一种热连轧板带钢轧制规程动态设定方法

摘要

一种热连轧板带钢轧制规程动态设定方法，涉及钢板轧制过程控制技术领域。本发明采用压下分配模式与相邻机架轧制力比例区间控制相结合的方法进行轧制规程动态设定：用压下分配系数确定的负荷分配作为基础，逐个判断相邻机架实际的轧制力比例是否满足目标轧制力比例区间的要求，如不满足则调整相应机架的压下率，直到所有相邻机架都满足目标轧制力比例区间的要求。本方法可以提高热轧带钢轧制规程设定精度与轧制稳定性。

说明书

技术领域

本发明涉及热轧带钢生产过程控制领域，尤其涉及一种热连轧板带钢轧制规 程动态设定方法。

背景技术

带钢热连轧精轧机组中，轧制规程的制定对于提高产品质量起着重要的作用， 其合理与否，对产品质量的高低、轧制设备调整的难易、机组运转的可靠性和生 产过程的稳定性均有直接影响。轧制规程包括压下制度，速度制度，张力制度， 温度制度，其关键在于压下制度。压下制度指各机架(或各道次)压下量的分配 制度，业内通常称之为负荷分配或厚度分配。

负荷分配是轧制规程的核心，它直接影响到板形、板厚精度等产品质量，负 荷分配还对轧制能耗、辊耗、生产过程的稳定性和作业率等项指标有重要影响。 带钢热连轧机组的负荷分配方法从以前的经验表格法开始，还经历了能耗法、动 态负荷分配法、负荷分配系数法、人工智能方法等几个阶段。

目前，现代化热连轧精轧机组负荷分配较普遍采用的方法是负荷分配系数法， 它按一定的负荷分配系数给定各机架的厚度分配。负荷分配系数法主要包括压下 分配模式与轧制力分配模式两种类型，目前在线应用多采用压下分配模式。其缺 点在于：轧制状况改变(如换辊)时精轧各机架轧制力比例波动大，不能消除轧 制力倒挂，不能保证产品板形。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提出一种热连轧板带钢轧制 规程动态设定方法，该方法将压下负荷分配模式作为基础，通过相邻机架轧制力 比例区间控制来动态调整部分机架的负荷，从而提高精轧带钢轧制规程设定精度 和轧制稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种热连轧板带钢轧制规程动态设定方法，包括以下步骤：

S1、根据压下分配系数表，按压下分配模式计算热连轧精轧机组的负荷分配 结果，即获得各机架的压下率和出口厚度；S2、以压下分配确定的压下率为基础， 逐个检查相邻机架间实际的轧制力比例是否满足目标轧制力比例区间的要求，如 不满足则调整相应机架的压下率，经过多次迭代计算，直到所有相邻机架都满足 目标轧制力比例区间的要求。

所述步骤S1包括以下步骤：

S11，取压下分配系数表，根据当前带钢的钢种×厚度×宽度确定的层别信息， 从压下分配系数表相应层别取出精轧各机架的压下分配系数

S12，压下率相对化计算，得到精轧各机架的压下分配结果：根据各机架的压 下量之和必须等于精轧的总压下量，得到压下率的相对化因子r_k为：

$r_k=\frac{-b·s_1+\sqrt{{(b·s_1)}^2+4·a·s_2·\ln (h_0/h_n)}}{2·a·s_2}$  公式(1)

其中，i为机架号，n为精轧机架数；a＝0.959597， b＝0.906501；h₀为中间坯厚度，h_n为终轧厚度；

各机架的压下分配系数相对化后的压下率为压下分配确定的压下率ε_i为：

${ϵ}_i={\widetilde{ϵ}}_i·r_k$   公式(2)

根据压下分配确定的压下率ε_i，计算压下分配确定的出口厚度h_i：

$\left(\begin{array}{cc}{h}_i=h_0·{\Pi }_{k=1}^i(1-{ϵ}_k)& i=\mathrm{1,2},...n-1\end{array}\right)$  公式(3)

所述步骤S11中各机架的压下分配系数取得过程为：根据当前带钢的钢种大 类、厚度等级和宽度等级信息，从压下分配系数表相应层别取到各机架的压下分 配系数(i为机架号)。

