一种适合于连退过程的板形在线控制方法

摘要

一种适合于连退过程的板形在线控制方法，其主要包括以下由计算机执行的步骤：1、收集连退机组的关键设备与工艺参数；2、收集带钢的参数；3、定义相关参数；4、相关参数赋初值；5、计算该工艺段的段内板形和段外板形；6、计算板形控制的目标函数；7、输出各工艺段最优张力及机组出口最优板形。本发明工作量小，可在线调节，能够实现对带钢最终出口板形的精准控制，极大地提高了生产效率，并在最大程度上保证了下游工序对高质量板形的要求。

权利要求

1.一种适合于连退过程的板形在线控制方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：(a)收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数n，并依次编号，收集各个工艺段内设定张力最大值σj,max及最小值σj,min、炉辊半径Rj、相邻炉辊中心线之间的距离Hj，炉内因素引起的带钢变形差Δlwji；

(b)收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种、带钢宽度B、带钢来料板形β′0i、各工艺段内带钢温度Tji、带钢泊松比ν、带钢屈服强度系数A、ξ；

(c)定义相关参数，主要包括：带钢横线条元数2m+1、带钢在温度为Tji时的弹性模量E(Tji)、各工艺段来料带钢中心板形lj,m+1、带钢在温度为Tji时的屈服强度 段内带钢张力分布σji、段内带钢横向中心处张力σj,m+1、段外带钢张力分布σ'ji、段外带钢横向中心处张力σ'j,m+1、张力调节步长Δσ，带钢在各工艺段入口板形lji，带钢在各个工艺段的段内板形βji、段外板形β′ji，各工艺段设定张力σj及其过程调整参数σk，各个工艺段内设定张力最大值σj,max、最小值σj,min及其过程调整参数σk,max、σk,min，过程调整参数k，各工艺段最优设定张力σjy，机组最优出口板形β′yi，连退出口目标板形β'g,i，段内板形控制函数g1(X),段外板形控制函数g2(X)，板形综合控制目标函数G(X)，目标函数初始值G0，加权系数γ1、γ2；

(d)相关参数赋初值：令j＝1，σ1＝σ1,min，给定目标函数初始值G0、张力调节步长Δσ以及加权系数γ1、γ2；

(e)令lji＝β′j-1,i，σj+1＝σj+1,min，计算该工艺段的段内板形段外板形 其中σji、σ'ji分别满足：

其中：

(f)判断j≤n是否成立？如果不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤(e)；否则,转入步骤(g)；

(g)计算板形综合控制目标函数G(X):

(h)判断G(X)＜G0是否成立？如果不等式成立，则记录当前最优设定张力及机组最优出口板形，令σjy＝σj，β′yi＝β′ni,转入步骤(i)；否则，直接转入步骤(i)；

(i)令k＝n；

(j)判断σk＜σk,max是否成立？如果不等式成立，则令j＝k，σk＝σk+Δσ，转入步骤(e)；否则，转入步骤(k)；

(k)判断k＞1是否成立？如果不等式成立，则令k＝k-1，转入步骤(j)；否则，转入步骤(l)；

(l)输出各工艺段最优设定张力σjy，及机组最优出口板形β′yi。

说明书

一种适合于连退过程的板形在线控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于冶金轧钢技术领域，特别涉及一种板形的在线控制方法。

背景技术

[0002] 冷轧带钢经过连续退火之后，除了性能会发生改善之外，板形也会相应的发生变化。在连退工艺发展的起始阶段，人们对于冷轧带钢连续退火过程所关注的焦点往往集中在性能与稳定通板的控制，而对板形的变化研究较少。近年来随着钢铁市场的竞争日趋激烈，大部分板带用户已经从低端转向高端，对产品的板形质量要求越来越高，全流程的板形控制思想已经逐步被钢铁企业所采用。而连续退火作为高等级冷轧板带产品生产工艺中的一个重要工艺流程，为后续平整工序提供原料，其板形精度对成品板形起着举足轻重的影响。如果连续退火出口带钢板形精度较差，后续平整工序有可能调整不过来，从而造成产品降级。另一方面，在连续退火工序本身，如果板形不良也将会影响稳定通板，甚至造成炉内断带，给机组带来较大的经济损失。

