CN103752623A - 改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法，属于机械自动化控制领域。该控制方法分为两部分内容：设定本道次的辊缝倾斜调整值和修正上一道次出口镰刀弯的辊缝倾斜调整值。前者可以根据本道次的设定轧制力、设定出口厚度、两侧辊缝设定值、零调轧制力和两侧轧机刚度值，由解析模型计算得到；后者通过本道次的板坯塑性变形系数以及上一道次的两侧实测轧制力和板坯塑性变形系数计算得到。本发明的控制方法以现场实际的工艺参数为输入条件，提高自动控制模型有效控制中间坯镰刀弯，既方便操作，又能够很好的改善中间坯镰刀弯问题。

Description

改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法

技术领域

本发明属于热轧中间坯板形自动化控制领域，特别涉及一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法。

背景技术

中间坯在热连轧粗轧机组轧制过程中，由于受到各种因素的影响，会产生水平方向弯曲的现象，称为镰刀弯，尤其头、尾镰刀弯现象严重。产生镰刀弯现象的主要原因有：中间坯两侧温度不同；定宽机引起的中间坯弯曲；两侧轧机刚度不同；牌坊和轴承座间隙过大；侧导板对中性不好等。中间坯的镰刀弯对精轧生产影响极大，能够导致带钢出现甩尾、堆钢等事故，严重影响正常生产。

针对中间坯镰刀弯问题，目前实际生产中辊缝倾斜调整主要依靠人工调节，准确性依赖操作者的经验，镰刀弯和辊缝倾斜值没有形成一定的量化关系；国内外已有许多相关的自动化控制方法，但还有许多可以完善的部分。例如，专利JP11188415A和CN101934292A所述的方法是通过轧机本道次两侧轧制力偏差的来对两侧辊缝进行实时调整来控制镰刀弯，但该方法没有考虑轧机两侧刚度差异对镰刀弯的影响；专利CN102728625A所述的方法是通过实时调整两侧辊缝来实现两侧轧制力的平衡，并考虑了两侧轧机刚度的差异，但没有考虑前道次遗留的厚度偏差问题；此外，还有许多专利（专利JP11319925A、JP61092714A、JP60083715A和JP62033009A都是通过不同类型的检测装置，检测出镰刀弯的大小，然后通过自动控制反馈***计算出辊缝倾斜调整值来控制镰刀弯，此类***依赖检测设备的精度，因此成本高、维护困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法，可以更有效的实现中间坯镰刀弯的控制。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法，适用于R2粗轧机每道次的辊缝倾斜调整，该方法是通过设定本道次的辊缝倾斜调整值和修正上一道次出口镰刀弯的辊缝倾斜调整值，计算每个道次在轧制时的辊缝倾斜调整设定值，其计算过程如下：

以第i道次操作侧为例，先由计算式(1)：

${\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})---\left(1\right)$

计算第i道次操作侧的辊缝调整值ΔS_M，Op，

式中，P₀—零调轧制力，MN；M_Op—轧机操作侧刚度，kN/mm；P—第i道次设定轧制力，MN；h—第i道次操作侧出口厚度，mm；S_Op0—第i道次操作侧辊缝设定值，mm；ΔS_M，Op—第i道次操作侧辊缝调整值，mm；

然后由计算式(2)：

${\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(2\right)$

计算第i道次操作侧的修正辊缝调整值ΔS_h，Op；

式中，P’—第i-1道次设定轧制力，MN；P_Op’—第i-1道次操作侧实测轧制力，MN；Q—第i道次板带塑性变形系数，MN/mm；Q’—第i-1道次板带塑性变形系数，MN/mm；M_Op—轧机操作侧刚度，kN/mm；ΔS_h，Op—第i道次操作侧修正辊缝调整值，mm；

再联立计算式(1)和(2)得到计算式(3)，由计算式(3)计算第i道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Op}}=\mathrm{\Δ}{S}_{M,\mathrm{Op}}+{\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(3\right)$

式中，ΔS_M，Op—第i道次操作侧辊缝调整值，mm；ΔS_h，Op—第i道次操作侧修正辊缝调整值，mm；h—第i道次操作侧出口厚度，mm；

按照与第i道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op相同的计算方法，由计算式(4)计算传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Dr}}={\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Dr}}+\mathrm{\Δ}{S}_{h,\mathrm{Dr}}=h-(S_{\mathrm{Dr}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Dr}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Dr}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Dr}}}---\left(4\right)$

