單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法
2023-05-11 01:59:56 1
單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法
【專利摘要】本發明涉及單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，根據軋機的特點及現場軋制經驗制定單機架雙卷取熱軋的凸度控制策略，建立適用於單機架的凸度預設定模型、熱脹計算模型、凸度的前饋和反饋控制系統，實現鋁板帶材在此型軋機軋制的全自動化凸度與平直度良好控制，根據帶材的合金特徵制定相應的凸度控制策略，由凸度預設定模型及熱脹模型給出粗軋、精軋兩個軋制階段的彎輥力設定值及冷卻噴淋模式保證頭部凸度值，在精軋道次進行彎輥力的前饋補償以減少軋制力波動對凸度的影響，進行凸度測量的倒數第三道次或末道次根據合金特徵情況進行彎輥力閉環控制以保證全長凸度及板形，在軋制結束後進行彎輥力及冷卻噴淋模型的自學習，提高預設定模型精度。
【專利說明】單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋁熱軋生產中的凸度控制方法，特別涉及一種單機架雙卷取鋁熱軋機全帶長範圍內凸度及板形控制方法。
【背景技術】
[0002]單機架雙卷取鋁熱軋機成為眾多鋁加工企業生產熱軋產品的首選機型。與鋼鐵領域不同的是，由於鋁板帶生產規模較小，其工藝水平、設備自動化水平明顯偏低，目前大多數企業使用的熱軋機普遍存在產品質量不穩定、控制手段落後的現象。凸度是熱軋產品一項很重要的質量指標，隨著客戶要求的不斷提高，越來越多的鋁板帶生產企業開始重視熱軋產品凸度的控制。
[0003]凸度和平直度分別反映了帶材橫截面形狀和縱向延伸大小，二者存在著關聯關係。在鋁板帶生產過程中平直度往往成為優先考慮的質量指標，這是因為目前大多數的鋁熱軋凸度和板形控制完全是憑藉著操作工的經驗來實現，根據目測的平直度大小來調整軋制過程參數，直至帶材平直。靠人工經驗方法來控制板形具有以下缺點:首先是不能在控制平直度的情況下兼顧控制凸度；其次是缺少合理的板形控制策略，板形調節裝置不能發揮出最大功效，往往會出現板形調節裝置達到了極限值還不能控制板形良好的現象；第三產品板形質量會隨著操作手經驗豐富程度不同而波動，不利於獲得穩定的產品質量。
[0004]針對人工經驗方法控制板形的不足，國外有關企業在鋁板帶熱連軋上開發了成套的凸度控制系統，但是其控制方法和策略不適用於單機架熱軋機，主要在於:首先是熱連軋機具有多機架彎輥調節能力，根據出口側實測凸度來調整各機架的彎輥力分配，而單機架熱軋機的彎輥力調節只能在所軋道次中完成，這就對彎輥力的設定計算提出了更高的要求；其次是熱連軋機只能測量最後一個機架出口處的帶材凸度，而對於單機架熱軋機來說，測量兩個道次的帶材出口凸度，因此可以利用實測凸度信息來修正後續道次的目標凸度值，進而提高設定精度；第三，與熱連軋機每個機架負責一個壓下道次不同，單機架熱軋機要負責所有的軋制道次，這樣會導致工作輥的熱脹變化更加頻繁，實時預報工作輥熱凸度對於凸度設定精度的提高是很有必要的。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，對待軋料卷凸度進行設定計算和反饋控制，保證在出口帶材平直度良好的前提下，實現帶材全長範圍內凸度的一致性。
[0006]本發明的目的通過以下技術方案來實現:
[0007]單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，包括以下步驟:
[0008]( I)總體凸度控制策略制定；
[0009](2)確定各軋制道次帶材的出口目標凸度；
[0010](3)工作輥實時熱凸度計算；[0011](4)計算各執行機構的設定值；
[0012](5)彎輥力前饋增益計算；
[0013](6)凸度反饋控制策略制定；
[0014](7)通過模型自學習提高凸度設定精度。
