一种热连轧精轧区机架轧后宽展量计算方法与流程

本发明属于轧制过程控制技术领域，具体涉及一种热连轧精轧区机架轧后宽展量计算方法。

背景技术：

热连轧精轧过程中的宽展的计算对于成品宽度、板形或板凸度控制有重要的影响。当轧制较薄规格时，中间坯的厚度较小，由于宽厚比比较大，精轧过程中的宽展可以忽略，即认为精轧过程不会产生宽展；当轧制较厚规格时，由于精轧区上游机架的压下量比较大，此时的宽展不能忽略不计，需要进行准确的计算。

由于精轧机机架中间无宽度测量装置，只有最末机架的出口具有测宽仪，无法借助于测宽仪测量完成精轧过程中各机架宽展量的测量过程。

现有的精轧区轧后宽展计算方法是根据精轧机后测宽仪测量得到的成品实际宽度和中间坯的宽度进行反馈自学习，将宽展量按照一定的分配系数进行分配，由此种方法得到的精轧区机架轧后的宽展量存在误差，与实际宽展量存在较大差距，无法准确获得精轧区各机架之后的宽展量，难以计算轧辊表面的磨损位置的计算，从而影响到成品宽度、板形或板凸度的控制。

《热连轧粗轧区FES宽展模型及其优化》提出了一种预报粗轧区宽展的计算方法，但是此种方法仅局限于宽厚比较小的粗轧轧制过程。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热连轧精轧区机架轧后宽展量计算方法。

本发明的技术方案是：

一种热连轧精轧区机架轧后宽展量计算方法，包括：

步骤1：在热连轧精轧区生产过程中，实时检测轧件位置信号、精轧机各机架轧制力及精轧机辊缝位置；

步骤2：计算轧件通过精轧机相邻机架的平均运行速度和相邻测量仪表的平均运行速度；

步骤3：计算轧件头部通过粗轧机出口的平均宽度，计算轧件头部通过精轧机各机架和精轧机出口的平均厚度，计算轧件头部通过精轧机出口的平均宽度；

步骤4：计算精轧后轧件头部的秒流量；

步骤5：按照秒流量恒定原则，计算精轧机各机架的出口宽度；

步骤6：计算得到精轧机各机架轧后的轧制宽展量。

所述步骤1中还记录轧件头部到达精轧机各机架的时刻、轧件头部到达精轧机后热金属检测器的时刻，轧件头部到达粗轧机后测宽仪及精轧机后测宽仪的时刻、轧件头部到达粗轧机后测厚仪及精轧机后测厚仪的时刻。

所述步骤2，包括：

步骤2.1：计算轧件通过精轧机相邻机架的时间和通过相邻测量仪表的时间；

步骤2.2：分别根据精轧机相邻机架之间的距离和相邻测量仪表之间的距离，以及轧件通过精轧机相邻机架的时间和相邻测量仪表的时间，计算轧件通过精轧机相邻机架的平均运行速度、通过相邻测量仪表的平均运行速度。

所述步骤3，包括：

步骤3.1：根据轧件头部到达粗轧机后测宽仪之后固定时间段内的轧件宽度值，计算粗轧后轧件头部的平均宽度；

步骤3.2：根据弹跳方程计算轧件头部经过第i机架的平均厚度；

步骤3.3：根据轧件头部到达精轧机后测厚仪之后固定时间段内的轧件厚度值，计算精轧后轧件头部的平均厚度。

步骤3.4：根据轧件头部到达精轧机后测宽仪之后固定时间段内的轧件宽度值，计算精轧后轧件头部的平均宽度；

所述步骤6，包括：

步骤6.1：根据粗轧机后的轧件宽度和精轧机第一机架轧后的轧件宽度，计算第一机架轧后的轧件宽展量；

步骤6.2：根据精轧机剩余各机架轧后的轧件宽度计算剩余各机架的轧后宽展量。

有益效果：

本发明根据秒流量恒定原则计算得到在轧制过程中的轧件实际宽度，通过现场仪表实测数据即可完成机架间实际宽度的准确测量，测量精度高，测量过程无风险，能够准确得到精轧区各机架之后的轧件宽度，能够完全替代测宽仪测量。

本发明安全可高，计算精度高，能够成功应用于热连轧机架间宽度的计算过程，解决了实际过程中精轧机架之间由于不能安装测厚仪造成的宽度无法测量的问题，节约了生产投资成本的同时，保证了宽度的计算精度。

附图说明

图1是典型热连轧生产线机组布置示意图；

图2是本发明具体实施方式中的热连轧精轧区机架轧后宽展量计算方法流程图；

图3是本发明具体实施方式的粗轧机后轧件宽度测量曲线；

图4是本发明具体实施方式的精轧机后轧件厚度测量曲线；

图5是本发明具体实施方式的精轧机后轧件宽度测量曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本实施方式采用典型热连轧生产线机组，采用“粗轧+精轧”布置形式如图1所示，粗轧末机架为平辊轧机，精轧为多机架连轧布置；轧件头部经过各机架和测量仪表仪表的时刻如图1所示，粗轧机7与精轧机8之间安装有粗轧机后测宽仪1、粗轧机后测宽仪2、粗轧机后热金属检测器3，精轧机8的最末机架后安装有精轧机后热金属检测器4、精轧机后测宽仪5、精轧机后测厚仪6，精轧机组各机架安装有传感器装置9，包括位移传感器10和油压传感器11。在热连轧精轧区生产过程中，粗轧机后测宽仪、精轧机后测宽仪测量轧件宽度，粗轧机后测厚仪和精轧机后测厚仪测量轧件厚度，热金属检测器实时检测轧件位置信号，对轧件位置进行跟踪；精轧机各机架的油压传感器完成机架轧制力的测量、位移传感器完成辊缝位置的测量；

