CN112958633B - 基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法，属于板带轧制技术领域。该方法首先根据各轧机两侧的刚度计算各机架的基底辊缝值S_i0，然后根据历史跑偏数据计算各机架的跑偏调控功效系数K_i，进行中间坯跑偏曲线处理，计算中间坯镰刀弯改变量△L_i，确定需要控制中间坯镰刀弯头部弯曲量L值，根据镰刀弯头部弯曲量得到第i机架的单侧辊缝调节量△S_i，最后计算各机架辊缝预摆值S_i，并传输给压下系统进行执行。本发明方法可以消除中间坯镰刀弯头部对精轧的跑偏影响。

Description

基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法

技术领域

本发明涉及板带轧制技术领域，特别是指一种基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法。

背景技术

热轧带钢是重要的钢铁产品，热连轧是热轧带钢生产的主要方式之一。图1示意了一种热轧带钢的热连轧生产线。如图1所示，该热连轧生产线主要包括加热炉、粗轧机、精轧机、层流冷却装置以及卷取机，其中精轧机包括若干精轧机架，该热连轧生产线中，精轧机包括精轧机架F1-F7。该热连轧生产线的生产工艺是：首先坯料经加热炉板坯加热，其次经高压水除磷，之后经粗轧机进行粗轧，然后切头切尾，再经精轧机精轧，之后经层流冷却装置进行层流冷却，最后由卷取机进行卷取获得热轧带钢成品。

带钢热连轧生产过程往往伴随着带钢跑偏现象的发生。在连轧的中间过程中，由于有张力调节系统以及对中系统对板带的约束作用，板带跑偏得到限制，跑偏现象很少发生，而在头部和尾部的轧制过程中，板带在未完全进入和脱离机架前，由于缺少部分张力的约束，跑偏趋势突然变得严重，跑偏量急剧增大，所形成明显的侧弯和蛇形弯。不同于其他部分可以在轧制过程中通过测量设备进行反馈调节，带钢运行的速度很快，因此其头部的跑偏只能通过辊缝的预设定进行控制。这种头部跑偏现象的存在，不仅对后续精轧及终轧精度的控制和稳定性都有较大危害，严重时甚至会造成堆钢事故，同时还会因为撞击轧制设备，导致轧机损坏、工作辊轴向磨损不均等设备故障问题，严重影响生产效率，造成企业的经济损失。因而对于带钢头部跑偏现象的控制对于提高产品质量、降低生产成本具有重要的意义。

镰刀弯问题源于非对称轧制，即轧机入口与出口板坯比例楔形不相等。造成非对称轧制的因素众多，主要包括轧件、轧机和轧制对中性三方面。轧件方面的因素包括板坯来料的镰刀弯、楔形度和温度均匀性。对于板坯来料的温度均匀性导致的非对称轧制问题，专利JP62197209A、JP06007818A公开了一种基于温度检测的镰刀弯和跑偏控制方法，是通过在轧机入口安装温度检测装置，测量板坯横向温度差，由此得到轧机两侧轧制力偏差和辊缝偏差，并对轧机两侧辊缝进行补偿，从而实现镰刀弯和跑偏控制。但该方法对于板坯来料的镰刀弯和楔形度导致的跑偏和镰刀弯无法控制。专利CN10698452A公开了一种基于镰刀弯控制精轧机架跑偏的方法，是通过粗轧机出口测宽仪数据，计算中间坯的镰刀弯，根据中间坯镰刀弯情况，对轧机两侧辊缝进行补偿，从而实现镰刀弯和跑偏的控制。但该方法没有考虑轧机自身的非对称因素。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法，该方法可解决由于粗轧中间坯镰刀弯头部过大而影响精轧轧制稳定性的问题，减少跑偏废钢，提高热轧带钢产品板形质量。

该方法首先根据各轧机两侧的刚度计算各机架的基底辊缝值S_i0，然后根据历史跑偏数据计算各机架的跑偏调控功效系数K_i，进行中间坯跑偏曲线处理，计算中间坯镰刀弯改变量△L_i，确定需要控制中间坯镰刀弯头部弯曲量L值，根据镰刀弯头部弯曲量得到第i机架的单侧辊缝调节量△S_i，最后计算各机架辊缝预摆值S_i。

