专利名称：：一种利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法
技术领域：
：本发明涉及一种热轧带钢生产控制方法，尤其涉及一种通过合理改变定宽侧压机开口度，使之对锥形板坯(连铸过渡坯)侧压后，经水平轧机轧制后成为近矩形板坯，从而提高热轧机生产锥形板坯的宽度控制精度和降低宽度质量损失的有效控制方法。
背景技术：
：锥型坯也称调宽坯，它是板坯连铸机在浇铸两种不同宽度的板坯时所产生的过度坯，这种连铸坯两头的宽度不一样，一头大一头小，而且两头的宽度差因每次浇铸时前后宽度变化的不同而异，没有规律可循。现有的热轧粗轧立辊轧机或定宽侧压机都是固定开口度控制，过程控制系统和基础自动化系统只能对两头宽度完全相同的矩形板坯进行宽度控制，没有锥型坯轧制的过程控制方法及相应的宽度控制数学模型，因此对这种锥型坯的宽度控制只能依靠操作工手动适当打开小头板坯的开口度来实现，宽度控制的精度差，质量损失大，并且当锥型坯大小头差超过100mm时必须进行二次切割，方可勉强进行生产，造成物流速度减慢和制造成本提高。传统的大侧压控制方法，参见图l、图2，锥形坯l经过大侧压设备2后，因传统控制方法是固定开口度控制，出口板坯3为矩形板坯，此时，板坯横断面由于锥形坯侧压形成的"狗骨"大小不同，经水平轧机4轧制后，形成的"狗骨"宽展大小不同，从而最终导致水平轧机4轧出板坯5保持了锥形坯的缺点。
发明内容本发明的目的在于提供一种利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，该控制方法通过模型有效预测不同侧压量下的水平狗骨宽展量，以水平轧机出口板坯矩形化为目标函数，利用快速迭代方法求解各特征点的所需压下量，从而达到变开口度控制，水平轧机压延后形成矩形板坯的目的。本发明是这样实现的一种利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，包括以下步骤1)首先根据事先定义好的锥形板坯形状表达数据进行锥形坯形状类型判断，然后采用不同类型选择相对应的控制模式；2)根据锥形坯形状表达数据进行锥形坯特征值提取，为快速迭代计算特征点处所需侧压量提供输入准备；3)计算特征点PointA所需侧压量；3.1)特征点侧压量取初值作为快速迭代初始值(XQ，Xl);3.2)计算该侧压量侧压后的板坯经水平轧机轧制后引起的狗骨宽展量，其计算公式为WD=AW*(l-il)(1)式中WD:为在侧压量AW侧压后，经水平轧制形成狗骨宽展量(mm);△W:板坯侧压量，即该特征点处板坯进入大侧压设备前后的宽度变化量(mm);n:为大侧压设备侧压有一定宽度和厚度板坯时所体现的压下效率，该压下效率的计算公式为q=a*(Wo/Ho)2)+b*(W0/Ho)+c(2)式中W0:为特征点处的板坯宽度(mm);H0:为特征点处的板坯厚度(mm);a，b，c:为该类板坯侧压效率计算系数；3.3)计算该侧压量侧压后的板坯经水平轧机轧制后引起的水平宽展量，其计算公式为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>(3)式中:△Ws:水平宽展量；We:入口宽度；h0、hf:分别为侧压前、水平轧制后板坯厚度；a:几何参数，水平宽展几何参数的计算公式为:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>式中L:为水平轧制时的轧辊接触弧长度；R:为水平轧制时的工作辊半径；M:为宽厚比(We/h0);a，b，C，d为模型系数；3.4)利用粗轧大侧压后第一架水平机架R,出口宽度函数计算R,水平轧制后出口板坯宽度WRlexit;WRlexit=W0-AW+WD+AWs(5)式中WRlexit:R,水平轧制后出口板坯宽度(mm);W0:为进入大侧压前的板坯宽度(mm);△W:板坯侧压量，即该特征点处板坯进入大侧压设备前后的宽度变化量(mm);△Ws:水平宽展量，即以AW恻压量侧压后的板坯经水平轧机Ri轧制后引起的水平宽展量(mm);3.5)计算&水平轧制后出口板坯宽度WRlexit与出口目标宽度RDW的偏差，并判断该偏差是否小于一固定收敛常数e，如果小于该常数，迭代计算结束；3.6)当步骤3.5)不满足，采用快速迭代法求解新侧压量值及出口宽度偏差函数值，出口宽度偏差函数f(x)计算公式为f(x)=WRlexit隱RDW(6)式中'f(x):轧制后板坯出口宽度偏差函数；WRlexit:R口K平轧制后出口板坯宽度(mm)，以公式(5)计算；RDW:!