一种全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法与流程

本发明涉及热轧带钢的生产方法，尤其是指一种全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法。

背景技术：

绝大多数用户都是要求热轧带钢全长方向的厚度波动小，厚度尽可能要均匀，很少有用户要求热轧带钢全长方向的厚度是连续变化的，所以常规热轧带钢生产都是以控制带钢全长厚度均匀为目的。一般的热轧连轧机组都是用其厚度精度水平(全长厚度波动的标准差)来衡量一条热轧产线的综合控制水平和先进程度。

随着社会发展，全长厚度连续变化的热轧带钢(简称变厚带钢)的需求随之出现。目前公开的变厚带钢的相关技术主要是集中在单机架中厚板轧机上生产变厚带钢的方法以及类似无头轧制过程中为了实现不同厚度规格之间厚度过渡的稳定性的相关技术，还没有涉及利用传统的常规热连轧机组生产长度方向厚度连续变化的热轧带钢的生产或控制方法的技术。

常规热连轧机是以秒流量平衡为基础进行控制的，在常规热连轧机上进行变厚轧制除了要对辊缝进行精确控制外还要对各机架辊缝的压下或抬起时序、前后机架之间的速度匹配以及活套稳定性等进行控制。变厚过程要尽量避免因秒流量不平衡对轧制稳定性的影响，所以要在热连轧机架上进行精确的变厚控制难度很大。另一方面，受用户需求的限制，变厚热轧带钢的应用领域非常狭窄，绝大多数用户都要求使用厚度均匀的带钢，所以该技术在传统热连轧机上的发展相对比较慢。

目前也出现了有关变厚度轧制的技术，例：

专利号为“cn201310315225.1”的“一种变厚度轧制时的长度控制方法”，其核心技术在于固定长度和变厚量的一种变厚长度控制实现方式，其实现步骤主要包括：在变厚轧制未投入时，测长辊计数为0；在变厚轧制投入时，测长辊开始记录所轧制出带材的长度，工作辊的动作如下：当所测得的长度达到时，工作辊以一定压下速度下压；当测得的长度达到时，工作辊位置保持不再往下压；当测得的长度达到时，工作辊以一定的速度抬起；当测得的长度达到时，工作辊位置保持不再往上抬；当测得的长度达到l1+l2+t1×2时，测长辊计数清零，并重复前步骤。根据本发明，根据测长辊所测得的长度，并参考设定的带材轮廓，对工作辊的压下位置进行实时调整，是一种很简便可靠的长度控制方法。

专利号为“cn201610286478.4”的“冷连轧机动态变规格轧制的厚度控制方法及控制系统”，其核心技术在于有效解决了冷连轧机在非稳态轧制过程中的厚度精度与稳态轧制阶段有显著差距的技术问题，保证了非稳态轧制过程也具有高精度的厚度，进而提高了超薄带钢生产过程的成材率。其方法主要包括：检测到动态变规格点进入s1机架时，获取s1机架出口处的带钢厚度偏差；判断出所述s1机架出口处的带钢厚度偏差大于或等于预设厚差允许值时，预估每个下游机架出口处的带钢厚度偏差预估值；基于第i下游机架的轧机刚度和带钢塑性变形系数，计算第i下游机架针对各自的带钢厚度偏差预估值所需的第i辊缝调节量；在动态变规格点进入第i下游机架前，基于第i辊缝调节量调节第i下游机架的辊缝设定值。

但上述方案与本发明的技术方案都是不同的，本发明是利用实时改变监控agc的反馈控制目标的方式，通过对全长带钢厚度目标的精确计算和反馈控制，生产出了特殊需求的全长方向厚度连续变化的变厚带钢。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法，所述全长厚度连续变化的热轧带钢由头部，变厚段及尾部组成，所述头部为厚度相同的头部等厚段，所述尾部为厚度相同的尾部等厚段，并尾部厚度＞头部厚度，所述变厚段处于头部及尾部之间，其厚度为从头部厚度连续递增到尾部厚度；其中，所述生产方法包含以下步骤：

