專利名稱：：冷軋機板形控制目標模型的設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于軋鋼領(lǐng)域板形控制目標模型的設(shè)計方法，特別適用于極薄冷軋帶鋼生產(chǎn)與控制，及多機組后續(xù)處理生產(chǎn)的冷軋帶鋼軋機的生產(chǎn)過程控制。
背景技術(shù)：
：隨著用戶對冷軋產(chǎn)品質(zhì)量和品種要求的增加，冷軋生產(chǎn)線裝備有不同目的的機組。這些機組在連軋機生產(chǎn)出冷軋帶鋼后，對帶鋼進行不同的加工處理。如帶鋼經(jīng)過冷連軋以后，可以進行電解清洗、罩式爐退火、連續(xù)退火、熱鍍鋅、電鍍鋅等工序處理。一些冷軋生產(chǎn)線具有軋制產(chǎn)品與規(guī)格多、軋后帶鋼后續(xù)處理工序多等特點。如國內(nèi)某鋼鐵企業(yè)的1500冷連軋生產(chǎn)線的冷軋產(chǎn)品包括家電、汽車、高強、鍍鋅等冷軋基板，其產(chǎn)品厚度從0.18mm到2.0mm，寬度由650mm到1400mm范圍跨度很大。同時，軋后帶鋼的后處理方式比其它生產(chǎn)線更齊全，包括電解清洗、罩式爐退火、連續(xù)退火、熱鍍鋅及冷硬材等。軋制0.2毫米以下極薄產(chǎn)品的板形控制要求極嚴，因為在1200m/min高速軋制時，板形不僅是成品的一項技術(shù)指標，更是軋制是否穩(wěn)定進行的核心因素，板形的偏差會輕而易舉造成斷帶事故，對生產(chǎn)、設(shè)備和儀表造成損傷。另外，冷軋后帶鋼可以進行電解清洗、鍍鋅、罩式爐退火、連續(xù)退火以及直接出冷硬產(chǎn)品等多種選擇。而不同工序產(chǎn)品對連軋機組冷軋帶鋼的板形要求是不同的，如果不考慮不同工序?qū)滠垘т摪逍蔚囊螅挥幸环N板形要求軋制，則會嚴重影響后序機組的帶鋼生產(chǎn)質(zhì)量。因此，如何在冷連軋機組的板形控制系統(tǒng)中保證眾多產(chǎn)品品種、產(chǎn)品規(guī)格及不同后處理線生產(chǎn)要求的帶鋼板形是一個重要的技術(shù)課題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對冷軋生產(chǎn)線多品種規(guī)格、多后處理工序?qū)滠垘т摰陌逍钨|(zhì)量要求，提出的冷軋機組帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法?；谶@種設(shè)計方法，可以根據(jù)不同工藝條件、工序要求確定板形控制目標曲線，同時板形目標曲線設(shè)定還考慮軋制溫度、磨損的影響，滿足內(nèi)應(yīng)力自相平衡和正交分解條件。本發(fā)明采用軋鋼工藝控制技術(shù)、計算機輔助設(shè)計技術(shù)來確定板形控制目標模型，根據(jù)不同的帶鋼品種規(guī)格、工序要求確定每一巻帶鋼軋制的目標板形曲線。本發(fā)明的技術(shù)方案①冷軋帶鋼板形控制執(zhí)行機構(gòu)主要包括工作輥傾斜、中間輥串輥、工作輥正負彎輥、中間輥正彎輥、軋輥分段冷卻等。其中軋輥傾斜、軋輥彎輥可以對帶鋼軋制過程中的一次、二次和四次板形缺陷進行快速響應(yīng)控制，而經(jīng)過上述執(zhí)行器控制后殘余的帶鋼板形缺陷則由軋輥分段冷卻進行控制。②根據(jù)板形控制特點確定冷軋帶鋼目標板形模型的數(shù)學(xué)表達式G(X)由一次、二次和四次三種多項式組合而成，即G(X)=Q[a,P,(X)+a2P2(X)+a4P4(X)](!)其中X=j式中，帶鋼板形應(yīng)力顯示比例；^一冷軋帶鋼寬度；^一帶鋼寬方向橫坐標；《—/=1，2，4確定板形目標曲線的參數(shù)，也是各基函數(shù)的系數(shù)；AW—邊浪的基函數(shù)；AW—中浪和雙邊浪的基函數(shù)；P4W—四分浪和邊中浪的基函數(shù)。i蘭③由式s，l""可以將帶鋼寬度由[2'2]轉(zhuǎn)化為[—u]，根據(jù)目標板形的數(shù)學(xué)特性，有下式存在J^G(X)=f,Q[a力(X)+a2P2(X)+a4P4(X)]:0("同時，板形目標模型在[-U]上給定函數(shù)(P。(化P,(x),……PJx)h需滿足條件「0i#k(P,(X),Pk(X》二，lli=k(i,k=1,2,4……)(3)在滿足式(3)條件下，函數(shù)^(x"是在[-U]上的標準正交函數(shù)，滿足板形控制目標模型的要求。根據(jù)板形目標模型的工藝與數(shù)學(xué)特性要求，確定板形目標模型數(shù)學(xué)基函數(shù)Pi(x)如下柳4;37122;(4)322;尸4(X)4(35X4—30X2+3)將式(4)代入式(1)得到用于描述板形目標曲線的多項式模型G(X)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(5)式(5)滿足式(2)和式(3)，即不管"'取何值，均符合內(nèi)應(yīng)力自相平衡條件和正交分解條件。式(5)中系數(shù)"'根據(jù)軋制帶鋼的規(guī)格、不同的工藝要求如表l、表2、表3和表4中的要求分別加以確定。