^水平轧制后板坯出口目标宽度(mm);重复步骤3.1)到3.5)，其新侧压量计算采用表达式Xk+产Xk-f(Xk)/f'(xk)(k=l，2，3，。。......)；4)计算特征点PointB所需侧压量；重复步骤3.1)到3.6);5)特征点PointA与特征点PointB之间的锥形段每步侧压量根据线性插值计算；6)根据上述步骤计算结果，完成锥形坯侧压步进量及开口度设定。本发明通过对锥型坯形状的准确描述和定义，精确计算锥形坯各点不同侧压量形成的"狗骨"及水平轧制后的狗骨宽展量，以水平轧机出口板坯宽度矩形化为目标函数，采用快速迭代求解施加在锥形板坯上的变化侧压量，从而达到有效控制锥形坯的综合自动化控制方法，克服了传统控制方法生产锥形坯的缺点。本发明与现有方法相比，有如下积极效果(1)锥型坯轧制的成品与正常板坯轧制的成品质量精度无差异；(2)放宽上工序连铸机浇铸宽度过渡，大小头偏差最大可达300mm，从而提高了物料组织的自由度；(3)减少过去由于无法有效控制而必须进行锥形坯二次切割，降低了生产成本，加快物流周转速度；(4)实现锥形坯生产的全自动，无人工干预，减少人为变差引起的质量波动。图1为传统方法锥形坯生产流程示意图2为图1的俯视示意图3为本发明锥形坯生产流程示意图4为图3的俯视示意图5(A)、(B)、(C)、(D)为锥形坯形状分类及定义示意图；图6(A)、(B)、(C)、(D)为锥形坯形状特征点提取示意图；图7(A)、(B)为本发明生产锥形坯控制方法流程图8为本发明实施例的板坯形状实际数据描述图9为本发明实施例的板坯侧压前后对比；图10为本发明实施例的板坯经水平轧机R4轧制后出口宽度图。图中l锥形坯侧压前，2大侧压设备(定宽侧压机)，3锥形坯侧压后，4水平粗轧机，5锥形板坯水平轧后，6辊道，7轧制方向；Wtl:锥形坯大头宽度，Wt2:锥形坯小头宽度，Ltl:锥形坯变宽起始位置，Lt2:锥形坯变宽长度。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。参见图3、图4，采用本发明利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，锥形坯1经过大侧压设备2后，因综合考虑预测不同侧压引起的"狗骨"宽展，采用变开口度设定方法控制，有意使出口板坯3为反锥形板坯，通过模型精确计算，可以保证板坯3经水平轧机4轧制后，形成矩形板坯5，从而克服了传统控制方法生产锥形坯的缺点。本发明一种利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，包括以下步骤参见图7(A)、(B)，1)首先根据事先定义好的锥形板坯形状表达数据进行锥形坯形状类型判断，然后采用不同类型选择相对应的控制模式；2)根据锥形坯形状表达数据进行锥形坯特征值提取，为快速迭代计算特征点处所需侧压量提供输入准备；3)计算特征点PointA所需侧压量；3.1)特征点侧压量取初值作为快速迭代初始值(Xq，Xl);3.2)计算该侧压量侧压后的板坯经水平轧机轧制后引起的狗骨宽展量，其计算公式为WD=AW*(l-il)(1)式中WD:为在侧压量AW侧压后，经水平轧制形成狗骨宽展量(mm);△W:板坯侧压量，即该特征点处板坯进入大侧压设备前后的宽度变化量(mm);n:为大侧压设备侧压有一定宽度和厚度板坯时所体现的压下效率，该压下效率的计算公式为:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(2)式中:Wo:为特征点处的板坯宽度(mm);Ho:为特征点处的板坯厚度(mm);a,b，c:为该类板坯侧压效率计算系数；本发明使用的侧压效率计算系数为a=-0.0313,b=0.1351，c=1.0820。3.3)计算该侧压量侧压后的板坯经水平轧机轧制后引起的水平宽展量，其计算公式为=『.、5乂一l(3)式中△Ws:水平宽展量；We:入口宽度；hf:分别为侧压前、水平轧制后板坯厚度；几何参数，水平宽展几何参数的计算公式为:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>(4)式中:L:为水平轧制时的轧辊接触弧长度；R:为水平轧制时的工作辊半径；M:为宽厚比(We/h0);a，b，C，d为模型系数；本发明使用的模型系数分别为a=-0.164，b=0.376,c=0.016，d=0.015。