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CN103464469A - 一种冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法 - Google Patents

一种冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法 Download PDF

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CN103464469A
CN103464469A CN2013104031907A CN201310403190A CN103464469A CN 103464469 A CN103464469 A CN 103464469A CN 2013104031907 A CN2013104031907 A CN 2013104031907A CN 201310403190 A CN201310403190 A CN 201310403190A CN 103464469 A CN103464469 A CN 103464469A
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王军生
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秦大伟
柴明亮
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Angang Steel Co Ltd
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Angang Steel Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法，以冷轧五机架全六辊轧机为对象，以无取向硅钢横向厚差最小作为目标函数，通过影响效率函数矩阵的引入，建立一整套针对无取向硅钢边部减薄控制的工作辊预测、反馈和工作辊弯辊补偿控制方法。本发明充分利用原有控制设备，易于维护，并节省技术引进资金投入；同时可有效减少对板形控制精度的影响，提高无取向硅钢横向厚度控制精度，使横向厚差从25μm降低到8μm以下，从而提高了无取向硅钢成品的叠片率和成品质量合格率，为适应工业应用的边降控制预设和反馈提出了一条新的解决途径。

Description

一种冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法
技术领域
本发明属于轧钢自动控制领域，尤其涉及一种用于冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法。
背景技术
冷轧硅钢作为国家优先发展的高效节能、用量大的优秀软磁功能材料，是我国钢铁工业品种结构调整的重中之重，广泛应用于电力、机电、邮电和军工等领域。电磁性能和横向厚差是冷轧无取向硅钢的重要质量指标。横向厚差决定硅钢的叠片系数，因此用户为了提高电机和变压器效率，不仅对硅钢的电磁性能有着严格要求，而且对横向厚差的要求也极高，普通要求横向厚差小于等于10μm，高级要求小于等于5μm。为了能够反映边降的情况，目前通常采用两种定义方法：
（1）边缘降量：带钢边部特定点厚度与基准点的差值量。在这种情况下我们一般将特定点位置选择在距边部15mm的地方，基准点的位置选择在距边部100mm的地方，那么边缘降量=t100-t15；
（2）边缘降率：带钢边部特定点厚度t15与轧制厚度tc的百分比例，即t15/tc×100%。
冷轧硅钢横向厚差大小取决于热轧来料凸度及冷轧过程中的带钢边部减薄。目前热轧来料板凸度基本能够满足要求，因而冷轧硅钢横向厚差的大小完全取决于冷轧过程的边部减薄。冷轧过程中带钢边部减薄现象是由轧机工作辊的弹性压扁及带钢边部区域金属的横向流动引起的。为了减少带钢边部减薄，目前通常采用森吉米尔轧机、K-WRS或者EDC轧辊进行轧制。这些技术要求轧机工作辊直径很小，或者要求轧机工作辊具有横向窜动功能，而不具备窜动能力的HC轧机，为了满足横向厚差要求，只有在后续工序进行切边处理。而解决冷轧无取向硅钢边部减薄问题不仅从工作辊辊径或辊形曲线设计单方面考虑，还应包括：工作辊窜辊（WRS）预设控制、工作辊弯辊补偿和边降反馈控制等方面进行综合控制。针对上述三项边部减薄的控制技术，由于控制模型和控制策略的问题，国内外此领域的控制精度普遍不高。
发明内容
本发明提供一种适合于带有中间辊和工作辊横移功能的万能凸度轧机即UCMW（Universal Crown mill with Middle and Work shifting roll）轧机冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法，旨在解决硅钢生产过程中带钢横向厚度均匀度控制精度低的问题，从而提高无取向硅钢叠片率，实现提高冷轧硅钢成品质量合格率的目的。
为此，本发明所采取的解决方案是：
一种冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法，利用UCMW轧机，将基准点位置选择在距边部115mm处的边缘降量控制方法和步骤为：
1、WRS预设定控制：将热轧来料的凸度情况用于WRS的预设定计算。
轧辊受力后的弹性压扁量                                               
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE002
，则锥度部分轧辊压扁量与辊身部分轧辊压扁量的差值计算公式为：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE004
,
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE006
  
式中，PV i 为轧辊压扁量差值；δ EW+10为辊身部分压扁量；δ EW 为锥度部分压扁量；EW为边部减薄拐点距带钢边部的距离值。
通过冷连轧机入口设置的凸度仪，对热轧带钢横截面的32点凸度扫描，获得来料的凸度情况数据，这一凸度数据与带钢的钢种信息和规格共同通过一级计算机对Taper轧辊即单边锥度辊的窜动位置进行预设定计算：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE008
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE010
   
