一种热轧卷取张应力分段控制方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种热轧卷取张应力分段控制方法及其装置，包括：根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围及6个张应力，根据张应力公式确定当前卷径对应的计算张应力值，PLC系统再根据芯轴转矩公式求取计算张应力值对应的计算转矩值；芯轴电机根据计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。该方法及其装置能有效避免建张瞬间容易出现头部拉窄的问题及卷取瞬时卷取尾部拉窄的问题，提高热轧产品质量、延长夹送辊和芯轴更换周期。
【专利说明】一种热轧卷取张应力分段控制方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及热连轧控制【技术领域】，特别涉及一种热轧卷取张应力分段控制方法及其装置。
【背景技术】
[0002]现有技术中，卷取过程中的卷取张力控制为恒张力控制，即二级仅给卷取下发一个张应力设定值，根据转矩计算公式:1=可以看出在带钢宽度和厚度一定的情况下随着卷取带钢卷径的增大芯轴转矩会越来越大，恒张力控制设计简单，但存在很多弊端，具体如下:
[0003]1)由于恒张力控制，为保证带钢头部不松卷，设定张应力较大，卷取和精轧建张瞬间容易出现头部拉窄现象；
[0004]2)精轧尾部降速瞬间，卷取也随之减速，但转矩却随着卷径增加而增大，从而导致卷取降速困难，使得卷取瞬时速度大于精轧速度，从而造成卷取尾部拉窄现象；
[0005]3)精轧抛钢后张力靠夹送辊和芯轴直接产生，但由于转矩大，要想压住带钢必须使用较大的压力，从而增大了夹送辊的磨损程度，降低了夹送辊的使用寿命；
[0006]4)芯轴始终以大转矩工作，从而降低了芯轴的使用寿命。
[0007]因此，卷取恒张力控制方法随简单，但容易出现质量缺陷，同时缩短了卷取设备的使用寿命，增加了热轧加工成本。
【发明内容】
[0008]为解决上述问题，本发明提供了一种能有效避免建张瞬间容易出现头部拉窄的问题及卷取瞬时卷取尾部拉窄的问题，提高热轧产品质量、延长夹送辊和芯轴更换周期的热轧卷取张应力分段控制方法及其装置。
[0009]本发明提供一种热轧卷取张应力分段控制方法，包括:
[0010]根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围、6个张应力；所述6段卷径范围依次为:小于IV 0广0 2、02?0 3、03?0 4、04?0 5及大于0 5；所述6个张应力依次为:七丄、七2、七3、
七4、七5及七6；
[0011]根据张应力公式确定所述当前卷径对应的计算张应力值；
[0012]根据芯轴转矩公式确定所述计算张应力值对应的计算转矩值；
[0013]根据所述计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。
[0014]作为优选，根据当前卷径的大小判定所述当前卷径对应所在的所述卷径范围；所述判定过程为:
[0015]当所述0的值小于，所述当前卷径处于小于0工的卷径范围；
[0016]当所述0的值处于0 2的范围时，所述当前卷径处于0工?0 2的卷径范围；
[0017]当所述0的值处于02?0 3的范围时，所述当前卷径处于0 2?0 3的卷径范围；
[0018]当所述0的值处于03?0 4的范围时，所述当前卷径处于0 3?0 4的卷径范围；
[0019]当所述0的值处于04?0 5的范围时，所述当前卷径处于0 4?0 5的卷径范围；
[0020]当所述0的值大于05时，所述当前卷径处于大于05的卷径范围。
[0021]作为优选，所述张应力公式为:
[0022]1: = ，其中 1 = 0；
[0023]七=\十七柯-七1)/，其中 1 = 1，2，3，4 ；
[0024]1:=七才(0-0,)其中 1 = 5；
[0025]所述1:为计算张应力，单位为；所述0为当前卷径，单位为臟；
[0026]当所述0的值小于匕时，所述张应力公式中的1 = 0，即所述计算张应力恒定为七1；
[0027]当所述0的值处于匕?0 2的范围时，所述张应力公式中的1 = 1；
[0028]当所述0的值处于02?0 3的范围时，所述张应力公式中的1 = 2；
[0029]当所述0的值处于03?0 4的范围时，所述张应力公式中的1 = 3；
[0030]当所述0的值处于04?0 5的范围时，所述张应力公式中的1=4；
[0031]当所述0的值大于05时，所述张应力公式中的1 = 5。
[0032]作为优选，当所述0的值大于05时，所述计算张应力1:的值处于1:5?1:6的范围中；
[0033]随着卷取的进行，所述计算张应力I逐渐变大；
