CN1261244C - 轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法 - Google Patents

Abstract

一种轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法，其步骤有：根据坯料规格和成品尺寸，分配各轧制道次压下量，并计算各道次轧制力、温度、厚度比和允许的平直度变化；如当前道次出口厚度大于等于30mm，则采用AGC方式进行自动调节控制；如本道次出口厚度小于30mm，则分析轧制力波动对平直度的影响，如此影响超出允许范围且对厚度影响较小，则将AGC方式转化为APC方式(自动位置控制)，否则仍采用AGC方式进行控制；本发明是针对板形采用开环控制方式的中厚板轧机，减少AGC系统对板形的干扰，同时还不影响厚度控制的效果，提高轧制过程的稳定性，本方法特别适用于轧制宽薄中厚板，尤其是对于纵刚度较小的中厚板轧机。

Description

轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法

技术领域

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法。

背景技术

目前大多数国内中厚板厂家在轧机上安装AGC(自动厚度控制)设备，而不安装板形控制设备，这样钢板板形只能用开环方式进行控制。常规开环调整方式是动态改变轧制规程，这种方法需要人工不断干预，而且不能在轧制过程中实时根据轧制力变化进行在线调整。特别对于一些纵刚度不大的轧机，如果轧制宽薄中厚板，AGC造成的轧制力波动比较大，这非常容易造成浪形，这种情况无法通过动态改变轧制规程进行板形调整。

发明内容

为了克服传统的动态调整轧制规程方法的缺陷，本发明提供一种轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法，其目的是在尽量不影响厚度控制精度的前提下，减小AGC系统对板形的影响，从而保证钢板板形良好。

本发明包括以下步骤：

1、根据坯料规格和成品尺寸，分配各轧制道次压下量，并计算出各道次轧制力、温度、厚宽比(厚度与宽度的比值)和允许的平直度变化。

允许的平直度变化量与厚宽比密切相关。

$k_c\&CenterDot;{\left(\frac{h}{w}\right)}^a<\mathrm{\&Delta;\&lambda;}<k_e\&CenterDot;{\left(\frac{h}{w}\right)}^b---\left(1\right)$

其中，Δλ为平直度变化，h，w分别是轧件出口厚度、宽度，k_c、k_e、a和b是模型参数，如果轧件宽厚比越大，则Δλ值越大。

比例凸度的变化与平直度的关系用式(2)表示，

$\mathrm{\&Delta;\&lambda;}=\mathrm{\&xi;}\&CenterDot;(\frac{c_h}{h}-\frac{C_H}{H})=\mathrm{\&xi;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;Cp}---\left(2\right)$

其中，ξ为板形转化系数，c_h和C_H分别是入口和出口的轧件凸度，H是轧件入口厚度。

2、如果当前道次出口厚度大于等于30mm，则采用AGC方式进行厚度自动调节控制(经验和计算表明，如果道次出口厚度大于等于30mm，正常轧制过程不会出现浪形，所以判断当前道次出口厚度的具体数值)，否则直接进入第3。

3、因为本道次出口厚度小于30mm，所以需要分析轧制力波动对平直度的影响。

分析上一道次轧制过程中的轧制力波动，并认为本道次轧制力波动与上一道次相似，并进一步计算本道次轧制力波动对平直度的影响效果。一般的，轧制过程的比例凸度C_p与轧制力F存在式(3)的关系

$\mathrm{Cp}=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;F+\mathrm{\&beta;}}{h}---\left(3\right)$

其中，α，β是模型系数。

轧制力波动对比例凸度的影响为，

$\mathrm{\&Delta;Cp}=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;F}}{h}---\left(4\right)$

将公式(4)代入公式(2)计算出相应的平直度变化。判断该平直度变化是否超过允许变化范围，如果超出允许范围，则进入步骤4，否则采用AGC方式对本道次进行控制。

4、分析AGC方式对厚度的控制效果

由于AGC的调节是一个动态调节过程，各种因素对厚度造成的干扰无法在瞬间消除，而必须通过相应的的AGC算法进行逐步消除。以BISRA算法为例，

$\mathrm{\&Delta;}{S}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}=-\frac{C}{K}\mathrm{\&Delta;}{P}_0\frac{K+M}{K+(1-C)M}---\left(5\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{P}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}=\mathrm{\&Delta;}{P}_0\frac{K+M}{K+(1-C)M}---\left(6\right)$

$\mathrm{\&Delta;}{h}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}=\mathrm{\&Delta;}{S}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}+\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}}{K}=(1-C)\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_0}{K}\frac{K+M}{K+(1-C)M}---\left(7\right)$

