兼顾浪形和断面的热轧高次曲线工作辊窜辊策略控制的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及冶金机械及自动化、乳制技术，具体指一种兼顾浪形和断面的热乳高 次曲线工作辊窜辊策略控制。 技术背景
[0002] 工作辊辊形技术是热乳生产过程板形控制的关键技术，近些年，特别是高次曲线 工作辊在热乳带钢生产过程中的已经得到广泛应用，如CVC工作辊(德国西马克开发，三次 多项式曲线），HVC工作辑（中国北京科技大学开发，五次多项式曲线），SmartCrown工作车昆 (奥钢联开发，多项式与Sin函数复合辊形)等。图1为五次多项式的高次曲线HVC工作辊，曲 线方程成S型，上下工作辊反对称放置，通过工作辊轴向窜动，实现不同的等效辊形，达到调 节板形的目的，其余高次曲线工作辊的曲线形状和工作原理也大体类似。
[0003] 和常规凸度工作辊(如二次抛物线曲线)相比，高次曲线工作辊窜辊的作用有所不 同。常规凸度工作辊窜辊主要用于均匀化乳辊磨损，因为窜辊不具备板形控制功能，为此其 窜辊位置具有一定的规律，一般在窜辊行程范围内做周期性往复窜动;高次曲线工作辊窜 辊则没有特定的规律，根据板形控制要求，通过板形模型计算出实时的窜辊位置。生产过程 中发现，乳辊热凸度稳定以后，如需要进行大批量同规格乳制时且浪形控制较好情况下，板 形控制模型往往每次计算出的各机架高次曲线工作辊窜辊位置没有变化。如图2和图3所示 为某1780热连乳实际生产过程中的一个实例(实例1)，该生产线工作辊采用HVC辊形，整个 乳制单位生产钢种为冷乳基料SPHC，共生产带钢49卷，其宽度和厚度分布如图2所示，从图2 可以看出，乳制17块以后，进入了主乳材，规格为1250mm X 2.5mm，17-49块全是同规格乳制。 以第4机架为例，如图3所示为对应的第4机架弯辊和窜辊的实测值，由于高次曲线工作辊弯 辊和窜辊都能控制板形，一般的做法是把弯辊力固定在平衡力附近(上下波动均具有足够 的余量），计算窜辊，如果窜辊超出设备能力限幅再进行弯辊调节，从图3中可以看出，当规 格开始固定，且板形质量趋于稳定(换规格前2块一般质量控制较难），窜辊位置也相对固定 不变。窜辊位置不变以后带来的影响是乳辊在局部位置磨损严重，复印到带钢上以后出现 了局部高点，出现异常的断面轮廓，如图4所示，越到同规格乳制的后期，此现象越严重。为 此，希望能够研究和发明一种兼顾浪形和断面的热乳高次曲线工作辊窜辊策略，解决高次 曲线工作辊在断面控制方面的缺陷。
[0004] 现有较多的文献对窜辊策略进行研究，但主要针对于常规凸度工作辊，采用不同 窜辊策略均匀化乳辊磨损，如专利1《热乳平辊窜动控制方法》（申请号= 201010112396.0)， 专利2《一种热乳高强薄带钢的板形控制方法》（申请号:201310098175.6)，专利3《抽钢顺发 生变化的热乳交叉乳制窜辊方法》，论文1《面向板形控制的辊型窜辊与弯辊技术应用》(钢 铁，2014年11期），论文2《热乳带钢变行程窜辊策略优化模型》（钢铁，2012年03期），论文3 《热乳带钢窜辊策略与综合辊型的研究及应用》（钢铁，2012年09期），论文4《热乳带钢交叉 乳制窜辊策略的两阶段优化仿真》(系统仿真学报，2013年11期），论文5《热乳工作辊变行程 窜辊策略》(北京科技大学学报，2011年01期)等。
[0005] 论文6《LVC工作辊辊型窜辊优化策略研究及应用》(冶金自动化，2006年06期)和论 文7《LVC工作辊辊型窜辊策略及实际应用》(钢铁研究学报，2007年11期)提出了一种高次曲 线工作辊LVC的窜辊策略，但主要侧重于如何计算LVC$昆形窜辊值，用户保证浪形质量。
[0006] 专利4《一种消除CVC乳机工作辊局部磨损的方法》（【申请号】201110281509.4)提出 改变CVC工作辊周期性窜辊的频率、幅度，达到消除工作辊局部磨损的目的，这和本专利需 要达到的目的相似，但采用的是判断乳制序列相互之间的宽度差是否满足条件来启动周期 性窜辊模式，这一判断条件是否合理值得讨论，如果以宽度差作为启动周期条件，则宽度相 近，厚度和钢种不同的情况下，也启动CVC周期性窜辊模式，用弯辊力作为补偿，这在很大程 度上会牺牲CVC的窜辊性能，且弯辊力容易出现在极限位置，极限位置的弯辊力无法给闭环 控制提供余量。事实上，即使宽度相同，厚度和钢种不同情况下，CVC辊形窜辊位置设定值本 身也会不同，无需进行周期性窜辊设定同样能够达到均匀化乳辊磨损的目的。乳辊局部磨 损产生的原因是窜辊长时间在某个位置不窜动，为此，以窜辊位置作为判定条件更加合适。
