带钢剪切过程中以质量控制为目标的张力综合匹配方法

摘要

一种带钢剪切过程中以质量控制为目标的张力综合匹配方法，它主要包括以下执行步骤：1、收集产品参数；2、收集现场工艺参数；3、计算前张力和后张力；4、判断张力差是否满足限定域下限和上限；5、计算带钢切边总质量函数、6、计算带钢切边总质量评价；7、现场试验并质量评价，计算出带钢产品的最优前后张力设置。本发明一方面考虑切边设备的承载能力，杜绝切边过程出现打滑等现场事故，另一方面综合考虑不同下游用户对于切边质量的不同要求，针对性提供前后张力设定方案，切实提高切边质量的控制管理水平。

说明书

技术领域

本发明涉及冶金领域，特别涉及一种带钢剪切的质量控制方法。

背景技术

在带钢切边过程中，带钢切边设备前后张力的设定带钢剪切质量有着很大的影响，带钢剪切过程中很多的剪切质量问题或者设备损坏原因都可以归结为前后张力的设定不合理。一方面剪切现场对于剪切设备前后张力的设定往往根据前后设备和前后工艺确定，对于剪切设备和剪切工艺本身对于张力的要求关注很少，事实上，剪切设备的前后张力设定如不合理亦会造成带钢在剪切过程中出现打滑、崩刀等事故的发生；另一方面剪切现场对于带钢剪切质量的评价还仅仅停留在“只评价扣边高度”的层面上，而事实上，在多样化的当今市场，下游客户对于剪切质量的评价关注的是扣边缺陷控制、毛刺缺陷控制、切断比失衡缺陷控制三个方面，不同的下游客户可能对于三者有不同的控制要求，故带钢的剪切质量应该综合扣边缺陷、毛刺缺陷、切断比失衡缺陷来进行综合评价，故剪切设备的前后张力的设定亦应以提高带钢剪切质量的综合评价为目标。例如中国专利CN201210021953.7《一种酸轧机组圆盘剪前后基准张力的综合优化设定方法》提出一种针对特定钢种，设定不同的剪切张力，通过现场试验来确定最优的剪切张力，从而实现最优的张力设定，然而，此技术对于最优剪切张力的搜索未考虑前后张力的平衡，可能导致实验过程中出现带钢打滑现象，且此技术并未针对剪切质量控制的目标给出确切的定义，导致其在现场的执行困难。

发明内容

针对目前带钢剪切现场设备前后张力设定的种种不足，本发明提供一种带钢剪切过程中以质量控制为目标的张力综合匹配方法，一方面考虑切边设备的承载能力，杜绝切边过程出现打滑等现场事故，另一方面综合考虑不同下游用户对于切边质量的不同要求，针对性提供前后张力设定方案，切实提高切边质量的控制管理水平。

本发明包括以下执行步骤：

(a)收集产品参数，记录现场需要进行前后张力优化的带钢产品种共Z种，定义带钢产品种类参数i，下游客户针对第i种带钢的扣边缺陷、毛刺缺陷、切断比失衡缺陷的质量要求下限分别为α_1i、β_1i、γ_1i，下游客户对于第i种带钢产品要求的切边质量加权ε_1i、ε_2i、ε_3i，针对第i种带钢产品现场切边设备咬入角α_yi，上刀盘法向压力F_sni、下刀盘法向压力F_xni、上刀盘摩擦力F_sfi、下刀盘摩擦力F_xfi，初始化i＝1；

(b)收集现场工艺参数，针对第i种带钢，根据现场切边设备前后工艺要求限定其前张力极限大值F_qimax、前张力极限小值F_qimin、后张力极限大值F_himax、后张力极限小值F_himin，前张力搜索步长Δ_qi、后张力搜索步长Δ_hi，最优前张力搜索参数j、最优后张力搜索参数k，定义有效性判断变量P_tijk、综合质量评价函数M_tijk、综合质量评价变量M_ti并初始化M_ti＝0，最优前张力设定值F_qiz、最优后张力设定值F_hiz；

(c)初始化j＝0，k＝0；

(d)计算前张力F_qij，F_qij＝F_qimin+jΔ_qi；

(e)计算后张力F_hik，F_hik＝F_himin+kΔ_hi；

(f)判断|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，如果是，转入步骤(g)，如果不是，转入步骤(i)；

(g)判断|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，如果是，转入步骤(j)，如果不是，转入步骤(h)；