3.4)利用粗轧大侧压后第一架水平机架&出口宽度函数计算水平轧制后出口板坯宽度WRlexit;WRlexit=W0-AW+WD+AWs(5)式中WRlexit:R,水平轧制后出口板坯宽度(mm);W0:为进入大侧压前的板坯宽度(mm);△W:板坯侧压量，即该特征点处板坯进入大侧压设备前后的宽度变化量(mm);△Ws:水平宽展量，即以AW侧压量侧压后的板坯经水平轧机R,轧制后引起的水平宽展量(mm);3.5)计算&水平轧制后出口板坯宽度WRlexit与出口目标宽度RDW的偏差，并判断该偏差是否小于一固定收敛常数e，e取0.05mm，如果小于该常数，迭代计算结束；3.6)当步骤3.5)不满足，采用快速迭代法求解新侧压量值及出口宽度偏差函数值，出口宽度偏差函数f(x)计算公式为f(x)=WRlexit-RDW(6)式中f(X)，.R,轧制后板坯出口宽度偏差函数；WRlexit:Ri水平轧制后出口板坯宽度(mm)，以公式(5)计算；RDW:R4水平轧制后板坯出口目标宽度(mm);重复步骤3.1)到3.5)，其新侧压量计算采用表达式Xk+l=Xk-f(xk)/f'(xk)(k=l，2，3，......)；4)计算特征点PointB所需侧压量；重复步骤3.1)到3.6);5)特征点PointA与特征点PointB之间的锥形段每步侧压量根据线性插值计算；6)根据上述步骤计算结果，完成锥形坯侧压步进量及开口度设定。参见图5(A)、(B)、(C)、(D)、以及图6(A)、(B)、(C)、(D)，在上述步骤l)、2)中，将锥形板坯形状分类，分类一锥形，分类二锥形大头和小头两端加上矩形；分类三锥形小头端加矩形；分类四锥形大头端加上矩形。对锥形板坯形状分类后的形状表达数据提取锥形坯特征值，以锥形坯大头宽度及变宽起始位置提取特征点PointA，以锥形坯小头宽度及变宽长度位置提取特征点PointB，四种锥形坯的特征点坐标分别为分类一PointA(0，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);分类二PointA(Ltl，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);分类三PointA(0，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);分类四PointA(Ltl，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);式中Wtl:锥形坯大头宽度，wt2:锥形坯小头宽度，Ltl:锥形坯变宽起始位置，Lt2:锥形坯变宽长度；在实际应用中必须约定锥形坯大头在前，即锥形坯大头首先进入大侧压设备，变宽起始位置以锥形大头为基准计算。在分类一、分类三中锥形坯变宽起始位置Ltl=0。所述步骤3.6)中，采用快速迭代法求解新侧压量值x，即新侧压量AW及出口宽度偏差函数值f(x)的优化方法为设f(a)*f(b)<0，且f，(x)，f，(x)在[a，b]区间内保持符号；(1)若f(b)与f"(x)同号曲线y二f(x)过点Bo(b，f(b))的切线方程为y-f(b)=f(x)(x-b)该切线与X轴的交点横坐标为x尸b-f(b)/f(b)设x+是方程f(x):0在[a，b]内的单根，可证^〈Xl〈b，且f(x,)，f"(x)同号，以&代替b，同样，曲线y:f(x)过点B!(Xl，f(Xl))切线与x轴的交点横坐标为x2=xrf(Xl)/f，(Xl)，且有Z〈x2〈Xl，且f(x2)，f，，(x)同号;重复上述步骤，一般地，有Xk+i=xk-f(xk)/f'(xk)(k=l，2，3，......)可证，limxk=^(k取无穷大时)，故取Xk为Z的近似解；(2)若f(a)与f，(x)，同号，与(1)类似；(3)出口宽度偏差函数值f(x)可表达为以侧压量x为自变量的、在区间[O，AWmax]上的单调函数，采用上述步骤(1)、(2)的优化方法可以快速求解。所述步骤5)中，特征点PointA与特征点PointB之间的锥形段每步侧压量根据线性插值计算，根据锥形坯分类二作以补充说明，当特征点处所需侧压量确定后，在锥形段每步侧压量由公式(7)进行插值计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage14</formula>(7)式中△Wn:为锥形段每步侧压量(mm);Lp:为板坯步进量(mm);△Wtl、AWt2:为锥形坯特征点宽度压下量(mm);Lt2:为锥形段长度(mm)所述的步骤6)中，根据步骤l)到5)计算结果，及平行段计算结果(由于平行段侧压计算与正常板坯的计算及控制完全相同，在此不予说明)，完成锥形坯侧压步进量及开口度设定。