CN102172634B - 焊缝自动控制轧制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及冷连轧技术。本发明解决了现有人工控制焊缝增厚方法造成严重厚度超差的问题，提供了一种焊缝自动控制轧制的方法，其技术方案可概括为：当焊缝在通过各机架时通过采用自动控制方式改变各机架辊缝和速度使焊缝增厚且保持带钢的张力基本不变。本发明的有益效果是，降低了焊缝断带率和提高了成品率，适用于冷连轧机组。

Description

焊缝自动控制轧制的方法

技术领域

本发明涉及冷连轧技术，特别涉及冷连轧中焊缝控制的技术。

背景技术

焊缝断带是冷连轧机组常见的生产事故，焊缝断带不仅直接影响机组的作业率和钢卷的成材率，而且很容易造成轧辊表面损伤增加质量风险，为了减少焊缝断带对冷连轧机组生产造成的恶劣影响，轧机主操作工不得不对部分规格和钢种的焊缝采取必要的增厚控制措施以减小焊缝通过轧机机架时所承受的单位张力，进而降低焊缝断带率，这种人工控制的轧制模式或方法虽然在减少焊缝断带方面起到了一定效果，但其不利的一面是降低了钢卷的成材率，因为经过焊缝增厚控制的钢卷头尾往往存在30～50米长的严重厚度超差(＞±3％)。动态变规格是酸轧联合机组实现连续性生产并提高钢卷成材率的一项重要技术，变规格过程除需前后钢卷的两个轧制表外，还涉及一个中间轧制表，该表中包含了辊缝、速度、前滑、弯辊力等参数的中间设定值，动态变规格主要是通过对机架速度、辊缝位置、张力参考和弯辊力的同步修改来实现的。

发明内容

本发明的目的是克服目前人工控制焊缝增厚方法造成钢卷头尾厚度超差严重偏长的缺点，提供一种焊缝自动控制轧制的方法。

本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，焊缝自动控制轧制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.设定焊缝前后的轧制规程分别为规程一和规程二，设定焊缝控制过程从A点开始至B点结束，变规格过程从C点开始至D点结束，确保焊缝处于B、C点之间，B点开始至C点为焊控延时区；

b.机架按顺序编号为1～n号；

c.由轧机设定模型分别计算出各机架的焊缝控制所需的辊缝调节参数和速度调节参数；

d.利用焊缝跟踪功能对焊缝位置进行检测，判断其是否达到焊控启动点A点或变规格启动点C点；

e.当A点到达i号机架时，将i号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达i号机架，变化时由速度调节参数相应改变i号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，并由速度调节参数相应改变i号机架上游的机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，其中i为小于n的正整数；

f.当C点到达i号机架时，执行动态变规格，将i号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为中间规程设定值，变化完成时D点到达i号机架，若i-1不为0，则i-1号机架的辊缝位置从中间规程设定值变为规程二的设定值，变化时由速度调节参数相应改变i号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，由速度调节参数相应改变i-1号机架的轧辊速度在i-1号机架与i号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节i-1号机架上游的机架轧辊速度及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，若i-1为0，则由速度调节参数相应入口张力辊的速度以保证后张力的恒定；

g.判断i+1是否等于n，若是则进入下一步，若不是则令i＝i+1并回到e步骤；

h.当A点到达n号机架时，将n号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达n号机架；

i.当C点到达n号机架时，执行动态变规格，将n号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为规程二的设定值，变化完成时D点到达n号机架，变化时由速度调节参数相应调节n-1号机架的轧辊速度在n-1号机架与n号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节1～n-2号机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定；

j.当D点通过n号机架后，同步调节整个机组的轧制速度到规程二的轧制速度。

具体的，步骤c包括以下步骤：

c1.设定1～n号机架的辊缝厚度，首先根据当前钢卷及下一钢卷的轧制规格确定焊缝在通过n-1号机架后需要达到的目标厚度，然后按照一定的压下分配方式确定焊缝通过1～n-2号机架的辊缝厚度，最后基于当焊缝通过n号机架时其入口带钢速度保持不变的原则利用轧机模型计算n号机架的辊缝厚度，中间规程设定值由模型机在上一卷钢轧制快结束时根据一级过程控制计算机发出的请求指令自动计算得出；

