一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法

技术领域

本发明属于板带材轧制中的板形控制领域，特别是，本发明涉及一种热连轧 机精轧机组的动态刚度控制方法。

背景技术

有关热连轧机精轧机组动态负荷控制方法，已有相关专利技术描述。例如， 申请号为“200610124802.9”、发明名称为“一种基于平滑变化轧制规程的热轧带 钢凸度控制方法”的中国专利申请公开了一种控制成品热带钢凸度的方法。所述 方法系针对现在带钢在热轧过程中弯辊系统对于板凸度控制不足的问题，提供一 种能基于平滑变化轧制规程的热轧带钢凸度控制方法。根据该方法，其特征在于， 将轧制热带钢的机架按轧制顺序依次划分为上游机架、中游机架和下游机架，各 机架压下率在80～120卷钢之前的轧制过程中随卷调整，在继第80～120卷钢之 后的连续轧制过程中，各机架保持与最后一次调整的压下率数值一致。

该技术方案提供的方法使各轧辊负荷分配的变化随时间逐卷平滑变化，没有 突变性，函数结构简单，易于调整，因此，该方法可以弥补弯辊系统工作死区的 存在及弯辊模型的系统误差，更精确地控制板凸度和平直度。

申请号为“200410015884.4”、发明名称为“冷带钢热连轧机精轧机组轧制规 程的综合优化控制方法”的中国专利申请公开了一种控制方法：该方法系在轧制 规程优化过程中将电机负荷、板厚控制、板形控制和打滑与热滑伤防治等诸多因 素综合考虑进去。特别是，对不同的机架采用不同的优化计算方法并且将它们综 合在一个迭代计算过程中。根据该方法，所述过程由多种优化计算子过程组成， 每个子过程分别以不同的因素作为主要考虑因素。根据该方法，通过在轧制规程 设定中充分考虑防治打滑和热滑伤的因素，提高了轧制速度和钢材的表面质量。 而且该方法的原理清晰明了，计算速度快，适于在线使用。

申请号为“CN01803005.X”、发明名称为“热连轧方法”的中国专利申请公 开了一种控制方法，其核心内容为：在连轧时，在确保接合强度的同时，减轻轧 辊所加负荷并防止带钢断裂并防止压紧板和轧辊受损。在该方法中，在精轧前前 接合薄板坯并进行精连轧的场合下，通过把这一组的所有薄板坯的厚度统一为在 这组接合薄板坯的指定厚度中的最小薄板坯厚度，没有出现在薄板坯接合部处的 阶梯部。其关键在于依照基于类型、规格、尺寸、成品厚度和成品宽度等轧件信 息而为各轧件预定的轧制条件进行热轧的方法，其特征在于，在所述轧件是先行 薄板坯尾端与后行薄板坯前端接合并进行精连轧的预定轧件的场合下，比较在连 轧的从头到尾的轧件按轧制顺序排列而成的连续单元中为各轧件而预定的薄板坯 厚度，把薄板坯厚度统一为其中的最小值，进行精连轧。

然而，根据上述技术方案，由于随着轧制时间的变化，各机架之间的轧制力 随着轧制条件的变化，轧制力在热连轧机精轧机组架出现波动，即无法按照设定 的轧制力进行控制，导致不同机架由于轧制条件的不同导致的轧制力分配的不同。

因为，结合热连轧机精轧机组轧制过程中的特点，由于不同机架随着轧制时 间发生的变化，其各机架的轧制力也会发生一定的改变，见图1.

同时对于热连轧机精轧机组各机架而言，其在轧制过程中的各机架轧制力也 会随着轧制时间的变化出现变化，见图2.

结合轧辊辊面控制的要求，一旦在前段机架，其轧制力过大，将直接影响其 轧辊的辊面质量控制，特别是在一些特定的情况下，随着轧制品种的变化，一旦 在轧制过程中，其不同机架的轧制力无法根据品种进行控制，将直接导致前段机 架的轧制力过大，而产生机架的轧辊辊面氧化膜的剥落，从而影响热轧带钢的表 面质量控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于：提供一种热连轧机精轧机组机架动态 刚度控制方法，主要涉及在热连轧机精轧机组轧制过程中，不同机架的轧辊辊面 状态的变化，通过对涉及机架轧制过程中的动态变刚度，即根据带钢不同的位置， 通过对轧机二次刚度控制，起到降低轧制过程中机架的轧制力，从而保护机架轧 辊的辊面。

