基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法与流程

本发明涉及轧钢自动控制领域，尤其涉及一种楔形坯宽度控制方法。

背景技术：

楔形坯是连铸浇铸过程中结晶器调宽时所产生的过渡坯。这种楔形坯依靠现有的热轧自动化技术和控制模型是无法进行自动宽度的设定和控制，因此需要专门设计一些控制模型。

中国专利cn201210211053.9中公开了楔形板坯的热轧宽度控制方法中，主要公开了一种楔形板坯的热轧宽度控制方法，用于在粗轧机的热轧轧制中，对楔形板坯的热轧宽度进行控制，该方法包括如下步骤：(1)根据待进入粗轧机进行粗轧处理的来料板坯的头尾宽度差，确定来料板坯是否为楔形板坯；(2)当确定所述来料板坯为楔形板坯后，根据头尾宽度差，确定该楔形板坯的轧制道次类型；(3)根据在步骤2中确定的轧制道次类型，对该楔形板坯进入粗轧机后利用立辊机架进行宽度控制；有效地改善了热连轧机组在楔形坯轧制过程中的宽度控制效果，对于提升异常板坯的轧制起到了积极的作用；但这一专利只能应用于热轧粗轧机的立辊机架，无法在定宽侧压机中应用，而且来料板坯的头尾宽度差不能超过100mm，否则将超出立辊的设备控制能力而泄压；此外，受限于立辊的动态调节响应能力，立辊辊缝的长行程控制曲线只能是一条直线或两段直线组成的折线，再加上立辊的位置跟踪误差，对于实际形状较为复杂且头尾宽度差较大的楔形坯，应用上述专利进行宽度自动控制难以取得很好的效果。

目前，国内新建的热连轧机都配备了定宽侧压机，许多老厂经过技术改造也增加了定宽侧压机，并且有的产线还增加了炉前测宽仪，为楔形坯的宽度控制提供了良好的设备条件和检测条件。随着市场竞争的日益激烈，用户对带钢宽度精度的要求不断提升，如何利用定宽侧压机实现楔形板坯轧制时的全自动宽度控制，提高楔形板坯的宽度精度，已成为迫切需要解决的问题。因此，急需开发出一种基于定宽侧压机的楔形坯宽度精确控制方法。

另外，现有技术中没有涉及在轧制楔形坯时如何保证板坯表面质量这一问题；在立辊扎边时由于受到未变形部位的约束，使延伸受到限制，会在两边部形成如图1所示的边缘厚度增加形成凸起，通常将该凸起称为狗骨，这种凸起严重影响板形质量，狗骨经后续水平机架轧制后，除了一部分变成长度方向上的延伸外，另一部分在宽度方向上展出，我们称之为狗骨宽展；该凸起是由于扎边时宽度压下量和板宽相比非常小，塑性变形只集中在板宽边缘部位产生的，在现有技术中缺乏对狗骨进行控制以提高板形质量的定宽侧压机控制方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法，解决了热连轧生产中头尾宽度差超过100mm的楔形坯的宽度控制问题，通过对楔形坯宽度位置信息以及炉前测宽仪实测板坯形状的确认，利用定宽侧压机压下能力大、步长可控的特点，结合板坯粗轧出口目标宽度及侧压后的宽展量，对楔形坯的头尾及调宽部分分别计算其压下量和侧压辊缝，并根据调宽部的宽度变化率计算步进长度，从而达到楔形坯宽度的精确控制。

本发明是这样实现的：一种基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法，以头尾宽度不相等的板坯为楔形坯，设定待加工板坯的目标宽度；当从获取的板坯尺寸参数确定待加工板坯为楔形坯后，按照以下步骤进行：

s1：将楔形坯分为三段，三段分别为头部等宽段、中部调宽段和尾部等宽段；

s2：分别计算头部等宽段和尾部等宽段的狗骨宽展；

s3：根据目标宽度和板坯尺寸参数分别计算头部等宽段和尾部等宽段的板坯压下量，并用狗骨宽展对板坯压下量进行修正，得到头部等宽段、尾部等宽段的修正压下量和中部调宽段的平均压下量；

s4：根据修正压下量和平均压下量计算得到三段的步进次数和步进量；

s5：根据中部调宽段的步进量和步进次数计算得到中部调宽段的每次步进压下量，完成该待加工板坯的加工参数设定。

所述步骤s2中头部等宽段和尾部等厚段的狗骨宽展通过公式1计算得到，头部等宽段狗骨宽展dh，尾部等宽段尾部狗骨宽展dt；

d＝δw×(1-e)(1)

