专利名称：单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法
技术领域：
本发明涉及一种铝热轧生产中的厚度自动分配方法，尤其涉及一种应用在单机架双卷取铝热轧机的厚度自动分配方法。
背景技术：
单机架双卷取铝热轧机是2000年后在国内应用较多的一种轧机，相对连轧其投资小，铝冷轧供料产品性能较高。目前在单机架双卷取铝热轧机生产中，人工经验分配为主，在给定各道次厚度量后，进行实际轧制，若轧制过程中厚度分配量不合理需再进行调整，但当来料合金的厚度改变则需要工艺人员重新提出新分配，存在着不适合在线计算、不利于实现轧制过程自动化的缺点。
在钢铁热连轧厚度分配中提出了基于能耗曲线的分配方法，它是经过一段轧制后提取各钢种的能耗曲线，并给定各轧制道次的能耗分配比，根据能耗分配比及能耗曲线求解出各道次的厚度，实际上需要人工给定厚度的分配形式，适合具有相同能耗曲线操作条件，不适合不同轧制条件的厚度分配，不能实现在线进行自动分配，另外这种方法在热连轧中应用较多，适于轧制道次较少的钢铁行业中。
另外，有学者提出了基于相关算法的厚度分配优化方法，如等负荷分配、多种目标函数结合等方法，这些方法从均衡负荷、减小能耗的角度出发，运用优化算法计算，在理论上来说提出的厚度分配较优，但由于大多未投入实际应用，与现场情况差别大，并且由于加入了优化算法，在线寻优时间较长，不利于在线计算应用。
因此，设计一种针对单机架双卷取铝热轧机的厚度自动分配方法，将是一项具有重大实际意义的研究课题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现 单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，特点是将轧制过程分为前段的无卷取和后段的有卷取两部分，在无卷取部分基于经验压下分配曲线进行分配，并应用权重系数调整修正压下分配，在有卷取部分采用等压下率或轧制压力分配比的方法进行分配，从而，使轧制过程中根据不同来料厚度自动分配厚度，包括以下具体步骤—— (1)前段的无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，压下规律曲线用四次曲线表示为 y(x)＝a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0x∈[1，n]y∈
式中，x为道次数，y为压下率，n为轧制道次数；求解出无卷取道次的每道次的压下率； 1a)给定坯料厚度、成品厚度、卷取厚度、道次压下率和轧制道次数，求解出无卷取道次的每道次的压下量 hi＝Hi·(1-εi) 式中，hi为出口厚度，Hi为入口厚度，i为道次数，εi为道次压下率；进而获得无卷取道次的厚度分配； 并用权重系数对压下量进行调整 1b)根据按压下规律曲线求解得到的厚度分配量，在满足初始压下条件的情况下所求得的卷取厚度与目标卷取厚度如有差别，需进行厚度分配的再调整，将自动分配的卷取厚度与目标卷取厚度进行比较，将两者的差值按权重系数重新进行分配 Δhi＝γi·(h′-h0) 式中，Δhi为每道次压下厚度调整量，γi为压下厚度调整权重系数，h’为自动分配求得的卷取厚度，h0为目标卷取厚度；即在轧制前几道次将自动分配的卷取厚度与目标卷取厚度的差值进行消化； (2)后段的有卷取道次的厚度分配，有两种方式进行分配，即轧制压力分配比方式或等压下率分配比方式； 2a)对于轧制压力分配比方式，先按等压下量进行分配，对各道次轧制压力进行对比调整，使各道次轧制压力达到分配目标，进而求得各道次压下率； 轧制压力分配比公式为 P1∶P2∶…Pn-1∶Pn＝α1∶α2∶…αn-1∶αn 式中，P为轧制压力，n为卷取道次数，α为分配比，α根据保持板形良好的原则确定，一般末道次保持较小的轧制压力，前几道次轧制压力可均衡相等； 2b)对于等压下率分配比方式，已知卷取坯料厚度、成品厚度、道次数，等压下率公式为 式中，εi为卷取道次压下率，h为成品厚度，H0为卷取坯料厚度，n为卷取道次数；求解出有卷取道次的每道次的压下率； 进而获得有卷取道次的厚度分配； (3)在进行所有道次分配后，用轧制工艺模型进行力能参数和咬入条件的校核，校核的公式为 PWi≤PW Gi≤G λi≤λ 式中，PWi为某道次的功率，Gi为某道次的力矩，PW为额定功率，G为额定力矩，λi为某道次的咬入角，λ为最大咬入角；ΔHi为每道次压下量，R为工作辊半径；如果出现某道次压下率超负荷，则按无卷取和有卷取两部分将压下差量平均分配到各道次，进行校核。