式中，ΔS_M，Dr—第i道次传动侧辊缝调整值，mm；ΔS_h，Dr—第i道次传动侧修正辊缝调整值，mm；h—第i道次传动侧出口厚度，mm；S_Dr0—第i道次传动侧辊缝设定值，mm；P—第i道次设定轧制力，MN；P₀—零调轧制力，MN；M_Dr—轧机传动侧刚度，kN/mm；Q、Q’—第i道次和i-1道次板带塑性变形系数，MN/mm；P_Dr’—第i-1道次传动侧实测轧制力，MN；P’—第i-1道次设定轧制力，MN；M_Dr—轧机操作侧刚度，kN/mm；

最后，将传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr减去操作侧总辊缝调整值ΔS_Op，即可得到第i道次在轧制时的辊缝倾斜调整设定值ΔS。

进一步地，所述控制方法属于预控制，应用于R2粗轧机的每道次咬钢前。

本发明提供了一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法针对轧机两侧刚度不同和辊缝倾斜调整不合理问题，根据设定数据计算得到镰刀弯辊缝预调整值，对镰刀弯进行预控制，避免镰刀弯趋势的扩大并将镰刀弯形状控制在较小范围内；同时针对前道次遗留的镰刀弯问题，根据前道次实测数据计算得到修正镰刀弯的辊缝调整值，可以在本道次对遗留的镰刀弯形状进行有效地控制，从而有效提高了自动控制模型的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法的辊缝倾斜调整设定值ΔS计算流程图。

图2为本发明实施例提供的改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法的计算操作侧辊缝调整值的原理图。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法，是通过设定本道次的辊缝倾斜调整值和修正上一道次出口镰刀弯的辊缝倾斜调整值，计算每个道次在轧制时的辊缝倾斜调整设定值。

轧制时产生镰刀弯的辊缝倾斜调整设定值ΔS包括两部分：一部分是针对轧机两侧刚度差和辊缝倾斜调整值不合理进行预调节，其辊缝单侧调整值记为ΔS_M；一部分是修正上一道次产生的镰刀弯，其辊缝单侧调整值为ΔS_h。然后按照如图1所示步骤从第1道次开始，进行每道次的辊缝倾斜调整设定值ΔS的计算。

参见图2，以第i道次操作侧为例，在不考虑第i-1道次（即上一道次）轧制过程中造成的厚度偏差时，由于轧机两侧刚度不均和辊缝倾斜调整值不合理，操作侧辊缝设定值S_Op0对应的出口厚度为h_Op0，为了修正该出口厚度偏差，需要将操作侧辊缝调整为S_Op1，则第i道次操作侧的辊缝调整值ΔS_M，Op可由计算式(1)计算得到。

${\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})---\left(1\right)$

式中，P₀—零调轧制力，MN；M_Op—轧机操作侧刚度，kN/mm；P—第i道次设定轧制力，MN；h—第i道次操作侧出口厚度，mm；S_Op0—第i道次操作侧辊缝设定值，mm；ΔS_M，Op—第i道次操作侧辊缝调整值，mm；

由于第i-1道次遗留的厚度偏差，在对第i道次操作侧辊缝进行预调节后，操作侧出口厚度为h_Op1，为了修正第i-1道次遗留的厚度偏差造成的操作侧出口厚度偏差，需要将第i道次操作侧辊缝调整修正为S_Op，则第i道次操作侧的修正辊缝调整值ΔS_h，Op可由计算式(2)计算得到。

${\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(2\right)$

式中，P’—第i-1道次设定轧制力，MN；P_Op’—第i-1道次操作侧实测轧制力，MN；Q—第i道次板带塑性变形系数，MN/mm；Q’—第i-1道次板带塑性变形系数，MN/mm；M_Op—轧机操作侧刚度，kN/mm；ΔS_h，Op—第i道次操作侧修正辊缝调整值，mm；

再联立计算式(1)和(2)得到计算式(3)，可得第i道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Op}}=\mathrm{\Δ}{S}_{M,\mathrm{Op}}+{\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(3\right)$

式中，ΔS_M，Op—第i道次操作侧辊缝调整值，mm；ΔS_h，Op—第i道次操作侧修正辊缝调整值，mm；h—第i道次操作侧出口厚度，mm；

按照与第i道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op相同的计算方法，由计算式(4)可得传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Dr}}={\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Dr}}+\mathrm{\Δ}{S}_{h,\mathrm{Dr}}=h-(S_{\mathrm{Dr}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Dr}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Dr}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Dr}}}---\left(4\right)$

