CN102886383B - 一种冷轧带钢机械性能在线控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，克服目前常规采用的通过抽检取样、离线分析测试、在线调整生产工艺或材料成份监控带钢机械性能的方法的不足，降低带钢机械性能波动，本发明提出了一种在冷轧带钢连续热镀锌机组或连续退火机组上，通过在线检测带钢的机械性能，并且根据机械性能检测值与目标值之间的偏差值对平整延伸率、退火加热温度或退火冷却速度等生产工艺参数进行实时调整，实现对带钢机械性能进行在线控制的方法，可以提高冷轧带钢机械性能的控制精度，更好地满足下游用户的要求。

Description

一种冷轧带钢机械性能在线控制方法

技术领域

本发明涉及带钢冷轧技术领域，具体地，涉及一种冷轧带钢机械性能控制方法，更具体地，涉及一种冷轧带钢机械性能在线控制方法。

背景技术

冷轧带钢具有表面光洁、平整、尺寸精度高和机械性能好等优点，产品大多成卷，并且有很大一部分经加工成涂层钢板出厂。成卷冷轧薄板生产效率高，使用方便,有利于后续加工。因此应用广泛,已逐渐取代同样厚度的热叠轧薄板。其中，对于钢厂而言，对带钢机械性能参数(如屈服强度、抗拉强度、断裂延伸率以及硬度等)的技术要求通常被认为是非常重要的。向下游用户提供具有合格机械性能指标的带钢是钢厂提高其市场竞争力的前提条件之一。

目前，在冷轧带钢生产实践中，对带钢机械性能进行监控的通常方式是，在相关的冷轧后处理机组出口(如连续退火机组、连续热镀锌机组或平整机组等)，对带钢进行抽检取样，然后在分析测试实验室对样板进行离线测试获取带钢的机械性能参数，并与下游用户的技术要求进行比较。如果带钢机械性能不满足下游用户的要求，则在后续生产计划中对同类带钢的生产工艺参数、或材料合金元素成份等进行必要调整。然后再抽检取样、离线分析测试、在线调整工艺参数或材料成份等，直到带钢的机械性能完全满足下游用户要求为止。

然而，这种离线检测具有如下不足：

1、时间滞后性。通过离线检测所获得的机械性能参数只能够有限地用于指导生产工艺调整或材料成份调整，并且需要将带钢从生产线上取下，然后进行具体性能的检测，无法对生产线上的带钢进行立即检测；

2、非连续性。传统的离线检测手段一般情况下只能对成卷带钢的头部或尾进行取样检测，并不能保证带钢在整卷长度方向上各处的机械性能指标都是在要求的范围之内。

发明内容

为解决上述存在的离线检测冷轧带钢机械性能带来的不足，降低带钢机械性能波动，本发明的目的在于提供一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，所述在线控制方法通过在线检测带钢的机械性能，并且根据机械性能检测值与目标值之间的偏差值对相关生产工艺参数(如平整延伸率ε、退火加热温度T或退火冷却速度V等)进行实时调整，从而实现对冷轧带钢机械性能的在线自动闭环控制，以提高冷轧带钢机械性能的控制精度，更好地满足下游用户的要求。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，所述冷轧带钢机械性能控制设备包括依次顺序连接的连续退火炉3、平整机4和机械性能检测仪5，其特征在于，所述在线控制方法包括如下步骤：

(1)、将机械性能检测仪5检测到的带钢机械性能m的实测值m_act与所述带钢机械性能的目标值m_ref作差，得出所述带钢机械性能的偏差值△m，即：

△m＝m_act-m_ref

(2)、确定带钢平整张力调节量：

根据步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值△m，分别确定平整入口张力调节量△T₀和平整出口张力调节量△T₁；

(3)、确定带钢平整轧制力调节量：

根据步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值△m，确定带钢平整轧制力调节量△P；

(4)、确定带钢退火冷却速度调节量△V或退火加热温度调节量△T：

根据步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值△m，确定退火冷却速度调节量△V或退火加热温度调节量△T；

(5)、确定带钢平整张力调节量或平整轧制力调节量是否输出，步骤如下：

(5a)、将步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值的绝对值|△m|与所述带钢机械性能相应的闭环控制阈值△m_lim作比较，其中△m_lim>0；

其中，当|△m|≥△m_lim，且带钢厚度h≤带钢厚度上限值h₀时，转到步骤(2)调整带钢平整张力；当|△m|≥△m_lim，且h>h₀时，转到步骤(3)调整带钢平整轧制力；当|△m|<△m_lim时，无需调整带钢的平整张力或平整轧制力；

