CN107008758B - 冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法以及系统，克服了目前常规采用的通过抽检取样、离线分析测试、在线调整生产工艺监控带钢表面粗糙度的方法的不足。本发明提出了一种在冷轧带钢连续处理机组上，通过在线检测带钢表面粗糙度，根据表面粗糙度检测值与目标值之间的偏差值对平整轧制力进行实时调整，同时为了保持带钢机械性能和板形基本不受影响，对平整张力和平整弯辊力进行相应调整，实现对带钢表面粗糙度进行在线控制的方法，可以提高冷轧带钢表面粗糙度的控制精度，更好地满足下游用户的要求。

Description

冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法及系统

技术领域

本发明涉及带钢冷轧技术领域，特别涉及一种冷轧带钢高精度板形表面表面粗糙度在线控制模型与控制方法及系统。

背景技术

钢铁工业的下游用户对冷轧带钢产品的质量要求越来越严格，表面粗糙度对于冷轧板来说至关重要，它是影响钢板可成形性的关键因素，是冷轧产品质量的重要指标之一。目前，在冷轧带钢生产实践中，对带钢表面粗糙度进行监控的通常方式是，在相关的冷轧后处理机组出口(如连续热镀锌机组或平整机组等)，对带钢进行抽检取样，然后在分析测试实验室对样板进行离线测试获取带钢的表面粗糙度参数，并与下游用户的技术要求进行比较。如果带钢表面粗糙度不满足下游用户的要求，则在后续生产计划中对同类带钢的生产工艺参数进行必要调整，然后再抽检取样、离线分析测试、在线调整工艺参数等，直到带钢的表面粗糙度完全满足下游用户要求为止。该方法具有滞后性和非连续性，取样部位一般在头和尾，无法代表整块钢板的粗糙度特点。

随着技术的不断进步，非接触的粗糙度测量方法得到了迅速的发展，该方法以光学的测量方法最为普遍，主要包括光切法、光干涉法、散斑法、散射法等。光学测量方法有着测量速度快，无损伤，可实现实时在线测量等优点，在最近几十年得到了迅速的发展。德国EMG自动化公司开发的SORM 3plus系统，利用光的散射原理，通过对角度的测量能够在不与带钢接触的情况下测量运动中冷轧带钢的表面粗糙度。AMEPA公司利用光切法原理开发了一种表面粗糙度传感器(SRM)并在德国、比利时等欧洲很多公司的生产线得以应用，并取得了显著的成效。国外已有50多条机组(CGL、CAPL等)安装粗糙度在线检测仪，已部分实现代替离线取样检测。国内的首钢冷轧钢厂以及江苏张家港沙钢等引进了AMEPA公司的SRM系统，但是目前非接触式在线测量技术仍未得到普及，今后仍很大的发展空间。

西门子等已在开发平整过程粗糙度闭环控制技术。国内已有10多条机组安装粗糙度在线检测仪，但目前仅用于生产过程监视，尚未开展粗糙度在线控制等应用技术研究。

发明内容

为了解决离线检测冷轧带钢表面粗糙度的不足，降低带钢表面粗糙度波动，本发明的目的在于提供一种冷轧带钢表面粗糙度在线控制方法，所述在线控制方法通过在线检测带钢的表面粗糙度，根据表面粗糙度检测值与目标值之间的偏差值对相关生产工艺参数(如平整轧制力等)进行实时调整，从而实现对冷轧带钢表面粗糙度的在线自动闭环控制，以提高冷轧带钢表面粗糙度的控制精度，更好地满足下游用户的要求。

本发明的技术方案为：一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法，所述在线控制方法包括如下步骤：