实施例本发明以一锥形坯(分类二)为例结合附图加以说明如下(1)锥形坯形状判断，过程控制计算机根据上位机下传的锥形坯形状描述数据，参见图8，锥形坯大头宽度1200mm，小头宽度1100mm，变宽起始位置841mm，变宽长度5197mm，根据锥形坯分类定义可判定为分类二，在计算控制时采用模式2进行。(2)根据(1)的锥形坯形状表达数据进行锥形坯特征值提取，以锥形坯大头宽度及变宽起始位置提取特征点PointA，以锥形坯小头宽度及变宽长度位置提取特征点PointB，则该锥形坯特征点的特征值为分类二PointA(841，1200)、PointB(5197，1100);(3)计算特征点PointA所需侧压量，根据轧机控制策略所确定的水平轧机出口目标宽度1020mm及锥形坯大头宽度1200mm，采用本发明的快速迭代法求解得出特征点PointA所需侧压量为210mm，具体计算以！^出口宽度偏差为目标函数f(x)(公式6)，以迭代侧压量为自变量x，迭代计算每次侧压量下经&轧制后形成的狗骨宽展量(公式l)和水平宽展量(公式3),当目标函数趋于零时，求得此侧压量。也就是说，当该锥形坯头部特征点PointA在大侧压设备施加210mm的侧压量时，在大侧压出口该点板坯宽度为990mm，再经过其后的水平轧机&水平压延后，该特征点的出口宽度正好达到轧机控制策略所确定的水平轧机R,出口目标宽度为1020mm。(4)同理计算特征点PointB所需侧压量，根据轧机控制策略所确定的水平轧机R,出口目标宽度为1020mm及锥形坯大头宽度1100mm，采用本发明的快速迭代法求解得出特征点PointB所需侧压量为85mm。也就是说，当该锥形坯头部特征点PointB在大侧压设备施加85mm的侧压量时，在大侧压出口该点板坯宽度为1015mm，再经过其后的水平轧机&水平压延后，该特征点的&出口宽度正好达到轧机控制策略所确定的水平轧机R^出口目标宽度为1020mm。(5)特征点PointA与特征点PointB之间的锥形段每步侧压量根据线性插值计算，当特征点处所需侧压量确定后(即AWtl=210mm，AWt2=85mm)，根据大侧压步进控制参数(步进量lp=386mm，侧压次数n=13)，由公式(7)进行插值计算，锥形段每步侧压量计算结果见表l:<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表l锥形段每步侧压](6)根据上述计算结果及平行段计算结果(由于平行段侧压计算与正常板坯的计算及控制完全相同，在此不予说明)，完成锥形坯侧压步进量及开口度设定。本实施例最终完成的该锥形坯在侧压机上的开口度设定见图9(本发明实施例板坯侧压前后对比)。(7)通过上述方法对定宽板坯侧压进行开口度设定，再经过水平轧机R,轧制后，出口板坯宽度实测值如图IO所示，图10为本发明实施例板坯经水平轧机&轧制后出口宽度图，对于大小头差为100mm的锥形坯，采用本发明的控制方法对定宽侧压机进行开口度设定，侧压后板坯成反锥形板坯，再经过水平轧机Rt轧制后，全长达到水平轧机出口目标宽度1020mm左右。采用本发明利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法后，实现了锥形坯经变开口度侧压及水平轧机轧制后出口板坯宽度矩形化，从而达到有效控制锥形坯的目的，克服了锥型坯传统控制方法的缺点，提高了锥形坯宽度控制精度，降低了质量损失，并且放宽了锥型坯大小头差，减少了大锥形坯的二次切割，加快了物流周转速度，节约制造成本。以上借助较佳实施例描述了本发明的具体实施方式，但是应该理解的是，这里具体的描述不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例作出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。权利要求1.一种利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，其特征是包括以下步骤1)首先根据事先定义好的锥形板坯形状表达数据进行锥形坯形状类型判断，然后采用不同类型选择相对应的控制模式；2)根据锥形坯形状表达数据进行锥形坯特征值提取，为快速迭代计算特征点处所需侧压量提供输入准备；3)计算特征点PointA所需侧压量；3.1)特征点侧压量取初值作为快速迭代初始值(x0，x1)；3.2)计算该侧压量侧压后的板坯经水平轧机轧制后引起的狗骨宽展量，其计算公式为WD＝△W*(1-η)(1)式中WD为在侧压量△W侧压后，经水平轧制形成狗骨宽展量(mm)；△W板坯侧压量，即该特征点处板坯进入大侧压设备前后的宽度变化量(mm)；η为大侧压设备侧压有一定宽度和厚度板坯时所体现的压下效率，该压下效率的计算公式为η＝a*(W0/H0)2)+b*(WO/H0)+c(2)式中W0为特征点处的板坯宽度(mm)；H0为特征点处的板坯厚度(mm)；a，b，c:为该类板坯侧压效率计算系数；2.