(5b)、步骤(2)中平整张力调节量是否输出的确定：

根据带钢平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整入口张力调节量△T₀、平整出口张力调节量△T₁的大小，确定△T₀、△T₁的输出：

当ε_act≥ε_upp，且△T₀>0、△T₁>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且△T₀<0、△T₁<0时，转至步骤(4)；否则，输出△T₀、△T₁，转至步骤(2)，继续调整带钢的平整张力；

(5c)、步骤(3)中平整轧制力调节量输出的确定：

根据平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整轧制力调节量△P的大小，确定△P的输出：

当ε_act≥ε_upp，且△P>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且△P<0时，转至步骤(4)；否则，输出△P，转至步骤(3)，继续调整带钢的平整轧制力；

(6)、通过调整退火冷却速度V或退火加热温度T控制带钢机械性能，步骤如下：

(6a)、在步骤(4)中，如果带钢机械性能偏差值△m为带钢抗拉强度偏差值，则调整退火冷却速度，转至步骤(6b)；如果带钢机械性能偏差值△m为带钢硬度偏差值，则调整退火加热温度，转至步骤(6c)；

(6b)、根据带钢退火冷却速度实测值V_act、带钢退火冷却速度允许上限V_upp、带钢退火冷却速度允许下限V_low、以及退火冷却速度调节量△V，确定是否输出△V：

当V_act≥V_upp，且△V>0或V_act≤V_low，且△V<0时，无需输出△V；否则，输出△V，根据带钢厚度不同，转至步骤(2)或(3)，继续调整带钢平整张力或平整轧制力；

(6c)、根据带钢退火加热温度实测值T_act、带钢退火加热温度允许上限T_upp、带钢退火加热温度允许下限T_low、以及退火加热温度调节量△T，确定是否输出△T：

当T_act≥T_upp，且△T>0或T_act≤T_low，且△T<0时，无需输出△T；否则，输出△T，根据带钢厚度不同，转至步骤(2)或(3)，继续调整带钢平整张力或平整轧制力。

其中，所述带钢机械性能m为带钢抗拉强度σ_b或带钢硬度H。

进一步地，步骤(2)中所述平整入口张力调节量△T₀确定公式如下：

${\mathrm{\&Delta;T}}_0={\mathrm{Gain}}_{{m\_T}_0}\&times;\mathrm{\&Delta;m}/K_{m\_T_0}$

式中△T₀为平整入口张力调节量；

为平整入口张力控制增益，

为平整入口张力对带钢机械性能影响系数；

$K_{m\_T_0}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;T_0}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;T_0},$ 式中，为微分算子；

所述平整出口张力调节量△T₁确定公式如下：

${\mathrm{\&Delta;T}}_1={\mathrm{Gain}}_{{m\_T}_1}\&times;\mathrm{\&Delta;m}/K_{m\_T_1}$

式中△T₁为平整出口张力调节量；

为平整出口张力控制增益，

为平整出口张力对带钢机械性能影响系数，

$K_{m\_T_1}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;T_1}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;T_1},$ 为微分算子。

进一步地，步骤(3)中所述带钢平整轧制力调节量△P的计算公式如下

△P＝Gain_{m_P}×△m/K_{m_P}

式中△P为平整轧制力调节量；

Gain_{m_P}为平整轧制力控制增益，0<Gain_{m_P}≤1.0；

K_{m_P}为平整轧制力对带钢机械性能影响系数，

$K_{m\_P}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;P}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;P};$ 式中，为微分算子。

进一步地，步骤(4)中所述带钢退火冷却速度调节量△V

△V＝Gain_V×△m/K_V

式中△V为退火冷却速度调节量；

Gain_V为退火冷却速度控制增益，0<Gain_V≤1.0；

K_V为退火冷却速度对带钢机械性能影响系数；

$K_V=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;V}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;V},$ 为微分算子；

所述退火加热温度调节量△T，计算公式如下：

△T＝Gain_{m_T}×△m/K_{m_T}

式中△T为退火加热温度调节量

Gain_{m_T}为退火加热温度控制增益，0<Gain_{m_T}≤1.0

K_{m_T}为退火加热温度对带钢机械性能影响系数，

$K_{m\_T}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;T}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;T},$ 为微分算子。