进一步地，上述的单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，对于无卷取道次的厚度分配，其权重系数对压下率的调整还包括供操作工进行调整的步骤1c)，如果首道次压下率不合适，则按权重系数从下一道次重新进行分配，如果卷取道次的压下率不合适，则按权重系数从上一道次重新进行分配 Δh′i＝γ′i·H0·(ε′0-ε0) Δh″i＝γ″i·h0·(ε″m-εm) 式中，Δhi’为首道次调整后每道次压下厚度调整量，γi’为首道次调整后压下厚度调整权重系数，H0为来料目标厚度，ε0’为首道次调整后道次压下率，ε0为首道次原道次压下率，Δhi”为卷取道次调整后每道次压下厚度调整量，γi”为卷取道次调整后压下厚度调整权重系数，h0为终轧目标厚度，εm”为卷取道次调整后道次压下率，εm为卷取道次原道次压下率。
更进一步地，上述的单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，对于有卷取道次的轧制压力分配比方式，P1∶P2∶…Pn-1∶Pn＝α1∶α2∶…αn-1∶αn按1∶1∶…1∶0.8进行分配。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在 本发明将单机架双卷取厚度分配划分为无卷取和有卷取两部分，无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，用权重系数对压下率进行调整，在卷取道次时厚度分配按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并调整至满足负荷要求。通过经验分配曲线的积累与权重系数的调整工艺相结合，运用实际生产较成熟的多种合金的厚度分配工艺，实现不同厚度、不同合金的板坯各道次的厚度自动分配，分配方法简洁、实用，同时又具有计算速度快、高效等特点。克服了现有技术中当来料厚度及合金种类发生改变时需要人工经验重新分配，不利于实现在线自动厚度分配和轧制过程自动化的缺点，具有很强的实用性，只要根据来料厚度、合金及轧制道次的要求即可自动分配出一套适用于现场轧制的厚度规程，又具有较高的效率和推广性，在实际生产数据的基础上实现了厚度分配的自动化，同时是实现单机架双卷取的过程计算机控制的重要基础，同时为单机架双卷取铝热轧领域提供了强有力的技术支撑，带来了极为良好的经济效益。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明 图1本发明厚度自动分配工艺原则的示意图； 图2厚度自动分配计算过程的示意图； 图35052铝合金实际压下曲线； 图45052铝合金实际分配与自动分配对比的示意图。
具体实施例方式 本发明提出了一种针对单机架双卷取铝热轧机的厚度自动分配方法，将单机架双卷取厚度分配按无卷取和有卷取两部分来划分，无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，再用权重系数对压下率进行调整，在卷取道次时厚度分配可按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并进行调整直至满足负荷要求，实现轧制过程中根据不同来料厚度进行自动厚度分配。
如图1、图2所示，通过收集各种合金的实际生产厚度分配值，提取厚度分配曲线；将单机架双卷取分为无卷取轧制和有卷取轧制两种情况，在无卷取轧制道次先采用提取的厚度分配曲线进行初次分配，之后再应用权重系数的方法进行无卷取道次的厚度自动调整；权重系数的分配原则根据单机架双卷取的轧制工艺特点确定；无卷取道次在自动分配后根据实际轧制情况，进行人工的调整。在有卷取道次采用轧制压力分配比或等压下率的方式进行厚度分配。在无卷取道次和有卷取道次分配结束后进行每道次的力能参数校核，使每道次的厚度分配符合力能要求。具体的详细步骤如下—— (1)前段的无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，保证首道次压下率，建立多种系列铝合金的轧制规程数据库，提取这些合金的压下规律曲线，压下规律曲线用四次曲线表示为 y(x)＝a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0 x∈[1，n] y∈
