專利名稱：帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法和控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金生產(chǎn)技術，特別涉及一種帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法和控制系統(tǒng)。
背景技術：
作為鋼鐵企業(yè)的關鍵生產(chǎn)設備，帶鋼連續(xù)退火爐生產(chǎn)率的高低直接影響到企業(yè)的產(chǎn)能。帶鋼的表面并非平坦的平面，而是呈如圖1a或1b所示的波浪起伏狀。當沿垂直于帶鋼傳送方向(以下稱為橫向)剖取如圖1a和1b所示帶鋼時即分別得到圖2a和2b所示的剖面示意圖，以下將該剖取面稱為橫截面。在圖2a中，帶鋼橫截面的中部向上凸起，以下將這種形狀稱為邊浪；在圖2b中，帶鋼橫截面的中部區(qū)域向上凹陷，以下將這種形狀稱為中浪；此外還有一種形狀是帶鋼表面從其中一側邊緣向另一側邊緣傾斜，以下將這種形狀稱為單邊浪。
當帶鋼在連續(xù)退火爐內的行進速度較快時，一旦帶鋼的板形不良度超過一定程度或表面起伏較大，則非常容易引起帶鋼跑偏，從而導致斷帶事故。尤其是對于高速薄帶鋼連續(xù)退火機組，其對帶鋼板形的敏感度更高，因此更容易發(fā)生熱瓢曲、跑偏等問題。一旦發(fā)生斷帶事故，就需要停止整個連續(xù)退火機組的運行，從而影響產(chǎn)能，特別是爐內斷帶事故，其往往需要停機24小時來排除故障，對生產(chǎn)的影響更大。
為了在連續(xù)退火過程中避免發(fā)生斷帶事故，一種常用的方法是在退火爐內安裝工業(yè)電視監(jiān)視裝置，生產(chǎn)操作人員通過工業(yè)電視監(jiān)視裝置觀察板形的大致形狀，然后根據(jù)情況調整帶鋼的通板速度、張力和糾偏角度，以免發(fā)生跑偏、斷帶事故。該方法的缺點是安裝的工業(yè)電視監(jiān)視裝置數(shù)量非常有限，而且還需要操作人員憑目測來確定板形情況，因此不能準確、全面地了解爐內帶鋼的板形情況。此外，由于監(jiān)視裝置一般安裝在連退爐內，因此控制具有滯后性，往往無法及時阻止跑偏、斷帶事故的發(fā)生。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種防止連續(xù)退火過程中帶鋼斷帶的方法，其具有及時、可靠而又實現(xiàn)方式簡單的優(yōu)點。
本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)一種帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法，控制系統(tǒng)執(zhí)行下列步驟(1)測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)，所述板形數(shù)據(jù)包括帶鋼的浪形和起伏程度；(2)根據(jù)測得的板形數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)值，所述工藝參數(shù)值包括帶鋼在退火爐內的通板速度、張力和糾偏角度；(3)根據(jù)確定的工藝參數(shù)值來調整帶鋼當前的通板速度、張力和糾偏角度。
比較好的是，在上述帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法中，采用非接觸方式測量帶鋼的板形數(shù)據(jù)。
比較好的是，在上述帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法中，在步驟(2)中，根據(jù)預先設定的帶鋼厚度、浪形、起伏程度與通板速度和張力的對應關系控制表查找與當前帶鋼厚度、浪形和起伏程度對應的通板速度和張力。
本發(fā)明的另一目的是提供一種帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)，其具有及時、可靠而又實現(xiàn)方式簡單的優(yōu)點。