[0034]当计算张应力〖等于所述、之后，所述计算张应力〖的取值恒定为〖6直至卷取结束。
[0035]作为优选，所述芯轴转矩公式为:
[0036]丁8二；
[0037]所述18为芯轴的计算转矩值，单位为邊1 ；所述艰为带钢宽度，单位为111111 ；所述匕为带钢厚度，单位为皿；所述3为芯轴电机的齿轮比。
[0038]本发明提供的一种热轧卷取张应力分段控制装置，包括:
[0039]过程控制系统，所述过程控制系统包括:
[0040]参数设定模块，所述参数设定模块根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围及6个张应力，对应生成6个卷径范围信息及6个张应力信息；所述6段卷径范围依次为:小于0。0广0 2、02?0 3、03?0 4、04?0 5及大于0 5；所述6个张应力依次为过。V V V、及七6；
[0041]卷径计算单元，所述卷径计算单元根据钢卷的厚度及卷取圈数确定所述当前卷径0的大小，对应生成当前卷径信息；
[0042]？10系统，所述系统包括:
[0043]卷径范围判定模块，所述卷径范围判定模块接收所述参数设定模块的所述卷径范围信息及张应力信息；所述卷径范围判定模块接收所述卷径计算单元的所述当前卷径信息；所述卷径范围判定模块根据所述当前卷径0的大小判定所述当前卷径0对应所在的所述卷径范围；
[0044]张应力计算模块，所述张应力计算模块根据张应力公式确定所述当前卷径对应的计算张应力值；
[0045]芯轴转矩计算模块，所述芯轴转矩计算模块根据芯轴转矩公式确定所述计算张应力值对应的计算转矩值；
[0046]芯轴电机，所述芯轴电机接收所述芯轴转矩计算模块生成的计算转矩值；所述芯轴电机根据所述计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。
[0047]作为优选，所述张应力计算模块中的所述张应力公式为:
[0048]1: = 1^，其中 1 = 0；
[0049]七=\十七柯-七1)/，其中 1 = 1，2，3，4 ；
[0050]1: = 1^+(0-0)^(1^-1^)/100,其中 1 = 5；
[0051]所述1:为计算张应力，单位为；所述0为当前卷径，单位为111111 ；
[0052]当所述0的值小于匕时，所述张应力公式中的1 = 0，即所述计算张应力恒定为七1；
[0053]当所述0的值处于匕?0 2的范围时，所述张应力公式中的1 = 1；
[0054]当所述0的值处于02?0 3的范围时，所述张应力公式中的1 = 2；
[0055]当所述0的值处于03?0 4的范围时，所述张应力公式中的1 = 3；
[0056]当所述0的值处于04?0 5的范围时，所述张应力公式中的1=4；
[0057]当所述0的值大于05时，所述张应力公式中的1 = 5。
[0058]作为优选，随着卷取的进行，所述计算张应力I逐渐变大；
[0059]当所述张应力计算模块计算的张应力I大于所述、时，所述张应力计算模块将所述计算张应力I的取值恒定为、直至卷取结束。
[0060]作为优选，所述芯轴转矩计算模块中的所述芯轴转矩公式为:
[0061]丁8二 1:氺界#1*0/28 ；
[0062]所述丁8为芯轴的计算转矩值，单位为邊1 ；所述艰为带钢宽度，单位为111111 ；所述匕为带钢厚度，单位为皿；所述3为芯轴电机的齿轮比。
[0063]本发明提供的一种热轧卷取张应力分段控制方法及其装置根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围及6个张应力，？IX系统确定当前卷径对应的卷径范围，再根据张应力公式确定当前卷径对应的计算张应力值，系统再根据芯轴转矩公式求取计算张应力值对应的计算转矩值；芯轴电机根据计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。该分段控制方法解决了卷取和精轧建张瞬间容易出现头部拉窄的问题，解决了精轧尾部降速瞬间，导致卷取降速困难而造成卷取尾部拉窄的问题；同时延长了夹送辊和芯轴的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0064]图1为本发明实施例提供的热轧卷取张应力分段控制方法的流程简图。
[0065]图2为本发明实施例提供的带钢卷径和卷取最终张应力设定的示意图。
[0066]图3为本发明实施例提供的热轧卷取张应力分段控制方法的？0八反馈曲线图。
[0067]图4为现有技术提供的热轧卷取张应力恒定控制的？0八反馈曲线图。
【具体实施方式】
[0068]参见附图1，本发明提供一种热轧卷取张应力分段控制方法，包括:
[0069]根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围、6个张应力；6段卷径范围依次为:小于0丨、0丨?0 2、02?0 3、03?0 4、04?0 5及大于0 5；0丨、02、03、04、05的单位为臟。6个张应力依次为义、七2、七3、七4、七5及七6，各个张应力的单位为?。