c2.计算1～n号机架前滑值；

c3.计算1～n号机架辊缝设定值；

c4.按秒流量相等原则设定1～n号机架速度设定值。

c5.按照AD段带钢长度在经过n-2号机架轧制延伸后不能长于机架间距的原则设定轧机的变规格速度上限值。

进一步的，步骤a所述A点与焊缝的距离由完成辊缝和速度变化所需的执行时间以及当前轧机的变规格速度确定，A点启动后应确保B点与焊缝的距离留有一定的安全距离；所述C点的位置为焊缝通过机架后的一定延时后所到达的位置；所述D点位置由C点位置确定后，在轧机的动态变规格功能中计算得到CD段带钢长度进而确定D点位置。

具体的，所述一定延时为0.5秒；所述一定的安全距离为0.2米。

具体的，步骤b所述各机架为四个机架，机架按顺序编号为1～4号。

本发明的有益效果是，通过上述焊缝自动控制轧制的方法，合并利用了轧机现有的焊缝跟踪功能、轧制模型设定功能、动态变规格功能以及人工控制焊缝的技术和经验，利用自动控制的方法去取代人工控制焊缝增厚方法，在厚度超差控制方面有明显的优势，既增加了带钢焊缝区域的厚度又同时减小了因前后机架张力波动导致的厚度波动，达到了降低焊缝断带率和提高成品率的目的。

具体实施方式

下面结合实施例，详细描述本发明的技术方案。

本发明所述焊缝自动控制轧制的方法为：首先设定焊缝前后的轧制规程分别为规程一和规程二，设定焊缝控制过程从A点开始至B点结束，变规格过程从C点开始至D点结束，确保焊缝处于B、C点之间，B点开始至C点为焊控延时区，然后将机架按顺序编号为1～n号，再由轧机设定模型分别计算出各机架的焊缝控制所需的辊缝调节参数和速度调节参数，然后利用焊缝跟踪功能对焊缝位置进行检测，判断其是否达到焊控启动点A点或变规格启动点C点，当A点到达i号机架时，将i号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达i号机架，变化时由速度调节参数相应改变i号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，并由速度调节参数相应改变i号机架上游的机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，其中i为小于n的正整数，当C点到达i号机架时，执行动态变规格，将i号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为中间规程设定值，变化完成时D点到达i号机架，若i-1不为0，则i-1号机架的辊缝位置从中间规程设定值变为规程二的设定值，变化时由速度调节参数相应改变i号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，由速度调节参数相应改变i-1号机架的轧辊速度在i-1号机架与i号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节i-1号机架上游的机架轧辊速度及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，若i-1为0，则由速度调节参数相应入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，判断i+1是否等于n，若不是则令i＝i+1并回到当A点到达i号机架时那一步，若是则当A点到达n号机架时，将n号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达n号机架，当C点到达n号机架时，执行动态变规格，将n号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为规程二的设定值，变化完成时D点到达n号机架，变化时由速度调节参数相应调节n-1号机架的轧辊速度在n-1号机架与n号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节1～n-2号机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，最后当D点通过n号机架后，同步调节整个机组的轧制速度到规程二的轧制速度。