具体包括步骤如下：

(1)根据各轧机两侧的刚度计算各机架的基底辊缝值S_i0；

(2)中间坯跑偏曲线处理，计算中间坯镰刀弯改变量△L_i；

(3)根据历史跑偏数据计算各机架的跑偏调控功效系数K_i；

(4)确定需要控制中间坯镰刀弯头部弯曲量L值；

(5)根据镰刀弯头部弯曲量得到第i机架的单侧辊缝调节量△S_i；

(6)计算各机架辊缝预摆值S_i：S_i＝S_i0+ΔS_i传输给压下系统进行执行。

其中，步骤(1)中各机架的基底辊缝值S_i0的计算公式如下：

式中：S_i0为基底辊缝值，其单位为mm；P_i0为第i机架标定轧制力，其单位为kN；P_i为第i机架实际轧制力，其单位为kN；K_di为第i机架轧机传动侧刚度，其单位为kN/mm；K_oi为第i机架轧机操作侧刚度，其单位为kN/mm。

步骤(2)中具体步骤为：

(1)计算R2轧机出口镰刀弯头部弯曲量；以中间坯长度范围为W的位置定义为镰刀弯头部，根据粗轧镰刀弯的中心线曲线，读取镰刀弯头部曲线上前两个最值

和

由

得到镰刀弯头部弯曲量L₀，其中W的取值范围为0.5％-12％。

(2)计算镰刀弯头部通过F1-F3机架的时间T_i，

式中l为中间坯长度，其单位为mm，H为R2轧机出口带钢厚度，其单位为mm；h_i为第i机架出口带钢厚度，其单位为mm；V_i为第i机架轧机设定速度，其单位为m/s；

(3)计算F1-F3机架出口镰刀弯头部弯曲量Li；将F1-F3检测到带钢时刻记为T_i0，读取机架间检测跑偏数据在[T_i0，T_i0+T_i]内曲线上前两个极值

和

由

得到镰刀弯头部在各机架的弯曲量L_i，其中，i＝1,2,3；

(4)计算各机架的镰刀弯头部改变量△L_i：

式中，L_i为第i机架镰刀弯头部弯曲量，其单位为mm；h_i-1为第i机架前1机架出口带钢的设定厚度，其单位为mm。

步骤(3)中各机架的跑偏调控功效系数K_i的计算公式如下：

式中K_i为第i机架的跑偏调控系数，其为无量纲；S_i为第i机架的辊缝预摆值，其单位为mm。

步骤(4)中以中间坯长度为基准将长度范围为X的位置的跑偏平均值C1为基准，读取在所述控制范围内的镰刀弯曲线的第一个极值C2，C2减去C1得到R2轧机出口镰刀弯头部弯曲量L值，L的单位为mm，其中，X的取值范围为13％-88％。

步骤(5)中具体步骤为：

S51：将R2轧机出口镰刀弯头部弯曲量与整体设定的调节量阈值Y₀进行比较，如果镰刀弯头部弯曲量L₀位于整体设定的调节量阈值Y₀内，则△S₁＝△S_2＝△S₃＝0；如果镰刀弯头部弯曲量超过整体设定的调节量阈值，则进行步骤S52；

S52：计算F1机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F1机架的辊缝调整量△S₁：

其中，H为R2轧机出口带钢厚度，单位为mm；h₁为F1机架出口带钢厚度，单位为mm；K₁为F1机架的跑偏调控功效系数；

将F1机架计算的辊缝调整量△S₁与设定的F1机架调整阈值Y₁进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₁位于设定的F1机架调整阈值Y₁内,则

ΔS₂＝ΔS₃＝0；如果计算的辊缝调整量△S₁超过设定的F1机架调整阈值Y₁，ΔS₁＝±0.1,并进行步骤S53；

S53：计算F2机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F3机架的辊缝调整量△S₂：

其中，h₂为F2机架出口带钢厚度，单位为mm；K₂为F2机架的跑偏调控功效系数；

将F2机架计算的辊缝调整量△S₂与设定的F2机架调整阈值Y₂进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₂位于设定的F2机架调整阈值Y₂内,则

ΔS₃＝0；如果计算的辊缝调整量△S₂超过设定的F2机架调整阈值Y₂，ΔS₂＝±0.06,并进行步骤S54；

S54：计算F3机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F3机架的辊缝调整量△S₃：

h₃为F3机架出口带钢厚度，单位为mm；K₃为F3机架的跑偏调控功效系数；

将F3机架计算的辊缝调整量△S₃与设定的F3机架调整阈值Y₃进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₃位于设定的F3机架调整阈值Y₃内,则

如果计算的辊缝调整量△S₃超过设定的F3机架调整阈值Y₃，ΔS₃＝±0.02。

Y₀的取值范围为[-5,5]mm，Y₁的取值范围为[-0.1,0.1]mm，Y₂的取值范围为[-0.06,0.06]mm，Y₃的取值范围为[-0.02,0.02]mm。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，可根据中间坯来料头部的镰刀弯情况进行预摆辊缝控制，可以有效减少粗轧镰刀弯头部对精轧跑偏的影响，提高轧制稳定性；由于本发明考虑轧机两侧刚度差的影响，消除了轧机的非对称因素对跑偏的影响，提高了模型的控制精度。