为此，本发明技术方案结合不同机架的辊面控制要求，采用了机架的动态刚 度控制方法，使带钢在轧制过程中的轧制力控制实现过程最小化的目的，即在轧 制过程中采用尽量小的轧制力，起到保护轧辊的目的，见图3。

本技术方案结合不同机架的轧辊使用特定即不同机架的轧辊辊面状态的变 化，对不同机架的轧机刚度进行控制，从而起到改善机架轧辊辊面质量控制的目 的。

为实现上述目的，本发明的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法技 术方案如下：

一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在于，所述方法包括 下述步骤：

（1）初始穿带机架头部刚度M_a控制，

根据过程控制计算机L2由初始轧机设定刚度M，得到初始轧机实际刚度， 即基础自动化得到的刚度值，具体如下：

根据过程控制计算机L2计算，得到：

M_a=M

其中M_a=P_SET/S_SET

M_a：带钢头部轧制过程中的刚度值，KN/mm；

P_SET：带钢头部设定轧制力，KN；

S_SET：带钢头部的精轧机辊缝设定值，mm，

M：指在轧制一块带钢前，过程计算机中原有的轧机刚度，KN/mm；

（2）带钢头部实际位置跟踪计算，

通过跟踪计算带钢头部的位置值，即跟踪计算带钢头部的实际长度值，也即 精轧入口－带钢尾部，得到占带钢总长度的10-20％的位置L_HE，

（3）机架刚度一次控制，即穿带后的第一次变刚度M_b控制，

当L_HE>10%×L时，采用下列控制方法：

P_SET=M_b×S_SET，即，M_b=P_SET/S_SET，

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力，

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值，

而M_b=10×L_HE²-4×L_HE+1.3，

M_b：计算实际轧制力时使用的轧机刚度值，

L_HE：带钢头部位置，即带钢头部长度，%；

（4）带钢实际位置控制；

（5）带钢恒刚度M_c控制，

即，带钢轧制稳定期的恒刚度控制M_c，根据公式

P_SET=M_c×S_SET，即，M_c=P_SET/S_SET，P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢 头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值，

当L_HE>30%×L时，令M_c=M_STL，为不同钢种在负荷再分配公式中需要的轧机 刚度值，KN/mm；

（6）带钢尾部实际位置控制，

（7）抛钢前的机架刚度控制，即带钢的第二次变刚度控制，

当L_HE>80%×L时，采用下列公式控制：

P_SET=M_d×S_SET，即M_d=P_SET/S_SET

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力，

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值，

而M_d=10×L_HE²-16×L_HE+7.3，

M_d：计算轧制力时使用的轧机刚度值，

L_HE：带钢头部位置，%；

（8）抛钢阶段的机架初始刚度控制，

控制方法如下：

P_SET=M_e×S_SET，即M_e=P_SET/S_SET，

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力，

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值，

当L_HE>90%×L时，令M_e=M，

L：为带钢精轧出口长度，由过程控制计算机计算，

M：过程计算机中原有的轧机刚度，KN/mm；

M_e：带钢尾部应用的轧机刚度值。

M_b=10×L_HE²-4×L_HE+1.3为发明点，根据带钢的长度位置变化，得到刚度变 化的二次函数，这样才能有效控制刚度的变化，我们的依据是随着带钢长度的变 化，机架刚度随之变化，达到一定的位置时，既到达恒刚度控制时，即可有效的 过渡为恒刚度。

采用P_SET、S_SET，为过程控制计算机对带钢头部的设定轧制力和过程控制计算 机对带钢头部的辊缝设定值，计算方便。

M_d=10×L_HE²-16×L_HE+7.3为发明点，根据带钢的长度位置变化，得到刚度变 化的二次函数，这样才能有效控制刚度的变化，我们的依据是随着带钢长度的变 化，机架刚度随之变化。

根据本发明所述一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在于， 所述方法包括下述步骤：

根据本发明所述方法，

在步骤（1），初始穿带机架头部刚度M_a控制，

根据过程控制计算机L2由初始轧机设定刚度M（指在轧制一块带钢前，过 程计算机中原有的轧机刚度）得到初始轧机实际刚度（基础自动化得到的刚度值）。

根据本发明所述方法，

在步骤（1），初始穿带机架头部刚度M_a控制，

P_SET：带钢头部设定轧制力，根据计算得到，在过程控制计算机中有最大的 限制，但根据品种及参数得到，一般情况下为小于轧机能力，主要是由设备的设 计能力决定；各机架不同，一般F1-F4为5000KN，F5-F7为4000KN。

