一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统

摘要

本发明提供一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统，该系统利用轧机机架入口侧轧件测温装置与轧机出口侧轧件测厚装置，实时对轧辊辊缝进行补偿计算，具体为：根据轧件测温及测厚装置测量数据，计算轧件塑性加工温度相对于轧件厚度变化的影响系数；从而计算得到轧件因温度变化而产生的轧机出口侧轧件厚度的增减值；同时，利用材料物理性质修正值补偿加工温度对轧件物理性质产生的影响；通过轧辊辊缝偏差计算结果对轧辊辊缝进行实时补偿控制。本发明可以消除因轧件塑性加工温度不均匀造成的厚度控制精度差的问题，不同厚度规格的厚度控制精度均提高了2％以上。

权利要求

1.一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统，其特征在于，该在线控制系统包括：至少1架轧机(4)、轧件测温装置(2)、轧件测厚装置(3)以及轧件厚度自动控制装置(7)，轧件测温装置(2)位于轧机入口侧(5)，轧件测厚装置(3)位于轧机出口侧(6)；轧件厚度自动控制装置(7)包括：计算塑性加工温度变化率与厚度波动影响系数的影响系数计算单元S100，计算塑性加工温度偏差与厚度波动补偿值的温度厚度补偿计算单元S200；计算材料物理性质参数补偿值的材料物理性质修正单元S300；计算轧辊辊缝偏差的轧辊辊缝偏差计算单元S400；在S100中，将轧机出口侧(6)的轧件测厚装置(3)测量的轧件厚度检测值和目标厚度的偏差值与轧机入口侧(5)的轧件测温装置(2)测量的轧件塑性加工温度变化率作为变量，建立塑性加工温度偏差与轧件目标厚度偏差的关系函数；在S200中，利用S100中计算结果，计算预测δHt+Δt及为消除δHt+Δt所需要的轧机机架厚度补偿偏差值δh't+Δt：δHt+Δt＝Inf_coe×δTt+Δt+δHt；

其中：δHt为t时刻下轧机出口侧(6)的轧件测厚装置(3)检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；δHt+Δt为t+Δt且Δt>0时刻下轧机出口侧(6)的轧件测厚装置(3)检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；Inf_coe为轧件塑性温度影响函数值；δTt+Δt为t+Δt且Δt>0时刻下轧机入口侧(5)的轧件测温装置(2)检测的轧件塑性加工温度变化率；M为轧机刚度系数；Q为轧件材料塑性系数。

2.根据权利要求1所述的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统，其特征在于，所述的S300中，采用不同的材料物理性质参数修正值，计算t+Δt且Δt>0时刻轧机出口侧(6)轧件厚度控制的偏差值δht+Δt：δht+Δt＝δh't+Δt×α；

其中α为材料物理性质参数修正值。

3.根据权利要求2所述的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统，其特征在于，所述的S400中，计算t+Δt且Δt>0时刻轧辊辊缝偏差补偿值δSt+Δt：

说明书

一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统

技术领域

[0001] 本发明属于金属塑性加工控制领域，具体涉及一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统。

背景技术

[0002] 轧件厚度指标控制轧件最主要的质量指标之一，而影响厚度控制的因素主要有以下几个方面：板坯温度变化、带钢张力的变化、速度影响、辊缝变化等。在热轧带钢的生产中，厚度自动控制(AGC)是提高厚度控制精度的主要手段之一，因此完整的厚度自动控制系统，就需要充分考虑各种因素对厚度控制的影响，并具有相应的补偿功能加以消除。

[0003] 目前，厚度自动控制系统主要分为GM-AGC及MN-AGC两种控制方式。其中GM-AGC模式考虑了轧辊状态、轧制速度、机架间张力等因素，而MN-AGC则通过实测的带钢厚度对GM-AGC进行修正。

[0004] 在上述的轧件厚度控制方法中，所采用的轧机出口侧的轧件预测厚度H：

[0005] H＝F/M+Sr

[0006] 其中：H表示预测的轧机出口侧轧件厚度，F表示轧机对轧件所施加的轧制力，M表示轧机刚度，Sr表示为对轧机辊缝位置进行的补偿。其中，对轧机辊缝位置进行的补偿值Sr：