实施例

本例以四个机架为例，机架按顺序编号为1～4号。

首先设定焊缝前后的轧制规程分别为规程一和规程二，设定焊缝控制过程从A点开始至B点结束，变规格过程从C点开始至D点结束，确保焊缝处于B、C点之间，B点开始至C点为焊控延时区，其中，A点与焊缝的距离由完成辊缝和速度变化所需的执行时间以及当前轧机的变规格速度确定，A点启动后应确保B点与焊缝的距离留有一定的安全距离，一般为0.2米，C点的位置为焊缝通过机架后的一定延时后所到达的位置，该一定延时一般可以为0.5秒，D点位置由C点位置确定后，在轧机的动态变规格功能中计算得到CD段带钢长度进而确定D点位置，然后将机架按顺序编号为1～n号，再由轧机设定模型分别计算出各机架的焊缝控制所需的辊缝调节参数和速度调节参数，其方法是：首先设定1～n号机架的辊缝厚度，首先根据当前钢卷及下一钢卷的轧制规格确定焊缝在通过n-1号机架后需要达到的目标厚度，然后按照一定的压下分配方式确定焊缝通过1～n-2号机架的辊缝厚度，最后基于当焊缝通过n号机架时其入口带钢速度保持不变的原则利用轧机模型计算n号机架的辊缝厚度，而中间规程设定值由模型机在上一卷钢轧制快结束时根据一级过程控制计算机发出的请求指令自动计算得出，再计算1～n号机架前滑值及1～n号机架辊缝设定值，然后按秒流量相等原则设定1～n号机架速度设定值，最后按照AD段带钢长度在经过n-2号机架轧制延伸后不能长于机架间距的原则设定轧机的变规格速度上限值，然后利用焊缝跟踪功能对焊缝位置进行检测，判断其是否达到焊控启动点A点或变规格启动点C点，当A点到达1号机架时，将1号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达1号机架，变化时由速度调节参数相应改变1号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，并由速度调节参数相应改变入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，当C点到达1号机架时，执行动态变规格，将1号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为中间规程设定值，变化完成时D点到达1号机架，由速度调节参数相应入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，当A点到达2号机架时，将2号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达2号机架，变化时由速度调节参数相应改变2号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，并由速度调节参数相应改变1号机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，当C点到达2号机架时，执行动态变规格，将2号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为中间规程设定值，变化完成时D点到达2号机架，再将1号机架的辊缝位置从中间规程设定值变为规程二的设定值，变化时由速度调节参数相应改变2号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，由速度调节参数相应改变1号机架的轧辊速度在1号机架与2号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节1号机架轧辊速度及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，当A点到达3号机架时，将3号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达3号机架，变化时由速度调节参数相应改变3号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，并由速度调节参数相应改变3号机架上游的机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，当C点到达3号机架时，执行动态变规格，将3号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为中间规程设定值，变化完成时D点到达3号机架，再将2号机架的辊缝位置从中间规程设定值变为规程二的设定值，变化时由速度调节参数相应改变3号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，由速度调节参数相应改变2号机架的轧辊速度在2号机架与3号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节2号机架及1号机架轧辊速度以及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，当A点到达4号机架时，将4号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达4号机架，当C点到达4号机架时，执行动态变规格，将4号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为规程二的设定值，变化完成时D点到达4号机架，变化时由速度调节参数相应调节3号机架的轧辊速度在3号机架与4号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节1号机架、2号机架及3号机架轧辊速度以及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，最后当D点通过4号机架后，同步调节整个机组的轧制速度到规程二的轧制速度。

其中，本例的各机架的焊缝控制所需的辊缝调节参数和速度调节参数以四个机架为例，机架按顺序编号为1～4号，其计算如下：

1.机架厚度及辊缝设定

由于带钢轧制中最后两个机架间的单位张力一般设定最大，因此对于四个机架连轧机而言，焊断发生在3号机架后的频率最高，故焊缝增厚仅需考虑至3号机架，因此应首先确定3号机架的焊控目标厚度，其计算公式如下：

