一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法与流程

本发明涉及冷连轧带钢板形控制技术领域，尤其涉及一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法。

背景技术：

冷轧带钢广泛的应用于国民经济的各个领域，随着冷轧带钢质量的提高，用户对板形质量的要求也逐渐提高。良好的板形质量对提高下游工序的产品质量和成材率起到至关重要的作用。

板形与厚度、宽度一样，是衡量带钢几何尺寸精度的重要指标，直观上是带钢的翘曲程度，其实质是轧后带钢内部残余应力沿板宽方向上的分布。常见的板形缺陷主要分为边浪、中浪、四分之一浪及混合浪等。

申请号为201310053593.3的专利提出了一种针对薄宽带钢高次边浪的控制装置及其控制方法。该方法通过增加带钢局部冷却装置，使带钢局部变形困难，来控制高次浪形和四分之一浪。

申请号为201721390627.8的专利提出了一种改善带钢板形的装置。该装置通过增加喷嘴，对工作辊表面进行冷却，达到控制高次浪形和四分之一浪的目的。

上述两种专利方法的精细冷却很难消除带钢在前部机架已经产生的板形缺陷，板形的调控主要通过轧辊倾斜、弯辊和轧辊横移来实现，在控制四分之一浪板形缺陷时收到的效果甚微。

汽车用高强钢的变形抗力一般在600mpa～1200mpa。在轧制过程中轧制力较大。较大的轧制力增大了辊系的弹性变形，也增大了板形控制的难度。目前冷轧机组的四分之一浪板形控制主要依靠末机架的反馈控制，即通过末机架出口的板形测量辊得到出口四分之一浪板形板形值，再反馈给末机架的执行机构来消除四分之一浪板形板形偏差。由于中间机架没有配置板形测量辊，只能根据来料板形，假设出各机架入口板形来确定板形执行机构的设定值。当冷轧来料的强度较高时，假设值与实际值偏差较大，无法实现准确地控制板形，导致末机架入口处板形较差，即使末机架板形执行机构达到极限值，也无法消除由前部机架引起的四分之一浪板形缺陷。

传统的冷连轧四分之一浪板形控制方法，根据热轧来料板形，对1～4机架的板形进行假设，当轧机生产强度级别高的带钢时，这些假设值与各机架实际值偏差较大。这样一来，就降低了中间机架的四分之一浪板形缺陷调控能力，增加了末机架消除板形缺陷的压力。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法，确定中间机架间四分之一浪板形值，调节中间机架中间辊横移的设定值，缓解末机架板形调控的压力，从而提高汽车用高强钢的四分之一浪缺陷的控制精度。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法，包括以下步骤：

步骤1、判断末机架中间辊横移的实际值是否达到或超过极限值的90％，且四分之一浪板形偏差是否超出成品板形质量要求范围，若是，则执行步骤2，否则执行步骤5；

步骤2、将末机架设定为第i机架，根据第i机架实测的出口四分之一浪板形值与板形执行机构的实测值，基于影响函数法，计算第i机架出口四分之一浪板形值；

步骤2.1、假设第i-1机架的出口四分之一浪板形值为flatnessi-1；

步骤2.2、由影响函数法，根据第i机架中间辊横移的实测值，计算第i机架出口四分之一浪板形值flatnessi，具体方法为：

步骤2.2.1、根据第i-1机架的出口四分之一浪板形值flatnessi-4计算第i-1机架的出口断面分布profilei-1，如下公式所示

其中，profilei-1为第i-1机架的出口断面分布，hj为第i-1机架入口第j点厚度，hc为第i-1机架入口的中心厚度，为第i-1机架入口的平均厚度，为第i-1机架出口的平均厚度；

步骤2.2.2、利用布兰德-福特-希尔方程计算第i机架的轧制力分布p；

步骤2.2.3、通过实测第i机架的弯辊力与轧制力分布，计算第i机架的辊间压力分布，如下两个公式所示：

qwi＝p+fw/lw_cy×δx(2)

qib＝qwi+fi/li_cy×δx(3)

其中，qwi为第i机架工作辊与中间辊的辊间压力，qib为第i机架中间辊与支撑辊的辊间压力，fw为第i机架工作辊的弯辊力，fi为第i机架中间辊的弯辊力，lw_cy为第i机架工作辊的液压缸中心距，li_cy为第i机架中间辊的液压缸中心距，△x为第i机架轧辊的单位宽度；

