中厚板横纵轧的宽度控制方法

摘要

本发明公开了一种中厚板横纵轧的宽度控制方法，涉及金属压力加工技术领域，该方法采用以下步骤：A、设置轧制规程，横轧阶段末道次之前的所有道次压下量均按照轧机所能承受的最大允许负载进行设定；B、拍摄末道次入口前的轧件侧面形状图像，得到图像中轧件的中部有效宽度与图像中轧件的厚度的比值，同时测量此时轧件的实际厚度，由此可得宽度偏差；C、根据所述宽度偏差计算轧件的末道次的补偿压下量，与末道次设定压下量求和得到经补偿后的末道次压下量，以此调节末道次或末两道次的辊缝值，从而使轧件获得期望的成品轧件中部有效宽度。本发明相较于现有技术，能够有效提高中厚板横轧阶段的宽度精度。

权利要求

1.一种中厚板横纵轧的宽度控制方法，其特征在于：在横轧阶段末道次的轧机前后设置有金属检测器和检测轧件侧面形状的摄像机；采用以下步骤：A、在轧制规程中获取轧件在横轧阶段完成所有前序道次的出口厚度、压下量及相应的宽度，以及末道次的入口设定厚度、末道次的出口设定厚度、末道次入口设定宽度和期望的成品轧件中部有效宽度，其中，横轧阶段末道次之前的所有道次压下量均按照轧机所能承受的最大允许负载进行设定；

B、当金属检测器检测到轧件进入摄像区域时，摄像机拍摄下末道次入口前的轧件侧面形状图像，经图像处理后得到图像中轧件的中部有效宽度与图像中轧件的厚度的比值，同时由测厚仪测量此时轧件的实际厚度，根据所述比值和轧件的实际厚度计算出轧件末道次的入口中部有效宽度，由此可得横轧阶段轧件的末道次入口设定宽度与末道次的入口中部有效宽度的宽度偏差；

C、根据所述宽度偏差计算轧件的末道次的补偿压下量与末道次设定压下量求和得到经补偿后的末道次压下量，以此调节末道次的辊缝值，从而使轧件获得期望的成品轧件中部有效宽度；当经补偿后的末道次压下量超过了轧机的最大允许负载时，增加一个轧制道次，将补偿后的末道次压下量分为两个道次进行轧制，则调节末两道次的辊缝值。

2.根据权利要求1所述的中厚板横纵轧的宽度控制方法，其特征在于：步骤A中轧件的末道次入口设定宽度为：

其中，Wn-1为轧件的末道次入口设定宽度，单位为毫米；W为铸锭的宽度，L为铸锭的长度，H为铸锭的厚度，单位为毫米；Hn-1为轧件末道次的入口厚度，单位为毫米。

3.根据权利要求2所述的中厚板横纵轧的宽度控制方法，其特征在于：步骤B中宽度偏差的计算式为：δn-1＝Wn-1-wn-1

其中，δn-1为横轧阶段轧件的末道次入口设定宽度与末道次的入口中部有效宽度的宽度偏差，单位为毫米；wn-1为轧件的末道次的入口中部有效宽度，单位为毫米，其依据下列公式计算：

式中，hn-1为末道次入口前的轧件的实际厚度，单位为毫米； 为图像中轧件的中部有效宽度与图像中轧件的厚度的比值。

4.根据权利要求3所述的中厚板横纵轧的宽度控制方法，其特征在于：步骤C中经补偿后的末道次压下量的计算方法如下：假设轧件的末道次设定压下量为Δhn，单位为毫米；则Δhn＝Hn-1-Hn，Hn为轧件末道次的出口厚度，单位为毫米；轧件的末道次的补偿压下量为Δh′n，单位为毫米；则经补偿后的末道次压下量为ΔHn＝Δhn+Δh′n，单位为毫米；经轧机负荷校核计算后，如果该经补偿后的末道次压下量ΔHn超过轧机允许的最大负载，则将末道次分为两个道次进行轧制；Δh′n由两部分组成，一部分是末道次轧制之前的宽度补偿压下量，设其为Δh′n1，单位为毫米；另一部分是末道次轧制的宽度补偿压下量，设其为Δh′n2，单位为毫米；

