一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法

摘要

本发明提供一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法，涉及中厚板轧制自动控制技术领域。该方法首先确定轧件原始数据、产品目标尺寸及轧制边界条件，再确定轧件的展宽比、延伸、转钢阶段的目标厚度和轧制规程；然后确定平面形状可控点的设定点数和设定距离；再建立3个高斯混合模型，并计算平面形状可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值及轧件的实际长度，对3条高斯曲线加权处理，得到平面形状控制设定曲线的函数表达式；最后将平面形状控制设定曲线的相邻两个设定点进行分段线性化处理，将厚度变化区间内厚度变化量与长度简化成线性关系；本发明的平面形状控制中的可控点设定方法，大幅度提高了中厚板产品的矩形度和成材率。

说明书

技术领域

本发明涉及中厚板轧制自动控制技术领域，尤其涉及一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法。

背景技术

钢铁行业是高耗能产业，研发绿色化工艺与装备，实现绿色制造，提高产品的成材率，降低单位产品能耗，保证可持续发展一直是钢铁行业关注的重点。中厚板作为钢铁行业的典型代表产品，其成材率的高低对整个钢铁行业的绿色化水平有着不可忽视的影响。中厚板成材率受到金属氧化、清理和磨削、轧制损失和剪切损失等因素的影响，各因素在中厚板成材率的损失中所占的比例如图1所示。由图1可知，切头尾和切边损耗分别占中厚板生产总损耗的23％和26％。

在上世纪70年代末，日本川崎制铁就开发MAS轧制法，采用6点折线设定方法进行变厚度轧制，使产品成材率一定程度的提高，如图2所示。采用MAS轧制法后，最终产品的平面形状虽有所改善，但还是存在较明显的“猫耳”、“舌头”等缺陷。这是由于传统的控制过程中，设定点数少，设定曲线形式简单，无法实现精细控制，导致轧件的不良头部形状无法消除，大大的限制了平面形状控制过程的稳定投入和成材率的进一步提高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法，以达到提高中厚板不同展宽比和延伸比条件下的切头尾和切边损耗，提高产品成材率。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法，包括以下步骤：

步骤1、确定轧件原始数据、产品目标尺寸及轧制边界条件；

所述轧件原始数据，包括：轧件厚度、宽度、长度、压下量、钢种、温度和化学成分；所述产品目标尺寸，包括：产品目标厚度、目标宽度、切边量和目标长度；所述轧制边界条件，包括：环境温度、冷却水温度和轧辊温度；

步骤2、根据轧件的原始数据及产品目标尺寸，确定轧件的展宽比、延伸、转钢阶段的目标厚度以及轧制规程；

步骤3、确定平面形状可控点的设定点数和设定距离；

步骤3.1、确定可控点的设定点数，如下公式所示：

其中，n为平面形状可控点的设定点数，RdUp()是向上取整函数，SprRatio为展宽比，ElRatio为延伸比；

步骤3.2、确定平面形状可控点的设定距离，具体为：

取轧件长度的一半进行划分，取轧件长度的对数值，对该对数值进行n等分，获得从轧件头部到轧件中间位置的多个节点，将上述多个节点所对应长度的对数值取指数值，即获得从轧件头部到轧件中间位置的设定点分布值；

步骤4、确定平面形状控制的设定曲线；

步骤4.1、建立3个基于高斯概率密度函数形成的高斯混合模型，如下公式所示：

其中，x是距离轧件头部的距离，l_PVPC是平面形状楔形控制作用长度，L是轧件长度，f₀是作用长度系数，一般情况下取0.85，Ψ_i(x，p_i，σ)是高斯函数，σ是高斯函数宽度，一般情况下取0.28l_PVPC，p_i是高斯函数的中心点，p₁＝-0.2×l_PVPC、p₂＝0.2×l_PVPC、p₃＝0.6×l_PVPC；

步骤4.2、计算平面形状可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值；

所述的计算可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值，如下公式所示：

其中，S_j为可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值，j＝1，2，...，n，h_j，h_j+1分别为轧机入口和出口处轧件厚度，R_w为工作辊半径；