式中，x为道次数，y为压下率，n为轧制道次数；根据需轧制的道次数代入到曲线方程中，求解出无卷取道次的每道次的压下量； 1a)给定坯料厚度、成品厚度、卷取厚度、首道次压下率和轧制道次数，按照合金种类提取相应的压下规律曲线，代入道次数，初步计算出各道次的压下率，进而求得无卷取道次的厚度分配 hi＝Hi·(1-εi) 式中，hi为出口厚度，Hi为入口厚度，i为道次数，εi为道次压下率；进而获得无卷取道次的厚度分配； 并用权重系数对压下量进行调整，保证出口卷取厚度 1b)由于此时求解的厚度分配量，完全按压下规律曲线推得，在满足初始压下条件的情况下所求得的卷取厚度与目标卷取厚度会有差别，这时需要进行厚度分配的再调整，调整原则为满足初始道次压下条件的情况下保证目标卷取厚度，将自动分配的卷取厚度与目标卷取厚度进行比较，将两者的差值按权重系数重新进行分配 Δhi＝γi·(h′-h0) 式中，Δhi为每道次压下厚度调整量，γi为压下厚度调整权重系数，h’为自动分配求得的卷取厚度，h0为目标卷取厚度；即在轧制前几道次将自动分配的卷取厚度与目标卷取厚度的差值进行消化； 1c)供操作工进行调整，如果首道次压下率不合适，则按权重系数从下一道次重新进行分配，如果卷取道次的压下率不合适，则按权重系数从上一道次重新进行分配， Δh′i＝γ′i·H0·(ε′0-ε0) Δh″i＝γi″·h0·(ε″m-εm) 式中，Δhi’为首道次调整后每道次压下厚度调整量，γi’为首道次调整后压下厚度调整权重系数，H0为来料目标厚度，ε0’为首道次调整后道次压下率，ε0为首道次原道次压下率，Δhi”为卷取道次调整后每道次压下厚度调整量，γi”为卷取道次调整后压下厚度调整权重系数，h0为终轧目标厚度，εm”为卷取道次调整后道次压下率，εm为卷取道次原道次压下率； (2)后段的有卷取道次的厚度分配，有两种方式进行分配，即等压下率分配比方式或轧制压力分配比方式，在对板形要求严格的铝合金时使用轧制压力分配比方式，一般轧制情况下使用等压下率分配比方式 2a)由于轧制压力是压下量的函数，对于轧制压力分配比方式，将卷取各道次压下量先按等压下量进行分配，然后再给定修正步长调整初始压下量，直至满足轧制压力分配比的目标值，最终求得卷取各道次的压下量，进而求得卷取各道次的压下率； 轧制压力分配比公式为 P1∶P2∶…Pn-1∶Pn＝α1∶α2∶…αn-1∶αn 式中，P为轧制压力，n为卷取道次数，α为分配比，α根据保持板形良好的原则确定，一般末道次保持较小的轧制压力，前几道次轧制压力可均衡相等，按1∶1∶…1∶0.8进行分配； 2b)对于等压下率分配比方式，已知卷取坯料厚度、成品厚度、道次数，等压下率公式为 式中，εi为压下率，h为成品厚度，H0为卷取坯料厚度，n为卷取道次数，求解出有卷取道次的每道次的压下率； 进而获得有卷取道次的厚度分配； (3)在进行所有道次分配后，用轧制工艺模型进行力能参数和咬入条件的校核，校核的公式为 PWi≤PW Gi≤G λi≤λ 式中，PWi为某道次的功率，Gi为某道次的力矩，PW为额定功率，G为额定力矩，λi为某道次的咬入角，λ为最大咬入角，ΔHi为每道次压下量，R为工作辊半径； 如果出现某道次压下率超负荷，则按无卷取和有卷取两部分将压下差量平均分配到各道次，继续进行校核。
按压下率曲线分配的卷取道次厚度与目标卷取厚度有差值，将两者的差值按权重系数分配到除首道次外的其余道次中(一般首道次由于压下以及合金性能的要求，压下率不做修正)。另外还包括人工修正道次的功能，如果首道次压下率不合适，则按权重系数从下一道次重新进行分配，如果卷取道次的压下率不合适，则按权重系数从上一道次重新进行分配。厚度自动分配过程中的权重系数原则是 I首道次调整，以首道次后的几个道次调整为主，这几个道次的权重系数相对较大； II末道次调整，以末道次前的几个道次调整为主，这几个道次的权重系数相对较大； III自动分配后调整，以中间轧制道次调整为主，这几个道次的权重系数相对较大，多转化厚度； IV根据铝合金变形抗力性能的不同，对于不同合金的权重系数分配也不同，对于较软的合金，采用前面道次权重系数大，后面道次权重系数小的策略；对于中等和较硬的合金，采用前面道次权重系数小，后面道次权重系数大的策略； V由于宽度不同铝合金的压下情况不同，权重系数需根据轧制带材的宽度，进行调整。