S1:计算带钢表面粗糙度m的实测值m_act与所述带钢表面粗糙度的目标值m_ref之间的带钢表面粗糙度的偏差值△m；

所述带钢表面粗糙度m为带钢表面轮廓算术平均偏差R_a、或微观不平度十点高度R_z、或峰值密度P_c。

S2：确定带钢平整轧制力调节量：

根据步骤S1得到的带钢表面粗糙度偏差值△m，确定带钢平整轧制力调节量△P，以消除带钢表面粗糙度偏差。

S3:确定带钢平整张力调节量：

根据步骤S2得到的平整轧制力调节量△P，确定平整入口张力调节量△T₀、或者平整出口张力调节量△T₁，以保持平整延伸率恒定，使得带钢机械性能基本不受影响。

S4:确定带钢平整弯辊力调节量：

根据步骤S2得到的带钢平整轧制力调节量△P，确定平整弯辊力调节量△S，以保持平整后带钢板形基本不受影响。

S5:确定带钢轧制力调节量是否输出：

将步骤S1中得到的带钢表面粗糙度偏差值的绝对值|△m|与所示带钢表面粗糙度相应的闭环控制阈值△m_lim作比较，其中△m_lim>0。

当|△m|≥△m_lim，转到步骤S2调整带钢平整轧制力；当|△m|<△m_lim时，无需调整带钢平整轧制力。

进一步地，步骤S2中所述带钢平整轧制力调节量△P计算公式如下：

△P＝Gain_{m_P}×△m/K_{m_P}

式中：Gain_m__P为平整轧制力控制增益，0<Gain_{m_P}≤1.0；K_{m_P}为平整轧制力对带钢表面粗糙度影响系数， 为微分算子。

进一步地，步骤S3中所述平整入口张力调节量△T₀计算公式如下：

式中：为平整入口张力控制增益， 为平整入口张力对平整轧制力传递系数，ε为平整延伸率。

所述平整出口张力调节量△T₁计算方法如下：

式中：为平整出口张力控制增益， 为平整出口张力对平整轧制力传递系数，ε为平整延伸率。

进一步地，步骤S4中所述平整弯辊力调节量△S＝Gain_{P_S}×△P/K_{P_S}

式中：Gain_{P_S}为平整弯辊力控制增益，0<Gain_{P_S}≤1.0；K_{P_S}为平整弯辊力对平整轧制力传递系数，C为带钢凸度。

本发明还提供一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制系统，其特征在于，包括依次连接的平整机和表面粗糙度检测仪；所述表面粗糙度检测仪用于检测带钢表面粗糙度m的实测值m_act；所述平整机用于根据上述的冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法控制冷轧带钢表面粗糙度。

本发明的有益效果在于：提供一种冷轧带钢表面粗糙度在线控制方法，所述在线控制方法可实现对冷轧带钢表面粗糙度的在线闭环控制，提高冷轧带钢表面粗糙度的控制精度，提高产品质量。

附图说明

图1为本发明冷轧带钢表面粗糙度在线控制设备示意图；

图2为本发明平整轧制力对带钢表面轮廓算术平均偏差影响的曲线图；

图3为本发明平整轧制力对带钢表面微观不平度十点高度影响的曲线图；

图4为本发明冷轧带钢表面粗糙度在线控制流程图。

图5为本发明平整轧制力对带钢表面峰值密度影响的曲线图；

图1中，1、开卷机，2、带钢，3、连续退火炉，4、平整机，5、表面粗糙度检测仪，6、卷取机。

具体实施方式

冷轧带钢生产流程为：酸洗-冷轧-退火-平整-镀层、剪切和包装。其中，平整工艺对冷轧带钢的表面粗糙度有较大影响。

本发明提供的表面粗糙度在线控制方法可在如图1所示的设备上完成。如图1所示，由开卷机1传输出来的带钢2经过连续退火炉3和平整机4进行处理后，经过表面粗糙度在线监测仪5，通过所述表面粗糙度在线监测仪5检测到的带钢表面粗糙度m的实测值与下游用户所要求的目标值进行比较，如果符合下游用户要求，则带钢2顺利通过表面粗糙度在线监测仪5，进入卷取机6，即进入镀层、剪切和包装阶段；如若不符合下游用户要求，则根据不同表面粗糙度实测值的数据，将调整平整机4的相关工艺参数，直至后续带钢表面粗糙度m符合下游用户要求。

其中所述表面粗糙度在线检测仪5与平整机4串联连接，所述表面粗糙度在线检测仪5基于光学检测原理，为非接触式，位于带钢宽度方向上中部位置。

冷轧带钢平整的主要目的在于改善带钢表面粗糙度、控制板形及机械性能。在冷轧带钢平整过程中，通过对经过再结晶退火后的带钢施以较小的塑性变形(即平整延伸率ε，大多在0.2％～3％之间)，可以在一定程度上改善退火后带钢的表面粗糙度、消除屈服平台。当平整延伸率实际值偏离延伸率设定值时，通过调整平整轧制力或平整入口、出口带钢张力，可以使实际延伸率回归到设定值。一般来说，对于厚度较薄、材质较硬的带钢，平整延伸率对平整张力比较敏感，通常采用调整平整张力方式控制延伸率；对于厚度较厚、材质较软的带钢，平整延伸率对平整轧制力比较敏感，通常采用调整平整轧制力方式控制延伸率。

