观测器方法

本发明涉及钢、有色金属热轧板带过程中轧件温度的观测，它的正确取值直接影响轧制压力的计算精度，从而决定计算机过程控制的设定精度。轧制过程中的温度和压下率的控制直接影响轧制品的机械和物理性能。所以在生产过程中提高温度测量精度---直是轧钢过程控制的主要技术问题。但是，现行的测量仪方法，受轧制环境的冷却水、水蒸汽、氧化铁皮等因素的影响，很难提高实际温度的测量精度。另外，控温轧制和设定控制所需的温度为平均值，能直接测量的为表面温度，所以既使得到准确实测温度，也需要变换出平均温度。

本发明的目的，是针对现行测温方法技术上的难点，提出一种由轧钢机为测温仪的思想，实现轧件在轧制过程中平均温度值的测算方法。所谓平均温度，反映轧件在厚度方向在一段长度范围内的平均值，对中厚板也可取整块板的平均温度值。

上述目的是通过以下方式来实现的：

利用轧制过程中，实时压力和机械辊缝是可以较精确测量的条件，压力计算公式和轧机弹跳方程的表达式经微分及数学变换可得出温度变化的计算公式。

轧机的弹跳方程： $h=S+\frac{P}{M(p,b)}+A----\left(1\right)$ 式中：h----轧件厚度，mm，

  S---轧机辊缝(严格称机械辊缝)，mm；

  P---轧制压力，N；

  M(p，b)---以压力和板宽为函数的轧机刚度，N/mm；

  A---修正系数，压力计算公式：

P＝f(H、h、T、K……)……………………………………(2)式中：H---入口厚主度，mm；

  T---轧件温度，℃；

  (1)、(2)式微分(线性化)得： $\mathrm{\Δh}=\mathrm{\ΔS}+\frac{\mathrm{\ΔP}}{M(p,b)}----\left(3\right)$ $\mathrm{\ΔP}=\frac{\∂P}{\∂H}\mathrm{\ΔH}+\frac{\∂P}{\∂h}\mathrm{\Δh}+\frac{\∂P}{\∂T}\mathrm{\ΔT}----\left(4\right)$ 令P/h＝-Q，Q称之谓轧件塑性系数。由轧钢理论分析得： $\frac{\∂P}{\∂H}=\frac{h}{H}Q$ 将 P/h、P/H代入(4)式整理得： $\mathrm{\ΔTi}=(\mathrm{\ΔPi}+\mathrm{Qi\Δhi}-\mathrm{Qi}\frac{\mathrm{hi}}{\mathrm{Hi}}\mathrm{\ΔH})/\left(\frac{\∂P}{\∂T}\right)i----\left(5\right)$ $\mathrm{\Δhi}=\mathrm{\ΔSi}+\frac{\mathrm{\ΔPi}}{M(p,b)}----\left(3\right)$

i---道次或机架号

实时厚差计算精度取决于轧机刚度系数M(P，b)；入口厚差ΔHi，对于热连轧机，可由前边机架出口厚差Δh_i-1延时精确计算；对于中厚板轧机，取道次厚差平均值，即由前道次出口厚差得到。(5)式中的ΔPi、Δhi、ΔHi均为已知量，所以ΔTi可以计算，计算精度取于ΔQi、(P/T)_i。

由以上分析证明温度观测器是可以实现的，能否实际应用，在于压力计算公式和轧机弹跳方程的精度能否满足实用的要求。

在ΔTi求出后，轧件实时平均温度Ti由下式计算：

Ti＝Tei+ΔTi    (6)

式中Tei为设定温度，在板形最佳轧制规程计算时，与设定压力Pei一起得出。

压力计算公式精度的提高。在由正常工况采样数据，“Kμ”估计方法已优选出压力公式和变形抗力公式结构的基础上，提出“KT”估计方法，即变形抗力公式和温降公式的参数一起估计。温降模型比较统一，由幅射、对流、热传导，变形热等四部分组成，其中有黑度、对流、热传导及转换率等4-5个参数。由正常工况数据按最小二乘法同时估计出变形抗力和温降模型中的参数。

“K-T”估计方法

一、K估计，用实测压力、厚度、温度、轧辊速度、轧制时间、间隔时间、板宽、辊直径等，估计出变形抗力公式中的参数值。

二、T估计，T^k＝ΔT^k+T_采样 $\mathrm{\Δ}{T}^k=\mathrm{\Δ}{P}^k/\frac{\∂P}{\∂T}$ $\frac{\∂P}{\∂T}=\frac{P_1-P_2}{T_1-T_2}$

令T₁-T₂＝10℃。P₁、P₂是由已估计出的参数对应于T₁、T₂计算出的压力值。

三、用估计出的温度，估计温降模型中的参数。

四、用估计出的参数，计算出轧件温度，重新估计K参数。

五、判断，

或已迭代5次停止，输出K、T公式的参数；否则转到第2步“二”，重复二、三、四，k＝k+1。

弹跳方程精度的提高，是应用计算和全辊面压靠实测法综合而实现的。

计算法可得出线性段各板宽的轧机刚度值M(b)，非线性段很难计算。实测法可以测得线性段和非线性段的弹跳方程，对于不同板宽时的刚度也可以实测，但很困难，费时费力，要用多块钢板。本发明提出的全辊面压靠实测全压力变化范围的轧机刚度，利用线性段刚度M，与计算刚度相等点得出(7)式的β值。