所述带钢厚度上限值h₀为0.3mm。

根据如上技术方案，便可提供一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，所述在线控制方法可实现对冷轧带钢机械性能的在线检测，明显提高冷轧带钢机械性能的控制精度，减少材料切除量，提高带钢的成材率。

附图说明

图1为冷轧带钢机械性能在线控制设备示意图。

图2为平整延伸率对带钢硬度影响的曲线图。

图3为平整延伸率对带钢抗拉强度影响曲线图。

图4为带钢退火温度曲线图。

图5为退火加热温度对带钢硬度影响曲线图。

图6为退火冷却速度对带钢抗拉强度影响曲线图。

图7为带钢抗拉强度在线控制流程图。

图8为带钢硬度在线控制流程图。

图1中，1、开卷机 2、带钢 3、连续退火炉 4、平整机 5、机械性能检测仪 6、卷取机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明提供的一种冷轧带钢机械性能在线控制方法作进一步解释说明。

本发明的技术方案如下：

生产冷轧带钢的工艺流程大体如下：酸洗-冷轧-退火-平整—镀层、剪切和包装。其中，退火和平整两项工艺对冷轧步骤后的带钢的机械性能有较大影响。

1、冷轧带钢机械性能在线控制设备

本发明提供的机械性能在线控制方法可在如图1所示的设备上完成，如图1所示，由开卷机1传输出来的带钢2经过连续退火炉3和平整机4进行处理后，经过机械性能在线检测仪5，通过所述机械性能在线检测仪5检测到的带钢机械性能m的实测值与下游用户所要求的目标值进行比较，如果符合下游用户要求，则带钢2顺利通过机械性能在线检测仪5，进入卷取机6，即进入镀层、剪切和包装阶段；如若不符合下游用户要求，则根据不同机械性能实测值的数据，将调整退火炉3或平整机4的相关工艺参数，直至后续带钢机械性能m符合下游用户要求。其中，所述机械性能在线检测仪5与连续退火炉3和平整机4串联连接，所述机械性能在线检测仪5基于电磁检测原理，为非接触式，位于带钢宽度方向上中部位置。

其中，退火的目的主要在于通过退火炉3的处理，降低冷轧轧制过程中由于塑性变形形成的严重的加工硬化，改善带钢的机械性能。一般来说，在冷轧带钢连续退火过程中，通过在一定范围内调整退火工艺参数如带钢的退火加热温度T、或者均热之后的退火冷却速度V，可以比较明显改善机械性能以及成型性能等。

冷轧带钢平整的目的主要在于改善机械性能、控制板形及带钢表面形貌。在冷轧带钢平整过程中，平整机4通过对经过再结晶退火后的带钢施以较小的塑性变形(即平整延伸率ε，大多在0.2％～3％之间)，可以在一定程度上改善退火后带钢的机械性能、消除屈服平台。当平整延伸率实测值偏离平整延伸率设定值时，通过调整平整轧制力或平整入口、出口带钢张力，可以使实际延伸率回归到设定值附近。一般来说，对于厚度较薄、材质较硬的带钢，平整延伸率对平整张力比较敏感，通常采用调整平整张力方式控制平整延伸率；对于厚度较厚、材质较软的带钢，平整延伸率对平整轧制力比较敏感，通常采用调整平整轧制力方式控制平整延伸率。

所述机械性能在线检测仪5安装于机组出口段，位于平整机4之后。具有对经过退火和平整处理之后的带钢机械性能(包括屈服强度、抗拉强度、硬度以及断裂延伸率等)进行实时检测的功能。随着带钢按照一定的速度连续向前运动，可以实时地检测得到带钢机械性能值(包括带钢的硬度H、抗拉强度σ_b和屈服强度σ_s等)及其沿带钢长度方向的变化情况。

2、通过调整平整工艺参数自动控制带钢的机械性能

根据冷轧带钢平整轧制理论和生产实践可知，如图2、图3所示，一般地，随着平整延伸率在一定范围内增大，带钢硬度、抗拉强度相应增大，反之亦然。

本发明中通过调整平整工艺参数自动控制带钢机械性能的策略是指，当机械性能检测仪5检测到的带钢机械性能实测值m_act低于设定的带钢机械性能目标值m_ref超过一定程度时，优先地，通过增加平整张力、或者平整轧制力，增大带钢的平整延伸率ε，直到带钢机械性能实测值接近于机械性能目标值m_ref为止；当机械性能检测仪5检测到的带钢机械性能实测值m_act高于设定的带钢机械性能目标值m_ref超过一定程度时，优先地，通过减小平整张力、或者平整轧制力，减小带钢的平整延伸率，直到带钢机械性能实测值m_act接近于机械性能目标值m_ref为止。