[0007] 基于以上分析，本发明提出了一种基于对窜辊位置计算值进行连续判断，并根据 判断结果制定了高次曲线工作辊兼顾浪形和断面的震荡型窜辊策略。
【发明内容】
[0008] 高次曲线工作辊通过窜辊得到不同的等效凸度，在热乳中主要用于控制机架间比 例凸度，进而控制浪形，同规格乳制中，浪形控制相对稳定时，导致高次凸度工作辊窜辊计 算值往往保持不变，易造成工作辊的局部磨损，影响后续乳制带钢断面形状。为此考虑如果 窜辊位置计算值长期不变，则通过特殊的设定让窜辊进行按一定的步长移动，由此造成的 板形偏差用弯辊进行补偿。本发明基于对窜辊位置计算值的连续判断，制定了高次曲线工 作辊兼顾浪形和断面的震荡型窜辊策略。
[0009] 本发明提出的一种兼顾浪形和断面的热乳高次曲线工作辊窜辊策略，其特征在于 所述窜辊策略包含如下步骤：
[0010] 步骤1:设乳制第i块带钢时，板形模型计算的高次曲线工作辊的窜辊设定值为Sd
[0011] 步骤2:从换辊后第η块带钢开启兼顾浪形和断面的热乳高次曲线工作辊窜辊策 略，为保证工作辊建立稳定的热凸度，η-般取8-10，假定4个窜辊中间变量S 1，S2，S3，S4，从η 块带钢开始，每乳制完成1块带钢，将窜辊设定值复制给窜辊中间变量，当完成3块带钢乳制 时，可以得到：
[001 2] Si = Sen , S2 = Sc(n+1) , S3 = Sc(n+2)
[0013] 步骤3:设第n+3块带钢板形模型计算窜辊值为Se(n+3)，则：
[0014] S4=Sc(n+3)
[0015]第n+3块带钢乳制前，对四个窜辊值进行两两比较，当同时满足下列条件时，第n+3 块带钢启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略：
[0016] I ) I Sl-S2 I <Smin
[0017] 2) |Sl-S3|<Smin
[0018] 3) |Sl-S4|<Smin
[0019] 4) |S2-S3|<Smin
[0020] 5) |S2-S4|<Smin
[0021] 6) |S3-S4|<Smin
[0022] Smin为窜辊偏差最小阈值，考虑到窜辊设备执行设定值可能存在偏差，取Smin = 3_ 5mm；
[0023] 步骤4:设定震荡型窜辑策略窜辑步长Stp = O. lSmax，Smax为设备的窜辑最大行程；
[0024] 1)若第n+3块带钢启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略，则对第n+3块带钢板形模 型计算出来的窜辊设定值进行重新计算，采用如下方法计算：
[0025] Sc(n+3) = Sr(n+2)+Sign X Stp
[0026] 式中：Sign为初始设定值，取值范围为1或-I，Stp为震荡型窜辊策略窜辊步长， Sr(n+2)为上一块带钢的窜辊实际值，板形模型计算出来的窜辊值与调整过的S。(n+3)差值通过 弯辊力进行补偿，保证板形良好。
[0027]设定震荡区间上下限[Sd，Su]，其中：
[0028] Sd = S3_3Stp，如果Sd〈_Smax，则：Sd = -Smax;
[0029] Su = S3+3 S tp，如果 Su> Smax，则：Su = Smax;
[0030]如果：5。(11+3)>311，则3。(11+4) = 311，且31区11 = -31区11;
[0031 ]如果：Sc(n+3)〈Sd，则Sc(n+4) = Sd，且 Sign = -Sign;
[0032] 第n+3块带钢乳制完成后，对窜辊中间变量进行重新赋值，S1 = Sc(n+1)，S2 = Sc(n+2)， 53 = 5。(11+3)，此处3。(11+3)采用未重新计算的板形模型计算值；同时将重新计算的后的3。( 11+3)赋 值给Sr(n+3);
[0033] 2)若第n+3块带钢不满足启动高次曲线工作辊震荡型窜辊策略的条件，则第n+3块 带钢窜辊设定值采用板形模型的实际设定值S+m，第n+3块带钢乳制完成后，对窜辊中间 变量进行重新赋值，Si = Sc(n+1)，S2 = Sc(n+2)，S3 = Sc(n+3);
[0034] 步骤5:n+4块带钢乳制之前，令η = n+l，重复步骤3、步骤4、步骤5，依次类推，直到 乳制结束。
[0035] 本发明的有益效果是：由于采用上述技术方案，本发明在不修改设备结构，不修改 结构，只需要对控制方法进行简单的修改，就可以实现高次曲线工作辊对浪形和断面的协 调控制，满足下游用户，特别是冷乳用户对热乳原料的断