CN102716917B - 冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法：1）接收过程计算机实时传送的当前轧制中冷轧带卷的原始参数；2）计算板形有效测量段个数及其对应的板形目标曲线特征点坐标；3）输入弯辊手动调整系数，计算弯辊手动调整附加曲线；4）输入轧辊倾斜手动调整系数，计算轧辊倾斜手动调整附加曲线；5）输入边部手动调整系数和边部调整个数，计算边部手动调整附加曲线；6）将步骤3）-5）得到的附加曲线按照板形目标曲线特征点坐标x_i依次相加，得到自动满足内应力自相平衡条件的板形目标值手动调整附加曲线；7）将板形目标值手动调整附加曲线叠加到基本板形目标曲线上，得到手动调整补偿后的板形目标曲线。

Description

冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法

技术领域

本发明属于冷轧带钢板形控制技术领域，尤其涉及一种冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法。

背景技术

板形目标曲线是指在板形控制系统中可供操作者设定、选择和作为板形最终控制目标的一组曲线。通常情况下它可能是水平曲线，也可能是抛物线或者其高次曲线，在实质上反映了操作者所期望的轧后带材沿宽度方向上纵向参与应力的分布情况。在传统冷轧带钢板形控制概念中，通常认为只要消除带钢内部残余应力的不均匀分布，使其在线实测的张应力分布成为一条水平直线，则轧制后的板形就会良好。但是，在实际生产中这种板形目标曲线的设计原则已经被证明效果并不好。ABB公司的板形控制系统进一步发展了这一思想，将可供选择设定的板形目标曲线改进为具有更一般形式的板形标准曲线，使得板形控制具有更多的灵活性，因此，其方法具有重要的理论和实际意义。根据对国内引进的ABB板形控制系统的测试和跟踪分析的结果，可以看出其板形目标曲线在板形控制中主要有如下重要作用：1）补偿现场附加因素对板形信号的影响。在板带材的轧制过程中，存在多种因素对板形测量信号产生干扰，例如轧后带材温度的横向分布不均，测量辊的挠曲、设备安装和磨损产生的位置偏差以及卷取机对带材卷取的影响，都使得轧后带材的实际板形与轧制是在线实测的板形有一定的偏差。此时设定板形目标曲线的目的之一就是为了补偿这些因素的影响，实现最终成品板形非常平坦的目的。2）实现板凸度的控制。板带材的板凸度是衡量最终产品质量的重要指标。当来料与其他条件相同时，一定形式的板形目标曲线对应着一定形式的板凸度。根据板凸度的大小，采用相应的板形目标曲线进行轧制，不仅控制了带材的平直度，而且实现了板凸度的控制。3）满足轧制及后部工序对板形的要求。轧制过程本身对带材板形的要求是防止带材在线产生较大的翘曲变形。如果轧前波浪过大可能造成带材折叠进入辊缝；轧后波浪过大可能使得带材与测量辊之间不能有效接触，无法真实的实测张应力值。另一方面，在板带材生产过程中，轧制只是其中一个中间环节，而板形却是贯穿始终的重要指标因素，板形控制质量不仅要满足轧机及其成品对板形精度的要求，而且必须要考虑后部工序对板形的要求，如在罩式炉、连续退火炉中，既不希望有过大板形缺陷，也不希望有绝对平直的带材板形。根据后续加工的要求，生产中利用不同的板形目标曲线即可满足对带材板形的不同要求。同时，由于板形目标曲线实际上是理想的轧后带材参与内应力的分布曲线，因此需要满足在其横断面上的内应力自相平衡条件，即板形目标曲线上所有设定到对应的设置值之和为零。