步骤4.3、计算平面形状控制过程中轧件的实际长度值；

取第m个采样点在第t_m时刻的轧辊实测线速度为v_m，则从t_m-1时刻到t_m时刻轧机所轧制的轧件长度为：

其中，m的最大值M为轧件轧制过程中采样周期为0.05s的数据采集点数；

步骤4.4、对3条不同形状的高斯曲线加权处理，得到平面形状控制的设定曲线的函数表达式，如下公式如下：

s(x)＝k×(w₁×Ψ₁+w₂×Ψ₂+w₃×Ψ₃)>

其中，w_i是高斯函数Ψ_i(x，p_i，σ)的权值；

将各高斯曲线的加权系数进行如下处理：

其中，f_bi、f_hi、f_dwi均为拟合系数，h₁是展宽阶段轧件的目标平均厚度，h₀是展宽阶段轧件目标厚度基准值，dw是轧件平均宽展量，dw₀是轧件平均宽展量基准值；

步骤4.5、将平面形状控制的设定曲线的相邻两个设定点进行分段线性化处理，将厚度变化区间内厚度变化量与长度简化成线性关系，完成平面形状控制中可控点的设定。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法，解决了传统MAS轧制法采用的7点设定与高次曲线接近度偏低的问题，采用可控点平面形状设定技术，通过3条高斯曲线的高灵活度调剂，实现对平面形状控制区域进行精细化控制，使得对边部金属流动的可控性增强，产品的矩形度大幅度提高。与传统MAS轧制法相比，该方法可将成材率提高1.5％以上，可以广泛推广到中厚板轧制厂中，以提中厚板产品的矩形度和成材率。

附图说明

图1为一种本发明实施前的中厚板成材率损失统计图；

图2为一种本发明实施前的MAS轧制法示意图；

图3为本发明实施例提供的一种平面形状可控点设定方法的流程图；

图4为本发明一种实施例的设定点对数等距离划分示意图；

图5为本发明实施例提供的平面形状设定曲线图；

图6为本发明实施例提供的平面形状可控点设定曲线图；

图7为本发明实施例提供的对轧件进行可控点平面形状控制效果投用前后对比图，其中(a)为投用前，(b)为投用后。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例以某轧件为例，使用本发明的中厚板平面形状控制中的可控点设定方法对该轧件进行平面形状控制中的可控点设定。

一种中厚板平面形状控制中的可控点设定方法，如图3所示，包括以下步骤：

步骤1、确定轧件原始数据、产品目标尺寸、展宽比、延伸比及轧制边界条件；所述的确定轧件原始数据、展宽比、延伸比及轧制边界条件，其中，所述的轧件原始数据，包括：轧件厚度、宽度、长度、压下量、钢种、温度和化学成分，所述的产品目标尺寸，包括：产品目标厚度、目标宽度、切边量和目标长度，轧制边界条件，包括：环境温度、冷却水温度和轧辊温度。

本发明实施例中，确定轧件原始数据：轧件坯料厚度为250mm，坯料宽度为1600mm，坯料长度为2800mm，目标厚度为20mm，目标宽度为2600mm，切边量为70mm，坯料出炉温度为1160℃，钢种为Q345B，化学成分：C：0.17％，Si：0.51％，Mn：1.65％，P：0.033％，S：0.035％，V：0.02％，Nb：0.015％，Ti：0.02％，确定轧制边界条件：包括环境温度为30℃，冷却水温度为25℃，轧辊温度为80℃；

步骤2、确定轧件的展宽比、延伸、转钢阶段的目标厚度以及轧制规程；

本实施例中，确定的轧件的展宽比、延伸、转钢阶段的目标厚度以及轧制规程，具体如下：

展宽比＝(2600+70)/1600＝1.66875

延伸比＝(250×1600×2800/20/2670)/2800＝7.4906

转钢阶段的目标厚度＝(250×1600)/2670＝149.813mm

本发明实施例中，轧制规程如表1所示，具体如下：

表1轧制规程

步骤3、确定平面形状可控点设定点数和设定距离，具体如下：

步骤3.1、确定可控点的设定点数，如下公式所示：

其中，n为平面形状可控点的设定点数，RdUp()是向上取整函数，SprRatio为展宽比，ElRatio为延伸比；

本实施例中，

步骤3.2、确定平面形状可控点的设定距离，具体为：

取轧件长度的一半进行划分，取轧件长度的对数值，对该对数值进行10等分，获得从轧件头部到轧件中间位置的多个节点，将上述节点所对应的长度对数值取指数值，即获得从轧件头部到轧件中间位置的设定点分布值，如图4和表2所示。