[0007] Sr＝S0+SWRS+SRW+SRH

[0008] 其中：Sr包括了以下几种机架轧辊辊缝补偿：S0表示为机架轧辊辊缝标零；SWRS为机架轧辊在横向移动情况下所产生的机架轧辊窜辊补偿值；SRW为轧件生产过程中对轧件对机架轧辊表面产生的磨损补偿值；SRH为轧件轧制过程中机架轧辊温度变化产生机架轧辊热膨胀补偿值。因此，在上述轧件厚度控制方法对由轧件塑性加工温度变化所导致的轧件硬度变化，即轧件物理性质变化未作任何考虑。

[0009] 专利CN103934278A公开了一种使用计算机程序控制热轧精轧带钢厚度的方法，根据机架的轧制实绩值数据的检测值，计算机架出口的带钢厚度；跟踪机架的计算带钢厚度数据到达机架的时刻，结合机架的轧制实绩值数据，实时计算带钢通过机架时的塑性系数；根据实时计算所得的带钢塑性系数，确定机架辊缝调节量，对带钢厚度进行实时前馈控制。
虽然该专利可以获得一块轧制带钢不同区段的带钢塑性系数，即考虑到了轧件硬度变化引起的带钢塑性系数变化，但是，该技术方案中，Fx机架辊缝调节量是根据厚度控制偏差及带钢塑性系数计算得到，未考虑到轧辊油膜厚度、轧辊窜辊、轧辊弯辊力、轧辊表面磨损、轧制过程中轧辊热膨胀对轧辊辊缝的影响，只采用固定补偿值进行修正。因此，该专利的方法仍会造成轧机出口侧带钢厚度控制精度较差。同时，该控制方法只能适用于2架及以上的连轧机架中，不适用于单机架轧机的厚度控制。

发明内容

[0010] 本发明的目的在于提供一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统，通过利用轧机机架入口侧轧件测温装置与轧机出口侧轧件测厚装置，实时对轧辊辊缝进行补偿计算，消除因轧件塑性加工温度不均造成的轧件厚度控制精度差。

[0011] 为解决上述技术问题，本发明如下技术方案：

[0012] 一种提高轧件厚度控制精度的在线控制系统包括：至少1架轧机4、轧件测温装置2、轧件测厚装置3以及轧件厚度自动控制装置7，轧件测温装置2位于轧机入口侧5，轧件测厚装置3位于轧机出口侧6；轧件厚度自动控制装置7包括：计算塑性加工温度变化率与厚度波动影响系数的影响系数计算单元S100，计算塑性加工温度偏差与厚度波动补偿值的温度厚度补偿计算单元S200；计算材料物理性质参数补偿值的材料物理性质修正单元S300；计算轧辊辊缝偏差的轧辊辊缝偏差计算单元S400。

[0013] 进一步，所述的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统的S100中，将轧机出口侧6的轧件测厚装置3测量的轧件厚度检测值和目标厚度的偏差值与轧机入口侧5的轧件测温装置2测量的轧件塑性加工温度变化率作为变量，建立塑性加工温度偏差与轧件目标厚度偏差的关系函数。

[0014] 进一步，所述的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统的S200中，利用S100中计算结果，计算预测δHt+Δt及为消除δHt+Δt所需要的轧机机架厚度补偿偏差值δh't+Δt：

[0015] δHt+Δt＝Inf_coe×δTt+Δt+δHt；

[0016]

[0017] 其中：δHt为t时刻下轧机出口侧6的轧件测厚装置3检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；δHt+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻下轧机出口侧6的轧件测厚装置3检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；δTt+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻下轧机入口侧5的轧件测温装置2检测的轧件塑性加工温度变化率；M为轧机刚度系数；Q为轧件材料塑性系数。

[0018] 进一步，所述的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统的S300中，采用不同的材料物理性质参数修正值，计算t+Δt且Δt>0时刻轧机出口侧6轧件厚度控制的偏差值δht+Δt：

[0019] δht+Δt＝δh't+Δt×α；

[0020] 其中δht+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻轧机出口侧6轧件厚度控制的偏差值；α为材料物理性质参数修正值；δh't+Δt为消除δHt+Δt所需要的轧机机架厚度补偿偏差值。

[0021] 进一步，所述的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统的S400中，计算t+Δt且Δt>0时刻轧辊辊缝偏差补偿值δSt+Δt：

