單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，根據(jù)軋機(jī)的特點(diǎn)及現(xiàn)場軋制經(jīng)驗(yàn)制定單機(jī)架雙卷取熱軋的凸度控制策略，建立適用于單機(jī)架的凸度預(yù)設(shè)定模型、熱脹計(jì)算模型、凸度的前饋和反饋控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鋁板帶材在此型軋機(jī)軋制的全自動(dòng)化凸度與平直度良好控制，根據(jù)帶材的合金特征制定相應(yīng)的凸度控制策略，由凸度預(yù)設(shè)定模型及熱脹模型給出粗軋、精軋兩個(gè)軋制階段的彎輥力設(shè)定值及冷卻噴淋模式保證頭部凸度值，在精軋道次進(jìn)行彎輥力的前饋補(bǔ)償以減少軋制力波動(dòng)對(duì)凸度的影響，進(jìn)行凸度測量的倒數(shù)第三道次或末道次根據(jù)合金特征情況進(jìn)行彎輥力閉環(huán)控制以保證全長凸度及板形，在軋制結(jié)束后進(jìn)行彎輥力及冷卻噴淋模型的自學(xué)習(xí)，提高預(yù)設(shè)定模型精度。
【專利說明】單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種鋁熱軋生產(chǎn)中的凸度控制方法，特別涉及一種單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)全帶長范圍內(nèi)凸度及板形控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)成為眾多鋁加工企業(yè)生產(chǎn)熱軋產(chǎn)品的首選機(jī)型。與鋼鐵領(lǐng)域不同的是，由于鋁板帶生產(chǎn)規(guī)模較小，其工藝水平、設(shè)備自動(dòng)化水平明顯偏低，目前大多數(shù)企業(yè)使用的熱軋機(jī)普遍存在產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、控制手段落后的現(xiàn)象。凸度是熱軋產(chǎn)品一項(xiàng)很重要的質(zhì)量指標(biāo)，隨著客戶要求的不斷提高，越來越多的鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)開始重視熱軋產(chǎn)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(guān)聯(lián)關(guān)系。在鋁板帶生產(chǎn)過程中平直度往往成為優(yōu)先考慮的質(zhì)量指標(biāo)，這是因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù)的鋁熱軋凸度和板形控制完全是憑借著操作工的經(jīng)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)目測的平直度大小來調(diào)整軋制過程參數(shù)，直至帶材平直?？咳斯そ?jīng)驗(yàn)方法來控制板形具有以下缺點(diǎn):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(diào)節(jié)裝置不能發(fā)揮出最大功效，往往會(huì)出現(xiàn)板形調(diào)節(jié)裝置達(dá)到了極限值還不能控制板形良好的現(xiàn)象；第三產(chǎn)品板形質(zhì)量會(huì)隨著操作手經(jīng)驗(yàn)豐富程度不同而波動(dòng)，不利于獲得穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。
[0004]針對(duì)人工經(jīng)驗(yàn)方法控制板形的不足，國外有關(guān)企業(yè)在鋁板帶熱連軋上開發(fā)了成套的凸度控制系統(tǒng)，但是其控制方法和策略不適用于單機(jī)架熱軋機(jī)，主要在于:首先是熱連軋機(jī)具有多機(jī)架彎輥調(diào)節(jié)能力，根據(jù)出口側(cè)實(shí)測凸度來調(diào)整各機(jī)架的彎輥力分配，而單機(jī)架熱軋機(jī)的彎輥力調(diào)節(jié)只能在所軋道次中完成，這就對(duì)彎輥力的設(shè)定計(jì)算提出了更高的要求；其次是熱連軋機(jī)只能測量最后一個(gè)機(jī)架出口處的帶材凸度，而對(duì)于單機(jī)架熱軋機(jī)來說，測量兩個(gè)道次的帶材出口凸度，因此可以利用實(shí)測凸度信息來修正后續(xù)道次的目標(biāo)凸度值，進(jìn)而提高設(shè)定精度；第三，與熱連軋機(jī)每個(gè)機(jī)架負(fù)責(zé)一個(gè)壓下道次不同，單機(jī)架熱軋機(jī)要負(fù)責(zé)所有的軋制道次，這樣會(huì)導(dǎo)致工作輥的熱脹變化更加頻繁，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)工作輥熱凸度對(duì)于凸度設(shè)定精度的提高是很有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，對(duì)待軋料卷凸度進(jìn)行設(shè)定計(jì)算和反饋控制，保證在出口帶材平直度良好的前提下，實(shí)現(xiàn)帶材全長范圍內(nèi)凸度的一致性。
[0006]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0007]單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)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(biāo)凸度；
[0010](3)工作輥實(shí)時(shí)熱凸度計(jì)算；[0011](4)計(jì)算各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)定值；
[0012](5)彎輥力前饋增益計(jì)算；