另一方面，实际轧制生产过程复杂多变，理论设定的基本板形目标曲线不一定完全跟实际生产情况吻合，因此在生产过程中会由技术人员在板形控制系统操作员站对板形目标曲线进行一定的手动调整，以提高控制系统的灵活性。到目前位置，常用的手动调整附加曲线主要有：弯辊手动调整附加曲线、轧辊倾斜手动调整附加曲线和边部手动调整附加曲线。其中，弯辊手动调整附加曲线主要是为了消除出口带钢的中间浪或者双边浪缺陷，轧辊倾斜收到调整附加曲线主要是为了消除出口带钢的单边浪缺陷，而边部手动调整附加曲线主要是轧制薄带材时为了避免断带，人为使得轧后带材具有微双边浪式的板形应力分布，即所谓的松边轧制。实际生产中通常使用的弯辊手动调整附加曲线为：                                               ，这里为弯辊手动调整系数；为以带钢中心为坐标原点的各个测量段的坐标值，它具有正负号，以操作侧为负，传动侧为正；为操作侧带钢边部有效测量点的坐标值。而通常使用的轧辊倾斜手动调整附加曲线为：，式中为轧辊倾斜手动调整参数；边部手动调整附加曲线的设计方法则通常为直接对选定的靠近操作侧和传动侧的若干个测量区域的板形目标值进行修改。值得指出的是，这种板形目标曲线手动调整方法不能满足在带钢横断面上的内应力自相平衡条件，即。由理论推导和实践经验均表明，由上述已有手动调整计算方法得到的冷轧带钢板形目标曲线破坏了基本板形目标曲线的内应力自相平衡条件，而将此类方法得到的板形目标曲线应用到板形控制中会造成出口带钢板形控制效果变差的技术问题。因此，研发一种有效的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，是提高冷轧带钢板形控制质量的必要条件和现实需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，以解决带钢生产过程中由于冷轧带钢板形目标曲线设定不合理而造成出口带钢板形控制效果变差甚至发生断带事故的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）接收过程计算机实时传送的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，包括：冷轧带钢的宽度B、板形辊中间部分宽测量段个数n₁、宽测量段宽度值L₁、板形辊两端部分窄测量段个数n₂、窄测量段宽度值L₂；

2）根据接收的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，计算板形有效测量段个数N；其中判断测量段是否有效的标准为：当板形辊的测量段带钢覆盖率超过50%时才认为该测量段有效；

建立坐标轴，计算有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i；

3）输入弯辊手动调整系数A_{man_bend}后，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出弯辊手动调整附加曲线；

4）输入轧辊倾斜手动调整系数A_{man_tilt}后，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出轧辊倾斜手动调整附加曲线；

5）输入边部手动调整系数A_side和边部调整个数n，边部调整个数是指进行边部手动调整时修改的靠近操作侧或者靠近传动侧板形有效测量段个数，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出边部手动调整附加曲线；

6）将步骤3）-5）得到的手动调整附加曲线按照板形目标曲线特征点坐标x_i依次相加，得到自动满足内应力自相平衡条件的板形目标值手动调整附加曲线；

7）将板形目标值手动调整附加曲线叠加到基本板形目标曲线上，得到手动调整补偿后的板形目标曲线。

按上述方案，所述的步骤7）还包括：将手动调整补偿后的板形目标曲线显示在操作站上，由工艺人员确认后投入板形控制系统。

按上述方案，所述的步骤2）板形有效测量段个数N的数学计算公式为：

     （1），

式（1）中，表示取整函数；函数定义为：若x<0.5则，否则；

以带钢横向中心点为坐标原点，操作侧方向为负方向，传动侧方向为正方向建立带钢宽度方向上的坐标轴，计算得到的N个有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i(i=1,2,…,N)为：

，()，，()

,()，， ()。

按上述方案，所述的步骤3）的弯辊手动调整附加曲线公式为：

。

按上述方案，所述的步骤4）的轧辊倾斜手动调整附加曲线公式为：

。

按上述方案，所述的步骤5）的边部手动调整附加曲线公式为：

；

式中W_i为板形辊第i个有效测量段的实际宽度，若为宽测量段W_i值为L₁，若为窄测量段W_i值为L₂。

本发明的有益效果为：

1、将板形目标值手动调整附加曲线叠加到基本板形目标曲线上，得到手动调整补偿后的板形目标曲线，既能灵活实现轧制过程单边浪、中间浪、双边浪和松边轧制等控制功能，又能保证板形目标曲线设定时的内应力自相平衡条件，有利于控制系统的稳定。