[0015]進一步地，上述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，所述總體凸度控制策略制定，按鋁合金種類、硬度、質量要求以及成品厚度劃分鋁帶材的合金特徵，並制定相應的凸度控制策略:合金種類不同，其軋制策略及終軋要求也不同，合金軟硬程度不同，其凸度控制策略也有所區別；終軋厚度不同，軋制板材或卷材其凸度控制策略也不同；
[0016]Ia)凸度控制策略的制定需考慮不同種類合金的產品質量側重點，產量、溫度、表面質量和板形是板帶軋制的4個重要的質量指標，當以產量或溫度為優先考慮指標時，對於凸度的控制要求降低；當以表面質量為優先考慮目標時，凸度閉環控制需要提前道次進行，以減少末道次凸度調節而影響帶材表面質量；當以板形為優先考慮指標時，則需要優化相應的負荷分配以保證出口板形；有時以幾種質量指標為共同優先目標時，則需要制定相應的凸度控制策略；
[0017]Ib)在粗軋階段，各道次帶材出口寬厚比比較小，帶材橫向流動較大，採用經驗彎輥力軋制；從C4道次開始，即軋制過程的倒數第4道次，根據合金軟硬程度和成品厚度實施不同的凸度控制策略；對於薄料，其軋制過程中凸度儀投入使用的道次有2個，因此實施凸度反饋控制的道次最多有兩個，取決於合金的軟硬程度；軟合金比硬合金具有較高的凸度調節能力，因此軟合金實施2個凸度反饋控制道次策略，而硬合金只在C3道次進行凸度反饋控制；對於中等硬度合金，在軋制過程中根據實際情況採用硬合金或者軟合金的凸度控制策略；對於厚料來說，由於凸度儀投入使用的道次只有I個，因此只在最後一個道次進行凸度反饋控制。
[0018]更進一步地，上述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，所述確定各軋制道次帶材的出口目標凸度:
[0019]2a)確定各道次出口目標凸度，，Cn表示倒數第η道次:
[0020]
【權利要求】
1.單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於包括以下步驟: (1)總體凸度控制策略制定； (2)確定各軋制道次帶材的出口目標凸度； (3)工作輥實時熱凸度計算； (4)計算各執行機構的設定值； (5)彎輥力前饋增益計算； (6)凸度反饋控制策略制定； (7)通過模型自學習提高凸度設定精度。
2.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述總體凸度控制策略制定，按鋁合金種類、硬度、質量要求以及成品厚度劃分鋁帶材的合金特徵，並制定相應的凸度控制策略:合金種類不同，其軋制策略及終軋要求也不同，合金軟硬程度不同，其凸度控制策略也有所區別；終軋厚度不同，軋制板材或卷材其凸度控制策略也不同； Ia)凸度控制策略的制定需考慮不同種類合金的產品質量側重點，產量、溫度、表面質量和板形是板帶軋制的4個重要的質量指標，當以產量或溫度為優先考慮指標時，對於凸度的控制要求降低；當以表面質量為優先考慮目標時，凸度閉環控制需要提前道次進行，以減少末道次凸度調節而影響帶材表面質量；當以板形為優先考慮指標時，則需要優化相應的負荷分配以保證出口板形；有時以幾種質量指標為共同優先目標時，則需要制定相應的凸度控制策略； Ib)在粗軋階段，各道次帶材出口寬厚比比較小，帶材橫向流動較大，採用經驗彎輥力軋制；從C4道次開始，即軋制過程的倒數第4道次，根據合金軟硬程度和成品厚度實施不同的凸度控制策略；對於薄料，其軋制過程中凸度儀投入使用的道次有2個，因此實施凸度反饋控制的道次最多有兩個，取決於合金的軟硬程度；軟合金比硬合金具有較高的凸度調節能力，因此軟合金實施2個凸度反饋控制道次策略，而硬合金只在C3道次進行凸度反饋控制；對於中等硬度合金，在軋制過程中根據實際情況採用硬合金或者軟合金的凸度控制策略；對於厚料來說，由於凸度儀投入使用的道次只有I個，因此只在最後一個道次進行凸度反饋控制。
3.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述確定各軋制道次帶材的出口目標凸度: 2a)確定各道次出口目標凸度，，Cn表示倒數第η道次:
Caiml = ] Jtl當C3道次出口凸度可以測量時
