一种基于ESP精轧机组变规格在线换辊的撤辊方法与流程

本发明涉及冶金连铸连轧领域，尤其涉及一种基于esp精轧机组变规格在线换辊的撤辊方法。

背景技术：

热轧薄带钢可用作成品或冷轧的原料，其需求在世界范围内持续增长，但是传统带钢热轧工艺环境污染严重、能源消耗巨大，不利于节能环保型社会建设。目前国内外的研究热点是开发薄板坯连铸连轧工艺，“以热代冷”生产薄规格板带产品，从而减小能源消耗和环境污染。热轧板带无头轧制技术(endlessstripproduction，esp)是目前国内外短流程热轧带钢领域的前沿技术，能够充分利用钢水热能，在高效、紧凑的生产线上生产出能够替代冷轧产品的优质薄规格热轧带钢，因而可比传统热轧生产线节能40％，可极大降低生产成本节能减排。但是由于esp生产线产品主要以薄规格板带材产品为主，轧制过程中精轧机组的轧辊磨损非常严重，换辊周期一般是常规轧制换辊周期的两倍，换辊频繁，否则无法生产出表面质量较高的薄规格板带。但为了保证整体生产线的连续性，采用了牺牲产品质量的方法来维护生产线的连续性。

公开号106269888的中国专利申请公开了一种实现esp精轧机组在线换辊的逆流换辊方法，是在五机架连轧下增加一台备用机架来实现在线换辊过程的方法，由于此方法增加了一台备用机架，因而提高了轧机设备的前期资本投入。

技术实现要素：

针对上述在线换辊设备存在的问题，本发明旨在提供一种基于esp精轧机组变规格在线换辊的撤辊方法，即将原精轧机组常态的五机架连轧转变为非常态的四机架连轧，通过产品的变规格，实现四机架代替五机架连轧，在保证轧机稳定轧制的前提下完成轧辊在线撤出的过程。

本发明目的通过下述技术方案实现：一种基于esp精轧机组变规格在线换辊的撤辊方法，通过轧制产品的规格变换，用四机架精轧机组代替五机架精轧机组。由于需要由五机架连轧转变为四机架连轧，因此每机架所承担的压下量将会增大，导致轧机载荷增加，为了既实现在线撤辊，又不致使轧机负荷过大，通过增加轧制产品的厚度，减少四机架轧制时的总压下量，使四机架在保证稳定轧制的情况下，实现变规格在线撤辊。所述方法根据轧制工艺及轧机参数，对换辊机架fi(5≥i≥1)的上游各机架进行调节，当变厚点到达换辊机架时，换辊机架抬升并调节，当换辊机架fi撤出轧制后，对换辊机架下游各机架调节，使精轧机组常态的五机架连轧转变为变规格后的非常态四机架连轧，实现换辊机架在线不停机撤出轧制过程，具体包括以下步骤：

(1)收集并输入工艺、板带、轧机参数；

(2)换辊机架fi撤出轧制前调节阶段：

2a)判断机架f1是否为换辊机架，当机架f1为换辊机架时直接执行步骤(3)，当机架f1不为换辊机架时则执行步骤2b)；

2b)机架f1轧辊压下并调速阶段：

2b1)机架f1轧辊压下并调速：

机架f1轧辊压下过程中，通过辊缝控制模型、张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调节，使机架f1调节辊缝改变出口轧件厚度，同时保证改变辊缝时机架f1单位后张力保持不变，使其压下时对上游生产无影响，同时通过距离模型跟踪变厚度区离开机架f1的距离，将变厚度区控制在两个机架内，设变厚度区从产生到达到机架f2的入口所需的时间为tmax，

其中l为机架间距离，vf,1为机架f1轧辊线速度，则整个压下调节辊缝过程的时间t应小于tmax；

2b2)机架f1下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架f2下游机架辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定；

2b3)计算变厚区离开机架f1距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架f1的距离l1，当满足l1-l≥0时，机架f2开始调节，执行步骤2c)；

2c)判断机架f2是否为换辊机架，当机架f2为换辊机架时直接执行步骤(3)，当机架f2不为换辊机架时，则继续执行步骤2d)；

2d)机架f2轧辊压下并调速阶段：

2d1)机架f2轧辊压下并调速：

机架f2轧辊压下过程中，通过辊缝控制模型、张力控制模型和辊速控制模型一来调节，使机架f2调节辊缝改变出口轧件厚度，同时保证改变辊缝时机架f2单位后张力保持不变，使其压下时对上游生产无影响，同时通过距离模型跟踪变厚度区离开机架f2的距离，将变厚度区控制在两个机架内，设变厚度区从产生到达到机架f3的入口所需的时间为tmax，

