一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法与流程

本发明属于冷连轧，具体涉及一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控 补偿方法。

背景技术：

1、随着我国汽车、家电、航天等工业的快速发展，对板带产品的需求不断增大，随着国内外对板带产品的竞争日益激烈，对板带产品的质量要求也越来越高。带钢在轧制过 程中，厚度是衡量带钢尺寸质量最主要的指标之一，它直接关系到带钢产品的质量和经 济效益。随着航空领域特定板带类零部件、精密仪器、食品罐头等行业的快速发展，客 户对冷轧带钢的厚度精度有了更高的要求。厚度自动控制是板带材生产过程中的一种非 常重要的厚度控制方式，目前厚度自动控制主要控制方式有：前馈控制、反馈控制以及 金属秒流量式控制。带材轧制过程是一种厚度控制－张力控制、张力控制－速度控制、 速度控制－厚度控制等相互耦合的过程，因此，厚度控制精度的高低不仅与厚度控制算 法有关，还会受到张力以及速度控制的影响。

2、当轧件头部依次被各架咬入之前，头部是在没有前张力的情况下轧制的，同时，当轧件尾部依次被各架抛出之后，尾部是在没有后张力的情况下轧制的。在这两种情况下，均有张力消失的现象存在，从而造成带钢头尾厚差。同时当来料厚度、来料性能、轧制 速度以及张力等影响轧机出口厚度的因素产生波动时也会造成轧机出口厚度产生波动从 而在带材纵向上产生厚度偏差。

3、目前，根据文献检索的内容可知，目前国内外研究较多的有这几个方向，部分研究者根据轧制过程中所测量的带钢出口厚度差数据进行分析，并计算得到带钢加减速过程的厚度补偿值，或者根据当前机架入口处的厚度数据及对应目标厚度之间的偏差调节当前机架的辊缝，这种方法仅仅对头尾厚度这一个因素的相关数据进行分析计算而实现厚度控制，而现场影响头尾厚度波动的因素众多，且错综复杂，故该方法具有一定的局限 性，也有研究者通过获取各机架间的实际张力数据，并根据实际张力数据与预设的目标 张力之间的张力偏差调节对应机架的辊缝，或者部分研究者通过设置不同机架上的测速 仪，实时获取相应机架的带钢速度，并通过反馈控制方式实时控制冷连轧机的各个机架 的压下量和/或速度，进而实现该过程的厚度控制。这些方法同前述一样，仅考虑单一因 素而实现厚控，具有一定的局限性。也有研究者通过实测带钢厚度、张力、轧制力等参 数对变形抗力进行回归计算，进而计算变形抗力模型参数供现场模型技术人员进行参数 设定，实现厚度控制，这个方法仅考虑了轧制过程的几个因素实现厚控，而现场除了轧 制过程的一些因素影响头尾厚度差外，来料因素或者其他一些重要的工艺因素影响带钢 头尾厚度差有很大的影响，即没有同时考虑来料因素、轧制因素以及其它工艺因素影响 超高强钢冷连轧加减速过程的头尾厚度差的。

4、申请号为：cn200910175208.6的发明申请，公开了“一种用于轧制模形铜板的厚度控制方法”，所述方法轧制过程为前若干道次按照常规矩形铜板轧制技术轧制，末道次由tdc控制器控制轧机液压缸油柱高度变化，连续改变辑缝距离，实现铜板纵向厚度的连 续变化，其中输入到tdc控制器的油柱高度模型hoil为时间t的函数，t单位：ms，油 柱高度模型由油柱高度直线模型hoil 1和油柱高度弹跳补偿o s t两部分叠加而成。

5、申请号为：cn202110928103.4的发明申请，公开了“一种提高高合金钢板厚度命中率的方法”，包括：措施一、优化轧制过程中咬钢的辊缝补偿和弹跳补偿，减少钢板头尾 厚度同板差；措施二、采用目标厚度补偿，减少热处理厚度损失。

