冷軋帶鋼高精度板形表面粗糙度在線控制方法及系統與流程

2023-04-25 09:37:56

本發明涉及帶鋼冷軋技術領域，特別涉及一種冷軋帶鋼高精度板形表面表面粗糙度在線控制模型與控制方法及系統。

背景技術：

鋼鐵工業的下遊用戶對冷軋帶鋼產品的質量要求越來越嚴格，表面粗糙度對於冷軋板來說至關重要，它是影響鋼板可成形性的關鍵因素，是冷軋產品質量的重要指標之一。目前，在冷軋帶鋼生產實踐中，對帶鋼表面粗糙度進行監控的通常方式是，在相關的冷軋後處理機組出口(如連續熱鍍鋅機組或平整機組等)，對帶鋼進行抽檢取樣，然後在分析測試實驗室對樣板進行離線測試獲取帶鋼的表面粗糙度參數，並與下遊用戶的技術要求進行比較。如果帶鋼表面粗糙度不滿足下遊用戶的要求，則在後續生產計劃中對同類帶鋼的生產工藝參數進行必要調整，然後再抽檢取樣、離線分析測試、在線調整工藝參數等，直到帶鋼的表面粗糙度完全滿足下遊用戶要求為止。該方法具有滯後性和非連續性，取樣部位一般在頭和尾，無法代表整塊鋼板的粗糙度特點。

隨著技術的不斷進步，非接觸的粗糙度測量方法得到了迅速的發展，該方法以光學的測量方法最為普遍，主要包括光切法、光幹涉法、散斑法、散射法等。光學測量方法有著測量速度快，無損傷，可實現實時在線測量等優點，在最近幾十年得到了迅速的發展。德國emg自動化公司開發的sorm3plus系統，利用光的散射原理，通過對角度的測量能夠在不與帶鋼接觸的情況下測量運動中冷軋帶鋼的表面粗糙度。amepa公司利用光切法原理開發了一種表面粗糙度傳感器(srm)並在德國、比利時等歐洲很多公司的生產線得以應用，並取得了顯著的成效。國外已有50多條機組(cgl、capl等)安裝粗糙度在線檢測儀，已部分實現代替離線取樣檢測。國內的首鋼冷軋鋼廠以及江蘇張家港沙鋼等引進了amepa公司的srm系統，但是目前非接觸式在線測量技術仍未得到普及，今後仍很大的發展空間。

西門子等已在開發平整過程粗糙度閉環控制技術。國內已有10多條機組安裝粗糙度在線檢測儀，但目前僅用於生產過程監視，尚未開展粗糙度在線控制等應用技術研究。

技術實現要素：

為了解決離線檢測冷軋帶鋼表面粗糙度的不足，降低帶鋼表面粗糙度波動，本發明的目的在於提供一種冷軋帶鋼表面粗糙度在線控制方法，所述在線控制方法通過在線檢測帶鋼的表面粗糙度，根據表面粗糙度檢測值與目標值之間的偏差值對相關生產工藝參數(如平整軋制力等)進行實時調整，從而實現對冷軋帶鋼表面粗糙度的在線自動閉環控制，以提高冷軋帶鋼表面粗糙度的控制精度，更好地滿足下遊用戶的要求。

