一种热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法

摘要

本发明提供一种热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法，包括：获取热连轧PDI数据；按照轧制计划工艺要求，确定轧制的总道次数；根据中间坯的厚度和宽度确定各道次的出口厚度、出口宽度和穿带速度；粗轧轧制过程开始，进行一次轧制规程计算并下发至轧线设备；计算偶数第一道次轧后宽度；计算奇数第二道次的立辊开口度并下发至轧线设备；根据奇数各道次轧后宽度和偶数各道次的轧后厚度，不断对立辊开口度和平辊辊缝进行调整，完成热连轧粗轧轧件宽度控制，直至热连轧粗轧轧制过程结束。本发明能够在线计算得到偶数道次轧后宽度，能够成功应用于热连轧粗轧宽度控制过程中，替代了测宽仪的作用，在节约了生产投资成本的同时，提高了宽度控制的精度。

说明书

技术领域

本发明属于轧制过程控制技术领域，具体涉及一种热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法。 

背景技术

热连轧生产过程中，粗轧机组主要负责轧件的宽度控制，通过宽度数学模型计算各道次的轧后宽度，保证成品宽度在要求的范围之内。 

目前国内外大多数热连轧生产线，粗轧机组广泛采用“立辊+平辊”两机架的配置方式，采用总道次数为奇数道次的往复轧制策略。为降低成本，粗轧机组一般仅机后配置有测宽仪，只能够测量奇数道次轧制之后(立辊和平辊的综合控制后)的轧件实际宽度，无法测量偶数道次轧制后的宽度，影响到宽度模型的计算精度。 

目前只能预测偶数道次轧制之后的宽度，结果存在一定偏差，不利于宽度的精确控制。本发明主要利用现场的测量仪表，通过合适的立辊开口度变化曲线，利用数学的方式计算偶数道次轧制后的宽度，能够提高宽度预测的精度。 

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法。 

本发明的技术方案是： 

一种热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法，包括以下步骤： 

步骤1：获取热连轧PDI数据，包括原始坯料的数据，中间坯的厚度和宽度，以及成品的厚度和宽度； 

步骤2：按照轧制计划工艺要求，确定轧制的总道次数； 

步骤3：根据中间坯的厚度和宽度确定各道次的出口厚度、出口宽度和穿带速度； 

步骤3.1：确定各道次出口厚度； 

步骤3.2：确定各道次出口宽度； 

步骤3.3：根据中间坯厚度和各道次设定厚度，获得各道次的线速度； 

步骤4：粗轧轧制过程开始，进行一次轧制规程计算并下发至轧线设备；轧制规程包括：立辊开口度和平辊辊缝； 

步骤4.1：轧件依次进入立辊和平辊，热连轧粗轧轧制过程开始； 

步骤4.2：由粗轧出口的测宽仪测量奇数第一道次轧后宽度； 

步骤4.3：根据测量到的奇数第一道次轧后宽度，修正偶数第一道次的平辊辊缝，并下发 至轧线设备进行偶数第一道次轧制； 

步骤5：计算偶数第一道次轧后宽度； 

步骤5.1：计算奇数第一道次轧后厚度和当前偶数第一道次轧后厚度； 

步骤5.2：在偶数第一道次轧制过程中，立辊开口度按照单位步长逐渐减小； 

步骤5.3：当出现轧制力信号时，通过调整立辊开口度使立辊轧制力保持在一定范围之内； 

步骤5.4：轧制力稳定一段时间后，取该时间段内立辊开口度平均值，即当前偶数第一道次的轧后宽度； 

步骤6：计算奇数第二道次的立辊开口度并下发至轧线设备； 

步骤6.1：根据奇数第一道次轧后宽度和偶数第一道次的轧后宽度，计算偶数第一道次轧制过程中的自由宽展量及自由宽展系数； 

步骤6.2：根据奇数第一道次轧后宽度，计算狗骨宽展量及狗骨宽展系数； 

步骤6.3：根据自由宽展系数和狗骨宽展系数计算奇数第二道次的立辊开口度和平辊辊缝； 

步骤7：重复步骤4～步骤6，根据奇数各道次轧后宽度和偶数各道次的轧后厚度，不断对立辊开口度和平辊辊缝进行调整，完成热连轧粗轧轧件宽度控制，直至热连轧粗轧轧制过程结束，得到符合PDI数据中宽度要求的中间坯。 

