一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法
阅读说明：本技术 一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法 (Strip casting and rolling short-process strip steel thickness control method ) 是由 曹利芹 窦为学 刘恩东 刘元刚 孟东辉 王洪斌 梁云飞 于 2021-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法,属于薄带铸轧短流程技术领域。本发明的技术方案是：通过轧机入口的测厚仪,测出铸带实际厚度和设定值的差值,应用数学模型处理,处理后数值给轧机的压下系统来消除来料的厚差；同时也通过轧机出口的测厚仪,测出钢带的厚度值,用它和设定值的差值,反馈给轧机AGC系统,前馈AGC控制和监控AGC控制相结合,保证产品的厚度精度。本发明的有益效果是：克服了时间上的滞后,加快了系统的响应性,保证了轧机稳定运行,带钢的厚度控制到允许的公差范围,提高产品的合格率。(The invention relates to a strip casting and rolling short-process strip steel thickness control method, and belongs to the technical field of strip casting and rolling short processes. The technical scheme of the invention is as follows: measuring the difference value between the actual thickness of the cast strip and a set value through a thickness gauge at an inlet of the rolling mill, applying a mathematical model for processing, and giving the processed value to a pressing system of the rolling mill to eliminate the thickness difference of the incoming material; meanwhile, the thickness value of the steel strip is measured by a thickness gauge at the outlet of the rolling mill, the difference value between the thickness value and a set value is fed back to an AGC system of the rolling mill, and the thickness precision of the product is ensured by combining feed-forward AGC control and monitoring AGC control. The invention has the beneficial effects that: the time lag is overcome, the system responsiveness is accelerated, the stable operation of the rolling mill is ensured, the thickness of the strip steel is controlled to be within the allowable tolerance range, and the product percent of pass is improved.)
技术领域
本发明涉及一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法，属于薄带铸轧短流程技术领域。
背景技术
薄带铸轧短流程技术是一种短流程、低能耗、投资省、绿色环保的新工艺、新技术。不仅流程短、占地少，而且能耗低、排放少，节能环保效果显著。
薄带铸轧短流程生产线由一台双辊铸轧机、一台四辊轧机(入口测厚仪和出口测厚仪)、一套超快冷装置、一台飞剪和两台卷取机等组成。其中双辊铸轧技术是将液态钢水直接注入由两个铸轧辊和侧封板构成的熔池，并随铸轧辊的旋转轧出厚度为1-6mm薄带钢的一种工艺。钢水经双辊铸轧机后形成薄的铸带，经输送辊道和入口测厚仪进入四辊轧机进行轧制，终轧后的成品带钢经过超快冷装置冷却，带钢经飞剪进行剪切分卷，分切后的带钢进入卷取机卷取，成为直发卷。