式中，ΔS_M，Dr—第i道次传动侧辊缝调整值，mm；ΔS_h，Dr—第i道次传动侧修正辊缝调整值，mm；h—第i道次传动侧出口厚度，mm；S_Dr0—第i道次传动侧辊缝设定值，mm；P—第i道次设定轧制力，MN；P₀—零调轧制力，MN；M_Dr—轧机传动侧刚度，kN/mm；Q、Q’—第i道次和i-1道次板带塑性变形系数，MN/mm；P_Dr’—第i-1道次传动侧实测轧制力，MN；P’—第i-1道次设定轧制力，MN；M_Dr—轧机操作侧刚度，kN/mm；

最后，将传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr减去操作侧总辊缝调整值ΔS_Op，即可得到轧制时第i道次的辊缝倾斜调整设定值ΔS。至此，完成了此道次的预控镰刀弯的设定计算。

现以M3A22中间坯在热连轧粗轧机组轧制过程中的辊缝倾斜调整为例，对本发明提供的改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法做具体说明。

以M3A22轧制的操作侧为例，一个轧程厚度由217mm轧到44mm，板宽1660mm，粗轧采用常见的1+5模式，R2轧机轧制五个道次完成轧制，各道次工艺参数如表1所示。

表1M3A22(217-44×1660mm)道次实际工艺参数

针对镰刀弯的辊缝调整值ΔS包括两部分：一部分是针对轧机两侧刚度差和辊缝倾斜调整值不合理进行预调节，其辊缝单侧调整值记为ΔS_M；一部分是修正上一道次产生的镰刀弯，其辊缝单侧调整值为ΔS_h。然后按照如下步骤从第1道次开始，进行每道次的辊缝倾斜调整值的计算：

（1）从控制模块中读取参数包括：第i-1道次的参数有实测轧制力为P’，板带塑性变形系数Q’和操作侧实测轧制力为P_Op’；第i道次的参数有设定辊缝S，操作侧原始设定辊缝S_Op0，出口厚度h，计算轧制力P和板带塑性变形系数Q。

（2）在不考虑i-1道次轧制过程中造成的厚度偏差时，由于轧机两侧刚度不均和辊缝倾斜调整值不合理，操作侧辊缝设定值S_Op0对应的出口厚度为h_Op0，为了修正该出口厚度偏差，需要将操作侧辊缝调整为S_Op1，操作侧的辊缝调整值ΔS_M，Op可由计算式(1)计算得到。各道次操作侧辊缝调整值ΔS_M，Op的计算结果如表2所示。

${\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})---\left(1\right)$

表2M3A22(217-44×1660mm)计算操作侧各道次辊缝调整值

道次数	1	2	3	4	5
						操作侧调整值ΔSM，Op/mm	-0.100	-0.625	-0.476	-0.476	-0.207

（3）由于i-1道次遗留的厚度偏差，在对操作侧辊缝进行预调节后，操作侧出口厚度为h_Op1。为了修正该原因造成的操作侧出口厚度偏差，需要将操作侧辊缝调整为S_Op，修正上一道次操作侧辊缝调整值ΔS_h，Op可由计算式(2)计算得到。各道次操作侧修正辊缝调整值ΔS_h，Op的计算结果如表3。

${\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(2\right)$

表3M3A22(217-44×1660mm)计算修正上一道次操作侧辊缝调整值

道次数	1	2	3	4	5
						操作侧调整值ΔSh，Op/mm	—	-0.113	-0.120	-0.144	-0.119

“—”表示此道次无辊缝修正调整值。

（4）综合(2)和(3)可得到计算式(3)，由计算式(3)可得各道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op，计算结果见表4。

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Op}}=\mathrm{\Δ}{S}_{M,\mathrm{Op}}+{\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(3\right)$

表4M3A22(217-44×1660mm)计算操作侧总辊缝调整值

道次数	1	2	3	4	5
						操作侧调整值ΔSOp/mm	-0.100	-0.738	-0.596	-0.620	-0.326

（5）同理可得传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr，由计算式(4)可得各道次传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr，计算结果如表5所示。

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Dr}}={\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Dr}}+\mathrm{\Δ}{S}_{h,\mathrm{Dr}}=h-(S_{\mathrm{Dr}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Dr}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Dr}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Dr}}}---\left(4\right)$