有益效果： 

本发明能够精确测量到粗轧轧制过程偶数道次的轧后宽度，解决了在无测宽仪的情况下无法测量偶数道次的轧后宽度的问题。本发明安全可高，计算准确，能够在线计算得到偶数道次轧后宽度，能够成功应用于热连轧粗轧宽度控制过程中，替代了测宽仪的作用，在节约了生产投资成本的同时，提高了宽度控制的精度。 

附图说明

图1是本发明具体实施方式的典型热连轧粗轧机组“立辊+平辊”仪表配置示意图； 

图2是本发明具体实施方式的第一道次轧后宽度变化示意图，(a)为原料板坯的断面形状，(b)为经过立辊轧制之后的断面形状，(c)为经过平辊轧制之后的断面形状； 

图3是本发明具体实施方式的随立辊开口度变化的轧制力变化曲线； 

图4是本发明具体实施方式的热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。 

本实施方式采用典型热连轧粗轧机组，采用“立辊+平辊”布置形式如图1所示，测量仪表包括：①机前、机中、机后的热金属检测器②机前、机后测温仪③机后测宽仪④立辊位 移传感器、压力传感器、速度编码器⑤平辊位移传感器、压力传感器、速度编码器。 

各测量仪表的作用分别为：热金属检测器用于跟踪轧件在轧制过程中的具体位置；测温仪用于测量轧件的温度；测宽仪用于测量奇数道次轧制之后的轧件宽度；位移传感器用于测量立辊(平辊)的位置；压力传感器用于测量轧制过程中的轧制力；速度编码器用于测量轧制过程中的立辊(平辊)转速。 

轧制方向从左至右(定义为奇数道次)，从右往左(定义为偶数道次)。如图2所示，在轧制生产过程中，中间坯(图2(a)中的轮廓)经过奇数道次先经过立辊轧制(图2(b)中的轮廓)，后经过平辊轧制(图2(c)中的轮廓)；偶数道次，先经过平辊轧制，立辊不参与控制(完全打开)，往复轧制，最终完成轧制过程。 

轧制方向从左至右(定义为奇数道次)，从右往左(定义为偶数道次)。在生产过程中，奇数道次先经过立辊轧制，后经过平辊轧制；偶数道次，先经过平辊轧制，立辊不参与控制(完全打开)，往复轧制，最终完成轧制过程。 

一种热连轧粗轧过程轧件宽度控制方法，如图4所示，包括以下步骤： 

步骤1：获取热连轧PDI(Primary Date Input)数据，包括原始坯料的数据，中间坯的厚度和宽度，以及成品的厚度和宽度； 

热连轧新轧件开始生产，首先经过粗轧阶段，粗轧过程控制系统接受到上位机(生产控制级)传递来的PDI生产数据，主要包括原始坯料的数据，如钢卷号、钢种、加热炉号、坯料长度、宽度、厚度，中间坯的厚度、宽度、温度，以及成品的厚度、宽度等。坯料将通过粗轧机组进行总道次为奇数道次的轧制过程。 