附图说明

图1为现有一种热轧带钢的热连轧生产线的结构示意图；

图2为本发明所述的根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架进行跑偏预控制的方法在一种实施方式下所应用的控制系统示意图；

图3为本发明所述的根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架进行跑偏预控制的方法在一种实施方式下所应用的控制流程示意图；

图4为本发明所述的根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架进行跑偏预控制的方法在一种实施方式下的中间坯对中数据曲线。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法。

本方法首先根据各轧机两侧的刚度计算各机架的基底辊缝值S_i0，然后根据历史跑偏数据计算各机架的跑偏调控功效系数K_i，中间坯跑偏曲线处理，计算中间坯镰刀弯改变量△L_i，确定需要控制中间坯镰刀弯头部弯曲量L值，根据镰刀弯头部弯曲量得到第i机架的单侧辊缝调节量△S_i，最后计算各机架辊缝预摆值S_i。

本发明的整体构思是考虑到中间坯镰刀弯头部对精轧跑偏的影响因素主要集中在两方面：一是镰刀弯头部的来料因素，包括来料的钢种、宽度、厚度、镰刀弯头部弯曲。二是轧机的基底辊缝选取，主要是不同辊期内轧机刚度对基底辊缝和镰刀弯的影响。针对镰刀弯头部的情况，根据现场的轧制经验，对跑偏调控效果最明显的为前三个机架，因为此时中间坯尚未完全建张，易于对中，且轧制前期的带钢厚度较大，楔形相对较小，头部跑偏易于控制，因此只考虑前三个机架对镰刀弯的头部进行预摆调平控制。

下面结合具体实施例予以说明。

实施例A1-A2

图2示意了实施例A1-A2根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架进行跑偏预控制的方法在一种实施方式下所应用的控制系统，图3示意了实施例实施例A1-A2根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架进行跑偏预控制的方法在一种实施方式下所应用的流程。

如图3所示，实施例A1-A2的根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架进行跑偏预控制的方法的具体步骤如下：

S1.根据各轧机两侧的刚度计算各机架的基底辊缝值S'_i0；所述的步骤S1后进一步包括:根据以下公式计算各机架的基底辊缝值S_i0：

式中：S_i0为基底辊缝，其单位为mm；P_i0为第i机架标定轧制力，其单位为kN；P_i为第i机架实际轧制力，其单位为kN；K_di为第i机架轧机传动侧刚度，其单位为kN/mm；K_oi为第i机架轧机操作侧刚度，其单位为kN/mm；

S2.中间坯跑偏曲线处理，计算中间坯镰刀弯改变量△L_i；所述的步骤S2还具有步骤：

(1)计算R2出口镰刀弯头部弯曲量；以中间坯长度范围为W的位置定义为镰刀弯头部，根据粗轧镰刀弯的中心线曲线，读取镰刀弯头部曲线上前两个最值

和

得打镰刀弯头部弯曲量L₀,

(2)计算镰刀弯头部通过F1-F3机架的时间T_i，

式中l为中间坯长度，其单位为mm，H为R2出口带钢厚度，其单位为mm；h_i为第i机架出口带钢厚度，其单位为mm；V_i为第i机架轧机设定速度，其单位为m/s；

(3)计算F1-F3机架出口镰刀弯头部弯曲量L_i；将F1-F3咬钢时刻记为T_i0，读取机架间检测跑偏数据在[T_i0,T_i0+T_i]内曲线上前两个极值

和

得打镰刀弯头部在各机架的弯曲量L；

(4)根据以下公式各机架的镰刀弯头部改变量△L_i：

式中，L_i为第i机架镰刀弯头部弯曲量，其单位为mm；h_i-1为第i机架前1机架出口带钢的设定厚度，其单位为mm；

S3.根据历史跑偏数据计算各机架的跑偏调控功效系数K_i；所述的步骤S3后进一步包括:根据以下公式各机架的跑偏调控功效系数K_i：

式中K_i为第i机架的跑偏调控系数，其为无量纲；S_i为第i机架的辊缝预摆值，其单位为mm；

S4.确定需要控制中间坯镰刀弯头部弯曲量L值:以中间坯长度为基准将长度范围为X的位置的跑偏平均值C1为基准，在所述控制范围内的镰刀弯曲线的第一个极值C2，C2减去C1得到R2出口镰刀弯头部弯曲L值，L的单位为mm；