式中，
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE014
分别为i厚度位置上、下工作辊凸度修正的窜动量； 
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE018
为i机架凸度修正系数，初始状态
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE020
，
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE022
；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE026
为上、下工作辊窜动位置手动修正量；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE030
为上、下工作辊针对基准位置的每侧边降量；i为对应的控制点位置；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE032
为单位轧制力设定值。
2、边降反馈控制：将出口的成品边降情况反馈实现闭环控制。
钢卷正常轧制时，通过位于轧机出口的边降仪对钢卷边部厚度进行测量，为有效地评价边部减薄控制的效果，选择距离边部n个点，且n≥5，作为评价的目标点，分别对操作侧OS和传动侧DS进行评价：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE034
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE036
  
式中，、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE040
为带钢OS、DS侧边部减薄偏差；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE042
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE044
为带钢OS、DS侧边部减薄量；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE046
为边部减薄目标值；
以
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE048
作为判定的方法，其中
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE052
判定边部减薄的极限值；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE054
判定边部n位置的边部减薄量。
通过对边部五点的综合评价，基本掌握当前的边降情况，为了能给出较准确的工作辊窜动控制，采用影响效率函数进行运算，忽略其他因素影响，固定锥度则窜动距离与减薄量为近似线性关系。
其中，
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE056
表示工作辊窜动距离；相邻窜动位置之间的距离定义为；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE060
表示带钢边部减薄检测点；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE062
表示窜动距离达到第j个点引起第i个检测点
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE064
边部减薄量的变化；
如果第j处窜动位置改变单位为u，可得第
Figure 474026DEST_PATH_IMAGE064
处边部减薄量：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE066
   
若u=1则，
影响效率函数矩阵是决定WRS位置单位调整量对各个边部减薄影响的权值。
每一个WRS调整量对各个检测点边部减薄影响的权值，计算如下：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE070
   
式中，
Figure 983953DEST_PATH_IMAGE064
为第i个测量点边部减薄值；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE072
为第j个工作辊窜动位置值；
Figure 910321DEST_PATH_IMAGE062
为影响效率函数矩阵第i列、第j行的元素；
即
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE074
其中第1个下标表示应用的机架号
根据最优化原理定义每一个测量点的边部减薄量二次型误差函数为一个多变量函数，假设为
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE076
，采用较经典的最小二乘法进行运算：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE078
   
式中，n为带钢边部减薄测量点数量；m为工作辊窜动位置数量；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE080
为第j个测量点边部减薄测量值；为重叠系数值；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE084
为第i个边缘降反馈修正值；
则WRS调整量为：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE086
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE088
    
式中，
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE090
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE092
分别为OS和DS边缘降量反馈修正矩阵；为重叠系数矩阵；M为影响效率函数矩阵；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE096
、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE098
分别为OS和DS边缘降设定值与实际值偏差矩阵。
3、WRS弯辊补偿控制：根据WR窜动位置变化给予工作辊弯辊的补偿控制；
由于1-3机架工作辊窜动位置随着反馈控制的要求不断发生变化，必然造成各机架用于板形控制弯辊执行的效果变化，因此要求弯辊具备能进行自动补偿的功能，以保证弯辊的效果。补偿方法如下：
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE100
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE102
   