所述步骤S2包括以下步骤：

S21，取轧制力比例表，根据当前带钢的钢种×厚度确定的层别信息，从轧制 力比例表取出各相邻机架的最小允许的轧制力比例与最大允许的轧制力比例

S22，计算在当前压下率对应的厚度分配下精轧各机架的轧制力；

S23，判断当前迭代计算次数j是否超过最大允许的迭代计算次数：如果超过 则执行步骤S29；如果没有超过最大允许的迭代计算次数，则继续往下执行；

S24，精轧机架号i置为1；

S25，所有相邻机架检查完毕否：如果检查完毕则执行步骤S29；如果没有检 查完毕则继续往下执行；

S26，判断第i机架与第i+1机架间实际的轧制力比例是否满足目标轧制力比 例区间的要求：

1)如果相邻机架间实际的轧制力比例S_i满足目标轧制力比例区间的要求， 即则机架号i累加1，重新回到步骤S25；

2)如果相邻机架间实际的轧制力比例S_i不满足目标轧制力比例区间的要求， 即$S_i<S_i^{\min }$或$S_i>S_i^{\max },$则继续往下执行；

S27，第(i+1)机架的压下率调整计算过程，分两种情况：

1)如果相邻机架间实际的轧制力比例大于最大允许的轧制力比例，即 则需要将第(i+1)机架的压下率调大：

${ϵ}_{i+1}^{j+1}={ϵ}_{i+1}^j·(1+\frac{R{f}_i-R{f}_{i+1}·S_i^{\max }}{R{f}_{i+1}}·C_{i+1}^j)$  公式(5)

2)如果相邻机架间实际的轧制力比例小于最小允许的轧制力比例，即 则需要将第(i+1)机架的压下率调小：

${ϵ}_{i+1}^{j+1}={ϵ}_{i+1}^j·(1+\frac{R{f}_i-R{f}_{i+1}·S_i^{\min }}{R{f}_{i+1}}·C_{i+1}^j)$  公式(6)

其中为第(i+1)机架第j次迭代计算的压下率，第一次迭代计算时的取压下分配确定的压下率ε_i+1；

为第(i+1)机架第j次迭代计算的加速因子；第一次迭代计算时取 初始值1；存在：

$C_{i+1}^{j+1}=m·C_{i+1}^j$  公式(7)

其中m为加速倍率，取值范围m≥1；

S28，对所有机架做压下率相对化计算，根据各机架最新的压下率，重新计算 在当前压下率对应的厚度分配下各机架的轧制力；迭代计算次数j累计1后，重 新回到步骤S23执行下一次的迭代计算；

S29，结束计算，输出各机架最新的压下率和出口厚度。

本发明的有益效果：

本发明的热连轧板带钢轧制规程动态设定方法，实现“压下分配+轧制力比例 区间控制”的综合，以压下分配确定的负荷分配作为基础，用轧制力比例区间控 制来进行动态调整，既能保留压下分配模式获得的压下率波动较小的优点，又能 将各机架的轧制力比例控制在一定区间内，达到提高热轧带钢轧制规程设定精度 和轧制稳定性的目的。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发 明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的热连轧板带钢轧制规程动态设定方法流程图；

图2为图1流程中压下分配与轧制力比例区间控制的具体流程图；

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

参见图1，图1为本发明的热连轧板带钢轧制规程动态设定方法流程图，本 发明的热连轧板带钢轧制规程动态设定方法，包括以下步骤：

S1、根据压下分配系数表，按压下分配模式计算热连轧精轧机组的负荷分配 结果，即获得各机架的压下率和出口厚度，其包括以下步骤：

S11，取压下分配系数表，根据当前带钢的钢种×厚度×宽度确定的层别信息， 从压下分配系数表相应层别取出精轧各机架的压下分配系数，具体过程为：

根据当前带钢的钢种大类、厚度等级和宽度等级信息，从压下分配系数表相应 层别取到精轧各机架(例：F1～F7)的压下分配系数(i为机架号)，所述压下分 配系数表是业内常用表，表中数据在生产前确定，一般为考虑设备能力和产品特性 的经验数据，可收集实际生产中的优秀案例；

S12，压下率相对化计算，得到精轧各机架的压下分配结果，即压下分配确定 的压下率ε_i和出口厚度h_i,具体过程为：

为了得到各种中间坯厚度和终轧厚度下的具体压下率数据，需要对上述压下分 配系数进行相对化计算，根据各机架的压下量之和必须等于精轧的总压下量， 得到压下率的相对化因子r_k为：