[0013](6)凸度反饋控制策略制定；
[0014](7)通過模型自學(xué)習(xí)提高凸度設(shè)定精度。
[0015]進(jìn)一步地，上述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)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(zhì)量要求以及成品厚度劃分鋁帶材的合金特征，并制定相應(yīng)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(qū)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(chǎn)品質(zhì)量側(cè)重點(diǎn)，產(chǎn)量、溫度、表面質(zhì)量和板形是板帶軋制的4個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，當(dāng)以產(chǎn)量或溫度為優(yōu)先考慮指標(biāo)時(shí)，對(duì)于凸度的控制要求降低；當(dāng)以表面質(zhì)量為優(yōu)先考慮目標(biāo)時(shí)，凸度閉環(huán)控制需要提前道次進(jìn)行，以減少末道次凸度調(diào)節(jié)而影響帶材表面質(zhì)量；當(dāng)以板形為優(yōu)先考慮指標(biāo)時(shí)，則需要優(yōu)化相應(yīng)的負(fù)荷分配以保證出口板形；有時(shí)以幾種質(zhì)量指標(biāo)為共同優(yōu)先目標(biāo)時(shí)，則需要制定相應(yīng)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(dòng)較大，采用經(jīng)驗(yàn)彎輥力軋制；從C4道次開始，即軋制過程的倒數(shù)第4道次，根據(jù)合金軟硬程度和成品厚度實(shí)施不同的凸度控制策略；對(duì)于薄料，其軋制過程中凸度儀投入使用的道次有2個(gè)，因此實(shí)施凸度反饋控制的道次最多有兩個(gè)，取決于合金的軟硬程度；軟合金比硬合金具有較高的凸度調(diào)節(jié)能力，因此軟合金實(shí)施2個(gè)凸度反饋控制道次策略，而硬合金只在C3道次進(jìn)行凸度反饋控制；對(duì)于中等硬度合金，在軋制過程中根據(jù)實(shí)際情況采用硬合金或者軟合金的凸度控制策略；對(duì)于厚料來說，由于凸度儀投入使用的道次只有I個(gè)，因此只在最后一個(gè)道次進(jìn)行凸度反饋控制。
[0018]更進(jìn)一步地，上述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，所述確定各軋制道次帶材的出口目標(biāo)凸度:
[0019]2a)確定各道次出口目標(biāo)凸度，，Cn表示倒數(shù)第η道次:
[0020]
【權(quán)利要求】
1.單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于包括以下步驟: (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(biāo)凸度； (3)工作輥實(shí)時(shí)熱凸度計(jì)算； (4)計(jì)算各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)定值； (5)彎輥力前饋增益計(jì)算； (6)凸度反饋控制策略制定； (7)通過模型自學(xué)習(xí)提高凸度設(shè)定精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述總體凸度控制策略制定，按鋁合金種類、硬度、質(zhì)量要求以及成品厚度劃分鋁帶材的合金特征，并制定相應(yīng)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(qū)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(chǎn)品質(zhì)量側(cè)重點(diǎn)，產(chǎn)量、溫度、表面質(zhì)量和板形是板帶軋制的4個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，當(dāng)以產(chǎn)量或溫度為優(yōu)先考慮指標(biāo)時(shí)，對(duì)于凸度的控制要求降低；當(dāng)以表面質(zhì)量為優(yōu)先考慮目標(biāo)時(shí)，凸度閉環(huán)控制需要提前道次進(jìn)行，以減少末道次凸度調(diào)節(jié)而影響帶材表面質(zhì)量；當(dāng)以板形為優(yōu)先考慮指標(biāo)時(shí)，則需要優(yōu)化相應(yīng)的負(fù)荷分配以保證出口板形；有時(shí)以幾種質(zhì)量指標(biāo)為共同優(yōu)先目標(biāo)時(shí)，則需要制定相應(yīng)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(dòng)較大，采用經(jīng)驗(yàn)彎輥力軋制；從C4道次開始，即軋制過程的倒數(shù)第4道次，根據(jù)合金軟硬程度和成品厚度實(shí)施不同的凸度控制策略；對(duì)于薄料，其軋制過程中凸度儀投入使用的道次有2個(gè)，因此實(shí)施凸度反饋控制的道次最多有兩個(gè)，取決于合金的軟硬程度；軟合金比硬合金具有較高的凸度調(diào)節(jié)能力，因此軟合金實(shí)施2個(gè)凸度反饋控制道次策略，而硬合金只在C3道次進(jìn)行凸度反饋控制；對(duì)于中等硬度合金，在軋制過程中根據(jù)實(shí)際情況采用硬合金或者軟合金的凸度控制策略；對(duì)于厚料來說，由于凸度儀投入使用的道次只有I個(gè)，因此只在最后一個(gè)道次進(jìn)行凸度反饋控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述確定各軋制道次帶材的出口目標(biāo)凸度: 2a)確定各道次出口目標(biāo)凸度，，Cn表示倒數(shù)第η道次:
