CN109877166A - 一种适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于超薄铸造带钢轧制加工过程中轧件凸度的在线闭环控制方法。根据轧机机架入口及出口侧检测装置测量的带材凸度，利用具有带材微跟踪的前馈控制器及预估器的反馈控制器计算弯辊力修正值，实时控制工作辊弯辊装置，实现双铸辊超薄铸造带钢轧制过程中的凸度在线控制，满足不同钢种等级、规格对产品凸度的质量要求。

Description

一种适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法

技术领域

本发明涉及一种适用于超薄铸造带钢的轧制加工过程中轧件凸度在线闭环控制的方法。

背景技术

超薄铸造带钢是在以液态钢水为原料，以旋转方向相反的两个铸辊为结晶器，用液态钢水直接生产超薄铸带的新技术。其特点是将液态金属直接注入转动的铸辊辊缝中，使其在结晶凝固的同时承受压力加工和塑性变形，完成从液态钢水到超薄铸带材的成形过程，所生产的超薄铸带在经过热轧轧机，完成铸带的塑性加工过程形成满足用户所需尺寸规格要求的轧带成品。该方式可生产1.2～1.9mm的超薄铸带及0.8～1.6mm轧带。

在下游用户所要求的轧带成品尺寸规格要求中除成品厚度及宽度要求外，还会对轧带成品的凸度进行要求，即对轧带边部40mm位置厚度与中心位置厚度差提出要求。

目前，热轧带钢的凸度控制在热连轧带钢生产过程中，开发了多种设备及方法包括工作辊弯辊、工作辊窜辊、交叉，或开发多种工作辊辊形，同时配以相对应的凸度控制***，以满足同一热轧轧制单位内的不同凸度控制要求。在现有的热连轧带钢的凸度控制***中，其凸度控制前馈控制方案主要依赖过程计算机的模型设定计算精度，或采用间接检测手段确定带钢凸度，具体方法则通过将上游机架的轧制力、弯辊力的检测结果输入至轧机负载辊缝形状计算模型，计算得到轧机负载辊缝下的连轧机架出口处的带钢凸度，并作为下游机架的凸度调整依据。在所采用的凸度反馈控制***中，通过位于轧机出口位置的凸度检测装置，采用比例积分方式计算得到凸度偏差量，并按照不同方式分配至各连轧机架，实现带钢凸度的闭环控制。

目前所开发的热轧带钢凸度控制***中所匹配的带钢厚度规格为1.5mm或2.0mm以上规格，由于带钢目标成品规格越薄，其凸度控制难度越大。同时，现有的热轧带钢凸度控制***依托于串联连轧机组，所采用的前馈控制方式无法适用于单机架轧机的带钢凸度控制。

专利文献CN200710194281.9(“热轧机的凸度控制装置以及其控制方法”)公开了一种斯特克尔轧机的带钢凸度控制方法，即通过往复式多道次轧制生产2～10mm热轧带钢，该方法根据带钢轧制道次的不同，利用斯特克尔轧机前后凸度检测装置，与每道次设定的目标凸度或锁定凸度进行对比，通过交替前馈与反馈的在线控制，实现带钢凸度的控制，但该实施方案用于可逆多道次往复式轧制的斯特克尔轧机，且未考虑到带钢单位凸度变化所引起的平直度控制，同时其反馈控制中也未考虑到由于执行机构与检测设备之间距离所造成的滞后影响。专利文献JP62168608公开的热轧带钢凸度控制方法是在热连轧轧机入口处设置凸度检测装置，通过调节入口凸度控制最终产品凸度，但该控制方法用于多机架的热连轧机组，与轧制双铸辊生产超薄铸带的单机架轧机存在区别。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于超薄铸造带钢的轧制加工过程中轧件凸度在线闭环控制的方法，通过利用轧机机架入口及出口侧铸带中心及边部厚度检测装置，基于铸带凸度控制***的计算结果，采用带有铸带微跟踪的前馈控制及预估器的反馈控制，实时控制工作辊弯辊控制装置以满足不同钢种等级、规格对凸度的要求，实现双铸辊超薄铸造带钢轧制过程中的凸度在线控制。