其中l为机架间距离，vf,2为机架f2轧辊线速度，则整个压下调节辊缝过程的时间t应小于tmax；

2d2)机架f2下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架f2下游机架辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定；

2d3)计算变厚区离开机架f2距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架f2的距离l2，当满足l2-l≥0时，机架f3开始调节，执行下一步骤；

2e)依次调节换辊机架fi下游各机架阶段：

变厚度点每移动到下游机架时参照所述步骤1a2)和1c)判断当前机架是否为换辊机架fi，之后参照所述步骤1b)和1d)对当前机架的辊速及辊缝值进行相应的调整，并对相应机架下游各机架进行辊速调整，以保证下游各机架间张力值稳定，不断重复上述过程，直到变厚度点到达换辊机架fi前时，即当满足li-1-l≥0时，结束当前步骤，执行步骤(3)；

(3)换辊机架fi撤出轧制及后续机架调节阶段：

3a)换辊机架fi撤出阶段：

3a1)判断换辊机架fi是否为末机架，若为末机架则执行完步骤2a2)便结束整个换辊机架撤出轧制的过程，若不为末机架则顺序执行接下来的步骤；

3a2)换辊机架fi轧辊抬升及辊速调节：

换辊机架fi轧辊抬升过程中，通过张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调速，使换辊机架fi改变辊缝时其后张力保持不变，抬升时对上游机架轧制无影响，通过辊缝控制模型首先保证入口为变厚区时其出口厚度保持不变；当变厚区完全通过换辊机架fi后，则不必控制出口厚度进行快速的轧辊抬升，直至轧制力为零，此时换辊机架fi便撤出轧制过程；

3a3)机架fi+1轧辊辊缝及辊速调节：

通过辊缝控制模型和张力变换及轧辊速度控制模型进行计算和调整，使换辊机架fi通过辊缝控制模型首先保证入口为变厚区时其出口厚度保持不变时将机架fi+1后张力值变为换辊机架fi的后张力值，同时改变机架fi+1出口厚度保持不变；

3a4)机架fi+1下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架fi+1下游各机架进行辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定；

3a5)计算变厚区离开换辊机架fi距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架fi的距离li，当满足li-l≥0时，机架fi+1开始调节，执行下一步骤；

3b)机架fi+1调节阶段：

3b1)判断机架fi+1是否为末机架，若为末机架则执行完步骤2b2)便结束整个换辊机架撤出轧制的过程，若不为末机架则顺序执行接下来的步骤3b2)；

3b2)机架fi+1轧辊抬升并调速阶段：

机架fi+1轧辊抬升过程中，通过张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调速，使机架fi+1改变辊缝时其后张力保持不变，抬升时对上游机架轧制无影响。通过辊缝控制模型，在入口变厚度区刚通过后，将产品出口厚度调整为新的设定厚度值；

3b3)机架fi+1下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架fi+1下游各机架进行辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定；

3b4)计算变厚区离开换辊机架fi+1距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架fi+1的距离li+1，当满足li+1-l≥0时，机架fi+2开始调节，执行下一步骤；

3c)机架fi+1下游各机架调节阶段：

变厚度点每移动到下游机架时参照所述步骤2b)进行调整，进而对机架f5上游的相应机架的辊速及辊缝值进行相应的调整，以及对相应机架下游各机架进行辊速调整，以保证下游各机架间张力值稳定，直到变厚度点到达机架f5前时；

3d)机架f5调节阶段：

3d1)机架f5轧辊抬升并调速阶段：

第5机架f5轧辊抬升过程中，通过张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调速，使第5机架f5改变辊缝时其后张力保持不变，抬升时对上游机架轧制无影响，通过辊缝控制模型，在入口变厚度区刚通过后，将产品最终轧件厚度调整为新的设定厚度规格；

3d2)换辊机架撤出轧制的过程结束，变规格完成后精轧机组进入四机架连轧状态。

本发明步骤(1)中，所述的工艺、板带、轧机参数包括：工作辊直径d，轧机刚度km，机架间距离l，五架f1～f5，入口厚度h1～h5，出口厚度h1～h5，单位前张力σf,1～σf,5，单位后张力σb,1～σb,5，钢板宽度b，首机架入口速度vb,1。