[0003] 对于连续退火过程中带材的板形问题，不少学者已经进行了相关研究[1-5]，或是从机理上阐述了板形变形原因，或是利用有限元软件等分析了带钢张应力横向分布以及板形缺陷产生的原因及控制思路。但纵观所有文献，尚未检索到任何与连退过程板形在线预报与控制相关的技术，如何对连退过程中的板形进行在线预报与控制依然是现场攻关的重点。

[0004] 参考文献：

[0005] [1]张清东，刘赟赟，周晓敏等.带钢在连续退火过程中的板形屈曲变形原因分析[J].上海金属，2005，27(4)：27-33.

[0006] [2]秦玉军，赵永科热镀锌退火炉对带钢板形的影响[J].酒钢科技专刊，2011，(2)：84-111.

[0007] [3]张清东，常铁柱，戴江波，王文广.连退线上带钢张应力横向分布的有限元仿真[J].北京科技大学学报，2006，28(12)：1162-1166.

[0008] [4]李会免.基于ANSYS的连续退火炉内带钢张应力横向分布研究[D].昆明:昆明理工大学，2010.

[0009] [5]马云龙,高振宇,罗理等硅钢在连续退火机组浪形缺陷的控制[J].鞍钢技术,2013,(3):49-52.

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种工作量小、可在线调节、能精准控制带钢最终出口板形的适合于连退过程的板形在线控制方法。本发明主要是针对连续退火出口带钢板形精度较差，后续平整工序有可能调整不过来，从而造成产品降级的现象，充分考虑到连退机组的设备与工艺特点，将连退过程中带材的板形在线控制分为两个部分：(1)各工艺段的段内板形控制；(2)连退机组出口段的段外板形控制。

[0011] 本发明包括以下由计算机执行的步骤：

[0012] (a)收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数n，并依次编号，收集各个工艺段内设定张力最大值σj,max及最小值σj,min、炉辊半径Rj、相邻炉辊中心线之间的距离Hj，炉内因素引起的带钢变形差Δlwji；

[0013] (b)收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种、带钢宽度B、带钢来料板形β′0i、各工艺段内带钢温度Tji、带钢泊松比ν、带钢屈服强度系数A、ξ；

[0014] (c)定义相关参数，主要包括：带钢横线条元数2m+1、带钢在温度为Tji时的弹性模量E(Tji)、各工艺段来料带钢中心残余应力lj,m+1、带钢在温度为Tji时的屈服强度 段内带材张力分布σji、段内带材横向中心处张力σj,m+1、段外带材张力分布σ'ji、段外带材横向中心处张力σ'j,m+1、张力调节步长Δσ，带钢在各工艺段入口板形lji，带钢在各个工艺段的段内板形βji、段外板形β'ji，各工艺段设定张力σj及其过程调整参数σk，各个工艺段内设定张力最大值σj,max、最小值σj,min及其过程调整参数σk,max、σk,min，过程调整参数k，各工艺段最优设定张力σjy，机组出口最优板形β'yi，连退出口目标板形β'g,i，段内板形控制函数g1(X),段外板形控制函数g2(X)，板形综合控制目标函数G(X)，目标函数初始值G0，加权系数γ1、γ2；

[0015] (d)相关参数赋初值：令j＝1，σ1＝σ1,min，给定目标函数初始值G0、张力调节步长Δσ以及加权系数γ1、γ2；

[0016] (e)令lji＝β'j-1,i，σj+1＝σj+1,min，计算该工艺段的段内板形段外板形 其中σji、σ'ji分别满足：

[0017]

[0018]

[0019] 其中：

[0020]

[0021] (f)判断j≤n是否成立？如果不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤(e)；否则,转入步骤(g)；

[0022] (g)计算板形控制的目标函数G(X):

[0023]