根据权利要求1所述的利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，其特征是将锥形板坯形状分类，分类一锥形，分类二锥形大头和小头两端加上矩形；分类三锥形小头端加矩形；分类四锥形大头端加上矩形。3.根据权利要求2所述的利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，其特征是对锥形板坯形状分类后的形状表达数据提取锥形坯特征值，以锥形坯大头宽度及变宽起始位置提取特征点PointA，以锥形坯小头宽度及变宽长度位置提取特征点PointB，四种锥形坯的特征点坐标分别为分类一PointA(0，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);分类二PointA(Ltl，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);分类三PointA(0，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);分类四PointA(Ltl，Wtl)、PointB(Lt2，Wt2);式中Wtl:锥形坯大头宽度，wt2:锥形坯小头宽度，Ltl:锥形坯变宽起始位置，Lt2:锥形坯变宽长度；在应用中约定锥形坯大头在前，即锥形坯大头首先进入大侧压设备，变宽起始位置以锥形大头为基准计算。4.根据权利要求1所述的利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，其特征是采用快速迭代法求解新侧压量值X，即新侧压量AW及出口宽度偏差函数值f(X)的优化方法为设f(a)*f(b)<0，且f，(x)，f，，(x)在[a，b]区间内保持符号；(1)若f(b)与f"(x)同号曲线y-f(x)过点B"b，f(b))的切线方程为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>该切线与X轴的交点横坐标为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>设x'是方程f(x)K)在[a，b]内的单根，可证Z〈Xl〈b，且f(x》，f"(x)同号，以A代替b，同样，曲线y:f(x)过点Bi(Xl，f(Xl))切线与x轴的交点横坐标为x2=Xrf(Xl)/f，(Xl)，且有Z〈x2〈Xl，且f(X2)，f"(X)同号;重复上述步骤，一般地，有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>可证，limxk=x*(k取无穷大时)，故取Xk为^的近似解；(2)若f(a)与f，(x)，同号，与(1)类似；(3)出口宽度偏差函数值f(x)可表达为以侧压量x为自变量的、在区间[O，AWmax]上的单调函数，采用上述步骤(1)、(2)的优化方法可以快速求解。5.根据权利要求1或3所述的利用定宽板坯侧压机生产锥形板坯的控制方法，其特征是特征点PointA与特征点PointB之间的锥形段每步侧压量根据线性插值计算，根据锥形坯分类二作以补充说明，当特征点处所需侧压量确定后，在锥形段每步侧压量由公式(7)进行插值计算<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>式中AWn:为锥形段每步侧压量(mm);Lp:为板坯步进量(mm);△Wtl、AWt2:为锥形坯特征点宽度压下量(mm);Lt2:为锥形段长度(mm)。全文摘要本发明涉及一种热轧带钢生产控制方法，尤其涉及一种通过合理改变定宽侧压机开口度，使之对锥形板坯(连铸过渡坯)侧压后，经水平轧机轧制后成为近矩形板坯，从而提高热轧机生产锥形板坯的宽度控制精度和降低宽度质量损失的有效控制方法。本发明通过对锥型坯形状的准确描述和定义，精确计算锥形坯各点不同侧压量形成的“狗骨”及水平轧制后的狗骨宽展量，以水平轧机出口板坯宽度矩形化为目标函数，采用快速迭代求解施加在锥形板坯上的变化侧压量，从而达到有效控制锥形坯的控制方法，克服了传统控制方法生产锥形坯的缺点。文档编号B21B37/16GK101376139SQ20071004545公开日2009年3月4日申请日期2007年8月31日优先权日2007年8月31日发明者丁鸿儒,悦侯,单旭沂,晖董申请人:宝山钢铁股份有限公司