確定后的帶鋼目標板形曲線將作為板形控制的基本值如圖1，同時過程控制模型根據(jù)該曲線計算出冷連軋各機架軋制所需的彎輥設(shè)定值、串輥設(shè)定值如圖2。本發(fā)明提出的板形控制模型確定的帶鋼目標板形曲線可以滿足0.18mm厚度極薄帶鋼穩(wěn)定軋制的要求。同時，滿足清洗、鍍鋅、罩式爐退火和連續(xù)退火對來料冷軋帶鋼的不同板形要求。圖3、圖4、圖5為一些典型規(guī)格產(chǎn)品軋制的目標板形模型設(shè)定曲線。圖l為帶鋼目標板形曲線；圖2為根據(jù)目標板形值確定彎輥和串輥值的模型計算算法；圖3為單純二次型目標板形曲線；圖4為單純四次型目標板形曲線；圖5二次和四次迭加型目標板形曲線；圖6不同規(guī)格和工藝要求的帶鋼目標板形設(shè)定曲線族。具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例基于本設(shè)計方法得到的目標板形控制模型可以用于四、六輥單機架軋機或多機架冷連軋機組。本發(fā)明己在5機架六輥1500mm冷連軋機組生產(chǎn)控制上成功應(yīng)用。軋機設(shè)備參數(shù)如表5:表5<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>考慮熱軋原料帶鋼板形特征的不同以及帶鋼軋制不同所引起的軋輥磨損、軋輥熱凸度影響，因此利用板形設(shè)定模型進行目標曲線設(shè)定時，考慮帶鋼板形二次、四次以及二、四次混合等多種情況，將不同的板形曲線存入軋機過程控制數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)板形模型計算或操作人員靈活選擇。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>式中設(shè)板形曲線比例Q^(1)設(shè)定帶鋼板形曲線為單純二次，其特征值為8貝幡鋼寬度方向相對坐標乂=±1，G(X)^;代入(5)式則得:fa2=8板形目標曲線如圖3。(2)設(shè)定帶鋼板形曲線為單純四次，其特征值為3則帶鋼寬度方向相對坐標X:il，GW^;代入(5)式則得:a2=0a4=3板形目標曲線如圖4。(3)設(shè)定帶鋼板形曲線為二次與四次迭加形式，其特征值為5則帶鋼寬度方向相對坐標乂=±1，G(X)=5;X=0，G(X)";代入(5)式則得板形目標曲線如圖5。，同上述方法一樣，根據(jù)本發(fā)明提出的板形設(shè)定模型所確定的(1)(2)(3)曲線方法，可以得到不同規(guī)格、不同工序要求的帶鋼目標板形曲線族，如圖6。根據(jù)冷軋機軋制帶鋼品種與規(guī)格對目標板形的要求，以及清洗、鍍鋅、罩式爐退火和連續(xù)退火對冷軋來料板形的要求，確定板形目標模型的特征值工藝參數(shù)如表l一表4，表中板形特征值為正值表示帶鋼目標曲線為邊浪，負值表示帶鋼目標特征值為中浪。冷軋帶鋼目標曲線包括單純二次、單純四次和二次、四次迭加等不同曲線，可根據(jù)熱軋來料帶鋼的板形實際情況選擇，以補償來料板形的不同缺陷；考慮到冷軋過程中軋輥磨損和熱凸度對帶鋼板形的影響，依據(jù)板形設(shè)定模型對板形設(shè)定曲線進行修正，修正方法如下。(1)軋制前三巻帶鋼時，如果目標曲線為邊浪特征值，則第5機架設(shè)定的目標值在原基礎(chǔ)上，邊浪特征值增加1。(2)當(dāng)軋輥軋制周期達到1500噸時，如果目標曲線為邊浪特征值，則第5機架設(shè)定值在原基礎(chǔ)上，邊浪特征值減少l。表l:連續(xù)退火原料冷軋帶鋼板形特征值寬度范圍(m)厚度范圍(mm)板形特征值(I)ttl機架#2機架#3機架tt4機架站機架0.65-0.800.15-0.30766550.31-0.50776550,51-0.80555440.81-1.20100-4_41.21-1.80000-4-31.8卜2.50000-4_30.81-1.150,15-0.30876550.31-0.50766550.51-0.80554440.81-1,2000-6_5-51.21-1.8000-6-5-51.81-2.50000-5-41.16-1.40.15-0.30876550.31-0.50776550.51-0.80554440.81-1.2000_6-5-41.21-1.8000-4-4_31.81-2.5000-4-4-3表2:鍍鋅原料冷軋帶鋼板形特征值寬度范圍(m)厚度范圍Onm)板形特征值(I)ttl機架tt2機架ft3機架fl4機架#5機架0.65-0.800.15-0.30666540.31-0.50665440.51-0.80555440.81-1.20100-5-41.21-1,80000-4-31.81-2.50000-4-30.81-1.150.15-0.30876550.31-0.50765550.51-0.80554440.81-1.20000-5-41,21-1.80000-4_31.81-2.50000-4-31.16-1.40.15-0.30776550.31-0,50554440.51-0.80554440.81-1.20000-5_41,21-1,80000-4-31.81-2.50000_4_313<