根据本发明所述方法，

在步骤（1），S_SET：带钢头部的（精轧机F1-F7）辊缝设定值（单位：mm，根 据计算得到）。

M：主要根据轧机特性决定，为机架实际刚度，为一应用变量，为带钢头尾 穿带过程（精轧机F1-F7）中使用的刚度，即在下图中1、5过程中使用的刚度）。

根据本发明所述方法，

在步骤（2）带钢头部实际位置跟踪计算；

通过跟踪计算带钢头部的位置值，即跟踪计算带钢头部的实际长度值，也即 精轧入口－带钢尾部（总长度的80-90%），得到占带钢总长度（30-100m）的10-20 ％的位置L_HE。

根据本发明所述方法，

在步骤（3）机架刚度一次控制，即第一次变刚度M_b控制，

穿带（指带钢在成品机架完成穿带，可认为在带钢头部进行轧制）后的机架 刚度控制为在图中1-2的变换点。

P_SET=M_b×S_SET（即，M_b=P_SET/S_SET）

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值（单位mm，根据轧机的弹跳 方程得到）。

而M_b=10×L_HE²-4×L_HE+1.3，即如何对涉及的轧制过程中的刚度进行调整。

根据本发明所述方法，

在步骤（3）,M_b：计算实际轧制力时使用的轧机刚度值,范围在300-600KN/mm。

L_HE：带钢头部位置（即带钢头部长度），

根据本发明所述方法，

在步骤（4）带钢实际位置控制见流程图。

根据本发明所述方法，

在步骤（5）带钢恒刚度（M_c）控制，

即，带钢轧制稳定期的恒刚度控制M_c，这一阶段要求轧机负荷根据不同的钢 种稳定在某一固定范围的稳定阶段。

P_SET=M_a×S_SET（M_c=P_SET/S_SET）

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力（KN）；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值（KN），

当L_HE>30%×L时，令M_c=M_STL。

（6）带钢尾部实际位置控制，

根据本发明所述方法，

在步骤（8），抛钢阶段的机架初始刚度控制，即带钢尾部抛钢阶段的机架初 始刚度控制。本发明方法中，采用了抛钢阶段的机架初始刚度控制，不涉及三次 变刚度本技术方案的最终目的解决轧制过程中的轧制力大的问题，起到改善轧辊 辊面的目的。

为了保证尾部轧制的稳定性，这一阶段要求轧机负荷恢复到过程控制计算机 初始设定的轧制力负荷，那么根据上述的控制，对涉及带钢抛钢时的控制方法如 下：

P_SET=M_e×S_SET（Me=P_SET/S_SET）

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值。

当L_HE>90%×L时（L为带钢精轧出口长度，由过程控制计算机计算），令 M_e=M。

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在 于，

在步骤（5）,设定了最大M_c调节量，即M_STL为不同钢种下在负荷再分配公式 中需要的轧机刚度值，KN/mm，

M_STL范围=10%*M以内。

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，

M_STL范围具体取值没有特定的要求，可以按照不同的含碳量，同时在控制的 范围时，可以最大值控制在10%以内。

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在 于，

在步骤（2），如下得到实际带钢的位置：

L_HE=V×(1+lag)×T_scant+L_{HE_OLD}，

式中，

L_HE：带钢头部位置的跟踪值，m；

V：轧机的速度反馈值,M/S；

lag：轧机速度的前滑值（%）；

T_scant：PLC程序的扫描时间，毫秒；

L_{HE_OLD}：前一次扫描周期的带钢头部位置值，单位%。

lag：轧机速度的前滑值，在轧制过程中轧机与带钢速度的差异，常用范 围,0.2-1%；

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在 于，

在步骤（3），第一次变刚度控制的具体方法如下：

当L_HE>10%×L时，对轧机的负荷进行变化，使该变化过程速度均匀，且轧机 刚度在一定时间内达到新的目标值，变化时间从带钢全长的20%开始，到全长的 30%结束，采用下列控制方法：

P_SET=M_b×S_SET，即M_b=P_SET/S_SET，

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值，

M_b=10×L_HE²-4×L_HE+1.3，

M_b：穿带后的第一次刚度，

L_HE：带钢头部位置。

M_b=10×L_HE²-4×L_HE+1.3为发明点，根据带钢的长度位置变化，得到刚度变 化的二次函数，这样才能有效控制刚度的变化，我们的依据是随着带钢长度的变 化，机架刚度随之变化。