本發(fā)明的上述目的通過以下技術方案實現(xiàn)一種帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)，包括安裝在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形檢測單元，用于測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)，所述板形數(shù)據(jù)包括帶鋼的浪形和起伏程度；與板形檢測單元和連續(xù)退火機組相連的控制單元，其根據(jù)測得的板形數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)值并根據(jù)確定的工藝參數(shù)值對連續(xù)退火機組進行控制，所述工藝參數(shù)值包括帶鋼在退火爐內的通板速度、張力和糾偏角度。
比較好的是，在上述帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)中，所述板形檢測單元采用非接觸式方式測量帶鋼的板形數(shù)據(jù)。
比較好的是，在上述帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)中，所述控制單元存儲帶鋼厚度、浪形、起伏程度與通板速度和張力的對應關系控制表，并通過查找所述對應關系控制表確定與當前帶鋼厚度、浪形和起伏程度對應的通板速度和張力。
在本發(fā)明中，由于在帶鋼進入退火爐之前即已測定帶鋼板形情況，因此可以及時控制帶鋼的通板速度、張力和糾偏角度，有效避免了斷帶事故的發(fā)生。此外，由于檢測裝置安裝在退火爐入口前，因此安裝和維護都比較方便。


通過以下結合附圖對本發(fā)明較佳實施例的描述，可以進一步理解本發(fā)明的目的、特征和優(yōu)點，其中圖1a和1b為帶鋼表面波浪起伏的示意圖。
圖2a和2b分別為圖1a和1b所示帶鋼的橫截面形狀示意圖。
圖3為位于傳送輥之間的帶鋼的懸索線圖。
圖4為按照本發(fā)明的第一較佳實施例的防止斷帶方法流程圖。
圖5為帶鋼橫截面垂直高度分布的示意圖。
圖6為安裝在連續(xù)退火爐內的糾偏機構示意圖。
圖7為按照本發(fā)明第二較佳實施例的防止斷帶方法流程圖。
圖8為按照本發(fā)明第三較佳實施例的控制系統(tǒng)示意圖。
圖9為圖8所示控制系統(tǒng)中板形檢測單元的示意圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，為了及時控制帶鋼的通板速度、張力和糾偏角度，板形檢測單元被安裝在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間并且根據(jù)板形檢測單元測得的板形數(shù)據(jù)來設定相應的通板速度、張力和糾偏角度。
板形檢測分為接觸式和非接觸式二大類方式，接觸式檢測方法的原理是使板形測量輥與帶鋼表面接觸，當帶鋼表面不平坦時，由于壓電效應的存在，板形測量輥各區(qū)域將產(chǎn)生不同幅度的壓電信號，通過測量這些壓電信號的幅度即可確定帶鋼各部分的垂直高度分布情況；非接觸式檢測方法一般采用多個測距傳感器來測量傳感器平面與帶鋼表面之間的距離從而得到帶鋼表面的垂直高度分布，由此獲得帶鋼板形的情況。在本發(fā)明中，上述兩類板形檢測方式皆可用來檢測板形數(shù)據(jù)，而且通板速度、張力和糾偏角度的設定方式與板形數(shù)據(jù)的測量方式無關。
以下借助附圖描述本發(fā)明的較佳實施例。
第一實施例當帶鋼懸垂在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套的兩個支承位置(例如傳送輥與帶鋼的接觸位置)之間時，由于張力設置較小，因此帶鋼在重力作用下基本上呈如圖3所示的懸索線狀，該示意圖為懸垂在在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套的兩個支承位置之間的帶鋼剖面示意圖，其沿帶鋼傳送方向(以下稱為縱向)剖取，以下將該剖取面稱為縱截面。當沿縱向將帶鋼劃分為多條狹長的縱向區(qū)域時，帶鋼表面的波浪起伏形狀使得懸垂在兩根傳送輥之間的帶鋼各縱向區(qū)域具有不同的長度，而且它們長度的相對差值越大，則帶鋼表面波浪起伏的程度也越大，反之，它們長度的相對差值越小，則帶鋼表面波浪起伏的程度也越小。因此當確定了帶鋼縱向區(qū)域在支承位置之間的長度分布之后，即可確定帶鋼表面的起伏程度和浪形。