[0022]

[0023] 其中δSt+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻轧辊辊缝偏差补偿值；δht+Δt为t+Δt时刻轧机出口侧(6)轧件厚度控制的偏差值；M为轧机刚度系数；Q为轧件材料塑性系数。

[0024] 与现有技术相比较，本发明至少具有如下有益效果：

[0025] 1.本发明利用轧机机架入口侧轧件测温装置与轧机出口侧轧件测厚装置建立起轧件塑性加工温度变化量与轧件厚度变化量的影响系数对机架轧辊辊缝进行修正，能够消除因轧件塑性加工温度不均造轧机出口侧轧件厚度与目标控制厚度偏差，提高轧件整体厚度控制精度；

[0026] 2.本发明既可适用于连轧机组，也可用于单机架轧机的轧件厚度控制中，是一种适应范围广且直接有效的厚度控制方法；

[0027] 3.本发明可采用基础自动化控制器编程实施，不需要对原有设备或控制器进行更换或改造即可实现，是一种经济可靠的方法。

附图说明

[0028] 图1为表示本发明设备装置及控制流程图，

[0029] 其中，1-轧件，2-轧件测温装置，3-轧件测厚装置，4-轧机，5-轧机入口侧，6-轧机出口侧，7-轧件厚度自动控制装置；

[0030] 图2为Strip1卷带钢厚度控制偏差曲线；

[0031] 图3为Strip2卷带钢厚度控制偏差曲线。

具体实施方式

[0032] 为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

[0033] 图1为本发明设备装置及控制流程图，可知本发明中提高轧件厚度控制精度的在线控制系统包括：轧件1、至少1架轧机4、轧机入口侧5的轧件测温装置2、轧机出口侧6的轧件测厚装置3以及轧件厚度自动控制装置7；轧件厚度自动控制装置7包括：计算塑性加工温度变化率与厚度波动影响系数的影响系数计算单元S100，计算塑性加工温度偏差与厚度波动补偿值的温度厚度补偿计算单元S200；计算材料物理性质参数补偿值的材料物理性质修正单元S300；计算轧辊辊缝偏差的轧辊辊缝偏差计算单元S400。

[0034] 影响系数计算单元S100中，将轧机出口侧6的轧件测厚装置3测量的轧件厚度检测值和目标厚度的偏差值与轧机入口侧5的轧件测温装置2测量轧件塑性加工温度变化率作为变量，建立的塑性加工温度偏差与轧件目标厚度偏差的关系函数。

[0035] 温度厚度补偿计算单元S200中，利用S100中计算结果，计算预测轧机出口侧δHt+Δt及为消除δHt+Δt所需要的轧机机架厚度补偿偏差值δh't+Δt：

[0036] δHt+Δt＝Inf_coe×δTt+Δt+δHt；

[0037]

[0038] 其中：δHt为t时刻下轧机出口侧6的轧件测厚装置3检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；δHt+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻下轧机出口侧6的轧件测厚装置3检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；δTt+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻下轧机入口侧5的轧件测温装置2检测的轧件塑性加工温度变化率；M为轧机刚度系数；Q为轧件材料塑性系数。

[0039] 材料物理性质修正单元S300中，采用不同的材料物理性质参数修正值，计算t+Δt且Δt>0时刻轧机出口侧6轧件厚度控制的偏差值δht+Δt：

[0040] δht+Δt＝δh't+Δt×α；

[0041] 其中δht+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻轧机出口侧6轧件厚度控制的偏差值；α为材料物理性质参数修正值。

[0042] 轧辊辊缝偏差计算单元S400中，计算t+Δt且Δt>0时刻轧辊辊缝偏差补偿值δSt+Δt：

[0043]

[0044] 其中δSt+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻轧辊辊缝偏差补偿值。

[0045] 以下为采用本发明提高轧件厚度控制精度的在线控制系统消除轧件塑性加工温度不同对厚度控制精度影响的具体步骤：

[0046] 轧件1起始端穿过轧机4且在机架出口侧6的轧件测厚装置3，检测到轧件实际有效数据后5s，启动轧件厚度自动控制装置7；当机架入口侧5的轧件测温装置2检测得到的轧件1结束端塑性加工温度数据无效时，停止轧件厚度自控制装置7。