式中，e为压下效率；e＝(a1×δw/w0+b1)×c1

δw为板坯压下量；

a1,b1,c1为经验系数，由实验取得；

当计算头部等宽段的压下效率和狗骨宽展时，δw＝wh-wspw0＝wh

当计算尾部等宽段的压下效率和狗骨宽展时，δw＝wt-wspw0＝wt

wh为头部等宽段宽度；

wt为尾部等宽段宽度；

wsp为目标宽度。

所述步骤s3中，修正压下量和平均压下量为；

头部等宽段修正压下量δwh＝wh-wsp+dh；

尾部等宽段修正压下量δwt＝wt-wsp+dt；

中部调宽段平均压下量δwb＝(δwh+δwt)/2。

所述步骤s4中计算步进次数和步进量的具体步骤为，

步骤一，根据公式2计算得到板坯经过侧压后的长度；

式中，l1为板坯的侧压后长度；

l0为板坯的侧压前长度；

h为板坯进入定宽侧压机时的入口厚度；

a2,b2,c2为经验系数，由实验取得；

当计算头部等宽段的侧压后长度l′h＝l1时：δw＝δwh，w0＝wh，l0＝lh；

当计算尾部等宽段的侧压后长度l′t＝l1时：δw＝δwt，w0＝wt，l0＝lt；

当计算中部调宽段的侧压后长度l'b＝l1时：δw＝δwb，w0＝(wh+wt)/2，l0＝lb；

lh为头部等宽段侧压前长度；

lt为尾部等宽段侧压前长度；

lb为中部调宽段侧压前长度；

步骤二，根据公式3计算得到定宽侧压机拍打模块与板坯的接触长度lc；

lc＝l0+(l1-l0)×k(3)

式中，k为经验参数，通过实验取得；

计算头部等宽段与侧压机模块的接触长度lhc时：lhc＝lc，l′h＝l1，l0＝lh；

计算尾部等宽段与侧压机模块的接触长度ltc时：ltc＝lc，l′t＝l1，l0＝lt；

计算中部调宽段与侧压机模块的接触长度lbc时：lbc＝lc，l′b＝l1，l0＝lb；

步骤三，根据定宽侧压机的最大板坯搬送长度lp计算得到三段各自的步进次数，

头部等宽段步进次数nhc＝lhc/lp+1；

尾部等宽段步进次数ntc＝ltc/lp+1；

中部调宽段步进次数nbc＝lbc/lp+1；

nhc、ntc、nbc为去尾的整数；

步骤四，根据步进次数计算得到步进量，

头部等宽段步进量δlh＝lhc/nhc；

中部调宽段步进量δlb＝lbc/nbc；

尾部等宽段步进量δlt＝lp。

所述中部调宽段的每次步进压下量通过公式4计算得到；

δwbi＝δwh-(δwh-δwt)/nbc×i(4)

式中，i＝1,2,…,nbc；

δwbi为中部调宽段第i次步进时的压下量。

本发明基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法根据上位机下发的轧制计划中包含的楔形坯宽度位置信息及炉前测宽仪实测的板坯实际形状，结合定宽侧压机的拍打模块形状和辊道运行速度等条件，分别计算楔形坯头部、尾部及调宽部分的压下量和相应的狗骨宽展，并据此对板坯头部、尾部及调宽部压下位置及步进长度的分别进行设定计算，采用逐次递进和变压下、变步长的控制方式，确保楔形坯经定宽侧压机轧制后全长宽度的均匀一致；

本发明在控制时充分利用了定宽侧压机压下能力大、步长可控的特点，针对楔形坯的宽度位置信息，结合板坯粗轧出口目标宽度及侧压后的宽展量，对楔形坯的头尾及调宽部分别计算其压下量和侧压辊缝，并根据调宽部分的宽度变化率计算步进长度，从而达到楔形坯宽度的精确控制要求，有效地降低了楔形坯全长的宽度波动，提高了轧制的稳定性和成材率。