其中，ΔS_k是第k次调节后的辊缝采样值与AGC锁定辊缝值的差值：ΔP₀是干扰引起的初始轧制力波动；ΔP_k是第k次调节后的轧制力采样值与AGC锁定轧制力的差值；Δh_k是第k次调节后的出口厚度偏差值；M是钢板塑性系数：K是轧机纵刚度；C是调节系数。 是初始轧制力波动引起的出口厚度偏差。

根据公式(7)判断AGC对轧制力波动引起的的厚度偏差的控制效果，如果控制效果非常小(一般只能消除初始厚度偏差的15％以内)，则该道次采用APC方式来代替AGC方式，否则继续采用AGC方式进行控制。

本发明方法的基本原理如图1所示：

因为温度分布不均匀是造成轧件塑性系数波动，并产生厚度波动的主要原因。所以针对轧件塑性系数变化的情况进行分析，假设入口厚度H₀不变的情况下轧件塑性系数发生变化。但是设定辊缝值S₀还是保持不变(对应APC方式)，此时轧件的出口厚度从h₀变为h₁，轧制力从F₀变为F₂。但是如果投入AGC，辊缝从S₀变为S₁，轧制力从F₀变为F₁。

根据图1，进行如下的推导：

Cr₀＝α·F₀+β，Cp₀＝Cr₀/h₀       (8)

Cr₁＝α·F₁+β，Cp₁＝Cr₁/h₀       (9)

Cr₂＝α·F₂+β，Cp₂＝Cr₂/h₁       (10)

式中：

Cr₀是初始状态的轧件出口凸度；

Cr₁是投入AGC调节后的轧件出口凸度；

Cr₂是投入APC方式对应的轧件出口凸度；

Cp₀是初始状态的轧件的出口比例凸度；

Cp₁是投入AGC调节后的轧件出口比例凸度；

Cp₂是投入APC方式对应的轧件出口比例凸度

下面需要证明公式(11)成立，

|ΔCp₁|＝|Cp₁-Cp₀|＞|ΔCp₂|＝|Cp₂-Cp₀|         (11)

${\mathrm{Cp}}_1-{\mathrm{Cp}}_0=\frac{1}{h_0}({\mathrm{Cr}}_1-{\mathrm{Cr}}_0)=\frac{\mathrm{\&alpha;}}{h_0}(F_1-F_0)=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{F}_1}{h_0}---\left(12\right)$

${\mathrm{Cp}}_2-{\mathrm{Cp}}_0=\frac{{\mathrm{Cr}}_2}{h_1}-\frac{{\mathrm{Cr}}_0}{h_0}=(\frac{{\mathrm{Cr}}_2}{h_0}-\frac{{\mathrm{Cr}}_0}{h_0})+(\frac{{\mathrm{Cr}}_2}{h_1}-\frac{{\mathrm{Cr}}_2}{h_0})=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{F}_2}{h_0}+\frac{h_0-h_1}{h_0{h}_1}{\mathrm{Cr}}_2.---\left(13\right)$

因为α·ΔF与Cr₂的数量级相同，而 $\left|\frac{1}{h_0}\right|>>\left|\frac{h_0-h_1}{h_0{h}_1}\right|,$ 所以式(13)可以简化为

${\mathrm{Cp}}_2-{\mathrm{Cp}}_0\&ap;\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{F}_2}{h_0}---\left(14\right)$

$\left|\frac{{\mathrm{Cp}}_1-{\mathrm{Cp}}_0}{{\mathrm{Cp}}_2-{\mathrm{Cp}}_0}\right|\&ap;\left|\frac{\mathrm{\&Delta;}{F}_1}{\mathrm{\&Delta;}{F}_2}\right|>1---\left(15\right)$

由此，式(11)得证。

在轧制宽中厚薄板时，最后一两个道次的平直度变化如果超过0.3％，则容易发生浪形，所以投入AGC进行厚度控制则很有可能引起板形的缺陷，但是如果改用APC则基本上不会导致板形恶化。

本发明是针对板形采用开环控制方式的中厚板轧机，减少AGC系统对板形的干扰，同时还不影响厚度控制的效果，提高轧制过程的稳定性。本方法特别适用于轧制宽薄中厚板，尤其是对于纵刚度较小的中厚板轧机。

附图说明：

图1是本发明方法的基本原理分析示意图。

具体实施方式

例：表1是计算条件

                         表1  计算条件

计算条件	数值	计算条件	数值
				K，/(ton·mm-1)M，/(ton·mm-1)H0，/mmH1，/mmh0，/mm	44016746.977.16	α，/(ton·mm-1)β，/mmF0，/tonF1，/tonF2，/ton	1.12×10-40.256162418411667

采用表1所示计算条件进行计算：

${\mathrm{Cp}}_1-{\mathrm{Cp}}_0=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{F}_1}{h_0}=0.00405$