對于懸垂在兩個支承位置之間的帶鋼，其每個縱向區(qū)域的縱截面都可以視作一條如圖3所示的具有一定剛度的懸索線，因此只要已知兩個支承位置之間在水平方向(即圖3中的X軸方向)上的距離l和懸索線上特定點至支承位置在Z軸方向上的垂直距離(例如最低位置點與支承位置之間的垂直距離d)，就可以計算出懸索線在兩個支承位置之間的長度L。在本實施例中，為便于后續(xù)計算處理，將該特定點設定為懸索線在兩個支承位置之間的中點位置。懸索線的長度可應用變分法求泛函極值問題的算法來計算，但是變分法求泛函極值問題的方程形式非常復雜，計算量很大，因此為簡化起見，本實施例將帶鋼的懸索線近似假設為下列形式的正弦曲線z=d·Sin(πxl)---(1)]]>這里，如圖3所示，z和x分別為懸索線上任意一點在Z軸和X軸上的坐標，l為兩個支承位置之間在X軸方向上的距離，d為懸索線上最低位置點與支承位置平面之間的垂直距離。懸索線的長度L則可采用下式計算L=∫0l1+d2l2Cos2(πxl)l2---(2)]]>上式方程式(2)的積分運算較為復雜，因此可以進一步簡化為下式L≈4l2+d2π24l---(3)]]>表1示出了公式(2)和(3)計算值的比較結果，其中L為公式(2)的計算結果，而L′為公式(3)的計算結果。由表1可見，在帶鋼急峻度d/l較小時，公式(3)的計算誤差較小。由于帶鋼急峻度d/l一般都小于10％，因此簡化公式(3)的計算誤差小于0.042％。
表1

在計算出帶鋼縱向區(qū)域在兩個支承位置之間的長度分布后即可據(jù)此確定帶鋼的起伏程度。起伏程度可以采用各種形式的特征量來表征，只要特征量的取值與帶鋼縱向區(qū)域之間的相對長度差值正相關或負相關即可。
對于中浪和邊浪，其僅有一個最高位置或最低位置并且位于帶鋼中部，因此可采用下列形式的帶鋼相對延伸差ε作為表征起伏程度的特征量
ϵ=|Lc-Le|max(Lc,Le)---(4)]]>這里，Lc和Le分別為位于帶鋼中部和邊緣處的縱向區(qū)域在兩根傳送輥之間的長度。
對于單邊浪，其最高位置和最低位置都位于帶鋼邊緣處，因此采用下列形式的帶鋼相對延伸差ε作為表征起伏程度的特征量ϵ=|Le′-Le|max(Le′,Le)---(5)]]>這里，Le和Le′分別為位于帶鋼左右邊緣處的縱向區(qū)域在兩根傳送輥之間的長度。
一般而言，帶鋼表面起伏程度越大，則帶鋼跑偏和斷帶的可能性就越大，因此帶鋼的通板速度和張力應該適當降低，反之，亦如此。對于不同的起伏程度，不同浪形下發(fā)生帶鋼跑偏和斷帶的可能性也不同。此外，對于不同的帶鋼厚度，發(fā)生跑偏和斷帶的可能性也不同。在本實施例中，為了方便控制，根據(jù)設備和生產(chǎn)的實際具體情況和經(jīng)驗預先設定各種厚度下帶鋼通板速度、張力與起伏程度、浪形的對應關系控制表，其中表2示出了某薄帶鋼連退機組中帶鋼厚度、起伏程度和浪形與帶鋼在連續(xù)退火爐內通板速度和張力之間的對應關系，表3示出了某薄帶鋼連退機組中帶鋼厚度、起伏程度和浪形與帶鋼在連續(xù)退火爐內張力之間的對應關系。
表2

元件列表

起伏程度的特征量的帶鋼相對延伸差ε并將浪形和帶鋼相對延伸差ε作為板形數(shù)據(jù)輸出至連續(xù)退火機組的控制單元。
接著在步驟S15中，控制單元從前述對應關系控制表查找當前帶鋼厚度下與步驟S14輸出的板形數(shù)據(jù)對應的通板速度和張力并輸出至連續(xù)退火機組。
最后，在步驟S16中，連續(xù)退火機組在控制單元設定的通板速度和張力下運行。
第二實施例以下描述按照本發(fā)明方法的第二實施例。
在第一實施例中僅利用板形數(shù)據(jù)來設定帶鋼在連續(xù)退火爐內的通板速度和張力，在本實施例中還利用板形數(shù)據(jù)來設定帶鋼的糾偏角度。
當出現(xiàn)單邊浪時，由于張力在帶鋼兩側分布的不均勻，必然出現(xiàn)帶鋼跑偏現(xiàn)象，為此通過在連續(xù)退火爐內安裝由跑偏測量裝置和糾偏機構構成的閉環(huán)反饋控制來加以糾正。如圖6所示，連續(xù)退火機組的糾偏機構包含設置于帶鋼行進方向上的糾偏輥6a和6b，通過改變糾偏輥之間的夾角(也即帶鋼的糾偏角度)可以調整帶鋼的行進方向，從而達到防止帶鋼跑偏的目的。但是當單邊浪突然出現(xiàn)時(例如前一卷帶鋼板形很好而后一卷帶鋼頭部有嚴重的單邊浪)，閉環(huán)控制系統(tǒng)的滯后可能導致帶鋼擦邊甚至斷帶。如上所述，在本發(fā)明中，在連續(xù)退火爐入口前安裝有板形測量單元，因此可以利用其測得的板形數(shù)據(jù)來提前設定糾偏輥之間的夾角，從而實現(xiàn)帶鋼糾偏角度的前饋糾偏控制。
以下描述糾偏角度設定量的計算方法。