s1，采用过程计算机level2模型自动设定变厚带钢的头部厚度设定值，根据头部厚度设定值自动计算出精轧机组f1-f7这7个精轧机架的初始辊缝和初始速度；

s2，过程计算机level2设定头部厚度设定值完成后，将各机架的初始辊缝和初始速度下发一级计算机level1执行；

s3，f1-f7机架按照给定的初始辊缝和速度完成咬钢，确保变厚带钢的头部厚度h1为头部厚度设定值；

s4，对头部长度l1进行控制；

s5，对实时反馈level1计算出的头部出f7机架的长度s1进行判别；

s6，当步骤s5中判定s1小于所需求的头部长度l1时，监控agc按照头部厚度设定值进行等厚反馈控制，监控agc实测头部出f7机架的厚度，当实测的头部厚度h1小于所设定的头部厚度设定值时，f5-f7机架开始上抬辊缝；相反，当实测的头部厚度h1大于所设定的头部厚度设定值时，f5-f7机架开始下压辊缝，直到实测的头部厚度h1等于所设定的头部厚度设定值时，实现了对头部等厚度段的稳定控制；

s7，当步骤s5中判定s1等于所需求的头部长度l1时，头部等厚段的长度控制结束，进入变厚段长度控制；变厚段的长度目标是根据板坯尺寸和成品的厚度、宽度尺寸要求，利用体积不变原理计算得到的；

s8，判断变厚段是否结束，变厚段的实际长度控制根据带钢头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，如果变厚段未结束，继续回到上述步骤s7；

s9，当变厚段已结束，实时反馈计算的带钢出f7机架的长度减去头部长度l1后的变厚段带钢实时长度s2等于所需求的变厚段长度l2时，变厚段长度控制及变厚控制完成，继续对尾部进行长度及厚度控制；完成全长带钢的变厚控制。

所述步骤s1中，过程计算机level2模型是根据精轧机组入口的中间坯厚度、宽度、温度、实施变厚的各个机架的负荷分配及头部厚度h1计算得到头部厚度设定值，其中头部厚度h1就是所需求的成品头部厚度，在实现这个厚度的生产过程中要通过设定分配各个轧机的厚度，最终确保末机架轧出的带钢成品头部厚度等于所需求的头部厚度h1。

所述步骤s4中，头部长度控制根据变厚带钢的头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪按以下公式(1)进行计算：

s1＝v0×t+v1×t+····+vn×t(1)

其中：

s1-变厚带钢头部出f7机架的长度(m)；

v0-初始速度(m/s)，是设定的带钢穿带速度，其取值范围为2-20m/s；

v1-第1扫描周期的速度(m/s)，从带钢头部出f7机架以后开始按照一个固定的时间间隔延时实时采集末机架的速度，第1扫描扫描周期是指第1个固定的时间间隔延时取得该实时速度数据，v1的取值范围为2-20m/s；

vn-第n扫描周期的速度(m/s)，从带钢头部出f7机架以后开始按照一个固定的时间间隔延时实时采集末机架的速度，第n扫描周期是指第n个固定时间后采集的f7的速度，vn的取值范围为2-20m/s；n为从带钢出f7机架实时完成所需要的最后一个扫描周期数；