为了实现上述目的，本发明是通过以下具体方案实现的：

一种适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法，用于金属铸带的塑性加工过程中的铸带厚度断面控制，其特征在于，包括至少1架轧机、轧机入口侧铸带中心及边部厚度检测装置、轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置，以及铸带凸度控制***(S1)。

铸带凸度控制***(S1)包含以下内容：铸带凸度前馈控制单元(S10)，铸带凸度反馈控制单元(S20)；铸带材料物性判定单元(S30)。

其中，铸带凸度前馈控制单元(S10)，根据轧机入口处铸带凸度检测装置的测定数据结果输入至材料物性判定单元(S30)，并根据材料物性判定单元(S30)输出结果，即轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF，由铸带凸度前馈控制单元(S10)内铸带跟踪模块(S101)负责铸带凸度检测位置的跟踪，当铸带凸度检测位置满足跟踪条件，下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)。

铸带凸度反馈控制单元(S20)，根据轧机出口处铸带凸度检测装置的测定结果输入至材料物性判定单元(S30)，并根据材料物性判定单元(S30)输出结果，将铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB输出至铸带反馈控制预估器模块(S201)，该模块采用Smith预估方式以消除铸带凸度反馈控制***的滞后性，根据计算结果，将轧机凸度反馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FB下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)。

工作辊弯辊执行机构(WRB)调节偏差ΔF_Fr根据下式计算得到：

ΔF_Fr＝αΔF_FF+βΔF_FB+γF

其中α、β、γ分别为铸带凸度前馈、反馈控制、工作辊轧制力调节偏差修正系数，F为轧机工作辊轧制力，由材料物性判定单元(S30)计算得到。

铸带材料物性判定单元(S30)，根据铸带轧机入口处铸带目标成品厚度规格、宽度规格、所属钢种等级输入至铸带物性参数补偿模块(S301)，以确定铸带控目标控制凸度C^tar，同时，根据由铸带凸度前馈控制单元(S10)及铸带凸度反馈控制单元(S20)分别输出轧机入口、出口处铸带凸度检测装置的测定结果经由铸带凸度控制偏差计算模块(S302)、铸带平直度计算模块(S303)计算得到铸带凸度前馈、反馈补偿偏差ΔC_FF、ΔC_FB，同时铸带凸度前馈补偿偏差ΔC_FF再由铸带凸度补偿计算模块(S304)计算得到轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF并输出至铸带跟踪模块(S101)；而铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB则输出至铸带反馈控制预估器模块(S201)。

铸带凸度前馈控制单元(S10)包括铸带跟踪模块(S101)；该模块接收铸带凸度补偿计算模块(S304)的输出前馈调节偏差ΔF_FF，当铸带判定条件时，将前馈调节偏差ΔF_FF下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)其跟踪判定条件为下式：

l_FF-Δl＜∑v·Δt+v·T_WRB≤l_FF

式中，l_FF为轧机与轧机入口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距，m；v为铸带轧制速度，m/s。

铸带凸度反馈控制单元(S20)包括铸带反馈控制预估器模块(S201)，该模块采用Smith预估方式以消除铸带凸度反馈控制***的滞后性，该模块接收铸带平直度计算模块(S303)的输出铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB，所建立的工作辊弯辊传递函数为下式：

轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置的传递函数为下式：

式中，T_WRB、T_C分别为工作辊液压时间常数、轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置时间常数，s。

铸带凸度变化量与工作辊弯辊调节量关系下式：

ΔF_FB＝c^FBΔC_FB。

反馈控制***滞后因子τ可以通过铸带轧制速度、轧机与轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距由下式计算：

式中，l_FB为轧机与轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距，m；v为铸带轧制速度，m/s。

反馈控制***对象控制模型传递函数为下式：

上述工作辊弯辊调节影响系数c^FB由铸带物性参数补偿模块(S301)模块根据铸带所属钢种等级、规格确定。

铸带材料物性判定单元(S30)包括铸带物性参数补偿模块(S301)、铸带凸度控制偏差计算模块(S302)、铸带平直度计算模块(S303)、铸带凸度补偿计算模块(S304)组成。