步骤2.2.4、利用影响函数法，计算第i机架轧辊弹性变形，从而确定第i机架轧后断面的分布，具体如下公式所示：

yw＝gw(qwi-p)-gfwfw(4)

yi＝gi(qib-qwi)-gfifi(5)

yb＝gbqib(6)

ywi＝ywi0+yi-yw-mi-mw(7)

yib＝yib0+yb-yi-mb-mi(8)

yws＝gwsp(9)

profilei＝h0+(yws-yws0)+(mw-yw)(10)

其中，p为第i机架轧制力；yw、yi、yb分别为第i机架工作辊、中间辊、支撑辊的弹性弯曲；gw、gi、gb分别为第i机架工作辊、中间辊、支撑辊的弹性弯曲影响函数，gfw、gfi分别为第i机架工作辊弯辊力、中间辊弯辊力的影响函数；ywi、yib分别为第i机架工作辊与中间辊、中间辊与支撑辊的协调变形；ywi0、yib0分别为第i机架工作辊与中间辊、中间辊与支撑辊辊的面中心压扁量；mw、mi、mb分别为第i机架工作辊、中间辊、支撑辊的凸度向量；yws为第i机架轧制力引起的工作辊压扁；yws0为第i机架板中心处轧制力引起的工作辊压扁量；gws为第i机架压扁影响函数；profilei为第i机架轧后断面分布；h0为第i机架轧后带钢中心厚度的一半；

步骤2.2.5、利用计算出的第i机架轧后断面分布profilei，计算第i机架轧后带钢四分之一浪板形值flatnessi，如下公式所示：

其中，es为带钢弹性模量，νs为带钢泊松比；

步骤3、将第i机架出口四分之一浪板形计算值flatnessi与第i机架出口四分之一浪板形实测值flatnessi^*对比，如果误差超过设定值ε，则采用指数平滑法修正第i-1机架假设的出口四分之一浪板形值，重新执行步骤2.2，重新计算flatnessi，直至第i机架出口四分之一浪板形值flatnessi满足收敛精度要求为止，输出此时第i-1机架的出口四分之一浪板形值；

所述采用指数平滑法迭代修正第i-1机架假设的出口四分之一浪板形值，如下公式所示：

其中，为第i-1机架第n次的迭代值；为第i-1机架第n-1次的迭代值；λ为平滑常数；为第i-1机架第n次的计算值；

步骤4、将步骤3计算出的第i-1机架出口四分之一浪板形值与第i-1机架出口目标板形比较，计算第i-1机架中间辊横移修正后的修正量，减小第i-1机架的四分之一浪板形偏差，提高i-1机架的板形质量，具体方法为：

计算第i-1机架中间辊横移修正量时，定义以下目标函数：

其中，δεk为第i-1机架第k板形测量段上的板形误差；k为第i-1机架板形测量段，k＝1、…、n，n为板形测量划分单元数；gs为第i-1机架中间辊横移板形调控系数；ms为第i-1机架中间辊横移的修正量；

对式(13)求偏导，使目标函数f(m)取最小值，消除板形误差，如下公式所示：

进而求出当目标函数f(m)取最小值时，第i-1机架板形倾斜调节机构的修正量ms；

步骤5、如果第i-1机架中间辊横移修正后的修正值超过极限值的90％，且四分之一浪板形偏差依然未达到成品板形质量的要求，则重新执行步骤2-4，计算第i-2机架中间辊横移修正后的修正值，直至第i机架出口板形四分之一浪偏差达到成品板形质量的要求；

步骤6、结束。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法，根据末机架板形辊的实测四分之一浪板形值与各机架中间辊横移的实际值，通过计算精度高且速度快的影响函数法计算出前部机架入口四分之一浪板形，相比假设值精度更高，提高了前部机架四分之一浪板形控制精度，减小了末机架调控压力，提升了产品板形质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的smartcrown中间辊辊型的示意图；

图2为本发明实施例提供的一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的第i机架出口四分之一浪板形flatnessi的计算流程图；

图4为本发明实施例提供的第i-1机架出口四分之一浪板形flatnessi-1迭代修正流程图；

图5为本发明第一实施例提供的未采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制前成品板带的板形情况示意图；