表2从轧件头部到轧件中间位置的设定点分布值

本实施例中，通过采集轧机工作辊的实测线速度和表3中计算的前滑值，并设定采样周期为0.05s，然后通过公式(4)计算轧件的实际长度，

步骤4、确定平面形状控制的设定曲线，具体如下：

步骤4.1、建立3个基于高斯概率密度函数形成的高斯混合模型，如下公式所示：

其中，x是距离轧件头部的距离，l_PVPC是平面形状楔形控制作用长度，L是轧件长度，f₀是作用长度系数，一般情况下取0.85，Ψ_i(x，p_i，σ)是高斯函数，σ是高斯函数宽度，一般情况下取0.28l_PVPC，p_i是高斯函数的中心点，p₁＝-0.2×l_PVPC、p₂＝0.2×l_PVPC、p₃＝0.6×l_PVPC。

本实施例中，由于转钢阶段的轧制长度为目标产品的目标宽度值，其长度冷态值为2670mm，设定热膨胀系数为1.025，所以其长度热态值为2736.75mm，因此：

l_PVPC＝f₀×L/2＝0.85×2736.75/2＝1163.119

k＝(1-x/1163.119)²

高斯函数宽度：σ＝0.28l_PVPC＝0.28×1163.119＝325.673

三个高斯函数为：

p₁＝-0.2×l_PVPC＝-0.2×1163.119＝-232.6238

p₂＝0.2×l_PVPC＝0.2×1163.119＝232.6238

p₃＝0.2×l_PVPC＝0.6×1163.119＝697.8714

步骤4.2、计算可控点设定过程相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值，如下公式所示：

其中，S_j为可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值，j＝1，2，...，10，h_j，h_j+1分别为轧机入口和出口处轧件厚度，R_w为工作辊半径。

本实施例中，计算得到的可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值如表3所示：

表3可控点设定过程中相邻两个设定点压下或抬起过程的前滑值

步骤4.3、计算平面形状控制过程的轧件实际长度值；

取第m个采样点在第t_m时刻的轧辊实测线速度为v_m，则从t_m-1时刻到t_m时刻轧机所轧制的轧件长度为：

步骤4.4、对3条不同形状的高斯曲线加权处理，得到平面形状控制的设定曲线的函数表达式，具体公式如下：

s(x)＝0.9×(w₁×Ψ₁+w₂×Ψ₂+w₃×Ψ₃)>

将三条高斯曲线经过加权处理后可拟合任意曲线，因此，将各高斯曲线的加权系数处理如下：

其中，f_bi、f_hi、f_dwi均为拟合系数，h₁是展宽阶段轧件的目标平均厚度，h₀是展宽阶段轧件目标厚度基准值，dw是轧件平均宽展量，dw₀是轧件平均宽展量基准值；

本实施例中，f_b1＝-15.0，f_b2＝5.0021，f_b3＝10.04，f_h1＝0.0000011，f_h2＝0.000001，f_h3＝0.01006，f_dw1＝0.0，f_dw2＝0.002，f_dw3＝0.004，h₁＝149.813，h₀＝140，dw＝1070，dw₀＝500。

本实施例中，基于高斯函数的中厚板端部变形的计算模型设定曲线和不同权值对设定曲线的影响如图5所示。

步骤4.5、将平面形状控制的设定曲线的相邻两个设定点进行分段线性化处理，将厚度变化区间内厚度变化量与长度简化成如图6所示的线性关系，完成平面形状控制中可控点的设定。

根据图6进行对轧件进行平面形状控制，其投用前后的控制对比效果如图7所示。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。