t-扫描周期，其为常数；扫描周期就是按照固定的时间间隔延时取得实时数据，其是常量，为0.02秒。

所述步骤s7中，变厚段长度l2按以下计算公式得到：

其中：

h-板坯厚度(m)；

w-板坯宽度(m)；

l-板坯长度(m)；

h1-头部厚度(m)；

l1-头部长度(m)；

l2-变厚段长度(m)；

h3-尾部厚度(m)；

l3-尾部长度(m)；

w1-成品变厚带钢宽度(m)，所述头部、变厚段、尾部的宽度均相同，按需求定值。

所述步骤s8中，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪按下式所示：

s2＝v0×t+v1×t+····+vn×t-l1

其中：s2-变厚段带钢实时长度(m)；

v0-初始速度(m/s)；

v1-第1扫描周期的速度(m/s)，v1的取值范围为2-20m/s；

vn-第n扫描周期的速度(m/s)；

t-扫描周期(s)，为常数，一般取0.02s；

l1-头部长度(m)。

在所述步骤s7-s8中，需对变厚段厚度进行控制，变厚段的厚度满足在变厚段长度l2以内进行，变厚段的厚度从头部厚度h1连续变厚到尾部厚度h3，采用在变厚段长度l2范围以内，通过实时变监控反馈agc的目标厚度的方式，由监控agc的反馈实现；变厚段监控agc的厚度目标为一个函数，该函数表征的是在变厚段不同位置处的厚度目标，称其为变厚段实时目标厚度h2；根据变厚段的控制长度和变厚的绝对量，计算每单位长度上的监控agc的目标厚度变化率，变厚段监控agc的厚度变化率为：

h2＝h1+δ×s2

其中：δ-变厚段目标厚度变化率；

h2-变厚段实时目标厚度(m)；

s2-变厚段带钢实时长度(m)；

l1-头部长度(m)；

l2-变厚段长度(m)；

h3-尾部厚度(m)；

l3-尾部长度(m)。

所述步骤s9中，尾部的长度控制根据带钢头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪原理如下：

s3＝v0×t+v1×t+····+vn×t-l1-l2

其中：s3-尾部带钢实时长度(m)；

v0-初始速度(m/s)；

v1-第1扫描周期的速度(m/s)；

vn-第n扫描周期的速度(m/s)；

t-扫描周期(s)，为常数，取0.02s；

l1-头部长度(m)；

l2-变厚段长度(m)；

当实时反馈计算的带钢出f7机架的长度减去头部长度l1及变厚段长度l2后的尾部带钢实时长度s3等于所需求的尾部长度l3时，尾部长度控制完成，尾部长度控制期间，尾部等厚段的厚度控制是利用监控agc的反馈实现，监控agc实测带钢头部出f7机架的厚度h，当实测的厚度h小于所需求的尾部厚度h3时，f5-f7机架开始上抬辊缝；相反，当实测的厚度h大于所需求的尾部厚度h3时，f5-f7机架开始下压辊缝，直到尾部的实测厚度h等于所需求的尾部厚度h3时，实现对尾部等厚段的稳定控制，此时，完成全长带钢的变厚控制。

本发明的有益效果：

本发明的全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法是利用实时改变监控agc的反馈控制目标的方式，通过对全长带钢厚度目标的精确计算和反馈控制，生产出了特殊需求的全长方向厚度连续变化的变厚带钢。

可以生产一种一卷从头到尾厚度逐渐均匀变化的热轧带钢，利用该热轧带钢能够生产出壁厚逐渐均匀变化油井管，本发明生产的热轧带钢能够在兼顾钢管强度的基础上减少钢管自身重量，节约钢管的生产和使用成本。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为变厚带钢的结构示意图；

图2为从板坯转变为变厚带钢的变化示意图；

图3为本发明全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法中所述的全长厚度连续变化的热轧带钢(以下简称变厚带钢)的结构参见图1，其由头部，变厚段及尾部组成，所述头部为厚度相同的头部等厚段，所述尾部为厚度相同的尾部等厚段，并尾部厚度＞头部厚度，所述变厚段处于头部及尾部之间，其厚度为从头部厚度连续递增到尾部厚度。

本发明中所述生产方法是对带钢全长实时改变监控agc反馈目标，实现如图2所示的将矩形板坯生产成为全长厚度连续递增变化的热轧带钢。

本发明全长厚度连续变化的热轧带钢生产方法的流程参见图3，具体步骤如下：

s1，设定变厚带钢的头部厚度设定值。头部厚度设定值是采用过程计算机(level2)模型自动设定，过程计算机模型是根据精轧机组入口的中间坯厚度、宽度、温度、实施变厚的各个机架的负荷分配及头部厚度h1计算得到头部厚度设定值(其中头部厚度h1就是所需求的成品头部厚度，但在实现这个厚度的生产过程中必须要通过设定分配各个轧机的厚度，最终确保末机架轧出的带钢成品头部厚度等于所需求的头部厚度h1)，根据头部厚度设定值自动计算出精轧机组f1-f7这7个精轧机架的初始辊缝和初始速度。