粗轧机后测宽仪1、粗轧机后测厚仪2、粗轧后热金属检测器3、精轧机后热金属检测器4、精轧机后测宽仪5、精轧机后测厚仪6及传感器装置9产生的测量信号等由基础自动化级传递至过程控制级，整个热连轧精轧区机架轧后宽展量计算过程在过程控制级完成。基础自动化和过程控制的通讯周期为100ms，即每100ms获得一个采样点。

一种热连轧精轧区机架轧后宽展量计算方法，如图2所示，包括：

步骤1：在热连轧精轧区生产过程中，实时检测轧件位置信号、精轧机各机架轧制力及精轧机辊缝位置；

所述步骤1中还记录轧件头部到达精轧机各机架的时刻t₁～t₇、轧件头部到达精轧机后热金属检测器的时刻t₈，轧件头部到达粗轧机后测宽仪的时刻t₀及精轧机后测宽仪的时刻t₉、轧件头部到精轧机后测厚仪的时刻t₁₀。

步骤2：计算轧件通过精轧机相邻机架的平均运行速度和相邻测量仪表的平均运行速度；

步骤2.1：计算轧件通过精轧机相邻机架的时间和通过相邻测量仪表的时间；轧件头部通过第i机架与i+1机架之间的时间为t_i+1-t_i(1≤i≤6)；

轧机头部通过第7机架和精轧机后测厚仪之间的时间为t₁₀-t₉；

步骤2.2：分别根据精轧机相邻机架之间的距离和相邻测量仪表之间的距离，以及轧件通过精轧机相邻机架的时间和相邻测量仪表的时间，计算轧件通过精轧机相邻机架的平均运行速度、通过相邻测量仪表的平均运行速度。

轧件在第i机架和i+1机架之间的平均运行速度为：

式中：l_i为第i机架距离精轧机第一机架的距离；

轧件在第7机架后的平均运行速度为：

式中：l_h为测厚仪距离精轧机第一机架的距离；

步骤3：计算轧件头部通过粗轧机出口的平均宽度，计算轧件头部通过精轧机各机架和精轧机出口的平均厚度，计算轧件头部通过精轧机出口的平均宽度；

步骤3.1：根据轧件头部到达粗轧机后测宽仪之后固定时间段(20个采样点)内的轧件宽度值，计算粗轧后轧件头部的平均宽度

式中：w_m为粗轧机后第m个宽度采样点的实测值；粗轧机后轧件宽度实测曲线如图3所示。

步骤3.2：根据弹跳方程计算轧件头部经过第i机架的平均厚度

式中：为轧件通过第i机架时的辊缝位置平均值，mm；为轧件通过第i机架时的轧制力平均值，kN；为第i机架的调零轧制力，kN；M_i为第i机架的刚度，kN/mm；Δs_i为第i机架的轧辊磨辊的补偿值Δs_w，i、热膨胀的补偿值Δs_e，i、油膜厚度的补偿值Δs_o，i，mm；

轧辊磨辊的补偿值Δs_w，i计算公式如下：

式中：λ_i为第i机架的磨损系数，mm/kN；L_I第I块轧件的总长度，m；为第I块轧件通过第i机架时的平均厚度值，m；为第I块轧件通过第i机架时的轧制力平均值，kN；N为换辊之后的总的轧件轧制数目。

热膨胀的补偿值Δs_e，i计算公式如下：

式中：R为工作辊半径；r_α为轧辊的线膨胀系数；y为轧辊的泊松比；θ₀为初始时刻的轧辊初始温度；θ当前轧辊温度；r为距离轧辊中心的距离。

油膜厚度的补偿值Δs_o，i计算公式如下：

式中：α_i，β_i-油膜补偿系数，v_i-第i机架轧制速度，m/s；-轧件通过第i机架轧制力平均值，kN；

步骤3.3：根据轧件头部到达精轧机后测厚仪之后固定时间段(20个采样点)内的轧件厚度值，计算精轧后轧件头部的平均厚度

式中：h_k为精轧后第k个厚度采样点的实测值；精轧机后厚度实测曲线如图4所示。

步骤3.4：根据轧件头部到达精轧机后测宽仪之后固定时间段(20个采样点)内的轧件宽度值，计算精轧后轧件头部的平均宽度

式中：w_j为精轧后第j个宽度采样点实测值；精轧机后宽度实测曲线如图5所示。

步骤4：计算精轧后轧件头部的秒流量U；

步骤5：按照秒流量恒定原则，计算精轧机各机架的出口宽度；

步骤6：计算得到精轧机各机架轧后的轧制宽展量。

步骤6.1：根据粗轧机后的轧件宽度和精轧机第一机架轧后的轧件宽度计算第一机架轧后的轧件宽展量

步骤6.2：根据精轧机剩余各机架轧后的轧件宽度计算剩余各机架的轧后宽展量，第i机架的轧制宽展量为：

本实施方式计算结果见表1。

表1热连轧精轧区机架轧后宽展量计算结果

精轧后头部秒流量 U＝3.54mm×1189.4mm×(8.20×10³mm/s)

粗轧后轧件宽度/mm 1160.1