h′₃＝h₃+Δh₃

其中，h′₃为3号机架焊控目标厚度，Δh₃按照ξ*ln{H₀/h₄}确定，ξ为经验系数，一般取值0.25～0.3，H₀表示原料厚度，h₃为3号机架的辊缝厚度，h₄为4号机架的辊缝厚度。考虑到焊缝后可能变规格，上式中的H₀、h₃、h₄均采用规程一和规程二中成品厚度较薄的规程设定值，如果计算出的h′₃≤h_3，I(h_3，I为当前轧制规程一的3号机架出口厚度)，则不执行焊缝控制功能，否则再按照一定的压下分配方式确定焊缝通过1号和2号机架的辊缝厚度，分配的要点是h′₁尽可能厚，目的是为了减少2号及3号机架的辊缝调节量，以减轻张力控制的难度，4号成品机架的焊缝厚度h′₄是基于当焊缝通过时4号机架入口带钢速度保持不变的原则设定的，4号机架在轧制规程一时的入口带钢速度为：

$v_{H4,I}=\frac{v_{4,I}{h}_{4,I}}{d_{4,I}}(1+f_{4,I})$

其中，v_H4，I为4号机架规程一入口带钢速度，v_4，I为4号机架规程一轧辊线速度，f_4，I为4号机架规程一的前滑值，d_4，I为4号机架规程一时入口带钢厚度，h_4，I为4号机架规程一出口带钢厚度，当焊缝通过时4号机架入口带钢速度要求保持不变，即

在变规格速度已定的情况下，v′₄＝v_4，I，则

$\frac{h_4^{\′}(1+f_4^{\′})}{d_4^{\′}}=\frac{h_{4,I}(1+f_{4,I})}{d_{4,I}}$

上式右端为已知，令其等于m，则有

$h_4^{\′}=\frac{{\mathrm{md}}_4^{\′}}{(1+f_4^{\′})}$

其求解方法为，先令h′₄的初始值为

通过设定模型计算出f′₄，然后运用迭代法即可求出h′₄，在给定精度小于0.001的情况下迭代次数一般少于4次，在确定了各机架的出口厚度后，设定模型即可计算出各机架的辊缝设定值S′_i和前滑值f_i′。

2.机架速度设定

各机架速度参考值按照秒流量相等的原则设定，从1号机架焊控开始至4号机架变规格结束期间，只有1号、2号、3号机架速度存在过渡变化，而4号机架的速度将直接从规程一过渡到规程二，当变规格过渡区离开4号机架后，通过主令速度调节使整个机组同步升速到规程二的轧制速度，各机架的速度设定及调节规律如表1，

表1  机架速度参考值设定表

表1中各符号含义分别为：1^#号机架为1号机架，2^#号机架为2号机架，3^#号机架为3号机架，h_i，j为i机架规程j的设定厚度；h′_i为i机架焊控目标厚度；V_i，j为i机架的第j次轧辊设定速度，f_i，j为i机架规程j的前滑值，f_i，int为i机架中间规程前滑值，A为焊控启动点；C为变规格启动点。

3.变规格(焊缝)速度上限的设定

考虑到AD段的带钢长度在通过2号机架后不能长于机架间距，需要限制轧机的变规格(焊缝)速度：

$V_{\mathrm{DPC}}\≤\frac{h_{2,I}}{h_{4,I}}*\frac{L_{\mathrm{st}}-l_s}{t_{\mathrm{AD}}}$

t_AD＝t_AB+t′+t_CD

t_AB＝max(t_{AB，ΔV(i，j)}，t_{AB，ΔS(i，j)})

t_CD＝max(t_{CD，ΔV(i，j)}，t_{CD，ΔS(i，j)})

其中，V_DPC为4号机架的变规格速度，L_st为机架间距，l_s为预留的安全长度，t_{AB，ΔV(i，j)}为焊控过渡区经过每个机架时i机架的速度调节时间，t_{AB，ΔS(i，j)}为焊控过渡区经过每个机架时i机架的辊缝调节时间，t_{CD，ΔV(i，j)}为变规格过渡区经过每个机架时i机架的速度调节时间，t_{CD，ΔS(i，j)}为变规格过渡区经过每个机架时i机架的辊缝调节时间，t′为焊控延时时间。