在进行厚度自动分配的过程中通过压下量的确定由轧制数学模型计算轧制功率和轧制力矩，并与额定功率、额定力矩进行比较修正，在以后的道次中如果出现力能超负荷的情况则由各道次的权重系数向本道次以前和本道次以后道次分配压下量，直至满足力能要求。
以某单机架双卷取厚度分配为例，对本发明技术方案作进一步详细描述。
已知条件5052铝合金入口厚度490mm，出口厚度5.3mm，目标卷取厚度25mm，卷取道次数3，无卷取道次数16，额定轧制功率10000kW，额定轧制力矩2600kN.m，宽度1800mm，工作辊辊径965mm，轧制速度1.6m/s，传动比6.5，开轧温度470℃，卷取张力200kN，最大咬入角0.3弧度。
求解各道次的厚度分配 解 1)5052铝合金的压下曲线如图3，其无卷取道次的四次拟合系数如下表1。
表1 2)根据压下曲线和已知条件，进行厚度的初次分配，厚度分配表如下表2。
表2 从表2中可以看出卷取厚度与目标卷取厚度不同，存在差值，根据权重系数将厚度差值进行调整，分配到各道次中(除首道次外)，并最终与目标卷取厚度一致，厚度分配表如下表3。
表3
3)人工修改的功能，操作工可根据生产情况对首道次或卷取道次的压下率进行修改，在本例中假设了将卷取道次压下率由51.81％调整到47％，根据权重系数则将压下厚度差值分配到卷取道次以前的各道次中，另外也在程序中规定好卷取道次和首道次的限值，如果超过限值则在程序中自动调整。
4)对于卷取道次，应用轧制压力分配比或等压下率的方式进行分配；按卷取道次数、中间道次出口厚度及成品厚度，将压下量等比分配到各道次，进行轧制压力等参数的计算；然后按照各道次轧制压力的相对比值，循环修正各道次的相对压下量，以满足轧制压力比值。厚度分配表如表3。
图4中实际厚度分配指实际生产中采用的厚度分配情况，厚度自动分配方式1指卷取道次用等采用压下率方式，厚度自动分配方式2指卷取道次轧制压力分配比方式，这两种方式在无卷取道次时都采用相同的厚度自动分配方法。
根据常用轧制工艺模型对轧制力矩、轧制功率、咬入角等参数进行校核，假设了与实际条件相同的轧制速度、轧制张力及其它条件，本例中计算了新调整-等压下率模式下的力能校核情况，如下表4。
表4 压下实际值是实际生产压下率数据；原压下调整是在无卷取道次初次按压下曲线分配后，用权重系数对道次压下率进行调整；新压下调整是在原压下调整的基础上由人工操作或程序自动调整的优化值。
综上所述，本发明通过经验分配曲线的积累与权重系数的调整工艺相结合，运用实际生产较成熟的多种合金的厚度分配工艺，实现不同厚度、不同合金的板坯各道次的厚度自动分配，分配方法简洁、实用，同时又具有计算速度快、高效的特点。克服了现有技术中当来料厚度及合金种类发生改变时需要人工经验重新分配，不利于实现在线自动厚度分配和轧制过程自动化的缺点，具有很强的实用性，只要根据来料厚度、合金及轧制道次的要求即可自动分配出一套适用于现场轧制的厚度规程，又具有较高的效率和推广性，在实际生产数据的基础上实现了厚度分配的自动化，同时是实现单机架双卷取的过程计算机控制的重要基础，同时为单机架双卷取铝热轧领域提供了强有力的技术支撑，经济效益和社会效应显著，值得在业内广泛推广应用。
以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。
权利要求
1.单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，其特征在于轧制过程分为前段的无卷取和后段的有卷取两部分，在无卷取部分基于经验压下分配曲线进行分配，并应用权重系数调整修正压下分配，在有卷取部分采用等压下率或轧制压力分配比的方法进行分配，从而，使轧制过程中根据不同来料厚度自动分配厚度，包括以下具体步骤——
(1)前段的无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，压下规律曲线用四次曲线表示为