如圖6所示，假設兩個偏轉輥之間的距離為l′，偏轉輥之間的夾角為θ，帶鋼表面的起伏程度為s，帶鋼寬度為b，則它們之間存在如下關系θ=arctan0.01·s·l′b---(7)]]>因此當出現(xiàn)較大的單邊浪時，控制單元可以在帶鋼進入退火爐前即指令糾偏機構將糾偏輥之間的夾角按照式(7)的計算結果進行調整以防止帶鋼跑偏。
以下借助圖7描述本實施例的防止板形斷帶方法的流程圖，本實施例也采用與第一實施例相同的方式測量板形數(shù)據(jù)。
如圖7所示，在步驟S21中，板形測量單元測量如圖5所示位于帶鋼中部和邊緣的縱向區(qū)域在某一橫截面上的垂直高度dc、de和de′，該橫截面位于兩個傳送輥之間的中間位置。
在步驟S22中，板形測量單元判斷帶鋼表面的浪形，如果是中浪或邊浪，則進入步驟S23，如果是單邊浪，則進入步驟S27。
隨后在步驟S23中，板形測量單元利用公式(3)計算帶鋼中部和邊緣的縱向區(qū)域在兩根傳送輥之間的長度Lc、Le和Le′。對于單浪情形，只要選取與垂直高度dc相差較大的那個垂直高度來計算長度即可，對于單邊浪情形，只要選取垂直高度de和de′來計算長度即可。
接著在步驟S24中，板形測量單元利用公式(4)或(5)計算作為表征帶鋼表面起伏程度的特征量的帶鋼相對延伸差ε并將浪形和帶鋼相對延伸差ε作為板形數(shù)據(jù)輸出至連續(xù)退火機組的控制單元。
接著在步驟S25中，控制單元從前述對應關系控制表查找當前帶鋼厚度下與步驟S24輸出的板形數(shù)據(jù)對應的通板速度和張力并向連續(xù)退火機組輸出控制指令。
最后，在步驟S26中，連續(xù)退火機組在控制單元設定的通板速度、張力和糾偏角度下運行。
在步驟S27中，板形測量單元將單邊浪的起伏程度與預先設定值進行比較，如果小于或等于預先設定值，則表明單邊浪的起伏程度不至于引起帶鋼跑偏，因此進入步驟S23，否則進入步驟S28。
在步驟S28中，控制單元板形測量單元根據(jù)式(7)計算糾偏輥的偏轉角度θ并向連續(xù)退火機組的糾偏機構輸出控制指令。步驟S28完成之后也進入步驟S23。
第三實施例圖8示出了實現(xiàn)上述實施例方法的控制系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)包括板形檢測單元4和控制單元5。
如圖8所示，板形檢測單元4安裝在連續(xù)退火機組開卷機1與入口活套2之間，用于測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)?？刂茊卧?包括與板形檢測單元4和連續(xù)退火機組(未畫出)相連的通板速度和張力設定模塊5a和糾偏輥夾角設定模塊5b，其中，模塊5a根據(jù)板形檢測單元4測得的板形數(shù)據(jù)設定帶鋼的通板速度和張力并指令連續(xù)退火機組在設定的通板速度和張力下運行，模塊5b根據(jù)板形檢測單元4測得的板形數(shù)據(jù)設定糾偏輥之間的夾角并指示糾偏機構將糾偏輥之間的夾角調整為設定值。
以下對板形檢測單元作進一步的描述。
如圖9所示，連續(xù)退火爐入口前，帶鋼91在開卷機和入口活套之間的傳送輥92和93的帶動下沿圖中所示箭頭V的方向行進，因此可將傳送輥92、93與帶鋼91的接觸位置取為支承位置。
在本實施例中，為了測量某一時刻帶鋼91在垂直于行進方向V的某個橫截面上的垂直高度分布，在兩根傳送輥92和93之間的帶鋼91下方設置一組垂直于方向V并且跨度接近于帶鋼寬度的測距傳感器41作為板形檢測單元中的檢測元件。如上所述，為便于計算，應將懸索線上的特定點取為兩個支承位置之間的中點位置，因此本實施例中橫截面或測距傳感器41的位置位于兩根傳送輥中間，這樣，測距傳感器41測得的距離信號對應于每個帶鋼縱向區(qū)域懸索線最低位置點與傳送輥之間的垂直距離d，從而可以采用公式(2)或(3)來計算每個縱向區(qū)域的長度。
如圖5所示，每個傳感器測量的是往返于其探測平面與帶鋼下表面之間的信號，因此每個傳感器的測量信號分別對應帶鋼的一個縱向區(qū)域在該橫截面上的垂直高度值，其中，dc、de和de′分別為位于中央和兩個邊緣的傳感器探測平面至帶鋼下表面的垂直距離，實際上也就是位于帶鋼中部和邊緣的縱向區(qū)域在該橫截面上的垂直高度，d0為傳動輥至傳感器探測平面的垂直距離。