式中，
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE104
为i机架工作辊弯辊补偿量；为i机架工作辊位置变化量；、
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE110
为上下工作辊窜动位置实际值；
Figure 2013104031907100002DEST_PATH_IMAGE112
为弯辊影响函数；为工作辊窜辊前馈因子。
通过上述步骤（1）～（3）的闭环控制，实现边降控制的全过程。
本发明的有益效果为：
本发明以冷轧五机架全六辊轧机为对象，以无取向硅钢横向厚差最小作为目标函数，建立了一整套针对无取向硅钢边部减薄控制的工作辊预测、反馈和工作辊弯辊补偿控制方法，与已有技术相比，具有以下特点：
1、提出新的适应工业应用的边降控制预设和反馈控制方法；
2、通过影响效率函数矩阵引入，提高横向厚度控制精度；
3、通过增加工作辊弯辊的补偿控制，减少对板形控制精度影响。
因此，本发明方法能够减少带钢边部减薄，进而提高无取向硅钢成品的叠片率，使横向厚差从25μm降低到8μm以下，实现了提高冷轧硅钢成品质量合格率的目的。本发明充分利用原有控制设备，易于维护，并可节省技术引进资金投入。
附图说明
图1是带钢边降定义位置图； 
图2是边缘降量控制策略图； 
图3是单边锥度辊参数与原理图； 
图4是传动侧边缘降量控制效果图；
图5是操作侧边缘降量控制效果图。
具体实施方式
如图1所示，现有特定点位置选择在距边部15mm处，基准点的位置选择在距边部115mm处。以某冷轧硅钢厂1500mm的UCMW轧机轧制0.5mm厚度的电工钢为例，带钢宽度1250mm，已知边缘降量值EH=125μm，边降起始点距带钢边部的距离为40mm。单边锥度辊锥度设计如图3所示，锥度部分轧辊压扁量与辊身部分轧辊压扁量的差值PV=0-20μm，根据公式可以计算得Taper辊的锥度：
Figure DEST_PATH_IMAGE116
根据带钢宽度SW=1250mm，可以确定锥度起始位置离轧辊边部的距离TSP=[1500-1250+2(EW+10)]/2=175mm。
为有效地评价边部减薄控制的效果，选择距离边部5,10,15,25,30五个点作为评价的目标点，分别对操作侧OS和传动侧DS进行评价。设置1-3机架为边部减薄处理，具备工作辊窜辊功能。
1、预设控制实现：
冷连轧机入口设置凸度仪，如果入口凸度仪采用单点扫描式，则无法获得带钢断面的实际厚度。采用横断面直接测量式，对热轧带钢横截面的32点凸度扫描，获得来料的凸度情况数据。这一凸度数据与带钢的钢种信息和规格，共同通过SIEMENS的TDC控制器对Taper轧辊的窜动位置进行预设定计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE120
其中PV=20μm，
Figure 472495DEST_PATH_IMAGE016
、
Figure 826116DEST_PATH_IMAGE018
分别设置为0.85和1.20，
Figure 93150DEST_PATH_IMAGE024
手动设置为5mm，
Figure 292050DEST_PATH_IMAGE028
为轧机入口凸度仪实际检测边降值；
Figure 960929DEST_PATH_IMAGE032
设置为1MN。
2、边缘降反馈控制实现：
通过对边部五个点的综合评价，采用影响效率函数进行工作辊窜辊修正值运算：
Figure DEST_PATH_IMAGE122
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE124
为边缘降修正矩阵（
Figure DEST_PATH_IMAGE126
表示操作侧和传动侧必须修正的边缘尺寸）；
Figure DEST_PATH_IMAGE128
为第i机架边缘降修正；
Figure DEST_PATH_IMAGE130
为边缘降偏差矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE132
为距带钢边缘x位置的边缘降偏差。
边缘降修正量增益运算和上下限校核，
Figure DEST_PATH_IMAGE134
Figure DEST_PATH_IMAGE136
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE138
为边缘降反馈修正量矩阵（
Figure 829659DEST_PATH_IMAGE126
：操作侧/传动侧）；为第i个机架的边缘降反馈修正量；为反馈调整增益；
Figure DEST_PATH_IMAGE144
为反馈轧制速度增益。
3、WR弯辊补偿控制实现
根据WR窜动位置变化给予工作辊弯辊的补偿控制，
Figure DEST_PATH_IMAGE146
其中，
Figure 134049DEST_PATH_IMAGE104
为i机架工作辊弯辊补偿量；
Figure 657434DEST_PATH_IMAGE106
为i机架工作辊位置变化量；、
Figure 860063DEST_PATH_IMAGE110
为上下工作辊窜动位置实际值；
Figure 135186DEST_PATH_IMAGE112
为弯辊影响函数，初值为0.05；
Figure 591706DEST_PATH_IMAGE114
为窜辊前馈因子，初值为1.0e-8。
带钢边部0-100mm范围内传动侧与操作侧的边部减薄控制效果见图4、图5。结论如下：
（1）在同一轧机上，边降控制的投入将对边部厚度尤其在0-15mm的范围内产生较大的影响。从上述数据看，边降的幅度大约在50%。
（2）作为UCMW轧机而言，可有效地改变边部0-100mm范围内的厚度分布情况，对于消除冷轧产品边降发挥有效作用。
（3）通过对生产实际的研究，发现热轧来料的凸度对冷轧成品的边部厚度分布有较大的影响。
（4）具备有边降控制手段的UCMW轧机，通过锥度辊的运用可有效地改善带钢边部的厚度控制效果，减少边降的产生，减少后道工序的切边量提高成材率。

Claims (1)

1.一种冷轧无取向硅钢的边缘降量控制方法，其特征在于，利用UCMW轧机，将基准点位置选择在距边部115mm处的边缘降量控制方法和步骤为：
（1）、WRS预设定控制：将热轧来料的凸度情况用于WRS的预设定计算；
轧辊受力后的弹性压扁量                                               
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE002
，则锥度部分轧辊压扁量与辊身部分轧辊压扁量的差值计算公式为：
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE004
,
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE006
  