(1)Δh′n1的计算方法

为消除末道次轧制之前的宽度偏差δn-1，需要让更多高向的金属向宽度方向延伸，即增加末道次的压下量，实际轧制过程中，有部分高向金属仅在轧件的表面流动，并未形成有效宽度，需要评估这部分金属占所有已变形高向金属的比例，假设该比例为Y，则Y的计算式为：因此，当考虑高向金属有部分在轧件的上下表面变形时，则补偿压下量的计算式为：(2)Δh′n2的计算方法

轧制末道次时，仍然会出现部分高向金属仅在轧件表面流动的现象，因此还需要对末道次轧制的压下量进行补偿，应在Δhn+Δh′n1的基础上进行补偿，因此，Δh′n2的计算式为：经补偿后的末道次压下量为：

说明书

中厚板横纵轧的宽度控制方法

技术领域

[0001] 本发明涉及金属压力加工技术领域，尤其是一种用于中厚板在横纵轧的轧制方式下轧制宽度的控制方法。

背景技术

[0002] 中厚板材生产过程中，受铸锭宽度的限制，经常需要采用横纵轧的方式进行生产，即将整个轧制过程分为横轧阶段和纵轧阶段，通过横轧将板材轧至期望的宽度，再通过纵轧将板材轧至期望的长度。在横轧阶段，现有技术是按照轧件金属体积不变原则，并忽略微量的自然宽展，假设轧件始终为一标准矩形体，计算出轧件达到期望宽度时的厚度，利用轧机将轧件轧至该厚度，即可得到所期望的宽度。当轧制较厚铸锭时，由于轧件上下表面变形较大，中间部分变形较小，轧件的侧面易形成如图1所示的弯曲内凹形状，因此若假设轧件始终为一标准矩形体，将会带来较大的计算误差，导致轧件的宽度误差超过允许的范围。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种中厚板横纵轧的宽度控制方法，这种方法可以解决现有中厚板横纵轧存在宽度误差大的问题。

[0004] 为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种中厚板横纵轧的宽度控制方法，在横轧阶段末道次的轧机前后设置有金属检测器和检测轧件侧面形状的摄像机；采用以下步骤：

[0005] A、在轧制规程中获取轧件在横轧阶段完成所有前序道次的出口厚度、压下量及相应的宽度，以及末道次的入口设定厚度、末道次的出口设定厚度、末道次入口设定宽度和期望的成品轧件中部有效宽度，其中，横轧阶段末道次之前的所有道次压下量均按照轧机所能承受的最大允许负载进行设定；

[0006] B、当金属检测器检测到轧件进入摄像区域时，摄像机拍摄下末道次入口前的轧件侧面形状图像，经图像处理后得到图像中轧件的中部有效宽度与图像中轧件的厚度的比值，同时由测厚仪测量此时轧件的实际厚度，根据所述比值和轧件的实际厚度计算出轧件末道次的入口中部有效宽度，由此可得横轧阶段轧件的末道次入口设定宽度与末道次的入口中部有效宽度的宽度偏差；

[0007] C、根据所述宽度偏差计算轧件的末道次的补偿压下量与末道次设定压下量求和得到经补偿后的末道次压下量，以此调节末道次的辊缝值，从而使轧件获得期望的成品轧件中部有效宽度；当经补偿后的末道次压下量超过了轧机的最大允许负载时，增加一个轧制道次，将补偿后的末道次压下量分为两个道次进行轧制，则调节末两道次的辊缝值。

[0008] 上述中厚板横纵轧的宽度控制方法的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：步骤A中轧件的末道次入口设定宽度为：

[0009]

[0010] 其中，Wn-1为轧件的末道次入口设定宽度，单位为毫米；W为铸锭的宽度，L为铸锭的长度，H为铸锭的厚度，单位为毫米；Hn-1为轧件末道次的入口厚度，单位为毫米。