s2，过程计算机(level2)设定头部厚度设定值完成后，将各机架的初始辊缝和初始速度下发一级计算机(level1)执行。

s3，f1-f7机架按照给定的初始辊缝和速度完成咬钢，确保变厚带钢的头部厚度h1为头部厚度设定值。

s4，对头部长度l1的控制。头部长度l1取决于需求，一般情况下头部长度l1都比较短，主要考虑用户焊接的需要以及生产过程带钢头部缺陷切除后不影响变厚段的正常使用。

头部长度控制根据变厚带钢的头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪按以下公式(1)进行计算：

s1＝v0×t+v1×t+····+vn×t(1)

其中：

s1-变厚带钢头部出f7机架的长度(m)；

v0-初始速度(m/s)，该初始速度为设定的带钢的穿带速度，是人工给定的，给定依据主要是确保带钢头部温度能够达到产品性能要求的温度(穿带速度与温度的关系是通过一系列模型和公式计算得到的，这是现有技术，根据设计本发明产品的工艺和设备的实际情况，本发明的方案中该v0初始速度作为给定的一个边界条件，其取值范围为2-20m/s)；

v1-第1扫描周期的速度(m/s)，从带钢头部出f7机架以后开始按照一个固定的时间间隔延时实时采集末机架的速度，第1扫描扫描周期是指第1个固定的时间间隔延时取得该实时速度数据，v1的取值范围为2-20m/s；

vn-第n扫描周期的速度(m/s)，从带钢头部出f7机架以后开始按照一个固定的时间间隔延时实时采集末机架的速度，第n扫描周期是指第n个固定时间后采集的f7的速度，vn的取值范围为2-20m/s；n为从带钢出f7机架实时所需要的最后一个扫描周期数；

t-扫描周期，其为常数；扫描周期就是按照固定的时间间隔延时取得实时数据，这个是自动控制系统综合系统响应时间和设备的反应时间设定的一个常量，该周期通常为0.02秒(s)。

s5，对实时反馈level1计算出的变厚带钢头部出f7机架的长度s进行判别。

s6，当步骤s5中判定s小于所需求的头部长度l1时，监控agc(监控agc是一种常规的控制技术)按照头部厚度设定值进行等厚反馈控制，即，头部等厚段的厚度控制利用监控agc的反馈实现，监控agc实测头部出f7机架的厚度，当实测的头部厚度h1小于所设定的头部厚度设定值时，f5-f7机架开始上抬辊缝；相反，当实测的头部厚度h1大于所设定的头部厚度设定值时，f5-f7机架开始下压辊缝，直到实测的头部厚度h1等于所设定的头部厚度设定值时，实现了对头部等厚度段的稳定控制。

s7，当步骤s5中判定s等于所需求的头部长度l1时，头部等厚段的长度控制结束；进入变厚段长度控制。变厚段的长度控制和厚度控制是本发明的核心技术，变厚段的长度目标是根据板坯尺寸和成品的厚度、宽度尺寸要求，利用体积不变原理计算得到的，变厚段长度l2是按以下计算公式(2)得到：

其中：

h-板坯厚度(m)；

w-板坯宽度(m)；

l-板坯长度(m)；(h，w，l是已知的数据)；

h1-头部厚度(m)；

l1-头部长度(m)；

l2-变厚段长度(m)；

h3-尾部厚度(m)；

l3-尾部长度(m)；

w1-成品变厚带钢宽度(m)，指头部、变厚段、尾部的宽度相同的，按需求定值。

s8，判断变厚段是否结束，变厚段的实际长度控制根据带钢头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪原理如公式(3)所示：

s2＝v0×t+v1×t+····+vn×t-l1(3)