6、申请号为：cn202010366335.0的发明申请，公开了“一种五机架冷连轧机动态变规格阶段的张力控制方法”，包括以下步骤：在焊缝接近轧机时所有机架提前减速，在焊缝 完全通过轧机后所有机架延时加速，并在加减速阶段适当调节各机架的张力设定值；根 据前后两条带钢的规格变化情况确定在楔形区通过时需调整张力设定值的机架，并在楔 形区通过各机架时调节张力设定值；对张力设定值进行平滑、限幅处理得到最终的张力 设定值，使用带阻滤波器过滤掉张力计测量值中的工作辊转动频率信号得到最终的张力 实际值，依据最终的张力设定值和张力实际值，采用pi控制器计算各机架的辊缝调节量。

7、于2021年2月20日发表于“钢铁期刊”的“冷连轧升降速过程板形变化及其张力 补偿技术”文献，其是一种根据轧制力的评估完成对张力速度补偿模型的寻优计算的方 案，且基于设定值完成所有计算；其本质是建立对对轧制速度这一单一因素的优化。

技术实现思路

1、为解决以上问题，本发明提供了一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方 法，其技术方案具体如下：

2、一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

3、通过设置的基于带钢出口厚度超差率的评估模型，结合历史实际值的各机架轧制力、 各机架入口速度、各机架出口速度、各机架入口厚度、各机架出口厚度，完成对设定前张力及设定后张力的寻优评估，根据评估结果完成前张力及后张力设定值的优化，据此 完成超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿。

4、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

5、所述的评估模型根据超差率的均方差及最值分布情况两个维度建立，所述的厚控补 偿方法具体包括如下步骤：

6、s1：将带钢速度自0至工艺允许的最大值构成的闭区间作n等分划分，形成区间上离散的每一个具体速度值；

7、s2：将后张力及前张力自各自的设定值开始，在工艺允许的各自限度构成的约束下， 进行设定步长的迭代计算，直至迭代至两个值均超出约束则终止迭代；

8、s3：计算终止迭代前，每一次迭代后各个机架于各个离散速度值的相应带钢出口厚 度；

9、s4：根据每一次迭代后，各个机架于各个离散速度值的相应带钢出口厚度，计算相应的带钢出口厚度超差率；

10、s5：带钢出口厚度超差率的评估模型根据每一次迭代后的带钢出口厚度超差率，进 行每一次迭代后的评估计算；

11、s6：筛选出所有迭代次数中评估值最低的值，并据此值完成设定张力优化值的确定。

12、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

13、在步骤s4中，在每一次迭代后，完成各个机架于各个离散速度值的相应带钢出口厚度及相应的带钢出口厚度超差率的计算后，还将各机架的带钢出口厚度超差率与各自机架的临界超差率进行比较，若任意一个机架于任意一个离散速度值上的带钢出口厚度超差率大于其相应的临界超差率，则按照设定的步长进行逆向寻优迭代，并重新执行步 骤s2、s3、s4，直至全部机架的任意一个离散速度值小于等于各自机架的临界超差率， 跳出内循环，执行步骤s5。