然而，通过调整平整工艺参数方式控制带钢机械性能的范围是比较有限的。当带钢平整延伸率实测值ε_act达到设定的上限值而带钢机械性能实测值仍然明显低于机械性能目标值m_ref时，或者当带钢平整延伸率实测值达到设定的下限值而带钢机械性能实测值仍然明显高于机械性能目标值时，即带钢机械性能偏差值△m(△m＝m_act-m_ref)的绝对值|△m|超出设定的、下游用户所要求的带钢机械性能m的可接受范围△m_lim时，说明通过调整平整工艺参数(即调整带钢平整张力或平整轧制力)已经无法使带钢机械性能实测值m_act接近于机械性能目标值m_ref，此时保持平整工艺参数稳定，转而通过调整连续退火工艺参数(即退火冷却速度V或退火加热温度T)的方式自动控制带钢的机械性能。

3、通过调整连续退火工艺参数在线控制带钢的机械性能

常规的冷轧带钢连续退火温度曲线图如图4所示。根据冷轧带钢连续退火理论和生产实践可知，如图5所示，一般地，随着退火加热温度在一定范围升高，带钢的硬度相应降低，反之亦然；如图6所示，一般地，随着退火冷却速度在一定范围加快，带钢的抗拉强度相应增大，反之亦然。

对于对带钢硬度控制精度要求比较高的产品(如冷轧镀锡板等)，本发明中通过调整连续退火工艺参数自动控制带钢机械性能的策略是指，当机械性能检测仪5检测到的带钢硬度实测值H_act低于设定的带钢硬度目标值H_ref超过一定程度时，降低带钢的退火加热温度，直到带钢硬度实测值接近于硬度目标值H_ref为止；当机械性能检测仪5检测到的带钢硬度实测值H_act高于设定的带钢硬度目标值H_ref超过一定程度时，提高带钢的退火加热温度T，直到带钢硬度实测值H_act接近于硬度目标值H_ref为止。

然而，通过调整退火加热温度T的方式控制带钢硬度H的范围是有限的。当带钢退火加热温度实际值达到设定的上限值而带钢硬度实测值仍然明显高于硬度目标值时，或者当带钢退火加热温度实际值达到设定的下限值而带钢硬度实测值仍然明显低于硬度目标值时，说明通过调整退火加热温度方式已经无法使带钢硬度实测值接近于硬度目标值，此时保持退火加热温度稳定。

对于对带钢抗拉强度控制精度要求比较高的产品(如高强度冷轧汽车板等)，本发明中通过调整连续退火工艺参数自动控制带钢机械性能的策略是指，当机械性能检测仪5检测到的带钢抗拉强度实测值低于设定的带钢抗拉强度目标值超过一定程度时，加快带钢的退火冷却速度，直到带钢抗拉强度实测值接近于抗拉强度目标值为止；当机械性能检测仪5检测到的带钢抗拉强度实测值高于设定的带钢抗拉强度目标值超过一定程度时，降低带钢的退火冷却速度，直到带钢抗拉强度实测值接近于抗拉强度目标值为止。通过调整退火冷却速度方式控制带钢抗拉强度的范围是有限的。当带钢退火冷却速度实际值达到设定的上限值而带钢抗拉强度实测值仍然明显高于抗拉强度目标值时，或者当带钢退火冷却速度实际值达到设定的下限值而带钢抗拉强度实测值仍然明显低于抗拉强度目标值时，说明通过调整退火冷却速度方式已经无法使带钢抗拉强度实测值接近于抗拉强度目标值，此时保持退火冷却速度稳定。

实施例

下面结合本发明提供的一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，给出带钢机械性能中带钢抗拉强度和带钢硬度在线控制的具体实施例。