[0011] 进一步的，步骤B中宽度偏差的计算式为：

[0012] δn-1＝Wn-1-wn-1

[0013] 其中，δn-1为横轧阶段轧件的末道次入口设定宽度与末道次的入口中部有效宽度的宽度偏差，单位为毫米；wn-1为轧件的末道次的入口中部有效宽度，单位为毫米，其依据下列公式计算：

[0014]

[0015] 式中，hn-1为末道次入口前的轧件的实际厚度，单位为毫米； 为图像中轧件的中部有效宽度与图像中轧件的厚度的比值。

[0016] 进一步的，步骤C中经补偿后的末道次压下量的计算方法如下：

[0017] 假设轧件的末道次设定压下量为Δhn，单位为毫米；则Δhn＝Hn-1-Hn，Hn为轧件末道次的出口厚度，单位为毫米；轧件的末道次的补偿压下量为Δh′n，单位为毫米；则经补偿后的末道次压下量为ΔHn＝Δhn+Δh′n，单位为毫米；经轧机负荷校核计算后，如果该经补偿后的末道次压下量ΔHn超过轧机允许的最大负载，则将末道次分为两个道次进行轧制；Δh′n由两部分组成，一部分是末道次轧制之前的宽度补偿压下量，设其为Δh′n1，单位为毫米；另一部分是末道次轧制的宽度补偿压下量，设其为Δh′n2，单位为毫米；

[0018] (1)Δh′n1的计算方法

[0019] 为消除末道次轧制之前的宽度偏差δn-1，需要让更多高向的金属向宽度方向延伸，即增加末道次的压下量，实际轧制过程中，有部分高向金属仅在轧件的表面流动，并未形成有效宽度，需要评估这部分金属占所有已变形高向金属的比例，假设该比例为Y，则Y的计算式为：

[0020]

[0021] 因此，当考虑高向金属有部分在轧件的上下表面变形时，则补偿压下量的计算式为：

[0022]

[0023] (2)Δh′n2的计算方法

[0024] 轧制末道次时，仍然会出现部分高向金属仅在轧件表面流动的现象，因此还需要对末道次轧制的压下量进行补偿，应在Δhn+Δh′n1的基础上进行补偿，因此，Δh′n2的计算式为：

[0025]

[0026] 经补偿后的末道次压下量为：

[0027]

[0028] 本发明的原理是：前序的道次压下量均按照轧机所能承受的最大允许负载进行设定，通过调整横轧阶段末道次的压下量来提高宽度的控制精度。在轧机前后各安装一台工业CCD摄像机，通过调整摄像机与辊道的距离来保证每一台摄像机都能够同时拍摄到轧件的头尾形状。在轧制末一道次之前，由工业CCD摄像机采集轧件的侧面形状，进而得到轧件末道次的实际入口宽度，并将其与计算出口宽度进行比较，根据其偏差值对末一道次的压下量和出口厚度进行修正，如修正后的压下量超出了轧机的最大允许负载，则增加一个轧制道次。

[0029] 由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明采用摄像机对末道次的轧前侧面形状进行检测，并根据实际的侧面形状修正横轧阶段末一道次的出口厚度及压下量，以避免假设轧件为一标准矩形体带来的计算误差，能够有效提高中厚板横轧阶段的宽度精度。

附图说明

[0030] 图1是工业CCD摄像机拍摄的横轧阶段轧件侧面形状示意图。

[0031] 图2是工业CCD摄像机和金属检测器的安装位置示意图。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图实施例对本发明作进一步详述：

[0033] 如图2所示，本发明在轧机1前后各安装一台工业CCD摄像机3和金属检测器4，通过调整摄像机与辊道的距离来保证每一台摄像机都能够同时拍摄到辊道2上的轧件5的头尾形状。