2、本发明方法步骤简单、计算方便，完全满足现有板形自动控制系统的实时性要求。

3、通过采用本发明方法，可以保证板形目标曲线手动调整时自动满足带钢内应力自相平衡条件，切合带钢轧制生产过程客观规律，有效解决带钢生产过程中由于冷轧带钢板形目标曲线设定不合理而造成出口带钢板形控制效果变差甚至发生断带事故的技术问题，为显著提高冷轧带钢的板形控制水平提供有力保证。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明一个实施例中一组板形目标曲线特征点坐标分布图。

图3为本发明一个实施例中一组板形目标值手动调整附加曲线分布图。

图4为本发明一个实施例中一组基本板形目标曲线分布图。

图5为本发明一个实施例中一组手动调整补偿后的板形目标曲线分布图。

具体实施方式

图1为本发明的流程图，包括以下步骤：1）接收过程计算机实时传送的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，包括：冷轧带钢的宽度B、板形辊中间部分宽测量段个数n₁、宽测量段宽度值L₁、板形辊两端部分窄测量段个数n₂、窄测量段宽度值L₂；2）根据接收的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，计算板形有效测量段个数N；其中判断测量段是否有效的标准为：当板形辊的测量段带钢覆盖率超过50%时才认为该测量段有效；以带钢横向中心点为坐标原点，操作侧方向为负方向，传动侧方向为正方向建立带钢宽度方向上得坐标轴，计算有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i；3）输入弯辊手动调整系数后，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出弯辊手动调整附加曲线；4）输入轧辊倾斜手动调整系数后，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出轧辊倾斜手动调整附加曲线；5）输入边部手动调整系数和边部调整个数n，边部调整个数是指进行边部手动调整时修改的靠近操作侧或者靠近传动侧板形有效测量段个数，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出边部手动调整附加曲线；6）将步骤3）-5）得到的手动调整附加曲线按照板形目标曲线特征点坐标x_i依次相加，得到自动满足内应力自相平衡条件的板形目标值手动调整附加曲线；7）将板形目标值手动调整附加曲线叠加到基本板形目标曲线上，得到手动调整补偿后的板形目标曲线。

基于本发明的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法可用于四辊、六辊单机架或多机架冷连轧机组。以下以一台单机架六辊轧机为例，六辊轧机可轧制的产品包括普通板、高强钢、部分不锈钢和硅钢等。本实施例轧制的是中高牌号硅钢，机型为UCM轧机，板形控制手段包括轧辊倾斜、工作辊正负弯辊、中间辊正弯辊、中间辊窜辊以及乳化液分段冷却等。其中中间辊窜辊是根据带钢宽度进行预设定，调整原则是将中间辊辊身边缘与带钢边部对齐，亦可由操作方考虑添加一个修正量，调到位后保持位置不变；乳化液分段冷却具有较大的时间滞后特性。因而在线调节的板形控制手段主要有轧辊倾斜、工作辊正负弯辊、中间辊正弯辊三种，用于消除轧制过程中带钢的单边浪、中间浪和双边浪等板形缺陷。该机组的主要技术性能指标和设备参数为：

轧制速度：Max 900m/min，轧制压力：Max 18000KN，最大轧制力矩：140.3KN×m，卷取张力：Max 220KN，主电机功率：5500KW；

来料厚度范围：1.8~2.5mm，来料宽度范围：850~1350mm，轧后厚度范围：0.3mm~1.0mm；

工作辊直径：290~340mm，工作辊身长：1400mm，中间辊直径：440~500mm，中间辊身长：1640mm，支撑辊直径：1150~1250mm，支撑辊身长：1400mm；

每侧工作辊弯辊力：-280~350KN，每侧中间辊弯辊力：0~500KN，中间辊轴向横移量：-120~120mm，辅助液压系统压力：14MPa， 平衡弯辊系统压力：28MPa，压下系统压力：28MPa。