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在 于，在步骤（5）,轧制稳定期的恒刚度控制，根据公式

P_SET=M_c×S_SET，即M_c=P_SET/S_SET，

M_c：穿带后的稳定刚度，

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值，

当L_HE>30%×L时，令M_c=M_STL，

M_STL为不同钢种在负荷再分配公式中需要的轧机刚度值，KN/mm。

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在 于，

在步骤（7）、抛钢前的机架刚度控制，即第二次变刚度控制如下：

当L_HE>80%×L时，希望对轧机的负荷进行二次变化，用以保证带钢尾部轧制 的稳定性，该变化过程要速度均匀，且轧机刚度要在一定时间内达到新的目标值 （变化时间要求从带钢全长的80%开始，到全长的90%结束），因此采用下列公式 控制：

P_SET=M_d×S_SET（M_d=P_SET/S_SET）

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值。

而M_d=10×L_HE²-16×L_HE+7.3

M_d：带钢稳定轧制后的二次刚度KN/mm。

L_HE：带钢头部位置。

根据本发明所述的一种热连轧机精轧机组机架动态刚度控制方法，其特征在 于，

在步骤（8）,抛钢阶段的机架初始刚度控制如下：

P_SET=M_e×S_SET（M_e=P_SET/S_SET）

P_SET：负荷再分配公式中用到的带钢头部设定轧制力；

S_SET：过程控制计算机对带钢头部的辊缝设定值。

当L_HE>90%×L时（L为带钢精轧出口长度，由过程控制计算机计算），令 M_e=M。

M_e：带钢抛钢时的刚度KN/mm；

M：过程计算机中原有的轧机刚度KN/mm。

根据本发明，初始刚度（M）：指在轧制一块带钢前，过程计算机中原有的 轧机刚度

头部刚度（M_a）：带钢头部穿带控制时的刚度（一般指头部到达卷取时的刚 度）

第一次变刚度（M_b）：穿带后的第一次刚度变化控制（指带钢完成穿带后的 刚度）

恒刚度控制（M_c）：穿带后的稳定刚度控制（指带钢在连轧机稳定轧制的刚 度）

第二次变刚度（M_d）：带钢稳定轧制后的二次刚度（指带钢尾部在离开中间 辊道时的刚度）

抛钢刚度（M_e）：带钢抛钢时的刚度（指带钢尾部在离开连轧机时的刚度）。

根据本发明，只要动态改变轧制刚度M，就可以实现在轧制过程中改变设定 轧制力的目的，即实现在轧制过程中轧机刚度如下图4所示变化。

附图说明

图1为各机架的轧制力随着轧制时间发生的变化示意图。

图2为在轧制过程中的各机架的轧制力随着轧制时间发生变化的变化示意 图。

图3为本发明根据不同机架的特性，在轧制过程中采用尽量小的轧制力，起 到保护轧辊目的的示意图。

图4为本发明实现在轧制过程中动态该表轧机刚度的示意图。

图5为本发明流程的示意图。

图6为本发明辊缝调节示意图。

具体实施方式

以下，举实施例，具体说明本发明。

实施例

结合本技术方案，以宝钢热轧某热轧的F2机架为例，针对每一步流程实施如 下：

1、以过程控制计算机设定F2机架初始刚度为500KN/mm，辊缝为3mm，则当 机架咬钢后的实际轧制力为1800KN时，结合步骤一P_SET=M_SET×S_SET，得到机架的 实际刚度为600KN/mm

2、根据带钢头部实际位置，从0开始计算，到达带钢长度的10%，结合带钢 在中间辊道的实际长度及中间坯的厚度和带钢成品的厚度得到带钢成品的计算长 度，当中间坯长度为58米，中间坯厚度为40mm，成品厚度为4mm时，则带钢成 品的长度为580米，按照本技术方案，在带钢头部离开机架58米时开始工作；

3、结合本技术方案的第一次变刚度控制，机架使用的刚度根据公式 M=10×L²-4×L+1.3计算，根据要求，L的起始点为58米，结束点为116米，对 应带钢从600KN/mm到540KN/mm（假设根据表格要求带钢中部轧制刚度为头部设 定刚度的90%）。

4、在带钢中部的轧制过程中，刚度始终保持在540KN/mm不变化；

5、根据带钢头部实际位置，从带钢全场的80%开始计算，到达带钢长度的 90%，即带钢头部离开机架464米（假设带钢长度为580米）时开始工作；

6、机架使用的刚度根据公式M=10×L²-16×L+7.3计算，根据要求，L的起 始点为464米，结束点为522米，对应带钢从540KN/mm到600KN/mm。

本发明通过对涉及机架轧制过程中的动态变刚度，即根据带钢不同的位置， 通过对轧机二次刚度控制，从而起到改善机架轧辊辊面质量控制的目的。