实施例1

对于对带钢抗拉强度控制精度要求比较高的产品如高强度冷轧汽车板等，结合图7，下面具体说明带钢抗拉强度自动控制的实现步骤和实现方法。步骤如下：

(1)带钢抗拉强度偏差的确定

机械性能检测仪5检测得到的带钢抗拉强度实测值σ_{b_act}减去设定的抗拉强度目标值σ_{b_ref}，得到带钢抗拉强度偏差值△σ_b：

△σ_b＝σ_{b_act}-σ_{b_ref}

式中△σ_b为带钢抗拉强度偏差值；

σ_{b_ref}为设定的带钢抗拉强度目标值，来自机组过程控制计算机L2，根据下游用户对产品的要求确定。

(2)、确定带钢平整张力调节量：

对于厚度较薄的带钢，由于调节平整张力对于控制带钢的平整延伸率比较有效，优先地，根据抗拉强度偏差值分别计算确定平整入口张力调节量、平整出口张力调节量，通过发挥张力对平整延伸率的调节作用，达到及时平稳地消除带钢抗拉强度偏差、实现高精度抗拉强度闭环控制的目的。

对于厚度较薄的带钢，根据步骤(1)确定的带钢抗拉强度偏差值△σ_b，分别计算确定平整入口张力调节量△T₀、平整出口张力调节量△T₁：

$\mathrm{\&Delta;}{T}_0={\mathrm{Gain}}_{{\mathrm{\&sigma;}}_b\_T_0}\&times;\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&sigma;}}_b/K_{{\mathrm{\&sigma;}}_b\_T_0}$

式中△T₀为平整入口张力调节量

为平整入口张力控制增益，

为平整入口张力对带钢抗拉强度影响系数，

(为微分算子)，是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

$\mathrm{\&Delta;}{T}_1={\mathrm{Gain}}_{{\mathrm{\&sigma;}}_b\_T_1}\&times;\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&sigma;}}_b/K_{{\mathrm{\&sigma;}}_b\_T_1}$

式中△T₁为平整出口张力调节量

为平整出口张力控制增益，

为平整出口张力对带钢抗拉强度影响系数，

(为微分算子)，是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(3)、确定带钢平整轧制力调节量：

对于厚度较厚的带钢，由于调节平整机轧制力对于控制带钢的平整延伸率比较有效，优先地，根据抗拉强度偏差值计算确定平整轧制力调节量，通过发挥平整轧制力对平整延伸率的调节作用，达到及时平稳地消除带钢抗拉强度偏差、实现高精度抗拉强度闭环控制的目的。

对于厚度较厚的带钢，根据步骤(1)确定的带钢抗拉强度偏差值△σ_b，计算确定平整轧制力调节量△P：

$\mathrm{\&Delta;P}={\mathrm{Gain}}_{{\mathrm{\&sigma;}}_b\_P}\&times;{\mathrm{\&Delta;\&sigma;}}_b/K_{{\mathrm{\&sigma;}}_b\_P}$

式中△P为平整轧制力调节量

为平整轧制力控制增益，

为平整轧制力对带钢抗拉强度影响系数，

(为微分算子)，是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(4)、确定带钢退火冷却速度调节量△V：

当出现通过调平整延伸率方式已经无法使带钢抗拉强度实测值接近于抗拉强度目标值的情况时，根据抗拉强度偏差值计算确定退火冷却速度调节量，通过发挥退火冷却速度对带钢抗拉强度的调节作用，达到及时平稳地消除带钢抗拉强度偏差、实现高精度抗拉强度闭环控制的目的。

根据步骤(1)确定的带钢抗拉强度偏差值△σ_b，计算确定退火冷却速度调节量△V：

△V＝Gain_V×△σ_b/K_V

式中△V为退火冷却速度调节量

Gain_V为退火冷却速度控制增益，0<Gain_V≤1.0

K_V为退火冷却速度对带钢抗拉强度影响系数，

(为微分算子)，是带钢材质、规格以及退火工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(5)、确定带钢平整张力调节量或平整轧制力调节量是否输出，步骤如下：

(5a)、将步骤(1)中得到的带钢抗拉强度偏差值的绝对值|△σ_b|与所述带钢抗拉强度相应的闭环控制阈值△σ_{b_lim}(即下游用户可接受的带钢抗拉强度范围)作比较，其中△σ_{b_lim}>0，一般根据带钢抗拉强度控制精度要求确定；

比较带钢厚度h与带钢厚度上限值h₀，所述带钢厚度上限值h₀为0.3mm。

其中，当|△σ_b|≥△σ_{b_lim}，且带钢厚度h≤0.3mm时，转到步骤(2)调整带钢平整张力；当|△σ_b|≥△σ_{b_lim}，且h>0.3mm时，转到步骤(3)调整带钢平整轧制力；当|△σ_b|<△σ_{b_lim}时，无需调整带钢的平整张力或平整轧制力；