[0034] 本发明考虑在现有技术的基础上，首先按照现有技术设定横轧阶段的出口厚度及每道次的压下量，前序的道次压下量均按照轧机所能承受的最大允许负载进行设定通过调节最后一个道次的压下量来控制宽度。假设轧件始终为一标准矩形体，根据轧件金属体积不变原理可得到完成所有前序道次的出口厚度、压下量及相应的宽度。在轧机前后各安装一台工业CCD摄像机，通过调整摄像机与辊道的距离来保证每一台摄像机都能够同时拍摄到轧件的头尾形状。在轧制末一道次之前，由工业摄像机采集轧件的侧面形状，进而得到轧件末道次的实际入口宽度，并将其与轧件的末道次入口设定宽度进行比较，根据其偏差值对末一道次的压下量进行修正，如修正后的压下量超出了轧机的最大允许负载，则增加一个轧制道次。

[0035] 本中厚板横纵轧的宽度控制方法具体采用以下步骤：

[0036] A、由轧机的二级模型系统设定横轧阶段的轧制规程，在轧制规程中获取轧件在横轧阶段完成所有前序道次的出口厚度、压下量及相应的宽度，以及末道次的入口设定厚度、末道次的出口设定厚度、末道次入口设定宽度和期望的成品轧件中部有效宽度，其中，横轧阶段末道次之前的所有道次压下量均按照轧机所能承受的最大允许负载进行设定；此时假设轧件始终为一标准矩形体，根据轧件金属体积不变原理可得到完成所有前序道次的出口厚度、压下量及相应的宽度；设铸锭的长度为L，宽度为W，厚度为H，单位为毫米；由轧制规程可得，横轧阶段的总道次数为n；末道次的入口设定厚度为Hn-1，单位为毫米；末道次的出口设定厚度为Hn，单位为毫米；期望的成品轧件中部有效宽度为Wn，单位为毫米。假设轧件的长度L不变，则轧件的末道次入口设定宽度Wn-1(单位为毫米)为：

[0037]

[0038] B、当金属检测器先后检测到轧件远离轧机一端部分的上升沿信号和靠近轧机一端部分的下降沿时，说明轧件进入摄像区域，此时由金属检测器向PLC系统发送信号表明可以进行摄像，工业CCD摄像机拍摄横轧阶段的末道次入口前的轧件的侧面形状的图像，并通过高速图像数据采集卡将图像数字化后送入计算机，作为轧件尺寸辨识的对象，由计算机对轧件的形状图像进行几何畸变纠正、噪声过滤、边缘检测、轮廓定位、亚像素法边缘定位、平面尺寸测量和计算等步骤，经处理后能获得类似如图1所示的轧件侧面形状；图1中w′n-1为图像中轧件的中部有效宽度，h′n-1为图像中轧件的厚度，单位均为毫米，h′n-1、w′n-1的值可通过图像中的标尺测量得到，可以不是实物尺寸，因后续计算仅需要三者之间的比例关系；假设此时轧件的实际厚度即末道次入口前的轧件的实际厚度为hn-1，单位为毫米，该值可通过测厚仪或操作员用尺测量得到；轧件的末道次的入口中部有效宽度为wn-1，单位为毫米。因此，可知轧件的末道次的入口中部有效宽度wn-1的计算式为：

[0039]

[0040] 由此可得到横轧阶段轧件的末道次入口设定宽度与末道次的入口中部有效宽度的宽度偏差δn-1(单位为毫米)为：

[0041] δn-1＝Wn-1-wn-1

[0042] 由于Wn-1是在假设轧件始终为一标准矩形体的条件下计算出来的，而wn-1是实际轧制过程中轧件存在上下表面与中部变形不均匀的情况下检测及计算出来的，因此Wn-1＞wn-1，因此，δn-1始终为正值。

[0043] C、根据所述宽度偏差计算轧件的末道次的补偿压下量，与末道次设定压下量求和得到经补偿后的末道次压下量，经补偿后的末道次压下量的计算方法如下：

[0044] 假设轧件的末道次设定压下量为Δhn，单位为毫米；则Δhn＝Hn-1-Hn；轧件的末道次的补偿压下量为Δh′n，单位为毫米；则经补偿后的末道次压下量为ΔHn＝Δhn+Δh′n，单位为毫米；经轧机负荷校核计算后，如果该补偿后的压下量ΔHn超过轧机允许的最大负载，则增加一个轧制道次，将末道次分为两个道次进行轧制；因轧件的末道次设定压下量Δhn在二级模型系统的轧制规程中可查到，下面对Δh′n进行分析计算。Δh′n由两部分组成，一部分是末道次轧制之前的宽度补偿压下量，设其为Δh′n1，单位为毫米；另一部分是末道次轧制的宽度补偿压下量，设其为Δh′n2，单位为毫米；