在实际生产中V_DPC一般选择每分钟120米左右即可满足生产要求，故在满足式

限制条件的情况下，可以适当延长t_AB和t_CD，以减缓过渡区的斜率从而减小张力波动。

Claims (4)

1.焊缝自动控制轧制的方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.设定焊缝前后的轧制规程分别为规程一和规程二，设定焊缝控制过程从A点开始至B点结束，变规格过程从C点开始至D点结束，确保焊缝处于B、C点之间，B点开始至C点为焊控延时区；

b.机架按顺序编号为1～n号；

c.由轧机设定模型分别计算出各机架的焊缝控制所需的辊缝调节参数和速度调节参数，具体包括以下步骤：

c1.设定1～n号机架的辊缝厚度，首先根据当前钢卷及下一钢卷的轧制规格确定焊缝在通过n-1号机架后需要达到的目标厚度，然后按照一定的压下分配方式确定焊缝通过1～n-2号机架的辊缝厚度，最后基于当焊缝通过n号机架时其入口带钢速度保持不变的原则利用轧机模型计算n号机架的辊缝厚度,中间规程设定值由模型机在上一卷钢轧制快结束时根据一级过程控制计算机发出的请求指令自动计算得出；

c2.计算1～n号机架前滑值；

c3.计算1～n号机架辊缝设定值；

c4.按秒流量相等原则设定1～n号机架速度设定值；

c5.按照AD段带钢长度在经过n-2号机架轧制延伸后不能长于机架间距的原则设定轧机的变规格速度上限值；

d.利用焊缝跟踪功能对焊缝位置进行检测，判断其是否达到焊控启动点A点或变规格启动点C点；

e.当A点到达i号机架时，将i号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达i号机架，变化时由速度调节参数相应改变i号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，并由速度调节参数相应改变i号机架上游的机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，其中i为小于n的正整数；

f.当C点到达i号机架时，执行动态变规格，将i号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为中间规程设定值，变化完成时D点到达i号机架，若i-1不为0，则i-1号机架的辊缝位置从中间规程设定值变为规程二的设定值，变化时由速度调节参数相应改变i号机架的轧辊速度以保证前张力的恒定，由速度调节参数相应改变i-1号机架的轧辊速度在i-1号机架与i号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节i-1号机架上游的机架轧辊速度及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定，若i-1为0，则由速度调节参数相应入口张力辊的速度以保证后张力的恒定；

g.判断i+1是否等于n，若是则进入下一步，若不是则令i=i+1并回到e步骤；

h.当A点到达n号机架时，将n号机架的辊缝位置从规程一的设定值变为辊缝调节参数中的焊缝控制设定值，变化完成时B点到达n号机架；

i.当C点到达n号机架时，执行动态变规格，将n号机架的辊缝位置从辊缝调节参数中的焊缝控制设定值变为规程二的设定值，变化完成时D点到达n号机架，变化时由速度调节参数相应调节n-1号机架的轧辊速度在n-1号机架与n号机架间建立规程二的设定张力，由速度调节参数相应调节1～n-2号机架及入口张力辊的速度以保证后张力的恒定；

j.当D点通过n号机架后，同步调节整个机组的轧制速度到规程二的轧制速度。

2.根据权利要求1所述焊缝自动控制轧制的方法，其特征在于，步骤a所述A点与焊缝的距离由完成辊缝和速度变化所需的执行时间以及当前轧机的变规格速度确定，A点启动后应确保B点与焊缝的距离留有一定的安全距离，所述C点的位置为焊缝通过机架后的一定延时后所到达的位置，所述D点位置由C点位置确定后，在轧机的动态变规格功能中计算得到CD段带钢长度进而确定D点位置。

3.根据权利要求2所述焊缝自动控制轧制的方法，其特征在于，所述一定延时为0.5秒，所述一定的安全距离为0.2米。

4.根据权利要求1所述焊缝自动控制轧制的方法，其特征在于，步骤b所述各机架为四个机架，机架按顺序编号为1～4号。