表5M3A22(217-44×1660mm)计算传动侧总辊缝调整值

道次数	1	2	3	4	5
						传动侧调整值ΔSDr/mm	0.312	1.064	0.894	0.897	0.578

最后，将各道次传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr减去操作侧总辊缝调整值ΔS_Op，得到了轧制各道次的辊缝倾斜调整的设定值ΔS，至此，完成了各道次的预控镰刀弯的设定计算。计算结果如表6。

表6M3A22(217-44×1660mm)计算各道次总辊缝调整值

道次数	1	2	3	4	5
						总辊缝调整值ΔS/mm	0.412	1.802	1.490	1.517	0.903

将上述计算得到的各道次的辊缝倾斜调整的设定值ΔS作为实际输入条件，在R2粗轧机的每道次咬钢前应用到各道次的实际辊缝设定中，可在中间坯粗轧过程中，有效地控制板坯出现镰刀弯形状，从而有效提高了自动控制模型的精度，既方便操作，又能很好的改善中间坯镰刀弯问题。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法，适用于R2粗轧机每道次的辊缝倾斜调整，其特征在于，该方法通过设定本道次的辊缝倾斜调整值和修正上一道次出口镰刀弯的辊缝倾斜调整值，计算每个道次在轧制时的辊缝倾斜调整设定值，其计算过程如下：

以第i道次操作侧为例，先由计算式(1)：

${\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})---\left(1\right)$

计算第i道次操作侧的辊缝调整值ΔS_M，Op，

式中，P₀—零调轧制力，MN；M_Op—轧机操作侧刚度，kN/mm；P—第i道次设定轧制力，MN；h—第i道次操作侧出口厚度，mm；S_Op0—第i道次操作侧辊缝设定值，mm；ΔS_M，Op—第i道次操作侧辊缝调整值，mm；

然后由计算式(2)：

${\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(2\right)$

计算第i道次操作侧的修正辊缝调整值ΔS_h，Op；

式中，P’—第i-1道次设定轧制力，MN；P_Op’—第i-1道次操作侧实测轧制力，MN；Q—第i道次板带塑性变形系数，MN/mm；Q’—第i-1道次板带塑性变形系数，MN/mm；M_Op—轧机操作侧刚度，kN/mm；ΔS_h，Op—第i道次操作侧修正辊缝调整值，mm；

再联立计算式(1)和(2)得到计算式(3)，由计算式(3)计算第i道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Op}}=\mathrm{\Δ}{S}_{M,\mathrm{Op}}+{\mathrm{\ΔS}}_{h,\mathrm{Op}}=h-(S_{\mathrm{Op}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Op}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Op}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Op}}}---\left(3\right)$

式中，ΔS_M，Op—第i道次操作侧辊缝调整值，mm；ΔS_h，Op—第i道次操作侧修正辊缝调整值，mm；h—第i道次操作侧出口厚度，mm；

按照与第i道次操作侧总辊缝调整值ΔS_Op相同的计算方法，由计算式(4)计算传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr：

${\mathrm{\ΔS}}_{\mathrm{Dr}}={\mathrm{\ΔS}}_{M,\mathrm{Dr}}+\mathrm{\Δ}{S}_{h,\mathrm{Dr}}=h-(S_{\mathrm{Dr}0}+\frac{P-P_0}{{2M}_{\mathrm{Dr}}})+\frac{Q\·({P_{\mathrm{Dr}}}^{\′}-P^{\′}/2)}{Q^{\′}\·M_{\mathrm{Dr}}}---\left(4\right)$

式中，ΔS_M，Dr—第i道次传动侧辊缝调整值，mm；ΔS_h，Dr—第i道次传动侧修正辊缝调整值，mm；h—第i道次传动侧出口厚度，mm；S_Dr0—第i道次传动侧辊缝设定值，mm；P—第i道次设定轧制力，MN；P₀—零调轧制力，MN；M_Dr—轧机传动侧刚度，kN/mm；Q、Q’—第i道次和i-1道次板带塑性变形系数，MN/mm；P_Dr’—第i-1道次传动侧实测轧制力，MN；P’—第i-1道次设定轧制力，MN；M_Dr—轧机操作侧刚度，kN/mm；

最后，将传动侧总辊缝调整值ΔS_Dr减去操作侧总辊缝调整值ΔS_Op，可得第i道次在轧制时的辊缝倾斜调整设定值ΔS。

2.根据权利要求1所述的改善粗轧中间坯镰刀弯的自动控制方法，其特征在于：所述控制方法属于预控制，应用于R2粗轧机的每道次咬钢前。

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