其中铸带物性参数补偿模块(S301)，根据铸带轧机入口处铸带目标成品厚度规格、宽度规格、所属钢种等级确定。

其中铸带凸度控制偏差计算模块(S302)，根据由铸带凸度前馈控制单元(S10)及铸带凸度反馈控制单元(S20)分别输入的轧机入口、出口处铸带凸度检测装置的测定结果由铸带凸度控制偏差计算模块(S302)根据式下式计算得到：

其中铸带平直度计算模块(S303)主要用于保证铸带的平直度控制，防止铸带轧制过程中的浪形产生，即将铸带凸度控制偏差计算模块(S302)计算结果输出至铸带平直度计算模块(S303)，通过以下方式进行判定：

当ΔC'_FF(ΔC'_FB)满足关系：时，铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为ΔC_FF＝ΔC'_FF(ΔC_FB＝ΔC'_FB)；

当ΔC'_FF(ΔC'_FB)满足关系：时，铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为

当ΔC'_FF(ΔC'_FB)满足关系：时，铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为

其中铸带凸度补偿计算模块(S304)，根据式计算得到轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF。

有益的技术效果

本发明提供的适用于超薄铸造带钢的轧制加工过程中轧件凸度在线闭环控制的方法，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：

1、本发明的轧件凸度在线闭环控制的方法，利用轧机机架入口及出口侧铸带中心及边部厚度检测装置，基于铸带凸度控制***的计算结果，铸带凸度控制***的计算结果输出，对工作辊弯辊控制装置进行实时调节，以满足不同钢种等级、规格对凸度的要求；

2、本发明的轧件凸度在线闭环控制的方法，可适用于热轧单机架轧机生产1.2～1.9mm超薄规格铸带，在满足目标铸带凸度控制要求的同时，也可保证铸带平直度控制；

3、本发明的轧件凸度在线闭环控制的方法，采用凸度前馈与反馈综合控制方式，通过轧件带钢微跟踪实现铸带的前馈精准跟踪、反馈预估器消除凸度闭环滞后影响，实现双铸辊超薄铸造带钢轧制过程中的凸度在线控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。

图1是表示本发明实施方式1的设备装置及控制流程图。

图2是表示本发明实施方式1的控制流程图。

1为铸带

2为轧机入口侧铸带中心及边部厚度检测装置

3为轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置

4为轧机机架

5为轧机入口侧

6为轧机出口侧

7为工作辊弯辊执行机构(WRB)

8铸带凸度控制***

9铸带反馈控制预估器模块(S301)

(S10)铸带凸度前馈控制单元

(S101)铸带跟踪模块

(S20)铸带凸度反馈控制单元

(S201)铸带反馈控制预估器模块

(S30)材料物性判定单元

(S301)铸带物性参数补偿模块

(S302)铸带凸度控制偏差计算模块

(S303)铸带平直度计算模块

(S304)铸带凸度补偿计算模块

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

图1是本发明为实现超薄铸轧带钢凸度在线控制方法示意图，本发明的轧制设备包括1台轧机、轧机入口、出口侧铸轧带中心及边部厚度检测装置、工作辊弯辊控制装置以及铸带凸度控制***。

本发明所涉及的控制方法包含以下步骤：

步骤1：热熔态钢水经由双铸辊形成超薄铸带即铸带1，其头部穿过机架4并顺利卷取建张且存在轧机有效压下后，铸带凸度控制***8开启；当铸带尾部离开双铸辊且轧机无有效压下时，停止铸带凸度控制***8。

步骤2：铸带凸度前馈控制单元(S10)接收当前时刻轧机入口测铸带带中心及边部厚度检测装置结果，由式(1)计算得到铸带入口前馈凸度值

同时，铸带凸度反馈控制单元(S20)接收当前时刻轧机出口测铸带带中心及边部厚度检测装置结果，由式(2)计算得到铸带出口反馈凸度值

步骤3：材料物性判定单元(S30)中的铸带物性参数补偿模块(S301)根据铸带目标成品厚度规格、宽度规格、所属钢种等级确定目标控制凸度C^tar，本例中所属钢种等级Q235B，相关在线控制主要参数取值如表1所示：