再次參見圖9，本實施例的板形檢測單元還包含測量信號處理器42，其將測距傳感器41輸出的一組測量信號轉換為帶鋼在橫截面上的垂直高度分布值，并根據(jù)上述第一和第二實施例所述的計算方法確定帶鋼表面的浪形和起伏程度。測試信號處理器42的處理信號作為板形數(shù)據(jù)送至控制單元5，供其用于控制帶鋼在連續(xù)退火爐內的通板速度、張力和糾偏角度等工藝參數(shù)。
權利要求
1.一種帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法，其特征在于，控制系統(tǒng)執(zhí)行下列步驟(1)測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)，所述板形數(shù)據(jù)包括帶鋼的浪形和起伏程度；(2)根據(jù)測得的板形數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)值，所述工藝參數(shù)值包括帶鋼在退火爐內的通板速度、張力和糾偏角度；(3)根據(jù)確定的工藝參數(shù)值來調整帶鋼當前的通板速度、張力和糾偏角度。
2.如權利要求1所述的帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法，其特征在于，采用非接觸方式測量帶鋼的板形數(shù)據(jù)。
3.如權利要求1或2所述的帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的方法，其特征在于，在步驟(2)中，根據(jù)預先設定的帶鋼厚度、浪形、起伏程度與通板速度和張力的對應關系控制表查找與當前帶鋼厚度、浪形和起伏程度對應的通板速度和張力。
4.一種帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括安裝在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形檢測單元，用于測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)，所述板形數(shù)據(jù)包括帶鋼的浪形和起伏程度；與板形檢測單元和連續(xù)退火機組相連的控制單元，其根據(jù)測得的板形數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)值并根據(jù)確定的工藝參數(shù)值對連續(xù)退火機組進行控制，所述工藝參數(shù)值包括帶鋼在退火爐內的通板速度、張力和糾偏角度。
5.如權利要求4所述的帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述板形檢測單元采用非接觸式方式測量帶鋼的板形數(shù)據(jù)。
6.如權利要求4或5所述的帶鋼連續(xù)退火過程中防止斷帶的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述控制單元存儲帶鋼厚度、浪形、起伏程度與通板速度和張力的對應關系控制表，并通過查找所述對應關系控制表確定與當前帶鋼厚度、浪形和起伏程度對應的通板速度和張力。
全文摘要
本發(fā)明提供一種防止連續(xù)退火過程中帶鋼斷帶的方法和控制系統(tǒng)，它通過測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)來確定工藝參數(shù)值?？刂葡到y(tǒng)包括安裝在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形檢測單元，用于測量帶鋼在連續(xù)退火機組開卷機與入口活套之間的板形數(shù)據(jù)；與板形檢測單元和連續(xù)退火機組相連的控制單元，其根據(jù)測得的板形數(shù)據(jù)確定工藝參數(shù)值并根據(jù)確定的工藝參數(shù)值對連續(xù)退火機組進行控制。在本發(fā)明中，由于在帶鋼進入退火爐之前即已測定帶鋼板形情況，因此可以及時控制帶鋼的通板速度、張力和糾偏角度，有效避免了斷帶事故的發(fā)生。此外，由于檢測裝置安裝在退火爐入口前，因此安裝和維護都比較方便。
文檔編號C21D9/56GK1676627SQ20041001724
公開日2005年10月5日 申請日期2004年3月29日 優(yōu)先權日2004年3月29日
發(fā)明者李山青 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司