一种基于油膜力的热轧带钢油膜厚度计算方法与流程

本发明涉及热轧自动控制技术领域，特别是指一种基于油膜力的热轧带钢油膜厚度计算方法。

背景技术：

目前大部分热轧机支撑辊采用油膜轴承，油膜轴承以其高的承载能力以及可靠性已经广泛地应用于热轧机上。轧制过程中轧机速度的变化会直接影响支撑辊轴承的油膜厚度，引起成品厚度的波动产生产品的厚度偏差。为了满足在轧制中控制带钢厚度精度的要求，必须对由轧制速度变化引起的带钢厚度波动进行油膜补偿。

在已有论文方面，论文“中厚板轧机油膜厚度模型的研究”(钢铁,2001,36(11):42-45)对油膜厚度进行了分析，指出轧制速度和轧制力是影响油膜厚度的两个因素，并给出了油膜厚度计算模型。根据论文“油膜厚度模型在宁波钢铁1780热连轧中的应用”(冶金自动化,2011,s1:330-332)实验数据，在882t、1500t和2117t三种不同的轧制力下，在相同轧制速度下，油膜厚度差距基本都是近50um，反而在相同轧制力情况下速度400rpm和100rpm的油膜厚度相差近200um。所以，轧制力对油膜厚度的影响比轧制速度要小得多，并且近乎恒定不变。另外，轧制力的变化会影响油膜厚度，反过来油膜厚度变化也会影响轧制力，它们之间是耦合关系。综上所述，去除对油膜厚度影响较小的轧制力影响因素的油膜厚度模型具有解耦作用，更适于现场应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种基于油膜力的热轧带钢油膜厚度计算方法。

该方法首先制定油膜测试方案，确定升速步长；轧机零调完成后，辊缝保持零点位置不变情况下，轧机升速进行油膜测试，采集工作辊转速和轧制力实测值；通过实测工作辊转速、工作辊和支撑辊直径计算支撑辊转速，实测轧制力与零调压力之差来计算油膜力；最后分机架整理出在不同支撑辊转速步长下对应的油膜力分段数据；生产应用中根据实际支撑辊转速和上述油膜测试数据采用线性插值计算出油膜力，最后由油膜力和轧机刚度计算出油膜厚度用于补偿辊缝。

具体包括步骤如下：

(1)制定方案：根据各机架在工艺设计上能达到的速度范围，制定升速步长；

(2)油膜测试：轧机零调标定完成后，agc保持辊缝在零点位置不变条件下，按油膜测试方案升速，采集各机架工作辊转速和轧制力；

(3)数据处理：根据工作辊实测转速、工作辊和支撑辊直径计算出支撑辊实测转速，实测轧制力和零调压力之差计算油膜力，然后按机架整理出支撑辊在各个转速步长下对应的油膜力分段数据；

(4)油膜厚度计算：由实测或设定工作辊线速度计算出支撑辊转速，根据油膜测试结果采用线性插值法求出与之对应的油膜力，再结合轧机刚度计算出油膜厚度值，将油膜厚度值补偿到agc或二级辊缝设定模型中。

其中，步骤(3)中油膜力概念的理论依据推导过程如下：

(1)忽略轧辊磨损和热膨胀，只考虑油膜厚度补偿的轧机弹跳方程为

其中，s为设定辊缝，单位为mm，h为出口厚度，单位为mm，p为轧制力，单位为t，p0为零调压力，单位为t，c为轧机刚度，单位为t/mm，of为油膜厚度，单位为mm。当轧机做空压靠时出口厚度为0，则

(2)令轧机以两种不同的转速旋转可得：

当s1＝s2时，由式(3)、(4)可得

(3)对于(3)式，当轧机以零调速度旋转并且p1为零调压力p0时，辊缝值s1＝0，则可得of1＝0，此时(3)式变为

其中，pf为轧机空载零调完成后，辊缝保持零点位置不变但速度发生变化时，实测压力与零调压力之差。

(4)轧机速度的变化会引起油膜厚度发生改变，但辊缝在零点位置不变，即agc保持位置环的情况下，油膜厚度的变化会引起轧制力的改变，此时的实测压力p2与零调压力p0的差定义为油膜力pf，油膜力是轧机空载且保持辊缝为零点位置不变条件下油膜厚度变化引起的轧制力波动值。

结合式(1)、(6)可得考虑基于油膜力模型的轧机弹跳方程为

步骤(2)中油膜测试是在轧机零调完成后，辊缝保持零点位置不变，即agc系统保持位置环的前提条件下通过改变轧机速度进行的。

带钢咬入后的油膜厚度计算方法与步骤(4)计算流程基本一致，区别在于由实测工作辊线速度得出油膜厚度补偿值用于agc在线控制。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过基于油膜力概念提出了一种油膜厚度补偿模型，并给出相应的油膜测试方法，模型忽略轧制力影响因素，具有解耦的作用。