[0024] (h)判断G(X)＜G0是否成立？如果不等式成立，则记录当前最优张力及最优出口板形，令σjy＝σj，β'yi＝β'ni,转入步骤(i)；否则，直接转入步骤(i)；

[0025] (i)令k＝n；

[0026] (j)判断σk＜σk,max是否成立？如果不等式成立，则令j＝k，σk＝σk+Δσ，转入步骤(e)；否则，转如步骤(k)；

[0027] (k)判断k＞1是否成立？如果不等式成立，则令k＝k-1，转入步骤(j)；否则，转如步骤(l)；

[0028] (l)输出各工艺段最优张力σjy，及机组出口最优板形β'yi。

[0029] 本发明与现有技术相比具有如下优点：

[0030] 工作量小，可在线调节，在保证带钢不发生跑偏、瓢曲等缺陷以及保证带钢材料性能的基础上，实现对带钢最终出口板形的精准控制，极大地提高了生产效率，并在最大程度上保证了下游工序对高质量板形的要求。

附图说明

[0031] 图1为本发明的总计算流程框图

具体实施方式

[0032] 实施例1

[0033] 按照图1所示的适合于连退过程的板形在线控制方法的总计算框图，选取钢种为CQ、规格0.50mm×1020mm的带钢，仅以国内某厂连退机组最后两个工艺段(时效段和终冷段)为例，进一步说明该规格产品在各工艺段的段内板形控制和连退机组出口段的段外板形控制这两个工艺段的板形控制过程。

[0034] 首先，在步骤1中，收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数2，并依次编号，并收集各个工艺段内设定张力最大值σ1,max＝10.0MPa、σ2,max＝11.8MPa、及最小值σ1,min＝9.0MPa、σ2,min＝11.0MPa，炉辊半径R1＝R2＝450mm、相邻炉辊中心线之间的距离H1＝H2＝21000mm，炉内因素引起的带钢变形差Δlw1i＝{8.59,3.56,1.02,
0.08,0.039,0.008,0,0.008,0.04,0.1,1.1,3.5,8.5}，Δlw2i＝{-12.7,-6.7,-3.1,-
1.25,-0.22,-0.008,0,-0.008,-0.22,-1.25,-3.19,-6.72,-12.7}；

[0035] 随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种CQ、带钢宽度B＝1020mm、带钢来料板形β′0i＝{4.6,1.3,-1.7,-3.3,-2.5,0.6,2.1,1.6,-0.5,-3.2,-2.6,1.4,4.7}、各工艺段内带钢温度T1i＝{400,372,358,351,348,348,348,348,348,351,358,364,384,400}T2i＝{200,172,158,151,148,148,148,148,148,151,158,172,200}，带钢泊松比ν＝
0.3、带钢屈服强度系数A＝46.9、ξ＝0.004474；

[0036] 随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢横线条元数2m+1，带钢在温度为Tji时的弹性模量E(Tji)、各工艺段来料带钢中心残余应力lj,m+1、带钢在温度为Tji时的屈服强度 段内带材张力分布σji、段内带材横向中心处张力σj,m+1、段外带材张力分布σ'ji、段外带材横向中心处张力σ'j,m+1、张力调节步长Δσ，带钢在各工艺段入口板形lji，带钢在各个工艺段的段内板形βji、段外板形β'ji，各工艺段设定张力σj及其过程调整参数σk，各个工艺段内设定张力最大值σj,max、最小值σj,min及其过程调整参数σk,max、σk,min，过程调整参数k，各工艺段最优设定张力σjy，机组出口最优板形β'yi，连退出口目标板形β'g,i，段内板形控制函数g1(X),段外板形控制函数g2(X)，板形综合控制目标函数G(X)，目标函数初始值G0，加权系数γ1、γ2；

[0037] 随后，在步骤4中，相关参数赋初值：令j＝1，σ1＝9.0MPa，给定目标函数初始值G0＝1010、张力调节步长Δσ＝0.1MPa以及加权系数γ1＝0.4、γ2＝0.6；