本發明的技術方案為：一種冷軋帶鋼高精度板形表面粗糙度在線控制方法，所述在線控制方法包括如下步驟：

s1：計算帶鋼表面粗糙度m的實測值mact與所述帶鋼表面粗糙度的目標值mref之間的帶鋼表面粗糙度的偏差值δm；

所述帶鋼表面粗糙度m為帶鋼表面輪廓算術平均偏差ra、或微觀不平度十點高度rz、或峰值密度pc。

s2：確定帶鋼平整軋制力調節量：

根據步驟s1得到的帶鋼表面粗糙度偏差值δm，確定帶鋼平整軋制力調節量δp，以消除帶鋼表面粗糙度偏差。

s3：確定帶鋼平整張力調節量：

根據步驟s2得到的平整軋制力調節量δp，確定平整入口張力調節量δt0、或者平整出口張力調節量δt1，以保持平整延伸率恆定，使得帶鋼機械性能基本不受影響。

s4：確定帶鋼平整彎輥力調節量：

根據步驟s2得到的帶鋼平整軋制力調節量δp，確定平整彎輥力調節量δs，以保持平整後帶鋼板形基本不受影響。

s5：確定帶鋼軋制力調節量是否輸出：

將步驟s1中得到的帶鋼表面粗糙度偏差值的絕對值|δm|與所示帶鋼表面粗糙度相應的閉環控制閾值δmlim作比較，其中δmlim＞0。

當|δm|≥δmlim，轉到步驟s2調整帶鋼平整軋制力；當|δm|＜δmlim時，無需調整帶鋼平整軋制力。

進一步地，步驟s2中所述帶鋼平整軋制力調節量δp計算公式如下：

δp＝gainm_p×δm/km_p

式中：gainm_p為平整軋制力控制增益，0＜gainm_p≤1.0；km_p為平整軋制力對帶鋼表面粗糙度影響係數，為微分算子。

進一步地，步驟s3中所述平整入口張力調節量δt0計算公式如下：

式中：為平整入口張力控制增益，為平整入口張力對平整軋制力傳遞係數，ε為平整延伸率。

所述平整出口張力調節量δt1計算方法如下：

式中：為平整出口張力控制增益，為平整出口張力對平整軋制力傳遞係數，ε為平整延伸率。

進一步地，步驟s4中所述平整彎輥力調節量δs＝gainp_s×δp/kp_s

式中：gainp_s為平整彎輥力控制增益，0＜gainp_s≤1.0；kp_s為平整彎輥力對平整軋制力傳遞係數，c為帶鋼凸度。

本發明還提供一種冷軋帶鋼高精度板形表面粗糙度在線控制系統，其特徵在於，包括依次連接的平整機和表面粗糙度檢測儀；所述表面粗糙度檢測儀用於檢測帶鋼表面粗糙度m的實測值mact；所述平整機用於根據上述的冷軋帶鋼高精度板形表面粗糙度在線控制方法控制冷軋帶鋼表面粗糙度。

本發明的有益效果在於：提供一種冷軋帶鋼表面粗糙度在線控制方法，所述在線控制方法可實現對冷軋帶鋼表面粗糙度的在線閉環控制，提高冷軋帶鋼表面粗糙度的控制精度，提高產品質量。

附圖說明

圖1為本發明冷軋帶鋼表面粗糙度在線控制設備示意圖；

圖2為本發明平整軋制力對帶鋼表面輪廓算術平均偏差影響的曲線圖；

圖3為本發明平整軋制力對帶鋼表面微觀不平度十點高度影響的曲線圖；

圖4為本發明冷軋帶鋼表面粗糙度在線控制流程圖。

圖5為本發明平整軋制力對帶鋼表面峰值密度影響的曲線圖；

圖1中，1、開卷機，2、帶鋼，3、連續退火爐，4、平整機，5、表面粗糙度檢測儀，6、卷取機。

具體實施方式

冷軋帶鋼生產流程為：酸洗-冷軋-退火-平整-鍍層、剪切和包裝。其中，平整工藝對冷軋帶鋼的表面粗糙度有較大影響。

本發明提供的表面粗糙度在線控制方法可在如圖1所示的設備上完成。如圖1所示，由開卷機1傳輸出來的帶鋼2經過連續退火爐3和平整機4進行處理後，經過表面粗糙度在線監測儀5，通過所述表面粗糙度在線監測儀5檢測到的帶鋼表面粗糙度m的實測值與下遊用戶所要求的目標值進行比較，如果符合下遊用戶要求，則帶鋼2順利通過表面粗糙度在線監測儀5，進入卷取機6，即進入鍍層、剪切和包裝階段；如若不符合下遊用戶要求，則根據不同表面粗糙度實測值的數據，將調整平整機4的相關工藝參數，直至後續帶鋼表面粗糙度m符合下遊用戶要求。

其中所述表面粗糙度在線檢測儀5與平整機4串聯連接，所述表面粗糙度在線檢測儀5基於光學檢測原理，為非接觸式，位於帶鋼寬度方向上中部位置。

冷軋帶鋼平整的主要目的在於改善帶鋼表面粗糙度、控制板形及機械性能。在冷軋帶鋼平整過程中，通過對經過再結晶退火後的帶鋼施以較小的塑性變形(即平整延伸率ε，大多在0.2％～3％之間)，可以在一定程度上改善退火後帶鋼的表面粗糙度、消除屈服平臺。當平整延伸率實際值偏離延伸率設定值時，通過調整平整軋制力或平整入口、出口帶鋼張力，可以使實際延伸率回歸到設定值。一般來說，對於厚度較薄、材質較硬的帶鋼，平整延伸率對平整張力比較敏感，通常採用調整平整張力方式控制延伸率；對於厚度較厚、材質較軟的帶鋼，平整延伸率對平整軋制力比較敏感，通常採用調整平整軋制力方式控制延伸率。

所述表面粗糙度在線檢測儀5安裝於機組出口段，位於平整機4之後。具有對經過平整處理之後的帶鋼表面粗糙度(包括表面輪廓算術平均偏差、微觀不平度十點高度等)進行實時檢測的功能。隨著帶鋼按照一定的速度連續向前移動，可以實時地檢測得到帶鋼表面粗糙度值(包括表面輪廓算術平均偏差ra、微觀不平度十點高度rz、峰值密度pc等)及其沿帶鋼長度方向的變化情況。