[0070]根据张应力公式确定当前卷径对应的计算张应力值。
[0071]根据芯轴转矩公式确定计算张应力值对应的计算转矩值。
[0072]根据计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。
[0073]作为优选，根据当前卷径的大小判定当前卷径对应所在的卷径范围；判定过程为:
[0074]当0的值小于0^，当前卷径处于小于0工的卷径范围；
[0075]当0的值处于0 2的范围时，当前卷径处于0工?0 2的卷径范围；
[0076]当0的值处于02?0 3的范围时，当前卷径处于0 2?0 3的卷径范围；
[0077]当0的值处于03?0 4的范围时，当前卷径处于0 3?0 4的卷径范围；
[0078]当0的值处于04?0 5的范围时，当前卷径处于0 4?0 5的卷径范围；
[0079]当0的值大于05时，当前卷径处于大于0 5的卷径范围。
[0080]作为优选，参见附图2，张应力公式为:
[0081]1:=七丄，其中 1 = 0；
[0082]七=\十七柯-七1)/，其中 1 = 1，2，3，4 ；
[0083]1: = 1^+(0-0) =1=(1^-1^)/100,其中 1 = 5。
[0084]其中，1:为计算张应力，单位为；0为当前卷径，单位为111111。
[0085]当0的值小于0^，张应力公式中的1 = 0，即计算张应力恒定为七1；
[0086]当0的值处于匕?^的范围时，张应力公式中的1 = 1；
[0087]当0的值处于02?0 3的范围时，张应力公式中的1 = 2；
[0088]当0的值处于03?04的范围时，张应力公式中的1 = 3；
[0089]当0的值处于04?0 5的范围时，张应力公式中的1=4；
[0090]当0的值大于05时，张应力公式中的1 = 5。
[0091]作为优选，当0的值大于05时，计算张应力1:的值处于1: 5?1: 6的范围中；随着卷取的进行，计算张应力I逐渐变大；当计算张应力I等于、之后，计算张应力I的取值恒定为、直至卷取结束。
[0092]作为优选，芯轴转矩公式为:
[0093]丁8二；
[0094]为芯轴的计算转矩值，单位为础111 为带钢宽度，单位为111111出为带钢厚度，单位为111111 ；8为芯轴电机的齿轮比。
[0095]本发明提供的一种热轧卷取张应力分段控制装置，包括:
[0096]过程控制系统，该过程控制系统包括:
[0097]参数设定模块，参数设定模块根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围及6个张应力，对应生成6个卷径范围信息及6个张应力信息；6段卷径范围依次为:小于0” ^工?02、02?0 3、03?0 4、04?0 5及大于0 5；6个张应力依次为:七”七2、七3、七4、七5及1: 6；
[0098]卷径计算单元，卷径计算单元根据钢卷的厚度及卷取圈数确定当前卷径0的大小，对应生成当前卷径信息；
[0099]？10系统，系统包括:
[0100]卷径范围判定模块，卷径范围判定模块接收参数设定模块的卷径范围信息及张应力信息；卷径范围判定模块接收卷径计算单元的当前卷径信息；卷径范围判定模块根据当前卷径0的大小判定当前卷径0对应所在的卷径范围；
[0101]张应力计算模块，张应力计算模块根据张应力公式确定当前卷径对应的计算张应力值；
[0102]芯轴转矩计算模块，芯轴转矩计算模块根据芯轴转矩公式确定计算张应力值对应的计算转矩值；
[0103]芯轴电机，芯轴电机接收芯轴转矩计算模块生成的计算转矩值；芯轴电机根据计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。
[0104]作为优选，张应力计算模块中的张应力公式为:
[0105]七=1，其中1 = 0；
[0106]七=\十七柯-七1)/，其中 1 = 1，2，3，4 ；
[0107]1: = \十(0-0,4(七^-1)/100,其中 1 = 5；
[0108]1:为计算张应力，单位为；0为当前卷径，单位为111111 ；
[0109]当0的值小于0^，张应力公式中的1 = 0，即计算张应力恒定为七1；
[0110]当0的值处于匕?^的范围时，张应力公式中的1 = 1；
[0111]当0的值处于02?03的范围时，张应力公式中的1 = 2；
[0112]当0的值处于03?04的范围时，张应力公式中的1 = 3；
[0113]当0的值处于04?05的范围时，张应力公式中的1=4；
[0114]当0的值大于05时，张应力公式中的1 = 5。
[0115]作为优选，随着卷取的进行，计算张应力I逐渐变大；