[0045] (1)Δh′n1的计算方法

[0046] 为消除末道次轧制之前的宽度偏差δn-1，需要让更多高向的金属向宽度方向延伸，因此若不考虑金属在轧件上下表面的变形，即所有的高向金属都流动到了轧件的宽度方向，则需补偿压下量的计算式为：

[0047]

[0048] 但实际轧制过程中，有部分高向金属仅在轧件的表面流动，并未形成有效宽度，需要评估这部分金属占所有已变形高向金属的比例，假设该比例为Y，则Y的计算式为：

[0049]

[0050] 因此，当考虑高向金属有部分在轧件的上下表面变形时，则补偿压下量的计算式为：

[0051]

[0052] (2)Δh′n2的计算方法

[0053] 轧制末道次时，仍然会出现部分高向金属仅在轧件表面流动的现象，因此还需要对末道次轧制的压下量进行补偿。应在Δhn+Δh′n1的基础上进行补偿，因此，Δh′n2的计算式为：

[0054]

[0055] 经补偿后的末道次压下量为：

[0056]

[0057] 如果该值超过了轧机的最大允许负载，则将经补偿后的末道次压下量ΔHn分为两个道次进行轧制，可按任意比例分配，只要轧机的负载不超过最大允许值即可。

[0058] 当计算出经过补偿后的末道次或末两道次(一道次轧制负载超限，分两道次轧制时)压下量之后，由二级模型系统设定轧机应该预摆的末道次辊缝值或末两道次辊缝值，并发送至PLC系统进行执行。当轧件按此辊缝进行轧制时，可保证成品轧件的中部有效宽度可以达到期望值Wn。

[0059] 设铸锭的长度L＝3000毫米，宽度W＝2000毫米，厚度H＝500毫米；由轧制规程可得，横轧阶段的总道次数为4；轧件末道次的入口厚度Hn-1＝455毫米；轧件末道次的出口厚度Hn＝445毫米。期望的轧件中部有效宽度Wn＝2247.2毫米。假设横轧道次轧件的长度不变，则轧件的末道次入口设定宽度Wn-1(单位为毫米)为：

[0060]

[0061] 通过图像中的标尺测量得到图像中轧件的中部有效宽度w′n-1＝382毫米，图像中轧件的厚度h′n-1＝80毫米。通过测厚仪或操作员用尺测量得到此时末道次入口前的轧件的实际厚度hn-1＝457毫米；则轧件的末道次的入口中部有效宽度wn-1为：

[0062]

[0063] 由此可得到横轧阶段轧件的末道次入口设定宽度与末道次的入口中部有效宽度的宽度偏差δn-1为：

[0064] δn-1＝Wn-1-wn-1＝2197.8-2182.18＝15.62毫米

[0065] 设轧件的末道次设定压下量为Δhn＝Hn-1-Hn＝10毫米；则Y值为：

[0066]

[0067] 可得到末道次轧制之前的宽度补偿压下量为：

[0068]

[0069] 末道次轧制的宽度补偿压下量Δh′n2为：

[0070] Δh′n2＝(Δhn+Δh′n1)·Y＝(10+3.35)×0.0319＝0.43毫米

[0071] 经补偿后的末道次压下量为：

[0072] ΔHn＝Δhn+Δh′n1+Δh′n2＝10+3.35+0.43＝13.78毫米

[0073] 当末道次的压下量为ΔHn＝13.78毫米时，成品轧件的中部有效宽度可以达到期望值Wn＝2247.2毫米。如果该值超过了轧机的最大允许负载，则将压下量ΔHn分为两个道次进行轧制。