式中，PV i 为轧辊压扁量差值；δ EW+10为辊身部分压扁量；δ EW 为锥度部分压扁量；EW为边部减薄拐点距带钢边部的距离值；
通过冷连轧机入口设置的凸度仪，对热轧带钢横截面的32点凸度扫描，获得来料的凸度情况数据，这一凸度数据与带钢的钢种信息和规格共同通过一级计算机对Taper轧辊即单边锥度辊的窜动位置进行预设定计算：
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE008
   
式中，
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE012
，
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE014
分别为i厚度位置上、下工作辊凸度修正的窜动量； 
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE016
、为i机架凸度修正系数，初始状态
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE020
，；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE024
、
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE026
为上、下工作辊窜动位置手动修正量；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE028
、
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE030
为上、下工作辊针对基准位置的每侧边降量；i为对应的控制点位置；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE032
为单位轧制力设定值；
（2）、边降反馈控制：将出口的成品边降情况反馈实现闭环控制；
钢卷正常轧制时，通过位于轧机出口的边降仪对钢卷边部厚度进行测量，为有效地评价边部减薄控制的效果，选择距离边部n个点，且n≥5，作为评价的目标点，分别对操作侧OS和传动侧DS进行评价：
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE034
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE036
  
式中，、
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE040
为带钢OS、DS侧边部减薄偏差；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE042
、为带钢OS、DS侧边部减薄量；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE046
为边部减薄目标值；
以
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE048
作为判定的方法，其中、
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE052
判定边部减薄的极限值；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE054
判定边部n位置的边部减薄量；
通过对边部五点的综合评价，基本掌握当前的边降情况，为了能给出较准确的工作辊窜动控制，采用影响效率函数进行运算，忽略其他因素影响，固定锥度则窜动距离与减薄量为近似线性关系；
其中，表示工作辊窜动距离；相邻窜动位置之间的距离定义为
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE058
；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE060
表示带钢边部减薄检测点；
Figure 2013104031907100001DEST_PATH_IMAGE062
表示窜动距离达到第j个点引起第i个检测点
Figure DEST_PATH_IMAGE064
边部减薄量的变化；
如果第j处窜动位置改变单位为u，可得第
Figure 489373DEST_PATH_IMAGE064
处边部减薄量
Figure 218294DEST_PATH_IMAGE062
：
   
若u=1则，
Figure DEST_PATH_IMAGE068
影响效率函数矩阵是决定WRS位置单位调整量对各个边部减薄影响的权值；
每一个WRS调整量对各个检测点边部减薄影响的权值，计算如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE070
   
式中，
Figure 828267DEST_PATH_IMAGE064
为第i个测量点边部减薄值；
Figure DEST_PATH_IMAGE072
为第j个工作辊窜动位置值；
Figure 857403DEST_PATH_IMAGE062
为影响效率函数矩阵第i列、第j行的元素；
即
Figure DEST_PATH_IMAGE074
其中第1个下标表示应用的机架号
根据最优化原理定义每一个测量点的边部减薄量二次型误差函数为一个多变量函数，假设为
Figure DEST_PATH_IMAGE076
，采用较经典的最小二乘法进行运算：
Figure DEST_PATH_IMAGE078
   
式中，n为带钢边部减薄测量点数量；m为工作辊窜动位置数量；
Figure DEST_PATH_IMAGE080
为第j个测量点边部减薄测量值；
Figure DEST_PATH_IMAGE082
为重叠系数值；
Figure DEST_PATH_IMAGE084
为第i个边缘降反馈修正值；
则WRS调整量为：
Figure DEST_PATH_IMAGE086
Figure DEST_PATH_IMAGE088
    
式中，、
Figure DEST_PATH_IMAGE092
分别为OS和DS边缘降量反馈修正矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE094
为重叠系数矩阵；M为影响效率函数矩阵；
Figure DEST_PATH_IMAGE096
、
Figure DEST_PATH_IMAGE098
分别为OS和DS边缘降设定值与实际值偏差矩阵；
（3）、WRS弯辊补偿控制：根据WR窜动位置变化给予工作辊弯辊的补偿控制；
由于1-3机架工作辊窜动位置随着反馈控制的要求不断发生变化，必然造成各机架用于板形控制弯辊执行的效果变化，因此要求弯辊具备能进行自动补偿的功能，以保证弯辊的效果，补偿方法如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE100
Figure DEST_PATH_IMAGE102
   
式中，为i机架工作辊弯辊补偿量；为i机架工作辊位置变化量；、为上下工作辊窜动位置实际值；
Figure DEST_PATH_IMAGE112
为弯辊影响函数；
Figure DEST_PATH_IMAGE114
为工作辊窜辊前馈因子；
通过上述步骤（1）～（3）的闭环控制，实现边降控制的全过程。
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