[0047] S100中将当前时刻(t时刻)的轧机出口侧6轧件测厚装置3检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差δHt与同时段轧机机架入口侧5轧件测温装置2得到的轧件塑性温度变化率δTt构成一阶微分函数。通过上述求导，函数计算结果可以作为轧件塑性温度影响函数值Inf_coe。

[0048] S200中根据S100计算结果，预测t+Δt(Δt＝200ms)时刻，轧机出口侧6δHt+Δt：

[0049] δHt+Δt＝Inf_coe×δTt+Δt+δHt，

[0050] 其中，δHt为t时刻下轧机出口侧6轧件测厚装置3检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差，δHt+Δt为t+Δt(Δt＝200ms)时刻下轧机出口侧6轧件测厚装置检测的轧件厚度与目标控制厚度的偏差；δTt+Δt为t+Δt(Δt＝200ms)时刻下轧机入口侧5轧件测温装置2检测的轧件塑性加工温度变化率。

[0051] 由轧件厚度偏差δHt+Δt得到t+Δt(Δt＝200ms)时刻下消除δHt+Δt所需要的轧机机架厚度补偿偏差值δh't+Δt：

[0052]

[0053] 其中，δh't+Δt为消除δHt+Δt所需要的轧机机架厚度补偿偏差值；M为轧机刚度系数，Q为轧件材料塑性系数。

[0054] 由于不同成份体系的轧件1的塑性加工温度变化率与变形抗力的变化量存在差异。

[0055] S300通过将不同成份体系的轧件1进行细分，并将相近成份体系的轧件1划分为同一钢种族，不同的钢种族采用不同的材料物理性质参数修正值，计算得到t+Δt且Δt>0时刻轧机出口侧(6)轧件厚度控制的偏差值δht+Δt：

[0056] δht+Δt＝δh't+Δt×α，

[0057] 其中δht+Δt为t+Δt(Δt>0)时刻轧机出口侧6轧件厚度控制的偏差值；α为材料物理性质参数修正值。

[0058] S400根据计算得到的t+Δt(Δt>0)时刻轧机出口侧6轧件厚度控制的偏差值δht+Δt，确定t+Δt且Δt>0时刻轧辊辊缝偏差补偿值δSt+Δt：

[0059]

[0060] 本发明的提高轧件厚度控制精度的在线控制系统在1700mm热轧生产线的连轧机组的末机架F6进行了实施，在末机架F6前的带钢温度检测装置与末机架出口侧带钢厚度检测装置共同构成实测数据，并进行带钢厚度的在线控制。本发明实施后，1700mm热轧生产线的带钢厚度控制精度明显提高。

[0061] 作为分析比较，分别进行未采用本发明与采用本发明的厚度控制方法，对实际的两卷相同钢种、规格的带钢成品厚度曲线进行对比。其中，对比所示钢种同为J40BNNB2，且进行分析比较的带钢的塑性加工温度趋势相近，目标成品厚度同为3.75mm。

[0062] 未采用本发明所轧制的带钢厚度控制曲线如图2所示，从图2中可以看到，带钢厚度控制偏差与带钢的塑性加工温度密切相关，且两者整体波动存在负相关趋势：Strip1卷带钢在塑性加工温度低点带钢厚度出现峰值，超差100um，整体厚度控制精度为96.1％(控制偏差50um)。采用本发明所轧制的带钢厚度控制曲线如图3所示，从图3中可以看到：Strip2卷同Strip1卷带钢塑性加工温度波动性相近，都存在塑性加工温度低点，但Strip2卷的塑性加工温度低点所对应的厚度控制偏差波峰已消除，此卷厚度控制偏差曲线得到了明显改善，整体厚度控制精度达到98.5％(控制偏差50um)。表1所示为本发明投用前后钢种为J40BNNB2的厚度控制精度统计数据。

[0063] 表1本发明实施效果

[0064]

[0065]

[0066] 通过表1可以看出：本发明投用后，不同厚度规格的厚度控制精度可提高2％以上。

[0067] 本发明虽然公开部分实施例，但并不是用来限制本发明。本发明还可以有其他多种实施方式，本领域技术人员可根据本发明做成各种相应的改变，但这些相应的改变都应属于本发明所附权力要求的保护范围。