Caiml = ] Jtl當(dāng)C3道次出口凸度可以測量時(shí)

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述工作輥實(shí)時(shí)熱凸度計(jì)算: 3a)采用二維差分法計(jì)算工作輥各點(diǎn)的溫度場； 3b)根據(jù)工作輥的溫度場，求出各個(gè)時(shí)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(jīng)確定，在軋制過程中保持不變，根據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算的工作輥熱凸度實(shí)時(shí)計(jì)算工作輥綜合凸度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述計(jì)算各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)定值: 4a)對(duì)于精軋階段前幾個(gè)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表示軋制力影響系數(shù)，μ m/kN, P表示軋制力，kN， Eb表示彎輥力影響系數(shù)，μπι/kN，BF表示彎輥力，kN，Ewe表示工作輥綜合凸度影響系數(shù)，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系數(shù)計(jì)算式，由仿真數(shù)據(jù)回歸得到； 4b)對(duì)于精軋階段末幾個(gè)道次有
C0Ut-Ep.P+Ec.Cin+EB.BF+E冊(cè).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表示軋制力影響系數(shù)，11111/1-，表示軋制力，1-4。表示來料凸度影響系數(shù)，Cin表示來料凸度，μ m，Eb表示彎輥力影響系數(shù)，μ m/kN，BF表示彎輥力，kN, Ewk表示工作輥綜合凸度影響系數(shù)，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(dá)式及Ewe由仿真數(shù)據(jù)回歸得到； 4c)單機(jī)架鋁熱軋機(jī)入口側(cè)和出口側(cè)均配有冷卻噴嘴梁，入口側(cè)的冷卻液主要用于基礎(chǔ)冷卻，噴嘴分布為均勻分布，根據(jù)合金硬度的不同選用不同的冷卻等級(jí)；把冷卻液冷卻等級(jí)劃分為強(qiáng)、中、弱三種，則不同硬度的合金采用的冷卻等級(jí)為:硬合金對(duì)應(yīng)強(qiáng)冷卻等級(jí)，中等硬度對(duì)應(yīng)中冷卻等級(jí)、軟合金對(duì)應(yīng)弱冷卻等級(jí)； 4d)出口側(cè)的噴嘴分布為二次分布，以適應(yīng)工作輥熱脹中間高兩側(cè)低的特點(diǎn)；噴嘴開啟個(gè)數(shù)根據(jù)來料板寬定；為了提高邊部調(diào)節(jié)能力，邊部的冷卻水量設(shè)定為O，為便于調(diào)節(jié)噴射等級(jí)，中間噴嘴的噴射等級(jí)設(shè)定為中等冷卻等級(jí)，由此得出各個(gè)噴嘴的噴射等級(jí):
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述彎輥力前饋增益計(jì)算: 5a)彎輥力快速調(diào)節(jié)輥縫的凸度，根據(jù)實(shí)測軋制力的波動(dòng)大小確定彎輥力的調(diào)節(jié)量:
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述凸度反饋控制策略制定: 6a)根據(jù)凸度儀實(shí)測值與凸度目標(biāo)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(diào)節(jié)動(dòng)作迅速，適合在線調(diào)節(jié)凸度；由于單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)配備三點(diǎn)式凸度儀，通過預(yù)設(shè)定的方式控制凸度； 6b)當(dāng)凸度儀測量的出口凸度與目標(biāo)凸度偏差在允許的凸度波動(dòng)范圍內(nèi)時(shí)，不需要對(duì)板形進(jìn)行調(diào)節(jié)；當(dāng)偏差值大于允許的凸度波動(dòng)范圍時(shí)而小于彎輥力調(diào)控上下極限時(shí)，則使用彎輥力調(diào)節(jié)凸度偏差；否則使用保證平直度良好而犧牲凸度的策略調(diào)節(jié)彎輥力； 6c)單機(jī)架熱軋機(jī)的凸度反饋控制只在當(dāng)前道次內(nèi)進(jìn)行，只能調(diào)節(jié)當(dāng)前道次的彎輥力，調(diào)整冷卻噴淋流量調(diào)整凸度，以提高下一塊料的彎輥力調(diào)控功效； 6d)使用單機(jī)架熱軋機(jī)進(jìn)行軋制，最多有2個(gè)道次進(jìn)行凸度反饋控制； 6e)凸度反饋控制中的影響系數(shù)值由凸度設(shè)定模型按照合金、厚度、寬度區(qū)間給定。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單機(jī)架雙卷取鋁熱軋機(jī)凸度控制方法，其特征在于:所述通過模型自學(xué)習(xí)提高凸度設(shè)定精度: 7a)在進(jìn)行自學(xué)習(xí)之前，根據(jù)實(shí)測值進(jìn)行自適應(yīng)，經(jīng)過一定次數(shù)的自適應(yīng)之后才開始自學(xué)習(xí)，彎輥力模型系數(shù)自適應(yīng)公式為:
【文檔編號(hào)】B21B37/28GK103433295SQ201310336099
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月5日
【發(fā)明者】王仁忠, 劉廣, 華宏, 趙德方, 陳曉璘, 李迪, 田剛 申請(qǐng)人:蘇州有色金屬研究院有限公司