所述表面粗糙度在线检测仪5安装于机组出口段，位于平整机4之后。具有对经过平整处理之后的带钢表面粗糙度(包括表面轮廓算术平均偏差、微观不平度十点高度等)进行实时检测的功能。随着带钢按照一定的速度连续向前移动，可以实时地检测得到带钢表面粗糙度值(包括表面轮廓算术平均偏差R_a、微观不平度十点高度R_z、峰值密度P_c等)及其沿带钢长度方向的变化情况。

根据冷轧带钢平整轧制理论和生产实践可知，如图2、图3、图5所示，一般地，随着平整轧制力在一定范围内增大，带钢表面轮廓算术平均偏差、微观不平度十点高度、峰值密度相应增大，反之亦然。

本发明中通过调整平整工艺参数自动控制带钢表面粗糙度的策略是指，当表面粗糙度检测仪5检测到的带钢表面粗糙度实测值m_act低于设定的带钢表面粗糙度目标值m_ref超过一定程度时，优先地，通过增加平整轧制力，直到带钢表面粗糙度实测值m_act接近于表面粗糙度目标值m_ref为止；当表面粗糙度检测仪5检测到的带钢表面粗糙度实测值m_act高于设定的带钢表面粗糙度目标值m_ref超过一定程度时，优先地，通过减小平整轧制力，直到带钢表面粗糙度实测值m_act接近于表面粗糙度目标值m_ref为止。

下面结合图4，具体说明带钢表面粗糙度在线自动控制的实现步骤和实现方法。步骤如下：

(1)带钢表面粗糙度偏差的确定

表面粗糙度检测仪5检测得到的带钢表面粗糙度实测值m_act减去设定的表面粗糙度目标值m_ref，得到带钢表面粗糙度偏差值：

△m＝m_act-m_ref

式中：△m为带钢表面粗糙度偏差值；m_ref为设定的带钢表面粗糙度目标值，来自机组过程控制计算机，根据下游用户对产品的要求确定。所述带钢表面粗糙度m为带钢表面轮廓算术平均偏差R_a、或微观不平度十点高度R_z、或峰值密度P_c。

(2)确定平整轧制力调节量

优先地，根据表面粗糙度偏差值计算确定平整轧制力调节量，通过发挥平整轧制力对表面粗糙度的调节作用，达到及时平稳地消除带钢表面粗糙度偏差、实现高精度表面粗糙度闭环控制的目的。

根据步骤(1)确定的带钢表面粗糙度偏差值△m，计算确定平整轧制力调节量△P：

△P＝Gain_{m_P}×△m/K_{m_P}

式中：△P为平整轧制力调节量；Gain_{m_P}为平整轧制力控制增益，0<Gain_{m_P}≤1.0；K_{m_P}为平整轧制力对带钢表面粗糙度影响系数，是带钢材质、规格以及平整工艺参数等的函数，可以由理论模型计算得到或者实验得到。

(3)确定平整张力调节量

由于调节平整轧制力，会引起平整延伸率变化，进而造成带钢机械性能波动。为了保持平整延伸率恒定，使得带钢机械性能基本不受影响，根据轧制力偏差值计算确定平整入口张力调节量、或者平整出口张力调节量，通过发挥张力对平整延伸率的调节作用，达到及时平稳地消除带钢表面粗糙度偏差、实现高精度表面粗糙度闭环控制的目的的同时，保证带钢机械性能不变。