S5.根据镰刀弯头部弯曲量得到第i机架的单侧辊缝调节量△S_i；所述的步骤S5还具有步骤：

(1)将R2出口镰刀弯头部弯曲量与整体设定的跑偏调节量阈值Y₀进行比较，如果镰刀弯头部弯曲量L₀位于整体设定的调节量阈值Y₀内，则△S₁＝△S₂＝△S₃＝0；如果镰刀弯头部弯曲量超过整体设定的调节量阈值，则进行步骤(2)；

(2)计算F1机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F1机架的辊缝调整量△S₁：

将F1机架计算的辊缝调整量△S₁与设定的F1机架调整阈值Y₁进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₁位于设定的F1机架调整阈值Y₁内,则

ΔS₂＝ΔS₃＝0；如果计算的辊缝调整量△S₁超过设定的F1机架调整阈值Y₁，ΔS₁＝±0.1,并进行步骤(3)；

(3)计算F2机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F1机架的辊缝调整量△S₂：

将F2机架计算的辊缝调整量△S₂与设定的F2机架调整阈值Y₂进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₂位于设定的F2机架调整阈值Y₂内,则

ΔS₃＝0；如果计算的辊缝调整量△S₂超过设定的F2机架调整阈值Y₂，ΔS₂＝±0.06,并进行步骤(4)；

(4)计算F3机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F3机架的辊缝调整量△S₃：

将F3机架计算的辊缝调整量△S₃与设定的F3机架调整阈值Y₃进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₃位于设定的F3机架调整阈值Y₃内,则

如果计算的辊缝调整量△S₃超过设定的F3机架调整阈值Y₃，ΔS₃＝±0.02；

S6.计算各机架辊缝预摆值S_i：S_i＝S_i0+ΔS_i传输给压下系统进行执行。

表1列出了实施例A1的根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架预控方法的具体工艺参数。在实施例A1中，由测宽仪检测的R2出口镰刀弯中心线数据如图4所示，横坐标为中间坯的长度方向，中间坯长度为基准将长度范围为13％-88％的位置的跑偏平均值C1＝-19.8mm，在所述控制范围内的镰刀弯曲线的第一个极值C2＝28.9mm,计算出的L值为48.7mm。

表1

	机架F1	机架F2	机架F3
				中间坯镰刀弯头部L值(mm)	48.7	48.7	48.7
轧机标定轧制力P<sub>0</sub>(kN)	1500	1500	1500
				轧机实际轧制力P(kN)	20110	19637	18365
轧机传动侧刚度K<sub>d</sub>(kN/mm)	2573	3290	1957
				轧机操作侧刚度K<sub>o</sub>(kN/mm)	2386	3411	1828
基底辊缝值S<sub>i0</sub>(mm)	0.28	-0.10	0.30
				中间坯厚度H(mm)	38	38	38
中间坯宽度(mm)	1200	1200	1200
				中间坯钢种
出口带钢厚度h<sub>i</sub>(mm)	20.5	10.22	6.12
				跑偏调控功效系数K<sub>i</sub>	0.43	0.21	0.10
调节量阈值Y<sub>i</sub>(mm)	0.1	0.06	0.02
				辊缝调整量△S<sub>i</sub>(mm)	-0.08	-0.04	0
辊缝预摆值S<sub>i</sub>(mm)	0.20	-0.14	0.30

表2列出了实施例A2的根据中间坯镰刀弯头部对精轧机架预控方法的具体工艺参数。在实施例A2中，中间坯长度为基准将长度范围为13％-88％的位置的跑偏平均值C1＝10.8mm，在所述控制范围内的镰刀弯曲线的第一个极值C2＝-49.5mm,计算出的L值为-60.3mm。

表2.

上述事例A1和A2只给出了一个L值的计算情况，对于根据步骤S4得到的不同的L值，只需带入步骤S5即可以计算相应L值的机架F1-F3的预摆辊缝调节量△S_i。实施例A1和A2在实际应用中收到了良好的效果，能够减少精轧跑偏，轧破甩尾和废钢，提高热轧轧制的稳定性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法，其特征在于：包括步骤如下：

(1)根据各轧机两侧的刚度计算各机架的基底辊缝值S_i0；

(2)进行中间坯跑偏曲线处理，计算中间坯镰刀弯改变量△L_i；

(3)根据历史跑偏数据计算各机架的跑偏调控功效系数K_i；

(4)确定需要控制中间坯镰刀弯头部弯曲量L值；

(5)根据镰刀弯头部弯曲量得到第i机架的单侧辊缝调节量△S_i；

(6)计算各机架辊缝预摆值S_i：S_i＝S_i0+ΔS_i传输给压下系统进行执行；

所述步骤(1)中各机架的基底辊缝值S_i0的计算公式如下：

式中：S_i0为基底辊缝值，单位为mm；P_i0为第i机架标定轧制力，单位为kN；P_i为第i机架实际轧制力，单位为kN；K_di为第i机架轧机传动侧刚度，单位为kN/mm；K_oi为第i机架轧机操作侧刚度，单位为kN/mm；