附图说明

图1为本发明的基于油膜力的热轧带钢油膜厚度计算方法的实施例中油膜厚度补偿前带钢厚度控制效果图；

图2为本发明的基于油膜力的热轧带钢油膜厚度计算方法的实施例中油膜厚度补偿后带钢厚度控制效果图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于油膜力的热轧带钢油膜厚度计算方法，首先制定油膜测试方案，确定升速步长；轧机零调完成后，辊缝保持零点位置不变情况下，轧机升速进行油膜测试，采集工作辊转速和轧制力实测值；通过实测工作辊转速、工作辊和支撑辊直径计算支撑辊转速，实测轧制力与零调压力之差来计算油膜力；最后分机架整理出在不同支撑辊转速步长下对应的油膜力分段数据；生产应用中根据实际支撑辊转速和上述油膜测试数据采用线性插值计算出油膜力，最后由油膜力和轧机刚度计算出油膜厚度用于补偿辊缝。

包括步骤如下：

(1)制定方案：根据各机架在工艺设计上能达到的速度范围，制定升速步长；

(2)油膜测试：轧机零调标定完成后，agc保持辊缝在零点位置不变条件下，按油膜测试方案升速，采集各机架工作辊转速和轧制力；

(3)数据处理：根据工作辊实测转速、工作辊和支撑辊直径计算出支撑辊实测转速，实测轧制力和零调压力之差计算油膜力，然后按机架整理出支撑辊在各个转速步长下对应的油膜力分段数据；

(4)油膜厚度计算：由实测或设定工作辊线速度计算出支撑辊转速，根据油膜测试结果采用线性插值法求出与之对应的油膜力，再结合轧机刚度计算出油膜厚度值，将油膜厚度值补偿到agc或二级辊缝设定模型中。

下面结合具体实施例予以说明。

实施例1

(1)制定测试方案：各个机架按在工艺上可能达到的最高速度的10％到90％进行升速，升速步长如表1所示。

表1油膜测试各机架转速(r/min)

(2)油膜测试步骤：油膜力的确定需要建立在一组现场实测轧制力和轧辊转速数据基础上，所以首先进行油膜测试。为了建立起支撑辊稳定的油膜，零调标定完成后，需要转车1～2小时。然后agc系统在位置环即各个机架保持零点辊缝条件下，按油膜测试方案进行逐步升速，升速过程大约2到3分钟，并且在每个速度步长保持10s以得到稳定的轧制力值。基础自动化系统l1将实测数据实时传给过程自动化系统l2，采集测试时各机架对应的轧制力、工作辊转速数据。

(3)数据处理：以f7机架为例，根据工作辊实测转速、工作辊辊径650mm和支撑辊辊径1550mm可以计算出支撑辊的转速。由于f7在零调压力1210t和零调速度162r/min时的辊缝为零点辊缝，则此状态下油膜厚度为0mm，油膜力也为0t，那么将其它非零调状态下各采样点的轧制力减去零调压力1210t即可得出各点的实测油膜力，如表2所示。

表2实测油膜力(t)

(4)油膜厚度算例：以穿带辊缝为例，如计算f7机架在8m/s穿带速度下的油膜厚度值时，根据工作辊辊径和支撑辊辊径计算出支撑辊转速1.64r/s，根据表2中参数值，由线性插值法计算出油膜力为27.28t。插值计算如式(8)所示：

p＝p1+(v-v1)·(p2-p1)/(v2-v1)(8)

式中：p为待求油膜力；p1为支撑辊转速1.51r/s下油膜力，20t；p2为支撑辊转速1.89r/s下油膜力，34t；v为已知支撑辊转速，1.64r/s；v1为支撑辊转速，1.51r/s；v2为支撑辊转速，1.89r/s。如果轧机刚度为600t/mm，根据式(6)，可计算出相对油膜厚度约为45um。

(5)现场应用方案：现场应用功能由基础自动化l1和过程自动化l2两部分组成。l2根据设定穿带速度由线性插值算出油膜力，根据式(6)计算油膜厚度值，最后作为辊缝设定模型的补偿值下发给到l1作为穿带辊缝。穿带完成后l1根据油膜测试数据，由支撑辊实际轧制速度通过插值方法得出实时油膜力值，根据式(6)计算油膜厚度补偿值用于agc在线控制，其中agc油膜补偿值计算公式如下：

其中kf为模型修正系数，介于0到1之间。对于l1的油膜厚度补偿功能，在轧机咬钢后延时0.6s后功能投入，轧机抛钢后功能取消。输出斜坡是0.01m/s，油膜补偿量输出量限幅值为±0.lmm。

(6)应用效果分析：图1和图2分别为油膜厚度补偿前后的测试仪厚差曲线，规格为3.0mm×1010mm。可以看出，增加油膜厚度补偿后带钢加减速阶段的厚差波动有所减小，增加油膜厚度补偿后厚差基本能控制在±0.02mm以内，同板差控制效果明显提高。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。