${\mathrm{Cp}}_2-{\mathrm{Cp}}_0\&ap;\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;}{F}_2}{h_0}=0.0008027$

AGC方式和APC方式对板形的影响对比，证明了APC对板形的影响远小于AGC对板形的影响，两者的影响量基本相差一个数量级。

假设该道次平直度允许变化是0.3％，则投入AGC进行厚度控制则很有可能引起板形的缺陷，但是如果改用APC则不会导致板形恶化。

进一步分析AGC对厚度控制精度的影响。此时 大于3，为了保证AGC系统的稳定性，提高收敛速度，C值不能太大，一般不超过0.5，取C＝0.3，根据公式(7)可知，

$\mathrm{\&Delta;}{h}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}=\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_0}{K}\frac{1}{1+\frac{\mathrm{CK}}{(1-C)(K+M)}}\&ap;0.918\&times;\frac{\mathrm{\&Delta;}{P}_0}{K}$

由干扰引起的出口厚度偏差只有8％能被AGC消除，由此可知AGC的投入对厚度偏差修正没有明显效果，这种情况采用APC(自动位置控制)方式进行辊缝控制，对厚度精度影响很小。

Claims (2)

1、一种轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法，其特征在于包括以下步骤：

①根据坯料规格和成品尺寸，分配各轧制道次压下量，并计算出各道次轧制力、温度、厚宽比和允许的平直度变化；

②如果当前道次出口厚度大于等于30mm，则采用AGC方式进行厚度自动调节控制；

③如果本道次出口厚度小于30mm，则分析轧制力波动对平直度的影响，如果轧制力波动对平直度影响超出允许范围，进入步骤④，否则仍采用AGC方式进行控制；所述允许的平直度变化量与厚宽比密切相关，可用下式表示：

$k_c\&CenterDot;{\left(\frac{h}{w}\right)}^a<\mathrm{\&Delta;\&lambda;}<k_e\&CenterDot;{\left(\frac{h}{w}\right)}^b$

其中，Δλ为平直度变化，h，w分别是轧件出口厚度和宽度，，k_c、k_e、a和b是模型参数，如果轧件宽厚比越大，则Δλ值越大，

比例凸度的变化与平直度的关系用下式表示：

$\mathrm{\&Delta;\&lambda;}=\mathrm{\&xi;}\&CenterDot;(\frac{c_h}{h}-\frac{C_H}{H})=\mathrm{\&xi;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;Cp}$

其中，ξ为板形转化系数，c_h和C_H是出口和入口的轧件凸度，H是轧件入口厚度；

④分析AGC方式对厚度的控制效果，如果控制效果非常小，则该道次采用APC来代替AGC方式，否则继续采用AGC方式进行控制，分析AGC方式对厚度的控制效果采用下式：

${\mathrm{\&Delta;S}}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}=-\frac{C}{K}{\mathrm{\&Delta;P}}_0\frac{K+M}{K+(1-C)M}$

${\mathrm{\&Delta;P}}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}={\mathrm{\&Delta;P}}_0\frac{K+M}{K+(1-C)M}$

${\mathrm{\&Delta;h}}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}={\mathrm{\&Delta;S}}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}+\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_{k(k\&RightArrow;\&infin;)}}{K}=(1-C)\frac{{\mathrm{\&Delta;P}}_0}{K}\frac{K+M}{K+(1-C)M}$

其中，ΔS_k是第k次调节后的辊缝采样值与AGC锁定辊缝值的差值；ΔP₀是干扰引起的初始轧制力波动；ΔP_k是第k次调节后的轧制力采样值与AGC锁定轧制力差值；Δh_k是第k次调节后的出口厚度偏差值；M是钢板塑性系数；K是轧机纵刚度；C是调节系数；

是初始轧制力波动引起的出口厚度偏差。

2、如权利要求1所述的轧制宽薄中厚板时抑制浪形的开环控制方法，其特征在于③中分析轧制力波动对平直度的影响，依据轧制过程的比例凸度C_p与轧制力F的关系式进行：

$\mathrm{Cp}=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;F+\mathrm{\&beta;}}{h}$

其中，α，β是模型系数，C_p是轧件出口比例凸度，

轧制力波动对比例凸度的影响为：

$\mathrm{\&Delta;Cp}=\frac{\mathrm{\&alpha;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;F}}{h}$

将上式公式代入公式 $\mathrm{\&Delta;\&lambda;}=\mathrm{\&xi;}\&CenterDot;(\frac{c_h}{h}-\frac{C_H}{H})=\mathrm{\&xi;}\&CenterDot;\mathrm{\&Delta;Cp}$ 计算出相应的平直度变化，判断该平直度变化是否超过允许变化范围，如果超出允许范围，则进入步骤④，否则采用AGC方式对本道次进行控制。

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