板形辊(通常为接触式板形仪)采用瑞典的ABB公司板形辊，该板形辊辊径313mm，由实心钢轴组成，沿宽度方向每隔52mm或26mm被分成一个测量区域，每个测量区域内沿轴向在测量辊的四周均匀分布着四个沟槽以放置磁弹性力传感器，传感器的外面被钢环所包裹。本实例中产品规格(厚度×宽度)为：0.30mm×1250mm，板形辊中间14个测量区段宽度为52mm，其余靠近传动侧和操作侧各12个测量区段宽度为26mm，板形辊全长1352mm。

另外，本实施例中测量辊PCM单元通过TCP/IP连接同板形计算机进行数据通讯，而操作站HMI与板形计算机、过程计算机与板形计算机之间也是通过TCP/IP连接交换数据。

基于图1，本实施例进行冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算的具体计算流程为：

1）接收过程计算机实时传送的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，本实施例中包括：冷轧带钢的宽度B=1250mm, 板形辊中间部分宽测量段个数n₁=14及宽测量段宽度值L₁=52mm，板形辊两端部分窄测量段个数n₂=24及窄测量段宽度值L₂=26mm。

2）计算有效测量段个数N和板形目标曲线特征点坐标x_i (i=1,2,…,N)。由于，所以本实施例中板形有效测量段个数N的数学计算公式为：

            （1），

式（1）中，表示取整函数，例如本实施例中；函数定义为：若x<0.5则，否则，即只有当板形仪两端测量段带钢覆盖率超过50%时才认为该测量段有效，已经计算规则本实施例中。

于是，依据本实施例中板形仪测量段实际布置情况，由板形仪操作侧到传动侧，依次有个窄测量段、个宽测量段、个窄测量段被带钢有效覆盖。

以带钢横向中心点为坐标原点，操作侧方向为负方向，传动侧方向为正方向建立带钢宽度方向上得坐标轴。然后计算N=34个有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i (i=1,2,…,34)：

，()，，()，

,()，， ()。

图2中给出了本实施例中计算得到的34个板形目标曲线特征点坐标分布图。

3）本实施例中，在手动调整未投入前，轧机出口带钢呈现一定程度的双边浪，操作员在操作站输入弯辊手动调整系数后，自动计算出弯辊手动调整附加曲线：

。

4）本实施例中，在手动调整未投入前，轧机出口带钢呈现轻微的右边浪，操作员在操作站输入轧辊倾斜手动调整系数后，自动计算出轧辊倾斜手动调整附加曲线：

。

5）本实施例中，由于大张力轧制并且带材属于薄带材，容易发生断带事故，因此人为使得轧后带材具有微双边浪式的板形应力分布，即所谓的松边轧制。操作员在操作站输入边部手动调整系数和边部调整个数n=3，这里边部调整个数是指进行边部手动调整时修改的靠近操作侧或者靠近传动侧板形有效测量段个数，也就是说边部手动调整为靠近操作侧的3个有效测量段和靠近传动侧的3个有效测量段。自动计算出边部手动调整附加曲线：

式中W_i为板形辊第i个有效测量段的实际宽度，本实施例中有W_i=26mm(1≤i≤10和25≤i≤34)，W_i=52mm(11≤i≤24)。

6）将步骤3）-5）得到手动调整附加曲线按照坐标x_i依次相加，得到自动满足内应力自相平衡条件的板形目标值手动调整附加曲线：

。

图3给出了本实施例中所计算得到的一组板形目标值手动调整附加曲线分布图。

7）将板形目标值手动调整附加曲线叠加到基本板形目标曲线上，得到手动调整补偿后的板形目标曲线并将其显示在操作站HMI上，由工艺人员确认后投入板形控制系统，完成冷轧带钢板形闭环控制功能。

图4给出了本实施例中由过程计算机给出的基于理论设定的基本板形目标曲线分布图，由图4可以看出，基本板形目标曲线在两端张力值较大，容易引起大张力轧制条件下的断带事故发生。与此同时由于实际轧制生产过程复杂多变，理论设定的基本板形目标曲线不一定完全跟实际生产情况吻合，因此在生产过程中会由技术人员在板形控制系统操作员站对板形目标曲线进行一定的手动调整，以提高控制系统的灵活性。在本实施例中，图4给出了板形控制系统使用的基本板形目标曲线。由于理论计算跟轧机实际工况之间存在的差别，生产出的冷轧带钢产品板形并不理想，常常伴随有双边浪和轻微右边浪板形缺陷发生；此外，本实施例属于大张力轧制并且出口板形厚度只有0.30mm，更不利的是，图4给出的基本板形曲线的带钢宽度方向上两端张力又比中间部分高，因而容易诱使轧机发生断带事故。