其中：s2-变厚段带钢实时长度(m)；

v0-初始速度(m/s)；

v1-第1扫描周期的速度(m/s)，v1的取值范围为2-20m/s；

vn-第n扫描周期的速度(m/s)；

t-扫描周期(s)，为常数，一般取0.02s；

l1-头部长度(m)。

当变厚段未结束，继续回到上述步骤s7。

在所述步骤s7-s8中，需对变厚段厚度进行控制，变厚段的厚度必须满足在变厚段长度l2以内进行，变厚段的厚度从头部厚度h1连续变厚到尾部厚度h3，采用在变厚段长度l2范围以内，通过实时变监控反馈agc的目标厚度的方式，由监控agc的反馈实现。变厚段监控agc的厚度目标为一个函数，该函数表征的是在变厚段不同位置处的厚度目标，称其为变厚段实时目标厚度h2。根据变厚段的控制长度和变厚的绝对量，可以计算每单位长度上的监控agc的目标厚度变化率。

变厚段监控agc的厚度变化率为：

(4)

h2＝h1+δ×s2

其中：δ-变厚段目标厚度变化率；

h2-变厚段实时目标厚度(m)；

s2-变厚段带钢实时长度(m)；

l1-头部长度(m)；

l2-变厚段长度(m)；

h3-尾部厚度(m)；

l3-尾部长度(m)；)

s9，当变厚段已结束，即，当实时反馈计算的带钢出f7机架的长度减去头部长度l1后的变厚段带钢实时长度s2等于所需求的变厚段长度l2时，变厚段长度控制及变厚控制完成，继续对尾部进行长度及厚度控制，尾部长度l3按需求决定，一般情况下尾部等厚段的长度都比较短，主要考虑用户焊接的需要以及生产过程带钢尾部缺陷切除后不影响变厚段的正常使用。

尾部的长度控制根据带钢头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪原理如下：

s3＝v0×t+v1×t+····+vn×t-l1-l2(5)

其中：s3-尾部带钢实时长度(m)；

v0-初始速度(m/s)；

v1-第1扫描周期的速度(m/s)；

vn-第n扫描周期的速度(m/s)；

t-扫描周期(s)，为常数，一般取0.02s；

l1-头部长度(m)；

l2-变厚段长度(m)；

当实时反馈计算的带钢出f7机架的长度减去头部长度l1及变厚段长度l2后的尾部带钢实时长度s3等于所需求的尾部长度l3时，尾部长度控制完成，尾部长度控制期间，尾部的等厚段控制与头部的等厚段控制相似，尾部等厚段的厚度控制也是利用监控agc的反馈实现(监控agc是一种常规的成熟控制技术)，监控agc实测带钢头部出f7机架的厚度h，当实测的厚度h小于所需求的尾部厚度h3时，f5-f7机架开始上抬辊缝；相反，当实测的厚度h大于所需求的尾部厚度h3时，f5-f7机架开始下压辊缝，直到尾部的实测厚度h等于所需求的尾部厚度h3时，实现对尾部等厚段的稳定控制。此时，完成全长带钢的变厚控制。

实施例：

h-板坯厚度(m)，w-板坯宽度(m)，l-板坯长度(m)，h1-头部厚度(m)，l1-头部长度(m)，l2-变厚段长度(m)，h3-尾部厚度(m)，l3-尾部长度(m)，w1-成品变厚带钢宽度(m)。

板坯尺寸：h＝230mm(0.230m)；l＝10m；w＝1300mm(1.300m)；

成品尺寸：h1＝4.05mm(0.00405m)；l1＝50m；l3＝60m；h3＝4.55mm(0.00455m)；w1＝1200mm(1.200m)；

(1)头部辊缝设

头部厚度的设定采用level2模型的设定，这样可以确保穿带时秒流量的平衡，提高穿带的稳定性。level2根据带钢头部的厚度要求h1＝4.05mm(0.00405m)进行头部各机架的初始辊缝和速度的设定计算，设定完成后level2将头部辊缝和速度下发level1执行。