[0038] 随后，在步骤5中，令lji＝β'j-1,i，σ2＝11MPa，计算该工艺段的段内板形βji＝{-11.6,-10.6,-0.53,2.1,4.2,6.3,8.8,9.5,7.8,5.2,1.4,-5.6,-11.2}、段外板形β'ji＝{27.2,-0.7,-5.3,-6.9,-6.1,-2.9,-1.4,-1.2,-2.8,-5.6,-7.3,-4.6,11.1}。

[0039] 随后，在步骤6中，判断j≤n是否成立？显然1＜2，不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤(5)；否则,转入步骤(7)；

[0040] 随后，在步骤7中，计算板形控制的目标函数G(X)＝38.5:

[0041] 随后，在步骤8中，判断G(X)＜G0是否成立？显然38.5＜1010，不等式成立，则记录当前最优张力及最优出口板形，令σ1y＝9.0MPa，σ2y＝11.0MPa，β'yi＝{-10.7,-9.6,0.5,7.7,7.3,4.3,2.8,3.3,5.3,7.7,1.4,-9.6,-10.7},转入步骤(9)；否则，直接转入步骤(9)；

[0042] 随后，在步骤9中，令k＝2；

[0043] 随后，在步骤10中，判断σk＜σk,max是否成立？显然11.0＜11.8，不等式成立，则令j＝k，σk＝σk+0.1，转入步骤(5)；否则，转如步骤(11)；

[0044] 随后，在步骤11中，判断k＞1是否成立？显然2＞1，不等式成立，则令k＝k-1，转入步骤(10)；否则，转如步骤(12)；

[0045] 随后，在步骤12中，输出各工艺段最优张力σ1y＝9.8MPa、σ2y＝11.3MPa，及机组出口最优板形β'yi＝{-5.6,-6.4,-5.3,3.1,5.7,5.9,5.9,5.7,3.1,-3.1,-5.5,-6.1,-5.6}。

[0046] 根据上述结果，可以根据带钢在工艺段的段内板形、段外板形变化趋势，通过张力调节对板形加以控制，得到与目标板形最接近的最优板形。如表1所示，为本实施例与以往根据传统经验，带钢时效段、终冷段及机组出口板形控制结果对比。

[0047] 表1本实施例与传统经验对比

[0048]

[0049] 通过表1可以看出，采用本发明所述相关板形控制模型后，段内板形有了较大幅度的改善，从而提高了机组通板的稳定性；同时，机组出口板形从原来的24.3I下降到11.5I,板形控制效果明显，控制精度也得到较大幅度的提高。

[0050] 实施例2

[0051] 选取钢种为CQ、规格0.40mm×1550mm的带钢，同样以国内某厂连退机组最后两个工艺段(时效段和终冷段)为例，进一步说明该规格产品在各工艺段的段内板形控制和连退机组出口段的段外板形控制这两个工艺段的板形控制过程。

[0052] 首先，在步骤1中，收集机组的关键设备与工艺参数，主要包括：连退机组炉内总工艺段数2，并依次编号，并收集各个工艺段内设定张力最大值σ1,max＝8.0MPa、σ2,max＝9.5MPa、及最小值σ1,min＝7.0MPa、σ2,min＝8.5MPa，炉辊半径R1＝R2＝450mm、相邻炉辊中心线之间的距离H1＝H2＝21000mm，炉内因素引起的带钢变形差Δlw1i＝{8.59,3.56,1.02,0.08,
0.039,0.008,0,0.008,0.04,0.1,1.1,3.5,8.5}，Δlw2i＝{-12.7,-6.7,-3.1,-1.25,-
0.22,-0.008,0,-0.008,-0.22,-1.25,-3.19,-6.72,-12.7}；

[0053] 随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括：带钢钢种CQ、带钢宽度B＝1550mm、带钢来料板形β′0i＝{-9.8,-5.0,-1.1,1.8,3.8,5.0,5.2,5.0,3.8,1.8,-1.1,-5.0,-9.8}、各工艺段内带钢温度T1i＝{400,372,358,351,348,348,348,348,348,351,358,364,384,400}T2i＝{200,172,158,151,148,148,148,148,148,151,158,172,200}，带钢泊松比ν＝
0.3、带钢屈服强度系数A＝46.9、ξ＝0.004474；