附图说明

图1为侧压时板坯边缘厚度增加形成凸起的示意图；

图2为使用本发明基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法进行控制的楔形坯示意图；

图3为本发明基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法的流程框图；

图4为被加工楔形坯的加工前后形状对比图；

图5为本发明方法加工得到的板坯宽度精度示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图3所示，一种基于定宽侧压机的楔形坯宽度控制方法，以头尾宽度不相等的板坯为楔形坯，设定待加工板坯的目标宽度；待加工的楔形坯形状如图2所示，其中，wh为头部等宽段宽度，wt为尾部等宽段宽度，wsp为目标宽度，lh为头部等宽段长度，lt为尾部等宽段长度，lb为中部调宽段长度；上述楔形坯的尺寸参数由上位计算机下发或通过炉前测宽仪实测；

当从获取的板坯尺寸参数确定待加工板坯为楔形坯后，按照以下步骤进行：

s1：将楔形坯分为三段，三段分别为头部等宽段、中部调宽段和尾部等宽段；

s2：分别计算头部等宽段和尾部等宽段的狗骨宽展；

板坯经过定宽侧压机压下后，由于板坯的宽度远远大于厚度，因此板坯边部的受力不能完全渗透至板坯中央，板坯的边部会产生隆起，使厚度增加，称之为狗骨。狗骨经后续水平机架轧制后，除了一部分变成长度方向上的延伸外，另一部分在宽度方向上展出，我们称之为狗骨宽展。

狗骨宽展d通过公式1计算得到，头部等宽段狗骨宽展dh，尾部等宽段尾部狗骨宽展dt；

d＝δw×(1-e)(1)

式中，e为压下效率；e＝(a1×δw/w0+b1)×c1

δw为板坯压下量；

a1,b1,c1为经验系数，由实验取得；

当计算头部等宽段的压下效率和狗骨宽展时，δw＝wh-wspw0＝wh；

当计算尾部等宽段的压下效率和狗骨宽展时，δw＝wt-wspw0＝wt；

s3：根据目标宽度和板坯尺寸参数分别计算头部等宽段和尾部等宽段的板坯压下量，并用狗骨宽展对板坯压下量进行修正，得到头部等宽段、尾部等宽段的修正压下量和中部调宽段的平均压下量；

在本发明中，为了消除狗骨产生的误差，需要对板坯压下量进行修正，修正压下量和平均压下量为；

头部等宽段修正压下量δwh＝wh-wsp+dh；

尾部等宽段修正压下量δwt＝wt-wsp+dt；

中部调宽段平均压下量δwb＝(δwh+δwt)/2。

s4：根据修正压下量和平均压下量计算得到三段的步进次数和步进量；

计算步进次数和步进量的具体步骤为，

步骤一，根据公式2计算得到板坯经过侧压后的长度；

式中，l1为板坯的侧压后长度；

l0为板坯的侧压前长度；

h为板坯进入定宽侧压机时的入口厚度；

a2,b2,c2为经验系数，由实验取得；

当计算头部等宽段的侧压后长度l′h＝l1时：δw＝δwh，w0＝wh，l0＝lh；

当计算尾部等宽段的侧压后长度l′t＝l1时：δw＝δwt，w0＝wt，l0＝lt；

当计算中部调宽段的侧压后长度l'b＝l1时：δw＝δwb，w0＝(wh+wt)/2，l0＝lb；

步骤二，根据公式3计算得到定宽侧压机拍打模块与板坯的接触长度lc；

当板坯在定宽侧压机中拍打时，被压缩的宽度除了部分形成狗骨之外，还会向前、向后伸展，而向后伸展的长度将直接影响到侧压机拍打模块与板坯的接触长度，因此加工楔形坯时需要对三段的接触长度分别进行计算：

lc＝l0+(l1-l0)×k(3)