$r_k=\frac{-b·s_1+\sqrt{{(b·s_1)}^2+4·a·s_2·\ln (h_0/h_n)}}{2·a·s_2}$  公式(1)

其中，i为机架号，n为精轧机架数；

a＝0.959597，b＝0.906501；

h₀为中间坯厚度，h_n为终轧厚度(h₀与h_n均为轧制规程设定计算前已知的值)；

计算各机架相对化后的压下率，即压下分配确定的压下率ε_i为：

${ϵ}_i={\widetilde{ϵ}}_i·r_k$   公式(2)

根据压下分配确定的压下率ε_i，计算压下分配确定的出口厚度h_i：

$\left(\begin{array}{cc}{h}_i=h_0·{\Pi }_{k=1}^i(1-{ϵ}_k)& i=\mathrm{1,2},...n-1\end{array}\right)$  (3)

其中，h_i为第i机架的出口厚度；

S2、以压下分配确定的压下率为基础，逐个检查相邻机架间实际的轧制力比 例是否满足目标轧制力比例区间的要求，如不满足则调整相应机架的压下率，经 过多次迭代计算，直到所有相邻机架都满足目标轧制力比例区间的要求，其包括 以下步骤：

S21，取轧制力比例表，根据当前带钢的钢种×厚度确定的层别信息，从轧制 力比例表相应层别取出精轧各相邻机架的最大、最小允许的轧制力比例；

最大允许的轧制力比例记为最小允许的轧制力比例记为两者即 构成目标轧制力比例区间

上述轧制力比例表中数据在生产前确定，主要考虑带钢轧制稳定性和板形指 标等因素，可以在经验数据基础上不断收集优秀轧制案例进行优化；

S22，计算在当前压下率对应的厚度分配下精轧各机架的轧制力；

S23，判断当前迭代计算次数j是否超过最大允许的迭代计算次数：如果超过 则执行步骤S29；如果没有超过最大允许的迭代计算次数，则继续往下执行；

举例，允许的最大迭代计算次数为20次，即j的取值范围为0≤j≤19，第1 次迭代计算j取0，当迭代计算次数j超过20次时迭代计算结束；

S24，精轧机架号i置为1；

S25，所有相邻机架检查完毕否：如果检查完毕则执行步骤S29；如果没有检 查完毕则继续往下执行；

所有相邻机架检查完毕，即i≥n，其中n为精轧机架数，代表所有相邻机架 的轧制力比例都满足目标轧制力比例区间的要求；

S26，判断第i机架与第i+1机架间实际的轧制力比例是否满足目标轧制力比 例区间的要求：

根据当前机架(机架号为i)与下一机架(机架号为i+1)的轧制力，计算相 邻机架间实际的轧制力比例S_i，计算公式为：

$S_i=\frac{R{f}_i}{R{f}_{i+1}}$  公式(4)

其中，Rf_i为当前机架的轧制力，Rf_i+1为下一个机架的轧制力,i为机架号， 满足1≤i≤n-1，n为精轧机架数；

1)如果相邻机架间实际的轧制力比例S_i满足目标轧制力比例区间的要求， 即则机架号i累加1，重新回到步骤S25；

2)如果相邻机架间实际的轧制力比例S_i不满足目标轧制力比例区间的要求， 即$S_i<S_i^{\min }$或$S_i>S_i^{\max },$则继续往下执行；

S27，第(i+1)机架的压下率调整计算过程，分两种情况：

1)如果相邻机架间实际的轧制力比例大于最大允许的轧制力比例，即 则需要将第(i+1)机架的压下率调大，调整过程如下：

${ϵ}_{i+1}^{j+1}={ϵ}_{i+1}^j·(1+\frac{R{f}_i-R{f}_{i+1}·S_i^{\max }}{R{f}_{i+1}}·C_{i+1}^j)$  公式(5)

2)如果相邻机架间实际的轧制力比例小于最小允许的轧制力比例，即 则需要将第(i+1)机架的压下率调小，调整过程如下：

${ϵ}_{i+1}^{j+1}={ϵ}_{i+1}^j·(1+\frac{R{f}_i-R{f}_{i+1}·S_i^{\min }}{R{f}_{i+1}}·C_{i+1}^j)$  公式(6)

其中为第(i+1)机架第j次迭代计算的压下率，第一次迭代计算时取 压下分配确定的压下率ε_i+1；

为第(i+1)机架第j次迭代计算的加速因子；第一次迭代计算时的取 初始值1；存在：

$C_{i+1}^{j+1}=m·C_{i+1}^j$   公式(7)