表1超薄铸轧带钢凸度在线控制实施例主要参数

步骤4：将步骤2得到结果输入至材料物性判定单元(S30)中铸带凸度控制偏差计算模块(S302)，根据式(3)、(4)计算得到铸带凸度控制偏差：

步骤5：将步骤4计算结果输入至铸带平直度计算模块(S303)，通过平直度“死区”判定式，即(5)、(6)、(7)进行判定，当铸带凸度修正量位于“死区”内时，铸带平直度良好；

当ΔC'_FF(ΔC'_FB)满足关系式(5)时，

0.1012925＜ΔC'_FF(ΔC'_FB)＜0.1015646 (5)

铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为ΔC_FF＝ΔC'_FF(ΔC_FB＝ΔC'_FB)；

当ΔC'_FF(ΔC'_FB)满足关系式(6)时，

ΔC'_FF(ΔC'_FB)≥0.1015646 (6)

铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为ΔC_FF(ΔC_FB)＝0.1015646；

当ΔC'_FF(ΔC'_FB)满足关系式(7)时，

ΔC'_FF(ΔC'_FB)≤0.1012925 (7)

铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为ΔC_FF(ΔC_FB)＝0.1012925；

上述式(5)、(6)、(7)中λ、m、为铸带平直度“死区”判定系数；σ为铸带张力，E为铸带杨氏模量2.1e+5N/m²；

步骤6：将步骤5计算结果中的铸带凸度前馈补偿偏差ΔC_FF输入至铸带凸度补偿计算模块(S304)，根据式(8)计算得到轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差，即工作辊弯辊力前馈调节偏差ΔF_FF：

步骤7：将步骤6计算结果前馈调节偏差ΔF_FF，输入至铸带前馈跟踪模块(S101)，当铸带满足式(9)时，将前馈调节偏差ΔF_FF下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)：

l_FF-Δl＜∑v·Δt+v·T_WRB≤l_FF (9)

式中l_FF为轧机与轧机入口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距，m；v为铸带轧制速度，m/s；

步骤8：将步骤5计算结果中的铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB输入至铸带反馈控制预估器模块(S201)，采用Smith预估器，其反馈控制***控制模型传递函数式为式(10)

实例中惯性时间常数为1.225～3.06s之间，工作辊液压时间常数为0.01s，轧机与轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距为s＝2.45m，铸带轧制速度取值范围为0.8～2.0m/s，因此铸带反馈控制***对象传递函数为：

计算得到轧机凸度反馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FB，下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)，其中最终工作辊弯辊执行机构(WRB)调节偏差ΔF_Fr根据轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF、轧机凸度反馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FB由下式计算得到：

ΔF_Fr＝αΔF_FF+βΔF_FB+γF (12)

以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。

Claims (5)

1.一种适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法，用于金属铸带的塑性加工过程中的铸带厚度断面控制，其特征在于包括：

至少1架轧机、轧机入口侧铸带中心及边部厚度检测装置、轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置，以及铸带凸度控制***(S1)；

所述铸带凸度控制***(S1)包括：

铸带凸度前馈控制单元(S10)；

铸带凸度反馈控制单元(S20)；

铸带材料物性判定单元(S30)。

2.根据权利要求1所述的适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法，其特征在于：

铸带凸度前馈控制单元(S10)，根据轧机入口处铸带凸度检测装置的测定数据结果输入至材料物性判定单元(S30)，并根据材料物性判定单元(S30)输出结果，即轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF，由铸带凸度前馈控制单元(S10)内铸带跟踪模块(S101)负责铸带凸度检测位置的跟踪，当铸带凸度检测位置满足跟踪条件，下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)；

铸带凸度反馈控制单元(S20)，根据轧机出口处铸带凸度检测装置的测定结果输入至材料物性判定单元(S30)，并根据材料物性判定单元(S30)输出结果，将铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB输出至铸带反馈控制预估器模块(S201)，该模块采用Smith预估方式以消除铸带凸度反馈控制***的滞后性，根据计算结果，将轧机凸度反馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FB下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)；