y(x)＝a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0 x∈[1，n]y∈
式中，x为道次数，y为压下率，n为轧制道次数；根据需轧制的道次数代入到曲线方程中，求解出无卷取道次的每道次的压下率；
1a)给定坯料厚度、成品厚度、卷取厚度、道次压下率和轧制道次数，求解出无卷取道次的每道次的压下量
hi＝Hi·(1-εi)
式中，hi为出口厚度，Hi为入口厚度，i为道次数，εi为道次压下率；进而获得无卷取道次的厚度分配；
并用权重系数对压下量进行调整
1b)根据按压下规律曲线求解得到的厚度分配量，在满足初始压下条件的情况下所求得的卷取厚度与目标卷取厚度如有差别，需进行厚度分配的再调整，将自动分配的卷取厚度与目标卷取厚度进行比较，将两者的差值按权重系数重新进行分配
Δhi＝γi·(h′-h0)
式中，Δhi为每道次压下厚度调整量，γi为压下厚度调整权重系数，h’为自动分配求得的卷取厚度，h0为目标卷取厚度；即在轧制前几道次将自动分配的卷取厚度与目标卷取厚度的差值进行消化；
(2)后段的有卷取道次的厚度分配，有两种方式进行分配，即轧制压力分配比方式或等压下率分配比方式；
2a)对于轧制压力分配比方式，先按等压下量进行分配，对各道次轧制压力进行对比调整，使各道次轧制压力达到分配目标，进而求得各道次压下率；
轧制压力分配比公式为
P1∶P2∶…Pn-1∶Pn＝α1∶α2∶…αn-1∶αn
式中，P为轧制压力，n为卷取道次数，α为分配比；
2b)对于等压下率分配比方式，已知卷取坯料厚度、成品厚度、道次数，等压下率公式为
式中，εi为卷取道次压下率，h为成品厚度，H0为卷取坯料厚度，n为卷取道次数，求解出有卷取道次的每道次的压下率；
进而获得有卷取道次的厚度分配；
(3)在进行所有道次分配后，用轧制工艺模型进行力能参数和咬入条件的校核，校核的公式为
PWi≤PW Gi≤G λi≤λ
式中，PWi为某道次的功率，Gi为某道次的力矩，PW为额定功率，G为额定力矩，λi为某道次的咬入角，λ为最大咬入角；ΔHi为每道次压下量，R为工作辊半径；如果出现某道次压下率超负荷，则按无卷取和有卷取两部分将压下差量平均分配到各道次，进行校核。
2.根据权利要求1所述的单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，其特征在于对于无卷取道次的厚度分配，其权重系数对压下率的调整还包括供人工调整的步骤1c)，如果首道次压下率不合适，则按权重系数从下一道次重新进行分配，如果卷取道次的压下率不合适，则按权重系数从上一道次重新进行分配
Δh′i＝γ′i·H0·(ε′0-ε0)
Δh″i＝γ″i·h0·(ε″m-εm)
式中，Δhi’为首道次调整后每道次压下厚度调整量，γi’为首道次调整后压下厚度调整权重系数，H0为来料目标厚度，ε0’为首道次调整后道次压下率，ε0为首道次原道次压下率，Δhi”为卷取道次调整后每道次压下厚度调整量，γi”为卷取道次调整后压下厚度调整权重系数，h0为终轧目标厚度，εm”为卷取道次调整后道次压下率，εm为卷取道次原道次压下率。
3.根据权利要求1所述的单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，其特征在于对于有卷取道次的轧制压力分配比方式，P1∶P2∶…Pn-1∶Pn＝α1∶α2∶…αn-1∶αn按1∶1∶…1∶0.8进行分配。
全文摘要
本发明提供一种单机架双卷取铝热轧机厚度自动分配方法，将单机架双卷取厚度分配划分为无卷取和有卷取两部分，无卷取道次的厚度分配根据压下规律曲线进行，再用权重系数对压下率进行调整，在卷取道次时厚度分配按轧制压力分配比或等压下率两种方式进行分配，在初步完成厚度分配的基础上进行轧制力矩及轧制功率的校核，并调整至满足负荷要求。通过经验分配曲线的积累与权重系数的调整工艺相结合，实现不同厚度、不同合金的板坯各道次的厚度自动分配，分配方法简洁实用、效率高，值得在业内推广应用。
文档编号B21B37/00GK101337237SQ20081002250
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月14日 优先权日2008年8月14日
发明者王仁忠, 李宏海, 窦保杰, 鹏 彭, 楠 王, 刘荣峰 申请人:苏州有色金属研究院有限公司