(5b)、步骤(2)中平整张力调节量是否输出的确定：

根据带钢平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整入口张力调节量△T₀、平整出口张力调节量△T₁的大小，确定△T₀、△T₁的输出：

当ε_act≥ε_upp，且△T₀>0、△T₁>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且△T₀<0、△T₁<0时，转至步骤(4)；否则，输出△T₀、△T₁，转至步骤(2)，继续调整带钢的平整张力；

(5c)、步骤(3)中平整轧制力调节量输出的确定：

根据平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整轧制力调节量△P的大小，确定△P的输出：

当ε_act≥ε_upp，且△P>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且△P<0时，转至步骤(4)；否则，输出△P，转至步骤(3)，继续调整带钢的平整轧制力；

(6)、确定退火冷却速度调节量是否输出，步骤如下：

根据带钢退火冷却速度实测值V_act、带钢退火冷却速度允许上限V_upp、带钢退火冷却速度允许下限V_low、以及退火冷却速度调节量△V，确定是否输出△V：

当V_act≥V_upp，且△V>0或V_act≤V_low，且△V<0时，无需输出△V；否则，输出△V，根据带钢厚度不同，转至步骤(2)或(3)，继续调整带钢平整张力或平整轧制力。

实施例2

对于对带钢硬度控制精度要求比较高的冷轧带钢产品如镀锡板等，结合图8，下面具体说明带钢硬度自动控制的实现步骤和实现方法。步骤如下：

(1)带钢硬度偏差的确定

机械性能检测仪5检测得到的带钢硬度实测值H_act减去设定的硬度目标值H_ref，得到带钢硬度偏差值△H：

△H＝H_act-H_ref

式中△H为带钢硬度偏差值

H_ref为设定的带钢硬度目标值，来自机组过程控制计算机L2，根据下游用户对产品的要求确定。

(2)、确定带钢平整张力调节量：

对于厚度较薄的带钢，由于调节平整张力对于控制带钢的平整延伸率比较有效，优先地，根据硬度偏差值分别计算确定平整入口张力调节量、平整出口张力调节量，通过发挥平整张力对平整延伸率的调节作用，达到及时平稳地消除带钢硬度偏差、实现高精度硬度闭环控制的目的。

对于厚度较薄的带钢，根据步骤(1)确定的带钢硬度偏差值△H，分别计算确定平整入口张力调节量△T₀、平整出口张力调节量△T₁：

${\mathrm{\&Delta;T}}_0={\mathrm{Gain}}_{{H\_T}_0}\&times;\mathrm{\&Delta;H}/K_{H\_T_0}$

式中△T₀为平整入口张力调节量

为平整入口张力控制增益，

为平整入口张力对带钢硬度影响系数，

(为微分算子，以下相同)，是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

${\mathrm{\&Delta;T}}_1={\mathrm{Gain}}_{{H\_T}_1}\&times;\mathrm{\&Delta;H}/K_{H\_T_1}$

式中△T₁为平整出口张力调节量

为平整出口张力控制增益，

为平整出口张力对带钢硬度影响系数，

是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(3)、确定带钢平整轧制力调节量：

对于厚度较厚的带钢，由于调节平整机轧制力对于控制带钢的平整延伸率比较有效，优先地，根据硬度偏差值计算确定平整轧制力调节量，通过发挥平整轧制力对平整延伸率的调节作用，达到及时平稳地消除带钢硬度偏差、实现高精度硬度闭环控制的目的。

对于厚度较厚的带钢，根据步骤(1)确定的带钢硬度偏差值△H，计算确定平整轧制力调节量△P：

△P＝Gain_{H_P}×△H/K_{H_P}

式中△P为平整轧制力调节量

Gain_{H_P}为平整轧制力控制增益，0<Gain_{H_P}≤1.0

K_{H_P}——平整轧制力对带钢硬度影响系数，

(为微分算子，以下相同)，是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(4)、确定带钢退火加热温度调节量△T

当出现通过调平整延伸率方式已经无法使带钢硬度实测值接近于硬度目标值的情况时，根据硬度偏差值计算确定退火加热温度调节量，通过发挥退火加热温度对带钢硬度的调节作用，达到及时平稳地消除带钢硬度偏差、实现高精度硬度闭环控制的目的。