(h)判断如果是，令j＝j+1，转入步骤(d)，如果不是，转入步骤(q)；

(i)判断如果是，令k＝k+1，转入步骤(e)，如果不是，转入步骤(p)；

(j)在带钢切边现场以前张力F_qij、后张力F_hik，针对第i种带钢进行现场剪切实验试验后取样，测量扣边高度H_k并按照扣边评价原则进行质量评分记作α_tijk，按照毛刺评价原则对取样进行毛刺缺陷质量评分记作β_tijk，在电镜下观察试样并按照切断比评价原则对切断比失衡缺陷质量评分记作γ_tijk；

(k)判断如果是，令P_tijk＝1，则转入下一步，如果否，则令P_tijk＝0，转入下一步；

(l)计算在针对第i种带钢产品，当优化搜索参数为j、k时，带钢切边综合质量函数φ_tijk，φ_tijk＝ε_1iα_tijk+ε_2iβ_tijk+ε_3iγ_tijk；

(m)计算第i种带钢产品在优化搜索参数为j、k时的综合质量评价M_tijk，M_tijk＝P_tijk·φ_tijk；

(n)判断M_tijk>M_ti，如果是，令M_ti＝M_tijk、F_qiz＝F_qij、F_hiz＝F_hij，转入下一步，如果否，直接转入下一步；

(o)判断如果是，令k＝k+1，转入步骤(e)，如果不是，转入下一步；

(p)判断如果是，令j＝j+1，k＝0，转入步骤(d)，如果不是，转入下一步；

(q)判断i≤Z，如果是，令i＝i+1，转入步骤(c)，否则，转入下一步；

(r)计算完成，输出针对第i(i＝1，2，3……)种带钢产品的最优前后张力设置。

本发明技术具有以下有益效果：

(1)在优化过程中，将前后张力差适中设定在合理范围内，保证了剪切前后张力的合理值，避免了剪切过程中出现的带钢切边打滑等事故；

(2)引入有效性判断变量，舍去了不满足客户切边质量下限的设定值，保证了筛选的最优性；

(3)按照客户对于切边质量要求的综合加权对于切边质量进行综合评价，保证了最终锁定的前后张力最优值是针对具体客户具体产品而言的最优值，适应了当今板带市场多样化的需求。

附图说明

附图1为本发明的总流程图。

具体实施方式

为了进一步说明本发明技术的应用过程，以某精整机组工艺段为例，详细地介绍本发明方法在现场的应用过程与使用效果，其总流程如图1所示：

(1)收集产品参数，产品编号i＝1，收集先关参数如下表：

表一 某精整机组典型带钢产品参数

(2)收集现场工艺参数，针对第1种带钢，根据现场切边设备前后工艺要求限定其前张力极限大值21.15N/mm²、前张力极限小值21N/mm²、后张力极限大值21N/mm²、后张力极限小值20.8N/mm²，前张力搜索步长0.05N/mm²、后张力搜索步长0.05N/mm²，定义其他搜索相关参数。

(3)初始化相关参数并进行计算、实验、质量评价。

3a)j＝0，k＝0，此时计算前张力设定F_qij＝21N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.8N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3b)j＝0，k＝1，此时计算前张力设定F_qij＝21N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.85N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+Fx_fi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝0，计算φ_tijk＝0.46，计算M_tijk＝0，判断M_tijk>M_ti,结果为否，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3c)j＝0，k＝2，此时计算前张力设定F_qij＝21N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.9N/mm²，，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为是，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.58，计算M_tijk＝0.58，判断M_tijk>M_ti,结果为是，令M_ti＝M_tijk、F_qiz＝F_qij、F_hiz＝F_hij，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3d)j＝0，k＝3，此时计算前张力设定F_qij＝21N/mm²，计算后张力设定F_qik＝20.95N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为是，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.82，计算M_tijk＝0.82，判断M_tijk>M_ti,结果为是，令M_ti＝M_tijk、F_qiz＝F_qij、F_hiz＝F_hij，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3e)j＝0，k＝4，此时计算前张力设定F_qij＝21N/mm²，计算后张力设定F_hik＝21N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令j＝j+1，k＝0，重新计算前后张力、实验；

3f)j＝1，k＝0，此时计算前张力设定F_qij＝21.05N/mm2，计算后张力设定F_hik＝20.8N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3g)j＝1，k＝1，此时计算前张力设定F_qij＝21.05N/mm2，计算后张力设定F_hik＝20.85N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3h)j＝1，k＝2，此时计算前张力设定F_qij＝21.05N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.9N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.28，计算M_tijk＝0.28，判断M_tijk>M_ti,结果为否，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3i)j＝1，k＝3，此时计算前张力设定F_qij＝21.05N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.95N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝0，计算φ_tijk＝0.46，计算M_tijk＝0，判断M_tijk>M_ti,结果为否，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3j)j＝1，k＝4，此时计算前张力设定F_qij＝21.05N/mm²，计算后张力设定F_hik＝21N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.7，计算M_tijk＝0.7，判断M_tijk>M_ti,结果为否，令j＝j+1，k＝0，重新计算前后张力、实验；