根據冷軋帶鋼平整軋制理論和生產實踐可知，如圖2、圖3、圖5所示，一般地，隨著平整軋制力在一定範圍內增大，帶鋼表面輪廓算術平均偏差、微觀不平度十點高度、峰值密度相應增大，反之亦然。

本發明中通過調整平整工藝參數自動控制帶鋼表面粗糙度的策略是指，當表面粗糙度檢測儀5檢測到的帶鋼表面粗糙度實測值mact低於設定的帶鋼表面粗糙度目標值mref超過一定程度時，優先地，通過增加平整軋制力，直到帶鋼表面粗糙度實測值mact接近於表面粗糙度目標值mref為止；當表面粗糙度檢測儀5檢測到的帶鋼表面粗糙度實測值mact高於設定的帶鋼表面粗糙度目標值mref超過一定程度時，優先地，通過減小平整軋制力，直到帶鋼表面粗糙度實測值mact接近於表面粗糙度目標值mref為止。

下面結合圖4，具體說明帶鋼表面粗糙度在線自動控制的實現步驟和實現方法。步驟如下：

(1)帶鋼表面粗糙度偏差的確定

表面粗糙度檢測儀5檢測得到的帶鋼表面粗糙度實測值mact減去設定的表面粗糙度目標值mref，得到帶鋼表面粗糙度偏差值：

δm＝mact-mref

式中：δm為帶鋼表面粗糙度偏差值；mref為設定的帶鋼表面粗糙度目標值，來自機組過程控制計算機，根據下遊用戶對產品的要求確定。所述帶鋼表面粗糙度m為帶鋼表面輪廓算術平均偏差ra、或微觀不平度十點高度rz、或峰值密度pc。

(2)確定平整軋制力調節量

優先地，根據表面粗糙度偏差值計算確定平整軋制力調節量，通過發揮平整軋制力對表面粗糙度的調節作用，達到及時平穩地消除帶鋼表面粗糙度偏差、實現高精度表面粗糙度閉環控制的目的。

根據步驟(1)確定的帶鋼表面粗糙度偏差值δm，計算確定平整軋制力調節量δp：

δp＝gainm_p×δm/km_p

式中：δp為平整軋制力調節量；gainm_p為平整軋制力控制增益，0＜gainm_p≤1.0；km_p為平整軋制力對帶鋼表面粗糙度影響係數，是帶鋼材質、規格以及平整工藝參數等的函數，可以由理論模型計算得到或者實驗得到。

(3)確定平整張力調節量

由於調節平整軋制力，會引起平整延伸率變化，進而造成帶鋼機械性能波動。為了保持平整延伸率恆定，使得帶鋼機械性能基本不受影響，根據軋制力偏差值計算確定平整入口張力調節量、或者平整出口張力調節量，通過發揮張力對平整延伸率的調節作用，達到及時平穩地消除帶鋼表面粗糙度偏差、實現高精度表面粗糙度閉環控制的目的的同時，保證帶鋼機械性能不變。

根據步驟(2)確定的平整軋制力調節量，計算確定平整入口張力調節量δt0、或者平整出口張力調節量δt1：

式中：為平整入口張力控制增益，為平整入口張力對平整軋制力傳遞係數，ε為平整延伸率。

所述平整出口張力調節量δt1計算方法如下：

式中：為平整出口張力控制增益，為平整出口張力對平整軋制力傳遞係數，ε為平整延伸率。

(4)確定帶鋼平整彎輥力調節量

由於調節平整軋制力，會造成平整出口帶鋼板形波動。為了保持平整出口帶鋼板形基本不變，根據軋制力偏差值計算確定平整彎輥力調節量，通過發揮彎輥力對平整出口帶鋼板形的調節作用，達到及時平穩地消除帶鋼表面粗糙度偏差、實現高精度表面粗糙度閉環控制的目的的同時，保證平整出口帶鋼板形基本不受影響。根據步驟(2)確定的平整軋制力調節量δp，計算平整彎輥力調節量δs：

δs＝gainp_s×δp/kp_s

式中：gainp_s為平整彎輥力控制增益，0＜gainp_s≤1.0；kp_s為平整彎輥力對平整軋制力傳遞係數，c為帶鋼凸度。

(5)確定帶鋼平整張力調節量或平整軋制力調節量是否輸出，步驟如下：

將步驟(1)中得到的帶鋼表面粗糙度偏差值的絕對值|δm|與所示帶鋼表面粗糙度相應的閉環控制閾值δmlim作比較，其中δmlim＞0。

當|δm|≥δmlim，轉到步驟(2)調整帶鋼平整軋制力、張力和彎輥力，並輸出到平整機相應的執行機構；當|δm|＜δmlim時，無需調整帶鋼平整軋制力、張力和彎輥力。

本發明通過上述在線控制的方法，可以實現冷軋帶鋼表面粗糙度的在線閉環控制，提高冷軋帶鋼表面粗糙度的控制精度，提高產品質量。