(2)头部等厚段轧制控制

用户要求头部等厚度段的控制长度为l1＝50m，厚度h1＝4.05mm(0.00405m)；所以：

头部长度为：l1＝50m；

头部厚度设定值为：h1＝4.05mm(0.00405m)；

当带钢头部出f7机架以后，level1级计算机实时计算测量带钢头部出f7机架的长度，在头部l1＝50m以内，监控agc按照h1＝4.05mm(0.00405m)的目标进行反馈控制，当实测厚度大于4.05mm(0.00405m)时，f5-f7机架下压辊缝，相反，当实测厚度小于4.05mm(0.00405m)时，f5-f7机架抬辊缝，最终确保实测厚度命中头部厚度设定值。

(3)变厚段长度控制

根据板坯尺寸和成品厚度、宽度尺寸，利用体积不变原理，计算中部变厚段的长度，同时根据中部连续变厚段的控制长度和变厚的绝对量，计算每单位长度上的监控agc的目标厚度变化率。

变厚段的长度计算如下：

当带钢头部出f7机架以后，level1级计算机实时计算测量带钢头部出f7机架的长度，对于中部变厚段来说，中部段的实测长度减去头部l1＝50m的长度进行计算和控制。

(4)变厚段厚度控制

计算出中部变厚段的长度以后，可以根据变厚段的变厚量，计算出单位长度方向上的厚度目标。

中部段监控agc的厚度变化率为：

中部监控agc的目标厚度函数为：

h2＝h1+δ×s2＝4.05+1.066×s2(8)

其中s2——的范围为0-469米；

中部段实际长度计算如下(初始速度v0＝8m/s)：

s2＝v0×t+v1×t+····+vn×t-l1＝8t+v1t+····+vnt-50(9)

通过上述计算和控制，可以计算出变厚段每单位长度上监控agc的反馈目标值，实际控制过程中，根据对带钢头部厚度的跟踪，利用agc的反馈功能，使每单位长度的实际厚度达到目标厚度，同样，在变厚段0-469米范围以内，监控agc按照不同位置的不同厚度目标进行控制，当实测厚度大于该位置的目标厚度时，f5-f7机架下压辊缝，相反，当实测厚度小于该位置的目标厚度时，f5-f7机架抬辊缝，最终实现不同位置对应不同的厚度，实现连续变厚过程。

(5)尾部等厚度段的长度控制，

所需求的尾部等厚段的长度为60米，厚度为4.55mm(0.00455m)，具体如下：

尾部等厚度段的长度为：l3＝60m；

尾部等厚度的厚度：h3＝4.55mm(0.00455m)；

尾部等厚度段的长度控制根据带钢头部出f7机架后的长度跟踪反馈实现，f7机架咬钢以后带钢长度的跟踪原理如下：

s3＝v0×t+v1×t+····+vn×t-l1-l2(10)

＝8t+v1t+····+vnt-50-469

＝8t+v1t+····+vnt-519

其中：s3——尾部等厚段长度(m)；

v0——初始速度(m/s)；设定为8米/秒；

v1——第1扫描周期的速度(m/s)；

vn——第n扫描周期的速度(m/s)；

t——扫描周期(s)，为常数；

l1——头部等厚段长度(m)；

l2——中部变厚段长度(m)；

当实时反馈计算的带钢出f7机架的长度s3等于用户要求l3＝60米时，尾部等厚段的长度控制结束；

与头部等厚段相似，尾部等厚段的厚度控制也是利用监控agc的反馈实现(监控agc是一种常规的成熟控制技术)，监控agc实测带钢头部出f7机架的厚度h，当实测的厚度h小于用户要求的尾部厚度h3＝4.55mm(0.00455m)时，f5-f7机架开始上台辊缝；相反，当实测的厚度h大于用户要求的尾部厚度h3＝4.55mm(0.00455m)时，f5-f7机架开始下压辊缝，直到尾部的实测厚度h3等于用户要求的尾部厚度h3＝4.55mm(0.00455m)时，实现对尾部等厚度段的稳定控制。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。