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>權(quán)利要求1、一種冷軋帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法，其特征在于根據(jù)冷軋帶鋼板形特點、軋機板形控制執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與工作原理及目標板形所應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)約束條件來確定描述帶鋼平直度控制的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)軋制帶鋼的品種與規(guī)格的不同工藝質(zhì)量要求、軋后不同處理工序?qū)т摪逍蔚囊笠约败堉七^程中軋輥磨損與熱凸度變化來確定板形目標模型中的不同控制參數(shù)，形成不同的目標板形曲線，用于冷軋過程控制數(shù)學(xué)模型計算和基礎(chǔ)自動化實時板形控制。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷軋帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法，其特征在于冷軋帶鋼目標板形模型的數(shù)學(xué)表達式G(X)可以由一次、二次和四次三種多項式組合而成，即=g["^(X)+"2尸2(X)+"4尸4(1)其中式中，2—帶鋼板形應(yīng)力顯示比例；^一冷軋帶鋼寬度；^一帶鋼寬方向橫坐標；=1,2,4確定板形目標曲線的參數(shù)，也是各基函數(shù)的系數(shù)；^")一邊浪的基函數(shù)；P2(x)—中浪和雙邊浪的基函數(shù)；AO0一四分浪和邊中浪的基函數(shù)。根據(jù)目標板形的數(shù)學(xué)特性，有下式存在Q[a,&(X)+a2P2(X)+a4P4(X)]:。②同時，板形目標模型在[-l，1]上給定函數(shù)《P。W,&(x),……Pn(x)}，需滿足條件<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>在滿足式(3)條件下，函數(shù)(Pk(x"是在[-l，l]上的標準正交函數(shù)，滿足板形控制目標模型的要求。3、根據(jù)權(quán)利要求2所述的冷軋帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法，其特征在于根據(jù)板形目標模型的工藝與數(shù)學(xué)特性要求，確定板形目標模型數(shù)學(xué)基函數(shù)P,(x)如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>P4(X)=|(35X4-30義2+3)將式(4)代入式(1)得到用于描述板形目標曲線的多項式模型G(X)如下:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>可以證明式(5)滿足式(2)和式(3)，即不管^取何值，均符合內(nèi)應(yīng)力自相平衡條件和正交分解條件。4、根據(jù)權(quán)利要求l所述的冷軋帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法，其特征在于根據(jù)冷軋機軋制帶鋼品種與規(guī)格對目標板形的要求，以及清洗、鍍鋅、罩式爐退火和連續(xù)退火對冷軋來料板形的要求，確定板形目標模型的特征值工藝參數(shù)為(1)連續(xù)退火原料冷軋帶鋼板形特征值帶鋼寬度為0.65m-0.80m:帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30mm，l-5機架板形特征值為71，61，61，51，51帶鋼厚度范圍為0.31mm-0.50mm，l-5機架板形特征值為71，71，61，51，51帶鋼厚度范圍為0.51mm■■0.8mm，l-5機架板形特征值為:51，51，51，41，41帶鋼厚度范圍為-0.81廳-.1.2mm，l-5機架板形特征值為:11，01，01，-41，-41帶鋼厚度范圍為1.21mm■-1.8mm，l-5機架板形特征值為:01，01，01，-41，-31帶鋼厚度范圍為1.81mm.-2.5mm，l-5機架板形特征值為:01，01，01，-41，-31帶鋼寬度為0.81m-1.15m:帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30mm，l-5機架板形特征值為:81，71，61，51，51，帶鋼厚度范圍為0.31畫-0.50mm，l-5機架板形特征值為:71，61，61，51，51，帶鋼厚度范圍為0.51mm-0.80mm，l-5機架板形特征值為:51,51，41，41，41，帶鋼厚度范圍為0.81mm-1.20mm，l-5機架板形特征值為:01，01，-61，-51，-51帶鋼厚度范圍為1.21mm-1.80腿，l-5機架板形特征值為:01，01，-61，-51，-51帶鋼厚度范圍為1.81mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為:01，01，01，-51，-41，帶鋼寬度為1.16m-1.40m:帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30mm，1-5機架板形特征值為81，71，61,51，51，帶鋼厚度范圍為0.31mm-0.50mm，l-5機架板形特征值為71，71，61，51，51，帶鋼厚度范圍為0.51mm-0.80mm，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，41，帶鋼厚度范圍為0.81mm-1.20mm,l-5機架板形特征值為01，01，-61，-51，-41，帶鋼厚度范圍為1.21mm-1.80mm，l-5機架板形特征值為01，01，-41，-41，-31，帶鋼厚度范圍為1.81mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為01，01，-41，-41，-31，(2)鍍鋅原料冷軋帶鋼板形特征值帶鋼寬度為0.65m-0.80m，帶鋼厚度范圍為:0.15mm-0.30mm，l-5機架板形特征值為61，61，61，51，41帶鋼厚度范圍為:0.31mm-0.50mm，l-5機架板形特征值為61，61，51，41，41帶鋼厚度范圍為:0.51mm-0.80腿，l-5機架板形特征值為51，51，51，41，41帶鋼厚度范圍為:0.81mm-1.20mm，l-5機架板形特征值為11，01，01，-51，-41帶鋼厚度范圍為:1.21mm-1.80腿，1-5機架板形特征值為01，01，01，-41，-31帶鋼厚度范圍為:1.81mm-2.50mm,l-5機架板形特征值為01，01，01，-41，-31帶鋼寬度為0.81m-1.15m，帶鋼厚度范圍為:0.15mm-0.30mm，l-5機架板形特征值為81，71，61,51，51帶鋼厚度范圍為:0.31mm-■0.50mm，l-5機架板形特征值為71，61，51，51，51帶鋼厚度范圍為:0.51mm-0.80mm，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，414帶鋼厚度范圍為0.81蘭-1.20mm，1-5機架板形特征值為01，01，01，-51，-41帶鋼厚度范圍為1.21mm-1.80mm，1-5機架板形特征值為01，01，01，-41，-31帶鋼厚度范圍為-1.81mm-2.50rnrn，l-5機架板形特征值為01，01，01，-41，-31帶鋼寬度為U6m-1.40m，帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30醒，1-5機架板形特征值為71，71，61，51，51帶鋼厚度范圍為0.31誰-0.50mm,l-5機架板形特征值為51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為0.51mm-0.80薩，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為-0.81mm-L20mm，l-5機架板形特征值為01,01，01，-51，-41帶鋼厚度范圍為1.21mm-1.80mm,l-5機架板形特征值為01，01，01，-41，-31帶鋼厚度范圍為1.81mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為01，01，01，-41，-31(3)罩式爐原料冷軋帶鋼板形特征值帶鋼寬度為0.65m-0.80m，帶鋼厚度范圍為0.15腿-0.35mm，l-5機架板形特征值為71，61，61，51，51帶鋼厚度范圍為0.36mm-0.60mm,l-5機架板形特征值為71，71，61，51，51帶鋼厚度范圍為0.61mm-l.OOmm，l-5機架板形特征值為51，51，51，41，41帶鋼厚度范圍為1.01mm-2.00mm,l-5機架板形特征值為51，51，51，41，41帶鋼厚度范圍為2.01mm-2,50mm，l-5機架板形特征值為41，41，41，31，31帶鋼寬度為0.81m-1.15m帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30mm,l-5機架板形特征值為71，61，61，61，61帶鋼厚度范圍為0.31mm-0.60mm，1-5機架板形特征值為71，71，71，61,61帶鋼厚度范圍為0.61mm國l,OO醒，l-5機架板形特征值為:51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為1.01mm-2.00讓，l-5機架板形特征值為:51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為2.01mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為:41，41，41，31，31帶鋼寬度為1.16m-1.4m，帶鋼厚度范圍為:0.15mm-0.30腿，1-5機架板形特征值為:71，71，71，71，61帶鋼厚度范圍為:0.31mm-0.