根据步骤(1)确定的带钢硬度偏差值△H，计算确定退火加热温度调节量△T：

△T＝Gain_{H_T}×△H/K_{H_T}

式中△T为退火加热温度调节量

Gain_{H_T}为退火加热温度控制增益，0<Gain_{H_T}≤1.0

K_{H_T}为退火加热温度对带钢硬度影响系数，

(为微分算子)，是带钢材质、规格以及退火工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(5)、确定带钢平整张力调节量或平整轧制力调节量是否输出，步骤如下：

(5a)、将步骤(1)中得到的带钢硬度偏差值的绝对值|△H|与所述带钢硬度相应的闭环控制阈值△H_lim(即下游用户可接受的带钢硬度范围)作比较，其中△H_lim>0，一般根据带钢硬度控制精度要求确定；

其中，当|△H|≥△H_lim，且带钢厚度h≤0.3mm时，转到步骤(2)调整带钢平整张力；当|△H|≥△H_lim，且h>0.3mm时，转到步骤(3)调整带钢平整轧制力；当|△H|<△H_lim时，无需调整带钢的平整张力或平整轧制力；

(5b)、步骤(2)中平整张力调节量是否输出的确定：

根据带钢平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整入口张力调节量△T₀、平整出口张力调节量△T₁的大小，确定△T₀、△T₁的输出：

当ε_act≥ε_upp，且△T₀>0、△T₁>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且△T₀<0、△T₁<0时，转至步骤(4)；否则，输出△T₀、△T₁，转至步骤(2)，继续调整带钢的平整张力；

(5c)、步骤(3)中平整轧制力调节量输出的确定：

根据平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整轧制力调节量△P的大小，确定△P的输出：

当ε_act≥ε_upp，且△P>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且△P<0时，转至步骤(4)；否则，输出△P，转至步骤(3)，继续调整带钢的平整轧制力；

(6)、确定退火冷却速度调节量是否输出，步骤如下：

根据带钢退火加热温度实测值T_act、带钢退火加热温度允许上限T_upp、带钢退火加热温度允许下限T_low、以及退火加热温度调节量△T，确定是否输出△T：

当T_act≥T_upp，且△T>0或T_act≤T_low，且△T<0时，无需输出△T；否则，输出△T，根据带钢厚度不同，转至步骤(2)或(3)，继续调整带钢平整张力或平整轧制力。

Claims (5)

1.一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，冷轧带钢机械性能控制设备包括依次顺序连接的连续退火炉(3)、平整机(4)和机械性能检测仪(5)，其特征在于，所述在线控制方法包括如下步骤：

(1)、将机械性能检测仪(5)检测到的带钢机械性能m的实测值m_act与所述带钢机械性能的目标值m_ref作差，得出所述带钢机械性能的偏差值Δm，即：

Δm＝m_act-m_ref

所述带钢机械性能m为带钢抗拉强度σ_b或带钢硬度H；

(2)、确定带钢平整张力调节量：

根据步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值Δm，分别确定平整入口张力调节量ΔT₀和平整出口张力调节量ΔT₁；

(3)、确定带钢平整轧制力调节量：

根据步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值Δm，确定带钢平整轧制力调节量ΔP；

(4)、确定带钢退火冷却速度调节量ΔV或退火加热温度调节量ΔT：

根据步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值Δm，确定退火冷却速度调节量ΔV或退火加热温度调节量ΔT；

(5)、确定带钢平整张力调节量或平整轧制力调节量是否输出，步骤如下：

(5a)、将步骤(1)中得到的带钢机械性能偏差值的绝对值|Δm|与所述带钢机械性能相应的闭环控制阈值Δm_lim作比较，其中Δm_lim>0；

其中，当|Δm|≥Δm_lim，且带钢厚度h≤带钢厚度上限值h₀时，转到步骤(2)调整带钢平整张力；当|Δm|≥Δm_lim，且h>h₀时，转到步骤(3)调整带钢平整轧制力；当|Δm|<Δm_lim时，无需调整带钢的平整张力或平整轧制力；

(5b)、步骤(2)中平整张力调节量是否输出的确定：

根据带钢平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整入口张力调节量ΔT₀、平整出口张力调节量ΔT₁的大小，确定ΔT₀、ΔT₁的输出：

当ε_act≥ε_upp，且ΔT₀>0、ΔT₁>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且ΔT₀<0、ΔT₁<0时，转至步骤(4)；否则，输出ΔT₀、ΔT₁，转至步骤(2)，继续调整带钢的平整张力；