[0054] 随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢横线条元数2m+1，带钢在温度为Tji时的弹性模量E(Tji)、各工艺段来料带钢中心残余应力lj,m+1、带钢在温度为Tji时的屈服强度 段内带材张力分布σji、段内带材横向中心处张力σj,m+1、段外带材张力分布σ'ji、段外带材横向中心处张力σ'j,m+1、张力调节步长Δσ，带钢在各工艺段入口板形lji，带钢在各个工艺段的段内板形βji、段外板形β'ji，各工艺段设定张力σj及其过程调整参数σk，各个工艺段内设定张力最大值σj,max、最小值σj,min及其过程调整参数σk,max、σk,min，过程调整参数k，各工艺段最优设定张力σjy，机组出口最优板形β'yi，连退出口目标板形β'g,i，段内板形控制函数g1(X),段外板形控制函数g2(X)，板形综合控制目标函数G(X)，目标函数初始值G0，加权系数γ1、γ2；

[0055] 随后，在步骤4中，相关参数赋初值：令j＝1，σ1＝7.0MPa，给定目标函数初始值G0＝1010、张力调节步长Δσ＝0.1MPa以及加权系数γ1＝0.4、γ2＝0.6；

[0056] 随后，在步骤5中，令lji＝β'j-1,i，σ2＝8.5MPa，计算该工艺段的段内板形βji＝{-9.6,-8.1,-1.0,2.3,4.8,6.2,6.4,6.2,4.8,2.3,-1.0,-8.1,-9.6}、段外板形β'ji＝{-
0.7,-6.2,-2.2,0.7,2.8,3.9,4.2,3.9,2.8,0.7,-2.2,-6.2,-0.7}；

[0057] 随后，在步骤6中，判断j≤n是否成立？显然1＜2，不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤(5)；否则,转入步骤(7)；

[0058] 随后，在步骤7中，计算板形控制的目标函数G(X)＝22.5:

[0059] 随后，在步骤8中，判断G(X)＜G0是否成立？显然22.5＜1010，不等式成立，则记录当前最优张力及最优出口板形，令σ1y＝7.0MPa，σ2y＝8.5MPa，β'yi＝{-8.6,-5.1,-1.2,1.6,3.6,4.8,5.0,4.8,3.6,1.6,-1.2,-5.1,-8.6},转入步骤(9)；否则，直接转入步骤(9)；

[0060] 随后，在步骤9中，令k＝2；

[0061] 随后，在步骤10中，判断σk＜σk,max是否成立？显然8.5＜9.5，不等式成立，则令j＝k，σk＝σk+0.1，转入步骤(5)；否则，转如步骤(11)；

[0062] 随后，在步骤11中，判断k＞1是否成立？显然2＞1，不等式成立，则令k＝k-1，转入步骤(10)；否则，转如步骤(12)；

[0063] 随后，在步骤12中，输出各工艺段最优张力σ1y＝7.4MPa、σ2y＝8.9MPa，及机组出口最优板形β'yi＝{-5.1,-3.7,-1.3,0.9,2.4,3.4,3.6,3.4,2.5,0.9,-1.4,-3.6,-5.2}。

[0064] 根据上述结果，可以根据带钢在工艺段的段内板形、段外板形变化趋势，通过张力调节对板形加以控制，得到与目标板形最接近的最优板形。如表2所示，为本实施例与以往根据传统经验，带钢时效段、终冷段及机组出口板形控制结果对比。

[0065] 表2本实施例与传统经验对比

[0066]

[0067] 通过表2可以看出，采用本发明所述相关板形控制模型后，段内板形有了较大幅度的改善，从而提高了机组通板的稳定性；同时，机组出口板形从原来的14.2I下降到8.8I,板形控制效果明显，控制精度也得到较大幅度的提高。