60mm，l-5機架板形特征值為:81,81，71，71，61帶鋼厚度范圍為:0.61mm-l.OOmm，l-5機架板形特征值為:51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為:1.01mm-2.00mm，l-5機架板形特征值為:51，51，41，41,41帶鋼厚度范圍為:2.01mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為:41，41，41，31，315(4)清洗原料冷軋帶鋼板形特征值帶鋼寬度為0.65m-0.80m，帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.35mm，l-5機架板形特征值為61，61，61，51，51帶鋼厚度范圍為0.36mm-0.60腿，l-5機架板形特征值為71，71，61，51，51帶鋼厚度范圍為-0.61mm-l.OO面，l-5機架板形特征值為51，51，51，41，41帶鋼厚度范圍為1.01mm-2.00mm，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，31帶鋼厚度范圍為-2.01mm-2.50rnrn，l-5機架板形特征值為41，41，31，31，31帶鋼寬度為0.81m-1.15m，帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30mm，l-5機架板形特征值為71，61，61，61，61帶鋼厚度范圍為0.31mm-0.60mm，l-5機架板形特征值為81，71，71，61，61帶鋼厚度范圍為0.61mm-l.OOmm，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為1.01mm-2.00mm，l-5機架板形特征值為51，51，41,41，31帶鋼厚度范圍為2.01mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為41，41，31，31,31帶鋼寬度為1.16m-1.4m，帶鋼厚度范圍為0.15mm-0.30mm，l-5機架板形特征值為81，71，71，71，61帶鋼厚度范圍為0.31mm-0.60mm，l-5機架板形特征值為71，71,71，61，61帶鋼厚度范圍為0.61mm-l.OOmm，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，41帶鋼厚度范圍為1.01mm-2.00mm，l-5機架板形特征值為51，51，41，41，31帶鋼厚度范圍為2.01mm-2.50mm，l-5機架板形特征值為41，41，41，31，31。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的冷軋帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法，其特征在于帶鋼目標曲線包括單純二次、單純四次和二次、四次迭加等不同曲線，根據(jù)熱軋來料帶鋼的板形實際情況選擇，以補償來料板形的不同缺陷；考慮到冷軋過程中軋輥磨損和熱凸度對帶鋼板形的影響，依據(jù)板形設(shè)定模型對板形設(shè)定曲線進行修正，修正方法如下(1)軋制前三巻帶鋼時，如果目標曲線為邊浪特征值，則第5機架設(shè)定的目標值在原基礎(chǔ)上，邊浪特征值增加l;(2)當(dāng)軋輥軋制周期達到1500噸時，如果目標曲線為邊浪特征值，則第5機架設(shè)定值在原基礎(chǔ)上，邊浪特征值減少l。全文摘要本發(fā)明公開一種冷軋帶鋼板形控制目標模型的設(shè)計方法，根據(jù)冷軋帶鋼板形特點、軋機板形控制執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與工作原理及目標板形所應(yīng)滿足的數(shù)學(xué)約束條件來確定描述帶鋼平直度控制的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)軋制帶鋼的品種與規(guī)格的不同工藝質(zhì)量要求、軋后不同處理工序?qū)т摪逍蔚囊笠约败堉七^程中軋輥磨損與熱凸度變化來確定板形目標模型中的不同控制參數(shù)，形成不同的目標板形曲線，用于冷軋過程控制數(shù)學(xué)模型計算和基礎(chǔ)自動化實時板形控制。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計的板形控制模型可以滿足冷軋機不同品種和規(guī)格帶鋼的軋制要求，減少極薄規(guī)格帶鋼軋制斷帶的發(fā)生，同時滿足冷軋后續(xù)的電解清洗、罩式爐退火、連續(xù)鍍鋅以及連續(xù)退火等不同工序生產(chǎn)對原料冷軋帶鋼的板形要求。文檔編號B21B37/68GK101587347SQ20081001156公開日2009年11月25日申請日期2008年5月22日優(yōu)先權(quán)日2008年5月22日發(fā)明者侯永鋼,俞小峰,軍劉,劉寶權(quán),巖張,張俊明,李麗霞,闖湯,王軍生,王天宇,毅高申請人:鞍鋼股份有限公司