根据步骤(2)确定的平整轧制力调节量，计算确定平整入口张力调节量△T₀、或者平整出口张力调节量△T₁：

式中：为平整入口张力控制增益， 为平整入口张力对平整轧制力传递系数，ε为平整延伸率。

所述平整出口张力调节量△T₁计算方法如下：

式中：为平整出口张力控制增益， 为平整出口张力对平整轧制力传递系数，ε为平整延伸率。

(4)确定带钢平整弯辊力调节量

由于调节平整轧制力，会造成平整出口带钢板形波动。为了保持平整出口带钢板形基本不变，根据轧制力偏差值计算确定平整弯辊力调节量，通过发挥弯辊力对平整出口带钢板形的调节作用，达到及时平稳地消除带钢表面粗糙度偏差、实现高精度表面粗糙度闭环控制的目的的同时，保证平整出口带钢板形基本不受影响。根据步骤(2)确定的平整轧制力调节量△p，计算平整弯辊力调节量△S：

△S＝Gain_{P_S}×△P/K_{P_S}

式中：Gain_{P_S}为平整弯辊力控制增益，0<Gain_{P_S}≤1.0；K_{P_S}为平整弯辊力对平整轧制力传递系数，C为带钢凸度。

(5)确定带钢平整张力调节量或平整轧制力调节量是否输出，步骤如下：

将步骤(1)中得到的带钢表面粗糙度偏差值的绝对值|△m|与所示带钢表面粗糙度相应的闭环控制阈值△m_lim作比较，其中△m_lim>0。

当|△m|≥△m_lim，转到步骤(2)调整带钢平整轧制力、张力和弯辊力，并输出到平整机相应的执行机构；当|△m|<△m_lim时，无需调整带钢平整轧制力、张力和弯辊力。

本发明通过上述在线控制的方法，可以实现冷轧带钢表面粗糙度的在线闭环控制，提高冷轧带钢表面粗糙度的控制精度，提高产品质量。

Claims (6)

1.一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:计算带钢表面粗糙度m的实测值m_act与带钢表面粗糙度的目标值m_ref之间的带钢表面粗糙度偏差值△m；

S2：确定带钢平整轧制力调节量：

根据步骤S1得到的带钢表面粗糙度偏差值△m，确定带钢平整轧制力调节量△P；

S3：确定带钢平整张力调节量：

根据步骤S2得到的带钢平整轧制力调节量△P，确定平整入口张力调节量△T₀、或者平整出口张力调节量△T₁；

S4：确定带钢平整弯辊力调节量：

根据步骤S2得到的带钢平整轧制力调节量△P，确定平整弯辊力调节量△S；S5：确定带钢轧制力调节量是否输出：

将步骤S1中得到的带钢表面粗糙度偏差值的绝对值|△m|与带钢表面粗糙度相应的闭环控制阈值△m_lim作比较，其中△m_lim>0；

当|△m|≥△m_lim，转到步骤S2调整带钢平整轧制力；当|△m|<△m_lim时，无需调整带钢平整轧制力。

2.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法，其特征在于，所述带钢表面粗糙度m为带钢表面轮廓算术平均偏差R_a、或微观不平度十点高度R_z、或峰值密度P_c。

3.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法，其特征在于，步骤S2中，所述带钢平整轧制力调节量△P计算方法如下：

△P＝Gain_{m_P}×△m/K_{m_P}

式中：Gain_{m_P}为平整轧制力控制增益，0<Gain_{m_P}≤1.0；K_{m_P}为平整轧制力对带钢表面粗糙度影响系数， 为微分算子。

4.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述平整入口张力调节量△T₀计算方法如下：

式中：为平整入口张力控制增益，为平整入口张力对平整轧制力传递系数，ε为平整延伸率

所述平整出口张力调节量△T₁计算方法如下：

式中：为平整出口张力控制增益， 为平整出口张力对平整轧制力传递系数，ε为平整延伸率。

5.根据权利要求1所述的一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法，其特征在于，步骤S4中，所述平整弯辊力调节量△S计算方法如下：

△S＝Gain_{P_S}×△P/K_{P_S}

式中：Gain_{P_S}为平整弯辊力控制增益，0<Gain_{P_S}≤1.0；K_{P_S}为平整弯辊力对平整轧制力传递系数，C为带钢凸度。

6.一种冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制系统，其特征在于，包括依次连接的平整机和表面粗糙度检测仪；所述表面粗糙度检测仪用于检测带钢表面粗糙度m的实测值m_act；所述平整机用于根据权利要求1-5任一项所述的冷轧带钢高精度板形表面粗糙度在线控制方法控制冷轧带钢表面粗糙度。