4.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述工作輥實時熱凸度計算: 3a)採用二維差分法計算工作輥各點的溫度場； 3b)根據工作輥的溫度場，求出各個時刻工作輥軸向單元的熱凸度值； 3c)工作輥綜合凸度由工作輥初始磨削凸度和工作輥熱凸度組成，前者是換輥之前就已經確定，在軋制過程中保持不變，根據實時計算的工作輥熱凸度實時計算工作輥綜合凸度。
5.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述計算各執行機構的設定值: 4a)對於精軋階段前幾個道次有 C0Ut-Ep.P+Eb.BF+Ewe.Cwr Ep=fp(B),EB=fB(B) Ctjut表示帶材出口凸度，μ m, Ep表示軋制力影響係數，μ m/kN, P表示軋制力，kN， Eb表示彎輥力影響係數，μπι/kN，BF表示彎輥力，kN，Ewe表示工作輥綜合凸度影響係數，Cwk表示工作輥綜合凸度，μ m，B表示軋件寬度，mm, fP(B)、fB(B)、EWK表示軋制力和彎輥力影響係數計算式，由仿真數據回歸得到； 4b)對於精軋階段末幾個道次有
C0Ut-Ep.P+Ec.Cin+EB.BF+E冊.Cwr
Ep=fp (B, DWK), Ec=fc (B, H, h, Dwe) , EB=fB (B, Dwe) Ctjut表示帶材出口凸度，μ m，Ep表示軋制力影響係數，11111/1-，表示軋制力，1-4。表示來料凸度影響係數，Cin表示來料凸度，μ m，Eb表示彎輥力影響係數，μ m/kN，BF表示彎輥力，kN, Ewk表示工作輥綜合凸度影響係數，Cwk表示工作輥綜合凸度，μ m，B表示軋件寬度，mm, Dwe表示工作棍直徑，mm, H, h表示軋件入口和出口厚度，mm, Ep> Ec> Eb的表達式及Ewe由仿真數據回歸得到； 4c)單機架鋁熱軋機入口側和出口側均配有冷卻噴嘴梁，入口側的冷卻液主要用於基礎冷卻，噴嘴分布為均勻分布，根據合金硬度的不同選用不同的冷卻等級；把冷卻液冷卻等級劃分為強、中、弱三種，則不同硬度的合金採用的冷卻等級為:硬合金對應強冷卻等級，中等硬度對應中冷卻等級、軟合金對應弱冷卻等級； 4d)出口側的噴嘴分布為二次分布，以適應工作輥熱脹中間高兩側低的特點；噴嘴開啟個數根據來料板寬定；為了提高邊部調節能力，邊部的冷卻水量設定為O，為便於調節噴射等級，中間噴嘴的噴射等級設定為中等冷卻等級，由此得出各個噴嘴的噴射等級:
6.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述彎輥力前饋增益計算: 5a)彎輥力快速調節輥縫的凸度，根據實測軋制力的波動大小確定彎輥力的調節量:
7.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述凸度反饋控制策略制定: 6a)根據凸度儀實測值與凸度目標值的偏差制定凸度反饋控制策略；彎輥力和冷卻噴淋是凸度控制的兩種手段，彎輥力調節動作迅速，適合在線調節凸度；由於單機架雙卷取鋁熱軋機配備三點式凸度儀，通過預設定的方式控制凸度； 6b)當凸度儀測量的出口凸度與目標凸度偏差在允許的凸度波動範圍內時，不需要對板形進行調節；當偏差值大於允許的凸度波動範圍時而小於彎輥力調控上下極限時，則使用彎輥力調節凸度偏差；否則使用保證平直度良好而犧牲凸度的策略調節彎輥力； 6c)單機架熱軋機的凸度反饋控制只在當前道次內進行，只能調節當前道次的彎輥力，調整冷卻噴淋流量調整凸度，以提高下一塊料的彎輥力調控功效； 6d)使用單機架熱軋機進行軋制，最多有2個道次進行凸度反饋控制； 6e)凸度反饋控制中的影響係數值由凸度設定模型按照合金、厚度、寬度區間給定。
8.根據權利要求1所述的單機架雙卷取鋁熱軋機凸度控制方法，其特徵在於:所述通過模型自學習提高凸度設定精度: 7a)在進行自學習之前，根據實測值進行自適應，經過一定次數的自適應之後才開始自學習，彎輥力模型係數自適應公式為:
【文檔編號】B21B37/28GK103433295SQ201310336099
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月5日 優先權日:2013年8月5日
【發明者】王仁忠, 劉廣, 華宏, 趙德方, 陳曉璘, 李迪, 田剛 申請人:蘇州有色金屬研究院有限公司