所述步骤(2)中具体步骤为：

(1)计算R2轧机出口镰刀弯头部弯曲量；以中间坯长度范围为W的位置定义为镰刀弯头部，根据粗轧镰刀弯的中心线曲线，读取镰刀弯头部曲线上前两个最值

和

由

得到镰刀弯头部弯曲量L₀，其中W的取值范围为0.5％-12％；

(2)计算镰刀弯头部通过F1-F3机架的时间T_i，

式中，l为中间坯长度，单位为mm，H为R2轧机出口带钢厚度，单位为mm；h_i为第i机架出口带钢厚度，单位为mm；V_i为第i机架轧机设定速度，单位为m/s；

(3)计算F1-F3机架出口镰刀弯头部弯曲量L_i：将F1-F3检测到带钢时刻记为T_i0，读取机架间检测跑偏数据在[T_i0，T_i0+T_i]内曲线上前两个极值

和

由

得到镰刀弯头部在各机架的弯曲量L_i，其中，i＝1,2,3；

(4)计算各机架的镰刀弯头部改变量△L_i：

式中，L_i为第i机架镰刀弯头部弯曲量，单位为mm；h_i-1为第i机架前1机架出口带钢的设定厚度，单位为mm；

所述步骤(3)中各机架的跑偏调控功效系数K_i的计算公式如下：

式中，K_i为第i机架的跑偏调控系数，无量纲；S_i为第i机架的辊缝预摆值，单位为mm；

所述步骤(4)中以中间坯长度为基准将长度范围为X的位置的跑偏平均值C1为基准，读取镰刀弯曲线的第一个极值C2，C2减去C1得到R2轧机出口镰刀弯头部弯曲量L值，L的单位为mm，其中X的取值范围为13％-88％；

所述步骤(5)中具体步骤为：

S51：将R2轧机出口镰刀弯头部弯曲量与整体设定的调节量阈值Y₀进行比较，如果镰刀弯头部弯曲量L₀位于整体设定的调节量阈值Y₀内，则△S₁＝△S₂＝△S₃＝0；如果镰刀弯头部弯曲量超过整体设定的调节量阈值，则进行步骤S52；

S52：计算F1机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F1机架的辊缝调整量△S₁：

其中，H为R2轧机出口带钢厚度，单位为mm；h₁为F1机架出口带钢厚度，单位为mm；K₁为F1机架的跑偏调控功效系数；

将F1机架计算的辊缝调整量△S₁与设定的F1机架调整阈值Y₁进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₁位于设定的F1机架调整阈值Y₁内,则

ΔS₂＝ΔS₃＝0；如果计算的辊缝调整量△S₁超过设定的F1机架调整阈值Y₁，ΔS₁＝±0.1,并进行步骤S53；

S53：计算F2机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F2机架的辊缝调整量△S₂：

其中，h₂为F2机架出口带钢厚度，单位为mm；K₂为F2机架的跑偏调控功效系数；

将F2机架计算的辊缝调整量△S₂与设定的F2机架调整阈值Y₂进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₂位于设定的F2机架调整阈值Y₂内,则

ΔS₃＝0；如果计算的辊缝调整量△S₂超过设定的F2机架调整阈值Y₂，ΔS₂＝±0.06,并进行步骤S54；

S54：计算F3机架的辊缝调整量，根据以下公式计算F3机架的辊缝调整量△S₃：

h₃为F3机架出口带钢厚度，单位为mm；K₃为F3机架的跑偏调控功效系数；

将F3机架计算的辊缝调整量△S₃与设定的F3机架调整阈值Y₃进行比较，如果计算的辊缝调整量△S₃位于设定的F3机架调整阈值Y₃内,则

如果计算的辊缝调整量△S₃超过设定的F3机架调整阈值Y₃，ΔS₃＝±0.02。

2.根据权利要求1所述的基于来料镰刀弯的精轧带钢头部预摆调平控制方法，其特征在于：所述Y₀的取值范围为[-5,5]mm，Y₁的取值范围为[-0.1,0.1]mm，Y₂的取值范围为[-0.06,0.06]mm，Y₃的取值范围为[-0.02,0.02]mm。

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