图6为本发明第一实施例提供的采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法后成品板带的板形情况示意图；

图7为本发明第二实施例提供的未采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制前成品板带的板形情况示意图；

图8为本发明第二实施例提供的采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法后成品板带的板形情况示意图；

图9为本发明第三实施例提供的未采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制前成品板带的板形情况示意图；

图10为本发明第三实施例提供的采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法后成品板带的板形情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例以某1740mm六辊五机架冷连轧机组为例，使用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的单边浪板形控制方法对该轧机的单边浪板形进行控制。

本实施例中，该轧机的基本参数为：工作辊直径：430～480mm；中间辊直径：510～580mm；支撑辊直径：1315～1465mm；轧辊倾斜：-1mm～+1mm；工作辊弯辊力：-2400kn～2400kn；中间辊弯辊力：-2700kn～2700kn；中间辊横移：-125mm～+125mm。中间辊使用smartcrown辊型，如图1所示。

一种五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法，如图2所示，包括以下步骤：

步骤1、判断末机架中间辊横移的实际值是否达到或超过极限值的90％，且四分之一浪板形偏差是否超出成品板形质量要求范围，若是，则执行步骤2，否则执行步骤5；

步骤2、将末机架设定为第i机架，根据第i机架实测的出口四分之一浪板形值与板形执行机构的实测值，基于影响函数法，计算第i机架出口四分之一浪板形值；

步骤2.1、假设第i-1机架的出口四分之一浪板形值为flatnessi-1；

步骤2.2、由影响函数法，根据第i机架中间辊横移的实测值，计算第i机架出口四分之一浪板形值flatnessi，具体方法为：

步骤2.2.1、根据第i-1机架的出口四分之一浪板形值flatnessi-1计算第i-1机架的出口断面分布profilei-1，如下公式所示

其中，profilei-1为第i-1机架的出口断面分布，hj为第i-1机架入口第j点厚度，hc为第i-1机架入口的中心厚度，为第i-1机架入口的平均厚度，为第i-1机架出口的平均厚度；

步骤2.2.2、利用布兰德-福特-希尔方程计算第i机架的轧制力分布p；

步骤2.2.3、通过实测第i机架的弯辊力与轧制力分布，计算第i机架的辊间压力分布，如下两个公式所示：

qwi＝p+fw/lw_cy×δx(2)

qib＝qwi+fi/li_cy×δx(3)

其中，qwi为第i机架工作辊与中间辊的辊间压力，qib为第i机架中间辊与支撑辊的辊间压力，fw为第i机架工作辊的弯辊力，fi为第i机架中间辊的弯辊力，lw_cy为第i机架工作辊的液压缸中心距，li_cy为第i机架中间辊的液压缸中心距，△x为第i机架轧辊的单位宽度；

步骤2.2.4、利用影响函数法，计算第i机架轧辊弹性变形，从而确定第i机架轧后断面的分布，具体如下公式所示：

yw＝gw(qwi-p)-gfwfw(4)

yi＝gi(qib-qwi)-gfifi(5)

yb＝gbqib(6)

ywi＝ywi0+yi-yw-mi-mw(7)

yib＝yib0+yb-yi-mb-mi(8)

yws＝gwsp(9)

profilei＝h0+(yws-yws0)+(mw-yw)(10)

其中，p为第i机架轧制力；yw、yi、yb分别为第i机架工作辊、中间辊、支撑辊的弹性弯曲；gw、gi、gb分别为第i机架工作辊、中间辊、支撑辊的弹性弯曲影响函数，gfw、gfi分别为第i机架工作辊弯辊力、中间辊弯辊力的影响函数；ywi、yib分别为第i机架工作辊与中间辊、中间辊与支撑辊的协调变形；ywi0、yib0分别为第i机架工作辊与中间辊、中间辊与支撑辊辊的面中心压扁量；mw、mi、mb分别为第i机架工作辊、中间辊、支撑辊的凸度向量；yws为第i机架轧制力引起的工作辊压扁；yws0为第i机架板中心处轧制力引起的工作辊压扁量；gws为第i机架压扁影响函数；profilei为第i机架轧后断面分布；h0为第i机架轧后带钢中心厚度的一半；