(5c)、步骤(3)中平整轧制力调节量输出的确定：

根据平整延伸率实测值ε_act、带钢平整延伸率允许上限ε_upp、带钢平整延伸率允许下限ε_low、以及平整轧制力调节量ΔP的大小，确定ΔP的输出：

当ε_act≥ε_upp，且ΔP>0时，转至步骤(4)；或者当ε_act≤ε_low，且ΔP<0时，转至步骤(4)；否则，输出ΔP，转至步骤(3)，继续调整带钢的平整轧制力；

(6)、确定退火冷却速度调节量ΔV或退火加热温度调节量ΔT是否输出，步骤如下：

(6a)、在步骤(4)中，如果带钢机械性能偏差值Δm为带钢抗拉强度偏差值，则调整退火冷却速度V，转至步骤(6b)；如果带钢机械性能偏差值Δm为带钢硬度偏差值，则调整退火加热温度T，转至步骤(6c)；

(6b)、根据带钢退火冷却速度实测值V_act、带钢退火冷却速度允许上限V_upp、带钢退火冷却速度允许下限V_low、以及退火冷却速度调节量ΔV，确定是否输出ΔV：

当V_act≥V_upp，且ΔV>0或V_act≤V_low，且ΔV<0时，无需输出ΔV；否则，输出ΔV，根据带钢厚度不同，转至步骤(2)或(3)，继续调整带钢平整张力或平整轧制力；

(6c)、根据带钢退火加热温度实测值T_act、带钢退火加热温度允许上限T_upp、带钢退火加热温度允许下限T_low、以及退火加热温度调节量ΔT，确定是否输出ΔT：

当T_act≥T_upp，且ΔT>0或T_act≤T_low，且ΔT<0时，无需输出ΔT；否则，输出ΔT，根据带钢厚度不同，转至步骤(2)或(3)，继续调整带钢平整张力或平整轧制力。

2.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，其特征在于：步骤(2)中所述平整入口张力调节量ΔT₀确定公式如下：

$\mathrm{\&Delta;}{T}_0={\mathrm{Gain}}_{{m\_T}_0}\&times;\mathrm{\&Delta;m}/K_{{m\_T}_0}$

式中ΔT₀为平整入口张力调节量；

为平整入口张力控制增益， $0<{\mathrm{Gain}}_{{m\_T}_0}\&le;1.0;$

为平整入口张力对带钢机械性能影响系数；

$K_{{m\_T}_0}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;T_0}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;T_0},$ 式中，为微分算子；

所述平整出口张力调节量ΔT₁确定公式如下：

$\mathrm{\&Delta;}{T}_1={\mathrm{Gain}}_{{m\_T}_1}\&times;\mathrm{\&Delta;m}/K_{{m\_T}_1}$

式中ΔT₁为平整出口张力调节量；

为平整出口张力控制增益， $0<{\mathrm{Gain}}_{{m\_T}_1}\&le;1.0;$

为平整出口张力对带钢机械性能影响系数， $K_{{m\_T}_1}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;T_1}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;T_1},$ 为微分算子。

3.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，其特征在于：步骤(3)中所述带钢平整轧制力调节量ΔP的计算公式如下

ΔP＝Gain_{m_P}×Δm/K_{m_P}

式中ΔP为平整轧制力调节量；

Gain_{m_P}为平整轧制力控制增益，0<Gain_{m_P}≤1.0；

K_{m_P}为平整轧制力对带钢机械性能影响系数，

$K_{m\_P}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;P}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;P};$ 式中，为微分算子。

4.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，其特征在于：步骤(4)中所述带钢退火冷却速度调节量ΔV

ΔV＝Gain_V×Δm/K_V

式中ΔV为退火冷却速度调节量；

Gain_V为退火冷却速度控制增益，0<Gain_V≤1.0；

K_V为退火冷却速度对带钢机械性能影响系数；

$K_V=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;V}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;V},$ 为微分算子；

所述退火加热温度调节量ΔT，计算公式如下：

ΔT＝Gain_{m_T}×Δm/K_{m_T}

式中ΔT为退火加热温度调节量

Gain_{m_T}为退火加热温度控制增益，0<Gain_{m_T}≤1.0

K_{m_T}为退火加热温度对带钢机械性能影响系数，

$K_{m\_T}=\frac{\&PartialD;m}{\&PartialD;T}\&cong;\frac{\&dtri;m}{\&dtri;T},$ 为微分算子。

5.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢机械性能在线控制方法，其特征在于：所述带钢厚度上限值h₀为0.3mm。