[0116]当张应力计算模块计算的张应力I大于、时，张应力计算模块将计算张应力七的取值恒定为、直至卷取结束。
[0117]作为优选，芯轴转矩计算模块中的芯轴转矩公式为:
[0118]丁8二 1:氺界；
[0119]为芯轴的计算转矩值，单位为础111 为带钢宽度，单位为111111出为带钢厚度，单位为111111 ；8为芯轴电机的齿轮比。
[0120]实施例
[0121]该热轧卷取张应力分段控制方法的具体过程为:
[0122]51:过程控制系统(二级)的参数设定模块根据不同的钢种和规格设定6个张应力(七广七2、七3、七4、七5、“)和6段卷径范围(小于0^ 0 2、02?0 3、03?0 4、04?0 5及大于00。卷径计算单元确定当前卷径0的大小，对应生成当前卷径信息。
[0123]52 系统(一级)的卷径范围判定模块接受二级系统设定的6个张应力和6段卷径范围并保存。
[0124]33:卷取过程中卷径范围判定模块将当前卷径跟设定卷径进行对比，并对应张应力；当0 ? 时卷取计算张应力设定为七^ 0^ 0 ? 02时张应力由七丄向七2线性过渡，过渡过程中的计算张应力按照公式〖=^1+(0-01)^(^1)/(02-01))计算得到，以此类推，02 ^ 0 ? 03时计算张应力由七2向七3过渡，03 ^ 0 ? 04时计算张应力由七3向0过渡，04 ^ 0 ? 05时计算张应力由0向沾过渡，0多05时计算张应力由沾向比过渡，并最终保持比不变。
[0125]84:？10系统的张应力计算模块将计算得到的计算张应力〖作为卷取最终张应力设定并保存。
[0126]85:？10系统的芯轴转矩计算模块根据公式II？ =计算出芯轴电机最终需要输出的计算转矩值丁尺。
[0127]86:芯轴电机根据芯轴转矩计算模块计算得到的转矩狀进行转矩控制，从而实现张力分段控制功能。
[0128]参见附图3和4，通过上述控制方法，得出卷取过程的？0八反馈曲线图，卷取分段张力控制改造后，卷取转矩基本恒定。相比现有技术，该控制方法及其装置产生的有益效果为:
[0129]1)解决了卷取和精轧建张瞬间容易出现头部拉窄现象；
[0130]2)解决了精轧尾部降速瞬间，导致卷取降速困难而造成卷取尾部拉窄现象；
[0131]3)延长了夹送辊和芯轴的使用寿命。
[0132]本发明提供的一种热轧卷取张应力分段控制方法及其装置根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围及6个张应力，？IX系统确定当前卷径对应的卷径范围，再根据张应力公式确定当前卷径对应的计算张应力值，系统再根据芯轴转矩公式求取计算张应力值对应的计算转矩值；芯轴电机根据计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。该分段控制方法解决了卷取和精轧建张瞬间容易出现头部拉窄的问题，解决了精轧尾部降速瞬间，导致卷取降速困难而造成卷取尾部拉窄的问题；同时延长了夹送辊和芯轴的使用寿命。
[0133]以上所述的【具体实施方式】，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的【具体实施方式】而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种热轧卷取张应力分段控制方法，其特征在于: 根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围、6个张应力；所述6段卷径范围依次为:小于D0D1^ D 2、D2?D 3、D3?D 4、D4?D 5及大于D 5;所述6个张应力依次为:t P t2、t3、t4、t5及t6; 根据张应力公式确定所述当前卷径对应的计算张应力值； 根据芯轴转矩公式确定所述计算张应力值对应的计算转矩值； 根据所述计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。
2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于: 根据当前卷径的大小判定所述当前卷径对应所在的所述卷径范围；所述判定过程为: 当所述D的值小于DJt，所述当前卷径处于小于D i的卷径范围； 当所述D的值处于D1' D 2的范围时，所述当前卷径处于D D 2的卷径范围； 当所述D的值处于D2?D 3的范围时，所述当前卷径处于D 2?D 3的卷径范围； 当所述D的值处于D3?D 4的范围时，所述当前卷径处于D 3?D 4的卷径范围； 当所述D的值处于D4?D 5的范围时，所述当前卷径处于D 4?D 5的卷径范围； 当所述D的值大于05时，所述当前卷径处于大于D 5的卷径范围。
3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于: 所述张应力公式为: t = h，其中 i = O ;