步骤2.2.5、利用计算出的第i机架轧后断面分布profilei，计算第i机架轧后带钢四分之一浪板形值flatnessi，如下公式所示：

其中，es为带钢弹性模量，vs为带钢泊松比；

步骤3、将第i机架出口四分之一浪板形计算值flatnessi与第i机架出口四分之一浪板形实测值flatnessi^*对比，如果误差超过设定值ε，则采用指数平滑法修正第i-1机架假设的出口四分之一浪板形值，重新执行步骤2.2，重新计算flatnessi，直至第i机架出口四分之一浪板形值flatnessi满足收敛精度要求为止，输出此时第i-1机架的出口四分之一浪板形值；

所述采用指数平滑法迭代修正第i-1机架假设的出口四分之一浪板形值，如下公式所示：

其中，为第i-1机架第n次的迭代值；为第i-1机架第n-1次的迭代值；λ为平滑常数；为第i-1机架第n次的计算值；

步骤4、将步骤3计算出的第i-1机架出口四分之一浪板形值与第i-1机架出口目标板形比较，计算第i-1机架中间辊横移修正后的修正量，减小第i-1机架的四分之一浪板形偏差，提高i-1机架的板形质量，具体方法为：

计算第i-1机架中间辊横移修正量时，定义以下目标函数：

其中，δεk为第i-1机架第k板形测量段上的板形误差；k为第i-1机架板形测量段，k＝1、…、n，n为板形测量划分单元数；gs为第i-1机架中间辊横移板形调控系数；ms为第i-1机架中间辊横移的修正量；

对式(13)求偏导，使目标函数f(m)取最小值，消除板形误差，如下公式所示：

进而求出当目标函数f(m)取最小值时，第i-1机架板形倾斜调节机构的修正量ms；

步骤5、如果第i-1机架中间辊横移修正后的修正值超过极限值的90％，且四分之一浪板形偏差依然未达到成品板形质量的要求，则重新执行步骤2-4，计算第i-2机架中间辊横移修正后的修正值，直至第i机架出口板形四分之一浪偏差达到成品板形质量的要求；

步骤6、结束。

实施例一：

准备厚度为2.75mm，宽度为1250mm的qp980汽车用双相钢板带，经过五道次冷连轧后，轧制成厚度为0.7mm的板带，采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法进行控制前后，各机架中间辊横移的参数如表1所示：

表1本发明方法投用前后各机架中间辊横移参数

由表1可以看出，本发明方法投用前，第五机架的中间辊横移已接近极限值，而前部几个机架的中间辊横移的还有余量。图5为本发明方法投用前成品板带的板形情况，从图中可以看出，板形质量较差，在板带操作侧呈现出明显的四分之一浪缺陷。本发明方法投用后，如图6所示，各机架中间辊横移的实际值趋于均衡，成品板形质量明显好转。

实施例二：

准备厚度为4.0mm，宽度为1150mm的dp980汽车用双相钢板带，经过五道次冷连轧后，轧制成厚度为1.8mm的板带，采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法进行控制前后，各机架中间辊横移的参数如表2所示：

表2本发明方法投用前后各机架中间辊横移参数

由表2可以看出，本发明方法投用前，第五机架的中间辊横移已接近极限值，而前部几个机架中间辊横移还有余量。图7为本发明方法投用前成品板带的板形情况，从图中可以看出板形质量较差，在板带操作侧呈现出明显的四分之一浪缺陷。本发明方法投用后，如图8所示，各机架中间辊横移实际值趋于均衡，成品板形质量明显好转。

实施例三：

准备厚度为3.0mm，宽度为1200mm的dp780汽车用双相钢板带，经过五道次冷连轧后，轧制成厚度为0.8mm的板带，采用本发明的五机架冷连轧高强钢板带的四分之一浪板形控制方法进行控制前后，各机架中间辊横移的参数如表3所示：

表3本发明方法投用前后各机架中间辊横移参数

由表3可以看出，本发明方法投用前，第五机架的中间辊横移已接近极限值，而前部几个机架的中间辊横移还有余量。图9为本发明方法投用前成品板带的板形情况，从图中可以看出板形质量较差，在板带传动侧呈现出明显的四分之一浪缺陷。本发明方法投用后，如图10所示，各机架中间辊横移实际值趋于均衡，成品板形质量明显好转。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。