其中m为加速倍率，取值范围m≥1；

S28，对所有机架做压下率相对化计算，根据精轧各机架最新的压下率，重新 计算在当前压下率对应的厚度分配下各机架的轧制力；迭代计算次数j累计1后， 重新回到步骤S23执行下一次的迭代计算；

要说明的是，此处的相对化计算过程与步骤S1所述的方法一样，仅需将所有 机架最新的压下率代替步骤S1中的压下分配系数采用如步骤S1中相同的方 法进行压下率相对化计算，得到各机架相对化后的最新的压下率；

S29，结束计算，输出各机架最新的压下率和出口厚度。

下面通过具体实施例来进一步说明。

某带钢信息如下：中间坯厚度40.667mm，终轧厚度3.539mm，带钢宽度 1279.2mm，终轧目标温度FDT为890℃。精轧机架数n＝7。层别信息：钢种大类为 3002，厚度等级为12，宽度等级为2。

上述步骤S1：根据压下分配系数表，按压下分配模式计算各机架的压下率与 出口厚度。从压下分配系数表取到相应层别的压下分配系数数据如下：

表1：压下分配系数

为了得到在中间坯厚度为40.667mm和终轧厚度为3.539mm下的具体的压下率 数据，需要对进行相对化计算。

根据公式(1)，计算压下率的相对化因子：

$\left(\begin{array}{c}{s}_1={\Sigma }_{i=1}^n{\widetilde{ϵ}}_i=2.0795,s_2={\Sigma }_{i=1}^n{\left({\widetilde{ϵ}}_i\right)}^2=0.6993\\ r_k=\frac{-b·s_1+\sqrt{{(b·s_1)}^2+4·a·s_2·\ln (h_0/h_n)}}{2·a·s_2}=0.96596\end{array}\right)---\left(1\right)$

相对化计算得到压下分配确定的压下率与出口厚度见表2：

表2：压下分配确定的压下率与出口厚度

  F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 ε_i42.17％ 40.30％ 33.74％ 29.05％ 25.30％ 19.68％ 10.62％ h_i23.516 14.039 9.303 6.600 4.930 3.960 3.539

上述步骤S2：以压下分配结果为基础，对所有相邻机架进行轧制力比例区间 控制。上述步骤S27中的加速倍率m取值1.2。

从轧制力比例表取到相应层别的最大、最小允许的轧制力比例数据如下：

表3：各相邻机架的最大、最小允许的轧制力比例

执行上述步骤S22-S29，共经过3次迭代计算，所有相邻机架的实际轧制力 比例都满足了目标轧制力比例区间的要求，各次迭代计算过程中的压下率调整数 据及相应的轧制力比例变化数据如表4：

表4：各次迭代计算过程中的压下率及轧制力

可见，经过3次迭代计算，所有相邻机架实际的轧制力比例都达到了目标轧 制力比例区间的要求。在第1次迭代计算时，上述步骤S26检查发现F3-F4机架 间的轧制力比例为1.26，超过了最大允许的轧制力比例1.2(表3)，因此上述步 骤S27将F4机架的压下率从29.05％调大至30.67％，压下率相对化后重算轧制力 表明F3-F4机架间的轧制力比例下降为1.19，满足F3-F4机架间目标轧制力比例 区间的要求；

在第2次迭代计算时，上述步骤S26检查发现F6-F7机架间的轧制力比例为 1.65，超过了最大允许的轧制力比例1.6(表3)，因此上述步骤S27将F7机架的 压下率从10.54％调大至11.07％，压下率相对化后并重算轧制力表明F6-F7机架间 的轧制力比例几乎未变仍为1.65(实际有微小变化，小数点原因看不成差别)， 仍不满足目标轧制力比例区间的要求；

在第3次迭代计算时，上述步骤S26检查发现F6-F7机架间的轧制力比例为 1.65，超过了最大允许的轧制力比例1.6(表3)，因此上述步骤S27将F7机架的 压下率从11.05％调大至12.74％(因为存在加速因子的原因，此次比第2次迭代的 调整力度大)，压下率相对化后并重算轧制力表明F6-F7机架间的轧制力比例变为 1.58，已满足F6-F7机架间目标轧制力比例区间的要求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发 明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所 述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。