为了解决上述问题，采用本发明提出的一种冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，利用弯辊手动调整附加曲线消除出口带钢板形的双边浪缺陷，利用轧辊倾斜手动调整附加曲线消除出口带钢板形的右边浪板形缺陷，利用边部手动调整附加曲线实现防止断带事故发生的松边轧制功能，与此同时，可以自动保证板形目标曲线手动调整时自动满足带钢内应力自相平衡条件，切合带钢轧制生产过程客观规律。

图5给出了本实施例中计算得到的一组板形目标值手动调整附加曲线（即图3）和基于理论设定的基本板形目标曲线（即图4）叠加到一起得到的手动调整补偿后的板形目标曲线。在将图5得到的板形目标曲线投入本实施例中板形控制系统之后，有效消除了原有出口带钢的双边浪和轻微右边浪板形缺陷，并且带钢两端张力适当减少之后也避免了轧制过程中断带等恶性事故发生。总之，本发明方法能够有效解决带钢生产过程中由于冷轧带钢板形目标曲线设定不合理而造成出口带钢板形控制效果变差甚至发生断带事故的技术问题，为显著提高冷轧带钢的板形控制水平提供有力保证。

以上实施例仅用于说明本发明的计算思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）接收过程计算机实时传送的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，包括：冷轧带钢的宽度B、板形辊中间部分宽测量段个数n₁、宽测量段宽度值L₁、板形辊两端部分窄测量段个数n₂、窄测量段宽度值L₂；

2）根据接收的当前轧制中冷轧带卷的原始参数，计算板形有效测量段个数N；其中判断测量段是否有效的标准为：当板形辊的测量段带钢覆盖率超过50%时才认为该测量段有效；

建立坐标轴，计算有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i；

3）输入弯辊手动调整系数                                               后，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出弯辊手动调整附加曲线；

4）输入轧辊倾斜手动调整系数后，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出轧辊倾斜手动调整附加曲线；

5）输入边部手动调整系数和边部调整个数n，边部调整个数是指进行边部手动调整时修改的靠近操作侧或者靠近传动侧板形有效测量段个数，根据有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i，自动计算出边部手动调整附加曲线；

6）将步骤3）-5）得到的手动调整附加曲线按照板形目标曲线特征点坐标x_i依次相加，得到自动满足内应力自相平衡条件的板形目标值手动调整附加曲线；

7）将板形目标值手动调整附加曲线叠加到基本板形目标曲线上，得到手动调整补偿后的板形目标曲线。

2.根据权利要求1所述的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：所述的步骤7）还包括：将手动调整补偿后的板形目标曲线显示在操作站上，由工艺人员确认后投入板形控制系统。

3.根据权利要求1或2所述的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：所述的步骤2）板形有效测量段个数N的数学计算公式为：

 （1），

式（1）中，表示取整函数；函数定义为：若x<0.5则，否则；

以带钢横向中心点为坐标原点，操作侧方向为负方向，传动侧方向为正方向建立带钢宽度方向上的坐标轴，计算得到的N个有效测量段对应的板形目标曲线特征点坐标x_i(i=1,2,…,N)为：

，()，，()

,()，， ()。

4.根据权利要求1或2所述的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：所述的步骤3）的弯辊手动调整附加曲线公式为：

。

5.根据权利要求1或2所述的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：所述的步骤4）的轧辊倾斜手动调整附加曲线公式为：

。

6.根据权利要求1或2所述的冷轧带钢板形目标曲线手动调整计算方法，其特征在于：所述的步骤5）的边部手动调整附加曲线公式为：

；

式中W_i为板形辊第i个有效测量段的实际宽度，若为宽测量段W_i值为L₁，若为窄测量段W_i值为L₂。