14、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

15、步骤s2中，当只有一个张力值迭代至超出其工艺限度时，则在下一个迭代过程中，终止对该张力值的迭代，而继续另一个张力值的迭代。

16、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

17、步骤s2中的前张力及后张力，按照下述方程组进行迭代，其中所述的迭代针对公式中的张力补偿系数进行，

18、

19、上式中，

20、t0ik：第i机架第k个离散速度值张力补偿后的后张力，单位：mpa；

21、t0i：第i机架的设定后张力，单位：mpa；

22、δt0ik：当前次迭代下的附加后张力，单位：mpa；

23、t1ik：第i机架第k个离散速度值张力补偿后的前张力，单位：mpa；

24、t1i：第i机架的设定前张力，单位：mpa；

25、δt1ik：当前次迭代下的附加前张力，单位：mpa；

26、vik：第i机架第k个离散速度值的设定轧制速度，单位：m/s；

27、第i机架设定轧制速度，单位：m/s；

28、c1、c2：张力补偿系数；

29、vimax：第i机架工艺允许的最大轧制速度，单位：m/s；

30、i：机架数；

31、k：离散速度值的序列数，k＝1，2，3…n；

32、n：带钢速度自0至工艺允许的最大值之间划分的n等分。

33、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

34、当由于前、后张力当前值均在工艺允许的限度下而触发的迭代时，迭代分别根据下 式进行：

35、c1＝c1+0.05l1，c2＝c2+0.05l2；

36、当由于任意一个机架于任意一个离散速度值上的带钢出口厚度超差率大于相应机 架的临界超差率，而触发的逆向迭代时，迭代分别根据下式进行：

37、c1＝c1-0.01，c2＝c2-0.01。

38、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

39、步骤s3中的带钢出口厚度，根据下式确定：

40、

41、式中，

42、hik＇：第i机架第k个离散速度值的带钢出口厚度，单位：mm；

43、hi：第i机架的历史带钢入口厚度的均值，单位：mm；

44、pi：第i机架的历史实际轧制力的均值，单位：n；

45、ν：泊松比；

46、e：带钢弹性模量，单位：mpa；

47、σs：带钢的屈服强度，单位：mpa；

48、hi：第i机架的历史带钢出口厚度的均值，单位：mm；

49、t1ik：第i机架第k个离散速度值张力补偿后的前张力，单位：mpa；

50、t0ik：第i机架第k个离散速度值张力补偿后的后张力，单位：mpa

51、b：带钢宽度，单位：mm；

52、ri：第i机架的工作辊半径，单位：mm；

53、qfi：外摩擦影响系数。

54、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

55、

56、式中，

57、qfi：外摩擦影响系数；

58、ri：第i机架的道次压下率；

59、μi：第i机架生产带钢在典型工况下对应的摩擦系数；

60、ri：第i机架的工作辊半径，单位：mm；

61、hi：第i机架的历史带钢出口厚度的均值，单位：mm

62、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于： 道次压下率根据下式确定：

63、ri＝(hi-hi)/hi，

64、式中，

65、ri：第i机架的道次压下率；

66、hi：第i机架的历史带钢入口厚度的均值，单位：mm；

67、hi：第i机架的历史带钢出口厚度的均值，单位：mm。

68、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

69、步骤s4中的带钢出口厚度超差率，根据下式确定：

70、

71、式中，

72、eik：第i个机架第k个离散速度值的带钢出口厚度超差率；

73、vhi：第i个机架历史带钢入口速度的均值，单位：m/s；

74、vhi：第i个机架历史带钢出口速度的均值，单位：m/s；

75、hik＇：第i机架第k个离散速度值的带钢出口厚度，单位：mm；

76、hi：第i机架的历史带钢入口厚度的均值，单位：mm。

77、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

78、步骤s5中的评估模型，具体如下：

79、

80、式中，

81、γ：加权系数；

82、m：总机架数。

83、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

84、加权系数γ根据实际中的张力设定范围、屈服强度、抗拉强度、延伸率四因素确定。

85、根据本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，其特征在于：

86、步骤s6具体为：

87、首先将计算出的所有评估值进行排序处理，确定出最低评估值；

88、然后根据该最低评估值确定出相应的补偿系数c1、c2；

89、然后寻找出该迭代次数下最大的带钢出口厚度超差率，并根据最大的带钢出口厚度 超差率确定出轧制速度vik，然后确定出相应的前、后张力。

90、本发明的一种用于超高强钢冷连轧加减速过程的厚控补偿方法，基于轧制力、入口 速度、出口速度、入口厚度、出口厚度、张力多个因素的考量，建立了一种基于张力优 化的厚控优化方案；形成在兼顾了实际历史数据的轧制力、入口速度、出口速度、入口 厚度及出口厚度的基础上，以优化张力为目的的技术方案；具体体现在：以张力寻优为 目的，通过计算超差率并建立对超差率的评估体现基于多个因素综合考量的优化；其中 在计算超差率及出口厚度时，代入各自计算式中的轧制力、入口速度、出口速度、入口 厚度、出口厚度均为基于历史实际数据的处理得到，同时出口厚度的计算式以及外摩擦 影响系数计算式均为优化后的表达式；而张力优化则是通过将寻优的过程分布在补充系 数与轧制速度的离散划分两个因子构成的二维寻优上进行，最后以考虑超差率的均方差 及最值分布情况两个维度为基本思想建立评估模型；通过以上技术方案的搭建与实施， 形成本技术方案的厚控补偿优化，进一步保证与提升了板带出口厚度精度；提高了带钢 生产效率和质量，给现场超高强钢机组带来较好的经济收益。