式中，k为经验参数，通过实验取得；

计算头部等宽段与侧压机模块的接触长度lhc时：lhc＝lc，l′h＝l1，l0＝lh；

计算尾部等宽段与侧压机模块的接触长度ltc时：ltc＝lc，l′t＝l1，l0＝lt；

计算中部调宽段与侧压机模块的接触长度lbc时：lbc＝lc，l′b＝l1，l0＝lb；

步骤三，根据定宽侧压机的最大板坯搬送长度lp计算得到三段各自的步进次数，

由于压下的时候板坯有延展，每次步进长度中必须要考虑到它前一次压下的延展，因此定宽侧压机的模块对楔形坯的步进次数，即击打次数由压下变形后的板坯长度，即接触长度与最大板坯搬送长度lp决定，其计算方法如下：

头部等宽段步进次数nhc＝lhc/lp+1；

尾部等宽段步进次数ntc＝ltc/lp+1；

中部调宽段步进次数nbc＝lbc/lp+1；

nhc、ntc、nbc为去尾的整数；

步骤四，根据步进次数计算得到步进量，

头部等宽段步进量δlh＝lhc/nhc；

中部调宽段步进量δlb＝lbc/nbc；

在楔形坯的尾部，为了加速轧制，提高轧制节奏，本发明中，以最大步进量进行搬送，因此，尾部等宽段步进量δlt＝lp。

s5：根据中部调宽段的步进量和步进次数计算得到中部调宽段的每次步进压下量，完成该待加工板坯的加工参数设定。

所述中部调宽段的每次步进压下量用线性插值的方法计算，通过公式4计算得到：

δwbi＝δwh-(δwh-δwt)/nbc×i(4)

式中，i＝1,2,…,nbc；

δwbi为中部调宽段第i次步进时的压下量。

为了保证加工精度，通常还会计算中部调宽段第i次步进的压下前宽度wbi，同样利用线性插值的方法由公式5计算得到：

wbi＝wh-(wh-wt)/nbc×i(5)

i＝1,2，…,nbc

由于楔形坯头尾宽度不一样，宽度大的一端压下多，产生的狗骨也多，因此，如图4所示，楔形坯经过定宽侧压机压下后，其形状会由梯形变成倒梯型。

以某次楔形坯加工过程中的宽度控制为例：

该楔形坯头部等宽段宽度wh＝1370.8mm，尾部等宽段宽度wt＝1202.7mm，板坯总长度9700mm，头部等宽段长度lh＝2009mm，中部调宽段长度lb＝3068mm，目标宽度wsp目标宽度为1134mm。

首拍位置规程值300mm。

设备限制最大步进量为428mm。

则计算后得到：

1)狗骨宽展

狗骨宽展＝δw×(1-(a1×δw/w0+b1)×c1)

头部等宽段压下量＝1370.8-1134＝236.8mm，计算得到头部等宽段狗骨宽展dh为19.01mm；

尾部等宽段压下量＝1202.7-1134＝68.7mm，计算得到尾部等宽段尾部狗骨宽展dt为9.62mm；

2)修正后的头部等宽段修正压下量δwh＝236.8+19.01＝255.81mm；

尾部等宽段修正压下量δwt＝68.7+9.62＝78.32mm；

这样经过后续水平道次宽展后，可以消除头尾偏差，形成矩形的板坯。

3)压下次数

头部等宽段长度为2009mm，计算得到接触长度为2184.99mm，考虑到首拍位置为300，因此每步步进小于428mm有5次，每次压下步进量为(2184.99-300)/5＝376.99mm；

中部调宽段长度为3068mm，计算得到接触长度为3257.83mm，因此每步步进小于428mm有8次，每次压下步进量为3257.83/8＝407.22mm；

尾部等宽段长度为9700-2009-3068＝4623mm，计算得到接触长度为4768.31。因为尾部每步压下位置是一致的，直到板坯送出大侧压，因此可以以最大步长搬送以节约时间，因此尾部每次压下步进量为428mm，压下次数为12次。

4)根据步进量和压下量计算每步压下位置，尾部等宽段用线性插值法确定。计算结果如表1所示，终轧后的宽度精度如图5所示，全长的宽度波动控制在4mm以内，达到了较高的宽度控制精度。

表1加工参数表。