t = (D-Di)*(ti+1-ti)/(Dw-Di)，其中 i = 1,2,3,4 ；
t = !^+(D-DXtw-tD/lOO，其中 i = 5； 所述t为计算张应力，单位为MPa ;所述D为当前卷径，单位为mm ； 当所述D的值小于DJt，所述张应力公式中的i = 0，即所述计算张应力恒定为11； 当所述D的值处于D1'02的范围时，所述张应力公式中的i = I ; 当所述D的值处于D2?D 3的范围时，所述张应力公式中的i = 2; 当所述D的值处于D3?04的范围时，所述张应力公式中的i = 3; 当所述D的值处于D4?D 5的范围时，所述张应力公式中的i = 4 ; 当所述D的值大于05时，所述张应力公式中的i = 5。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于: 当所述D的值大于05时，所述计算张应力t的值处于15?16的范围中； 随着卷取的进行，所述计算张应力t逐渐变大； 当计算张应力t等于所述t6之后，所述计算张应力t的取值恒定为16直至卷取结束。
5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于: 所述芯轴转矩公式为:
Te= t*w*h*D/2a ； 所述--芯轴的计算转矩值，单位为kNm ;所述w为带钢宽度，单位为mm ;所述h为带钢厚度，单位为_ ;所述a为芯轴电机的齿轮比。
6.一种热轧卷取张应力分段控制装置，其特征在于，包括: 过程控制系统，所述过程控制系统包括: 参数设定模块，所述参数设定模块根据不同的钢种和规格设定6段卷径范围及6个张应力，对应生成6个卷径范围信息及6个张应力信息；所述6段卷径范围依次为:小于DpD1- D 2、D2?D 3、D3?D 4、D4?D 5及大于D 5;所述6个张应力依次为p t2、t3、t4、1:5及16；卷径计算单元，所述卷径计算单元根据钢卷的厚度及卷取圈数确定所述当前卷径D的大小，对应生成当前卷径信息； PLC系统，所述PLC系统包括: 卷径范围判定模块，所述卷径范围判定模块接收所述参数设定模块的所述卷径范围信息及张应力信息；所述卷径范围判定模块接收所述卷径计算单元的所述当前卷径信息；所述卷径范围判定模块根据所述当前卷径D的大小判定所述当前卷径D对应所在的所述卷径范围； 张应力计算模块，所述张应力计算模块根据张应力公式确定所述当前卷径对应的计算张应力值； 芯轴转矩计算模块，所述芯轴转矩计算模块根据芯轴转矩公式确定所述计算张应力值对应的计算转矩值； 芯轴电机，所述芯轴电机接收所述芯轴转矩计算模块生成的计算转矩值；所述芯轴电机根据所述计算转矩值进行转矩控制，进而实现卷取过程中张应力的分段控制。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于: 所述张应力计算模块中的所述张应力公式为: t = h，其中 i = O ;
t = (D-Di)*(ti+1-ti)/(Dw-Di)，其中 i = 1,2,3,4 ；
t = !^+(D-DXtw-tD/lOO，其中 i = 5； 所述t为计算张应力，单位为MPa ;所述D为当前卷径，单位为mm ； 当所述D的值小于DJt，所述张应力公式中的i = O，即所述计算张应力恒定为11； 当所述D的值处于D1'02的范围时，所述张应力公式中的i = I ; 当所述D的值处于D2?D 3的范围时，所述张应力公式中的i = 2; 当所述D的值处于D3?04的范围时，所述张应力公式中的i = 3; 当所述D的值处于D4?D 5的范围时，所述张应力公式中的i = 4 ; 当所述D的值大于05时，所述张应力公式中的i = 5。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于: 随着卷取的进行，所述计算张应力t逐渐变大； 当所述张应力计算模块计算的张应力t大于所述‘时，所述张应力计算模块将所述计算张应力t的取值恒定为16直至卷取结束。
9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于: 所述芯轴转矩计算模块中的所述芯轴转矩公式为:
Te= t*w*h*D/2a ； 所述--芯轴的计算转矩值，单位为kNm ;所述w为带钢宽度，单位为mm ;所述h为带钢厚度，单位为_ ;所述a为芯轴电机的齿轮比。
【文档编号】B21B37/54GK104492825SQ201410722663
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】高文刚, 赵继武, 王松涛, 周政, 王晓东, 杨孝鹤, 董占奎, 李继新, 李东宁, 王超, 张 杰, 陈彤, 黄爽, 詹美珠, 郭卫东, 任杰 申请人:首钢京唐钢铁联合有限责任公司