本发明步骤2b3)、2d3)、3a5)、3b4)中，所述的距离模型如下：

li＝∑vr,i(1+sf,i)δt

其中vr,i为机架fi轧辊转速，sf,i为机架fi轧件的前滑系数，δt为时间步长。

本发明步骤2b1)、2d1)、3a2)、3b2)、3d1)中，所述的张力控制模型如下：

其中n为下脚标表示当前时刻正处于调节状态轧机的机架号即表示机架fn为轧辊正在压下或抬升的机架，σb,n为机架fn的单位后张力，hn为机架fn的入口厚度，为τ时刻fn机架单位后张力，为τ时刻机架fn的入口厚度；

本发明步骤2b1)、2d1)、3a2)、3b2)、3d1)中，所述的轧辊速度控制模型一如下：

vb,n＝vr,n(1-sb,n-δsb,n)

其中vb,n为机架fn轧件入口速度，sb,n为机架fn轧件的后滑系数，vr,n为机架fn轧辊转速，δvr,n为机架fn轧辊转速改变量，δsb,n为机架fn轧件的前滑系数改变量。

本发明步骤2b1)、2d1)、3a2)、3a3)、3b2)、3d1)中，所述的辊缝控制模型如下：

其中δsn为fn机架辊缝改变量，hn为fn机架轧件出口厚度，δpn为fn机架轧制力变化量，kn为轧机刚度。

本发明步骤2a3)中，所述的张力变换及轧辊速度控制模型如下：

其中vf,n为机架fn轧件出口速度，vb,n+1为机架fn+1轧件入口速度，l为机架间距离，e为轧件的弹性模量，δt为时间步长，σf,target为机架fn+1后张力的目标值，σf,now为机架fn+1后张力的当前值，δvr,n为机架fn轧辊转速改变量，sf,n为机架fn轧件的前滑系数，sb,n+1为机架fn+1轧件的后滑系数，δsf,n为机架fn轧件的前滑系数改变量。

本发明步骤2b2)、2d2)、3a4)、3b3)中，所述的轧辊速度控制模型二如下：

……

其中δvr,n+1为机架fn+1轧辊转速改变量，vr,n+1为机架fn+1轧辊转速，sb,n+1为机架fn+1轧件的后滑系数，δvr,n为机架fn轧辊转速改变量，δsf,n为机架fn轧件的前滑系数改变量，vr,n为机架fn轧辊转速，sf,n为机架fn轧件的前滑系数，δvr,n+2为机架fn+2轧辊转速改变量，sb,n+2为机架fn+2轧件的后滑系数，δvr,5为机架f5轧辊转速改变量，sb,5为机架f5轧件的后滑系数，δvr,4为机架f4轧辊转速改变量，sf,4为机架f1轧件的前滑系数。

与现有技术相比，本发明在大量理论研究的基础上，结合一种五机架布置的esp无头轧制精轧机组，充分考虑各机架间张力和轧件的厚度控制，提出一种基于esp精轧机组变规格在线换辊的撤辊方法，通过建立动态撤辊时的数学模型，调节撤辊过程中各个阶段的轧辊转速和辊缝，在保证稳定轧制的前提下，通过产品的变规格，实现四机架代替五机架连轧，在保证轧机稳定轧制的前提下完成轧辊在线撤出的过程，保证了esp生产线的连续性，减少了因停机造成的能源损失，同时相比于增加备用机架的方法，本发明可以减少轧机设备的前期资本投入。本发明也适用于已投产的esp生产线，具有较高的应用价值。

附图说明

图1为本发明总体流程图。

图2为换辊机架撤出轧制前调节阶段的流程图。

图3为换辊机架撤出轧制时调节及撤出后调节阶段的流程图。

图4为由五机架连轧变为四机架连轧的示意图。

具体实施方法

下面结合附图和实施例对本发明做详细说明。

以换辊机架f2为例来进行阐述，规格变化及规程表见表1。

表1规格变化及规程表

如表1所示，当机架f2的轧辊需要在线撤出轧制时，轧机的规格由0.9mm变为1mm，使机组的总压下率降低，而轧制规程由规程一切换为规程二。规程二的压下率较每道次较规程一都仅有小幅度的增加，从而合理地实现了精轧机组常态的五机架连轧转变为非常态的四机架连轧，实现了换辊机架f2在线不停机撤出轧制的过程。

参照图1～3，本发明实施例的一种基于esp精轧机组变规格在线换辊的撤辊方法具体的包括以下步骤：

(1)收集并输入工艺、板带、轧机参数

(2)换辊机架f2撤出轧制前调节阶段：

2a)首先可以判断机架f1不是换辊机架，则执行下一步骤即2b)；

2b)机架f1轧辊压下并调速阶段：

2b1)机架f1轧辊压下并调速：

机架f1轧辊压下过程中，通过辊缝控制模型、张力控制模型和辊速控制模型一来调节，使机架f1调节辊缝改变出口轧件厚度，同时保证改变辊缝时机架f1单位后张力保持不变，使其压下时对上游生产无影响。