所述工作辊弯辊执行机构(WRB)调节偏差ΔF_Fr根据下式计算得到：

ΔF_Fr＝αΔF_FF+βΔF_FB+γF

其中α、β、γ分别为铸带凸度前馈、反馈控制、工作辊轧制力调节偏差修正系数，F为轧机工作辊轧制力，由材料物性判定单元(S30)计算得到；

铸带材料物性判定单元(S30)，根据铸带轧机入口处铸带目标成品厚度规格、宽度规格、所属钢种等级输入至铸带物性参数补偿模块(S301)，以确定铸带控目标控制凸度C^tar，同时，根据由铸带凸度前馈控制单元(S10)及铸带凸度反馈控制单元(S20)分别输出轧机入口、出口处铸带凸度检测装置的测定结果经由铸带凸度控制偏差计算模块(S302)、铸带平直度计算模块(S303)计算得到铸带凸度前馈、反馈补偿偏差ΔC_FF、ΔC_FB，同时铸带凸度前馈补偿偏差ΔC_FF再由铸带凸度补偿计算模块(S304)计算得到轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF并输出至铸带跟踪模块(S101)；而铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB则输出至铸带反馈控制预估器模块(S201)。

3.根据权利要求1或2所述的适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法，其特征在于：

铸带凸度前馈控制单元(S10)包括铸带跟踪模块(S101)；

铸带跟踪模块(S101)接收铸带凸度补偿计算模块(S304)的输出前馈调节偏差ΔF_FF，当铸带判定条件时，将前馈调节偏差ΔF_FF下发至工作辊弯辊执行机构(WRB)其跟踪判定条件为下式：

l_FF-Δl＜∑v·Δt+v·T_WRB≤l_FF

式中：

l_FF为轧机与轧机入口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距，m；v为铸带轧制速度，m/s。

4.根据权利要求1或2所述的适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法，其特征在于：

铸带凸度反馈控制单元(S20)包括铸带反馈控制预估器模块(S201)；

铸带反馈控制预估器模块(S201)采用Smith预估方式以消除铸带凸度反馈控制***的滞后性，该模块接收铸带平直度计算模块(S303)的输出铸带凸度反馈补偿偏差ΔC_FB，所建立的工作辊弯辊传递函数为下式：

轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置的传递函数为下式：

式中：

T_WRB、T_C分别为工作辊液压时间常数、轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置时间常数，s；

铸带凸度变化量与工作辊弯辊调节量关系下式：

ΔF_FB＝c^FBΔC_FB

反馈控制***滞后因子τ可以通过铸带轧制速度、轧机与轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距由下式计算：

式中：

l_FB为轧机与轧机出口侧铸带中心及边部厚度检测装置间距，m；v为铸带轧制速度，m/s；

反馈控制***对象控制模型传递函数为下式：

上述工作辊弯辊调节影响系数c^FB由铸带物性参数补偿模块(S301)模块根据铸带所属钢种等级、规格确定。

5.根据权利要求1或2所述的适用于超薄铸轧带钢凸度在线控制的方法，其特征在于：

铸带材料物性判定单元(S30)包括铸带物性参数补偿模块(S301)、铸带凸度控制偏差计算模块(S302)、铸带平直度计算模块(S303)、铸带凸度补偿计算模块(S304)组成；

铸带物性参数补偿模块(S301)，根据铸带轧机入口处铸带目标成品厚度规格、宽度规格、所属钢种等级确定；

铸带凸度控制偏差计算模块(S302)，根据由铸带凸度前馈控制单元(S10)及铸带凸度反馈控制单元(S20)分别输入的轧机入口、出口处铸带凸度检测装置的测定结果由铸带凸度控制偏差计算模块(S302)根据式下式计算得到：

铸带平直度计算模块(S303)主要用于保证铸带的平直度控制，防止铸带轧制过程中的浪形产生，即将铸带凸度控制偏差计算模块(S302)计算结果输出至铸带平直度计算模块(S303)，通过以下方式进行判定：

当ΔC′_FF(ΔC′_FB)满足关系：时，铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为ΔC_FF＝ΔC′_FF(ΔC_FB＝ΔC′_FB)；

当ΔC′_FF(ΔC′_FB)满足关系：时，铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为

当ΔC′_FF(ΔC′_FB)满足关系：时，铸带凸度前馈(反馈)补偿偏差为

铸带凸度补偿计算模块(S304)，根据式计算得到轧机凸度前馈补偿执行机构调节偏差ΔF_FF。