步骤2：按照轧制计划工艺要求，确定轧制的总道次数； 

步骤3：根据中间坯的厚度和宽度确定各道次的出口厚度、出口宽度和粗轧的穿带速度； 

步骤3.1：确定各道次出口厚度； 

按照压下率的分配模式，确定各道次出口厚度，计算公式如下： 

h_i＝H_i·(1-r_i)，其中，h_i为第i道次出口厚度，H_i为第i道次入口厚度，r_i为第i个道次的厚度压下率； 

步骤3.2：确定各道次出口宽度； 

按照压下率的分配模式，确定各道次出口宽度，计算公式如下： 

w_i＝W_i·(1-r_wi)，其中，w_i为第i道次出口宽度，W_i为第i道次入口宽度，r_wi为第i个道次的宽度压下率； 

步骤3.3：根据中间坯厚度和各道次设定厚度，查表获得各道次的穿带速度； 

步骤4：粗轧轧制过程开始，进行一次轧制规程计算并下发至轧线设备；轧制规程包括：立辊开口度和平辊辊缝； 

步骤4.1：轧件依次进入立辊和平辊，热连轧粗轧轧制过程开始； 

图2(a)为原料板坯的断面形状，其中，L1为板坯厚度h₀；L2为板坯宽度w₀；图2(b)为经过立辊轧制之后的断面形状，其中，L3为轧件与轧辊接触高度h_r；L4为狗骨最大高度h_d；L5为立辊轧后宽度w_E；L6为狗骨峰位置L_p；L7为狗骨影响区长度L_d；L8为狗骨宽展图2(c)为经过平辊轧制之后的断面形状，其中，L9为奇数道次轧制后厚度h₁；L10为自然宽展L11为奇数道次轧后宽度w₁。 

步骤4.2：由粗轧出口的测宽仪测量奇数第一道次轧后宽度； 

奇数第i道次轧后宽度： 

w_i＝w_E,i+Δw_D,i+Δw_N,i   (1) 

式中：i为道次号；w_E,i为奇数第i道次平辊轧制前的宽度；Δw_D,i为狗骨宽展；Δw_N,i为自由宽展； 

狗骨宽展量Δw_D,i由式(2)进行计算： 

Δw_D,i＝s_E(w_i-w_E,i)   (2) 

式中：s_E为狗骨宽展系数； 

自由宽展量Δw_N,i由式(3)进行计算： 

${\mathrm{\Delta w}}_{N,i}=[{\left(\frac{h_{i-1}}{h_i}\right)}^{S_B}-1](w_{E,i}+{\mathrm{\Delta w}}_{D,i})---\left(3\right)$

式中：S_B为自由宽展系数；h_i-1为奇数第i道次的入口厚度；h_i为奇数第i道次的出口厚度； 

步骤4.3：根据粗轧出口的测宽仪测量到的奇数第一道次轧后宽度w_i，修正偶数第一道次的平辊辊缝，并下发至轧线设备进行偶数第一道次轧制； 

步骤5：计算偶数第一道次轧后宽度； 

偶数道次轧制过程中，立辊不参与宽度控制，平辊参与压下控制，偶数道次的轧后宽度计算公式为： 

w_i＝w_i-1+Δw_N,i   (4) 

式中：w_i-1为上一奇数道次轧后宽度值，Δw_N,i为自由宽展量。 

步骤5.1：计算奇数第一道次轧后厚度和当前偶数第一道次轧后厚度； 

当奇数第一道次轧制完毕后，轧后宽度为w₁；轧后厚度值为h₁，h₁由弹跳方程计算得到： 

$h_1=S_1+\frac{F_1}{K_m}---\left(\text{5}\right)$

式中：S₁为骑术第一道次平辊轧制的辊缝位置，由平辊位移传感器检测得到；F₁为奇数第一道次平辊轧制力实测值，由平辊压力传感器检测得到；K_m为轧机刚度； 

偶数第一道次轧制完成后的轧后厚度h₂可以由弹跳方程计算得到： 

$h_2=S_2+\frac{F_2}{K_m}---\left(\text{6}\right)$

式中：S₂为偶数第一道次平辊轧制的辊缝位置；F₂为偶数第一道次平辊轧制力实测值； 

步骤5.2：在偶数第一道次轧制过程中，立辊开口度按照单位步长逐渐减小； 

偶数第一道次轧制过程中，当粗轧入口热金属检测器(偶数道次的出口，图1中的仪表①)检测到轧件到达此位置时，会生成的对应的跟踪信号，此时立辊的开口度按照单位步长0.02mm/ms由大逐渐变小，向轧制过程中的轧件靠近，直至立辊压力传感器出现示数。此时，立辊的开口度变化曲线与对应的轧制力变化曲线如图3所示： 