M(b)＝M[1-(L-β-b)α]    (7)式中：M---全辊面线性段刚度值，N/mm；

M(b)---对应板宽线性段刚度值，N/mm；

L---辊面宽度，mm；

b---板宽度，mm；

β、α---系数系数α由不同板宽刚度差商计算，即(8)式： $\mathrm{\α}=\frac{M\left(b_1\right)-M\left(b_2\right)}{b_1-b_2}----\left(8\right)$

对于非线性段，以实测非线性弹跳方程(9)式为基准，按线性段计算刚度值修正，其计算公式为(10)式。

M(P)＝a₀+a₁p+a₂p²+a₃p³+a₄p⁴    (9) $M(P,b)=\frac{M\left(b\right)}{M}M\left(P\right)$

＝[1-(L-β-b)]M(P)……… ……… ……(10)式中：M(P)---实测压力函数的刚度值，N/mm；

a₀、a₁……a₄---回归得出的系数；

M(P，b)---压力，板宽函数的刚度，N/mm；

M(b)---线性段板宽函数的刚度，N/mm；

M---全辊面轧机刚度，简称轧机刚度，N/mm。

弹跳方程线性段与非线性段分界点，由实测弹跳方程分析的方法确定，一般取最大允许压力的确1/3-1/2处。

β值的另一种确定方法。由线性段实测刚度和计算刚度交点确定β值时，考虑到牌坊部分计算误差大，可以先确定β值(如令β＝L-bmax，β＝200mm)，以此点的刚度值取实测刚度值，用(11)式修正各板宽的计算刚度值。 $M^{\′}\left(b\right)=\frac{M^{\′}(L-\mathrm{\β})}{M(L-\mathrm{\β})}M\left(b\right)----\left(11\right)$ 式中：M’(L-β)---实测刚度值，即M，

M(L-β)---板宽L-β的计算刚度值，

M’(b)---用实测值修正的板宽b的刚度值；

M(b)---计算板宽b的刚度值。α系数按(12)式计算： $\mathrm{\α}=\frac{M^{\′}\left(b_1\right)-M^{\′}\left(b_2\right)}{b_1-b_2}----\left(12\right)$

本发明与现有技术相比，优点在于采用本方法所得出的温度正是生产中所需的平均温度，例如热带连轧为段平均值，中厚板为整块板的平均值，由于本方法提出的是一种以轧钢机为测温仪的思想，所以有效地提高了实际温度的测算精度。

Claims (3)

1、一种板带轧制过程温度观测器方法，该方法所得出的温度是生产中所需的平均温度值，该方法由压力公式和弹跳方程微分，整理得出温度观测器测算公式，其数学表达式如下： $\mathrm{\ΔTi}=(\mathrm{\ΔPi}+\mathrm{Qi\Δhi}-\mathrm{Qi}\frac{\mathrm{hi}}{\mathrm{Hi}}\mathrm{\ΔHi})/\left(\frac{\∂P}{\∂T}\right)i$

Ti＝Tei+ΔTi

其特征在于：由全辊面压靠法测量轧机刚度与计算法计算轧机刚度综合，确定轧机刚度值，得出高精度弹跳方程而提高Δhi、ΔHi测算精度，由正常工况下实测数据，用变形抗力和温降模型参数非线性估计方法，提高压力计算精度，从而使Qi，P/T精度提高，最终达到提高实测温度精度的目的。

2、根据权利要求1所述的方法，提高轧机弹跳方程的精度是关键之一，为了提高轧机弹跳方程的精度，需要一种确定不同板宽轧机刚度值的方法，其特征在于：该方法利用压靠法实测出全辊面接触的刚度值M，计算出轧辊部分的刚度值，从而可以得到牌坊部分的刚度值，不同板宽时的轧辊值可以用板边至压下螺丝之间挠度差值与全辊面压靠时的辊边至压下螺丝之间挠度差值与全辊面压靠时的辊边至压下螺丝之间挠度差值之比得到，采用实测和计算联合确定轧机刚度值；实用轧机弹跳方程可分为线性段和非线性段，对于线性段来讲，该方法由轧辊几何尺寸、材质、轧机牌坊、压下螺丝、螺母等几何尺寸，可以计算出不同板宽时的刚度值M(b)，全辊面压靠法测得线性段刚度M，由两种刚度值的相等点得出β参数，由ΔM/Δb之比得出α，从而得出板宽的刚度计算公式，其数学表达式为：

M(b)＝M[1-(L-β-b)α]式中：M(b)------板宽b的轧机刚度，N/mm，

  M-----轧机刚度，           N/mm，

  L------辊面宽度，          N/mm，

b----轧件宽度，

α、β-参数，

对于非线性段，以实测非线性弹跳方程式为基准，按线性段计算刚度值修正，其计算公式的数学表达式为：

M(P)＝a₀+a₁p+a₂p²+a₃p³+a₄p⁴ $M(p,b)=\frac{M\left(b\right)}{M}M\left(P\right)$ 即：M(p，b)＝[1-(L-β-b)]M(P)式中：M(P)------实测压力函数的刚度值，N/mm，

  a₀、a₁………a₄-----回归得出的系数，N/mm，

  M(p，b)------压力，板宽函数的刚度，N/mm，

  M(b)----线性段板宽函数的刚度，N/mm，

  M-------全辊面轧机刚度，简称轧机刚度，N/mm，

3、根据权利要求1所述的方法，温度测算的精度是关键之一，而精度取决于三个偏导数值和厚度测算值，所以轧件压力计算公式和轧机刚度系数的精度是关键，其特征在于：压力计算精度是通过正常工况下实测数据反演估计出变形抗力(K)和温降公式(T)的参数。