3k)j＝2，k＝0，此时计算前张力设定F_qij＝21.1N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.8N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3l)j＝2，k＝1，此时计算前张力设定F_qij＝21.1N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.85N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3m)j＝2，k＝2，此时计算前张力设定F_qij＝21.1N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.9N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3n)j＝2，k＝3，此时计算前张力设定F_qij＝21.1N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.95N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.46，计算M_tijk＝0.46，判断M_tijk>M_ti,结果为否，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3o)j＝2，k＝4，此时计算前张力设定F_qij＝21.1N/mm²，计算后张力设定F_hik＝21N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.37，计算M_tijk＝0.37，判断M_tijk>M_ti,结果为否，令j＝j+1，k＝0，重新计算前后张力、实验；

3p)j＝3，k＝0，此时计算前张力设定F_qij＝21.15N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.8N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3q)j＝3，k＝1，此时计算前张力设定F_qij＝21.15N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.85N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3r)j＝3，k＝2，此时计算前张力设定F_qij＝21.15N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.9N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3s)j＝3，k＝3，此时计算前张力设定F_qij＝21.15N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.9N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3t)j＝3，k＝4，此时计算前张力设定F_qij＝21.15N/mm²，计算后张力设定F_hik＝20.95N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果不满足，令k＝k+1，重新计算前后张力、实验；

3u)j＝2，k＝3，此时计算前张力设定F_qij＝21.15N/mm²，计算后张力设定F_hik＝21N/mm²，接着根据前后张力的设定，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≥|(F_sni+F_xni)sinα_yi-(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，判断前后张力差是否满足|F_hij-F_qik|≤|(F_sni+F_xni)sinα_yi+(F_sfi+F_xfi)cosα_yi|，结果满足，按照张力计算值在现场进行切边实验并按照如表二、表三、表四所示的评价原则进行切边质量评价，评价完成后，判断是否成立，结果为否，则P_tijk＝1，计算φ_tijk＝0.28，计算M_tijk＝0.28，判断M_tijk>M_ti,结果为否。

此时已经完成针对第1种对全部可行的张力的先关实验，得到了最优的前后张力设定值，相关实验数据可参见表五所示。

表二 某厂扣边缺陷质量控制难度评价表

注：表中H_k指的扣边高度，在现场通过千分尺测量

表三 某厂毛刺缺陷质量控制难度评价表

注：表中关于某厂毛刺缺陷控制的四个等级标准：A级标准是指“带钢切断断面触感十分光滑，无毛糙感”；B级标准是指“带钢切断断面触感大体光滑，沿切断断面滑动时有轻微毛糙感”；C级标准是指“带钢切断断面触感一般光滑，沿切断断面滑动时有轻微划痛感”；D级标准是指“带钢切断断面触感不光滑，沿切断断面滑动时有划痛感”。

表四 某厂切断比失衡缺陷质量控制难度评价表

注：表中关于某厂切断比失衡缺陷质量控制的等级标准为：0级标准是指要求切断比b满足：2/3<b或者b<1/5；1级标准是指要求切断比b满足：2/3<b≤1/2；3级标准是指要求切断比b满足：1/2<b≤1/3；10级标准是指要求切断比b满足：1/5≤b<1/3。

表五 某厂典型带钢张力优化过程相关参数输出值

注：表中编号为1、6、7、11、12、13、16、17、18、19的张力设定值并未进行现场实验，原因是张力设定值不满足张力差上限，编号为5的张力设定值并未进行现场实验，原因是张力设定值不满足张力差下限。

(4)令i＝i+1，计算第二种带钢产品最优的前后张力设定值……直到得到现场所有带钢产品前后张力的最优设定，如表六所示。

表六 某厂典型带钢切边最优的张力设定值

本发明的在现场的应用，一方面考虑切边设备的承载能力，杜绝切边过程出现打滑等现场事故，另一方面按照客户对于切边质量要求的综合加权对于切边质量进行综合评价，保证了最终锁定的前后张力最优值是针对具体客户具体产品而言的最优值，适应了当今板带市场多样化的需求针对性提供前后张力设定方案，切实提高切边质量的控制管理水平。