步骤5.3：当出现轧制力信号时，通过调整立辊开口度使立辊轧制力保持在一定范围之内； 

步骤5.4：轧制力稳定一段时间后，取该时间段内立辊开口度平均值，即当前偶数第一道次的轧后宽度； 

当立辊与轧件相接触的时候(即图3中的A点)，立辊压力传感器会接收到测量信号F_E，为消除轧制力噪声信号的干扰，此时按照另一步长将立辊开口度缓慢收缩或打开，保证轧制力的范围在0～δF_E(δF_E＝60kN)范围内波动(此轧制力范围内对轧件宽度造成的影响可以忽略)，稳定一段时间之后，立辊开口度在本段采样时间内的平均值(图3中的B所示)，该平均值为本道次轧件的实际宽度w₂，即当前偶数第一道次的轧后宽度。 

步骤6：计算奇数第二道次的立辊开口度并下发至轧线设备； 

步骤6.1：根据奇数第一道次轧后宽度和偶数第一道次的轧后宽度，计算偶数第一道次轧制过程中的自由宽展量及自由宽展系数； 

使用偶数第一道次轧制前的宽度w₁(即奇数第一道次的轧后宽度)以及偶数第一道次轧 制后的实际宽度w₂(计算得到的)，计算偶数第一道次轧制过程中的自由宽展量Δw_N,2，由公式(3)得：Δw_N,2＝w₂-w₁； 

由于偶数道次只有自然宽展，因此Δw_D,2＝0，根据公式(5)和公式(6)可以分别计算得到轧制前后的厚度h₁和h₂，由公式(3)得到自由宽展系数： 

$S_B={\log }_{\frac{h_1}{h_2}}(\frac{{\mathrm{\Delta w}}_{N,2}}{w_{E,2}+{\mathrm{\Delta w}}_{D,2}}+1)---\left(\text{7}\right)$

步骤6.2：根据奇数第一道次轧后宽度w₁，计算狗骨宽展量及狗骨宽展系数； 

将计算得到的自由宽展系数S_B，根据公式(1)和公式(3)，得到式(8)所示的方程组，求解可以得到奇数第一道次轧制的自由宽展量Δw_N,1： 

$\left(\begin{array}{c}{w}_1=w_{E,1}+{\mathrm{\Delta w}}_{D,1}+{\mathrm{\Delta w}}_{N,1}\\ \Delta w_{N,1}=[{\left(\frac{h_0}{h_1}\right)}^{S_B}-1](w_{E,1}+{\mathrm{\Delta w}}_{D,1})\end{array}\right)---\left(8\right)$

解方程，得到 

${\mathrm{\Delta w}}_{D,1}=w_1{\left(\frac{h_1}{h_0}\right)}^{S_B}-w_{E,1}---\left(9\right)$

将公式(9)带入公式(2)，可以计算得到狗骨宽展系数S_E: 

$S_E=\frac{w_1{\left(\frac{h_1}{h_0}\right)}^{S_B}-w_{E,1}}{w_1-w_{E,1}}---\left(10\right)$

步骤6.3：根据自由宽展系数和狗骨宽展系数计算奇数第二道次的立辊开口度； 

根据得到的偶数第一道次的实际宽度w₂，根据公式(1)、(2)、(3)和公式(7)(10)调整对奇数第一道次的立辊的开口度的重新继续设定，获得满足条件的w_E,i，获得设定要求的奇数第二道次出口宽度。 

$w_{E,i}=w_i^{*}-({\mathrm{\Delta w}}_{D,i}+{\mathrm{\Delta w}}_{N,i})---\left(11\right)$

式中：为奇数第二道次的目标要求宽度。 

步骤7：重复步骤4～步骤6，根据奇数各道次轧后宽度和偶数各道次的轧后厚度，不断对立辊开口度进行调整，完成热连轧粗轧过程轧件宽度控制，直至热连轧粗轧轧制过程结束， 得到符合PDI数据中宽度要求的中间坯。 

各道次计算完之后，将计算值下发至HMI(Human Machine Interface)和基础自动化Level1执行，进行相应的轧制过程。典型的轧制规程如表1所示。 

表1 典型的轧制规程计算结果