辊缝控制模型为：

张力控制模型为：

轧辊速度控制模型一为：vb,1＝vr,1(1-sb,1-δsb,1)

同时通过距离模型跟踪变厚度区离开机架f1的距离，将变厚度区控制在两个机架内，设变厚度区从产生到达到机架f2的入口所需的时间为tmax，

其中l为机架间距离，vf,1为机架f1轧辊线速度，则整个压下调节辊缝过程的时间t应小于tmax；

2b2)机架f1下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架f2下游机架辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定。

轧辊速度控制模型二如下：

……

2b3)计算变厚区离开机架f1距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架f1的距离l1，

距离模型如下：

l1＝∑vr,1(1+sf,1)δt

当满足l1-l≥0时，机架f2开始调节，执行下一步骤2c)。

2c)可以判断机架f2为换辊机架，因此下一步直接执行步骤(3)。

(3)换辊机架f2撤出轧制及后续机架调节阶段：

3a)换辊机架f2撤出阶段：

3a1)首先可以判断换辊机架f2并不是末机架，因此顺序执行接下来的步骤；

3a2)换辊机架f2轧辊抬升及辊速调节：

换辊机架f2轧辊抬升过程中，通过张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调速，使换辊机架f2改变辊缝时其后张力保持不变，抬升时对上游机架轧制无影响。通过辊缝控制模型首先保证入口为变厚区时其出口厚度保持不变，

辊缝控制模型为：

张力控制模型为：

轧辊速度控制模型一为：vb,2＝vr,2(1-sb,2-δsb,2)

当变厚区完全通过换辊机架f2后，则不必控制出口厚度进行快速的轧辊抬升，直至轧制力为零，此时换辊机架f2便撤出轧制过程；

3a3)机架f3轧辊辊缝及辊速调节：

通过辊缝控制模型和张力变换及轧辊速度控制模型进行计算和调整，使换辊机架f2通过辊缝控制模型首先保证入口为变厚区时其出口厚度保持不变时将机架f3后张力值变为换辊机架f2的后张力值，同时改变机架f3出口厚度保持不变，

辊缝控制模型如下：

张力变换及轧辊速度控制模型如下：

3a4)机架f3下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架f3下游各机架进行辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定，

轧辊速度控制模型二如下：

3a5)计算变厚区离开换辊机架f2距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架f2的距离l2，当满足l2-l≥0时，机架f3开始调节，执行下一步骤3b)，

距离模型如下：

l2＝∑vr,2(1+sf,2)δt

3b)机架f3调节阶段：

3b1)首先判断机架f3不为末机架，因此则顺序执行接下来的步骤；

3b2)机架f3轧辊抬升并调速阶段：

机架f3轧辊抬升过程中，通过张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调速，使机架f3改变辊缝时其后张力保持不变，抬升时对上游机架轧制无影响。通过辊缝控制模型，在入口变厚度区刚通过后，将产品出口厚度调整为新的设定厚度值，

张力控制模型为：

辊速控制模型一为：vb,3＝vr,3(1-sb,3-δsb,3)

3b3)机架f3下游机架辊速调节：

通过轧辊速度控制模型二对机架f4及其下游各机架进行辊速调节，以保证下游各机架间张力值的稳定，

轧辊速度控制模型二：

3b4)计算变厚区离开换辊机架f3距离：

通过距离模型进行不断累积计算变厚区离开机架f3的距离l3，当满足l3-l≥0时，机架f4开始调节，执行下一步骤，

距离模型：

l3＝∑vr,3(1+sf,3)δt

3c)机架f3下游的各机架阶段：

变厚度点每移动到下游机架时参照所述步骤2b)进行调整，进而对机架f5上游的相应机架的辊速及辊缝值进行相应的调整，以及对相应机架下游各机架进行辊速调整保证下游各机架间张力值稳定，直到变厚度点到达机架f5前时；

3d)机架f5调节阶段：

3d1)机架f5轧辊抬升并调速阶段：

第5机架f5轧辊抬升过程中，通过张力控制模型和轧辊速度控制模型一来调速，使第5机架f5改变辊缝时其后张力保持不变，抬升时对上游机架轧制无影响。通过辊缝控制模型，在入口变厚度区刚通过后，将产品最终成品厚度调整为新的设定厚度规格；

辊缝控制模型：

轧辊速度控制模型一：vb,5＝vr,5(1-sb,5-δsb,5)

3d2)换辊机架撤出轧制的过程结束，变规格完成后精轧机组进入四机架连轧状态，如图4所示。