双辊铸轧薄带工艺的特点是液态金属在结晶凝固的同时承受压力加工和塑性变形，在极短的时间内完成从液态金属到固态薄带的全部过程。另外，在双辊铸轧薄带钢过程中，由于铸带随铸辊移动，凝壳与铸辊保持接触，直到两面的凝壳在辊隙最小处附近结合在一起，所以不存在传统铸造过程中为克服凝壳与结晶器之间的摩擦所必需的相对运动或振动问题，而且也不需要保护渣，同时钢水的冷却速度要比板坯铸造中的高几个数量级。与传统板带生产方法相比，可以完全省略板坯加热过程，从而节省大量的能量，大幅度提高生产效率。
带钢厚度精度是检验产品质量的关键性能指标之一，在传统热连轧精轧机厚度控制策略中，通常采取前馈AGC控制，前馈AGC控制是利用前一机架轧制力和辊缝计算出口带钢厚度，用它和带钢设定值的差值用于下一架轧机前馈控制，它是开环控制，在实际轧制中，一块钢的温度并不是均匀的，对应区域的带钢硬度也是不一样的，计算出带钢厚度与实际是有偏差的。
发明内容
本发明目的是提供一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法，利用轧机入口和出口的两台测厚仪，采用前馈和监控AGC控制相结合来保证带钢的厚度精度；采用软件编程的方法，通过执行计算机程序，改善铸轧带钢的厚度控制效果，提高产品厚度精度；克服了时间上的滞后，加快了系统的响应性，保证了轧机稳定运行，带钢的厚度控制到允许的公差范围，提高产品的合格率，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。
本发明的技术方案是：一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法，包含以下步骤：
(1)前馈AGC控制，根据轧机入口测厚仪测量铸带的厚度以及铸带的速度，以及入口测厚仪到轧机的距离和控制周期，把测厚仪和轧机之间距离分成N等分，每一段带钢作为一个跟踪段；
(2)对应于每一个跟踪段，在存储器中设置一个寄存单元，构成一个包含N个寄存单元的FIFO队列；把入口测厚仪检测铸带的厚度存放到FIFO队列中对应跟踪段的寄存单元中，FIFO队列中每个寄存单元的数据，跟随铸带轧制速度同步移位；
(3)根据轧机的轧制实际值，结合移位到达对应于轧机入口的寄存单元的铸带厚度数据，实时计算带钢经过轧机时的塑性系数，并进行修正；
(4)根据步骤(3)得到的塑性系数，确定轧机辊缝调节量，进行带钢厚度控制；
(5)监控AGC控制，通过轧机出口安装的测厚仪对带钢的实际厚度进行测量，并进而通过调节轧机的辊缝来对板带厚度进行反馈控制；
(6)把前馈AGC控制和监控AGC控制相结合，减小控制增量以免振荡。
所述步骤(1)中，N等分的距离如下式
其中，L是入口测厚仪到轧机的距离，T为轧制控制程序的运行周期，Vmin为带钢轧制过程的最小轧制速度。
所述步骤(2)中，移位步长由下式决定：
其中，s为移位步长，也就是FIFO队列中存储的数据在每次移位时跨越的寄存单元个数，V为当前铸带轧制的实际速度，Vmin为铸带轧制过程的最小轧制速度。
所述步骤(3)中，塑性系数由下式计算
其中，QP为塑性系数的计算值，P为机架轧制力的实测值，H为入口铸带厚度，h为轧机出口厚度，KQ为校正系数，用于补偿因现场数据采集误差造成的QP值的计算偏差；
上述的塑性系数根据下式进行修正：
Q＝KPQP+KSQS
其中，Q为修正后的带钢塑性系数，QP为计算得到的塑性系数,QS为塑性系数设定值，KP为塑性系数计算值的权重比例，KS为塑性系数设定值的权重比例，而且满足KP+KS＝1。
所述步骤(4)中，带钢厚度控制，即用铸带实际的厚度减设定厚度ΔH，轧机辊缝调节量通过下面公式来确定
其中，ΔSF为轧机前馈AGC辊缝调节量值，Q为铸带的朔性系数，CP为轧机刚度，ΔH为铸带来料厚差。
所述步骤(5)中，前馈AGC控制和监控AGC控制相结合由下式计算
ΔS＝KFΔSF+KMΔSM
其中，ΔS为轧机辊缝调节值，ΔSF为前馈AGC计算得到的辊缝调节值,ΔSM为监控AGC计算得到的辊缝调节值，KF为前馈AGC辊缝的权重比例，KM为监控AGC辊缝的权重比例。
本发明的有益效果是：利用轧机入口和出口的两台测厚仪，采用前馈和监控AGC控制相结合来保证带钢的厚度精度；采用软件编程的方法，通过执行计算机程序，改善铸轧带钢的厚度控制效果，提高产品厚度精度；克服了时间上的滞后，加快了系统的响应性，保证了轧机稳定运行，带钢的厚度控制到允许的公差范围，提高产品的合格率。
附图说明
图1是本发明的轧机厚度控制示意图；
图中：轧机牌坊1、AGC液压缸2、上支撑辊3、上工作辊4、下工作辊5、下支撑辊6、阶梯垫7、入口测厚仪8、出口测厚仪9、AGC控制器10、前馈AGC控制11、监控AGC控制12、轧制方向13。
具体实施方式
为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。
一种薄带铸轧短流程带钢厚度控制方法，包含以下步骤：
(1)前馈AGC控制，根据轧机入口测厚仪测量铸带的厚度以及铸带的速度，以及入口测厚仪到轧机的距离和控制周期，把测厚仪和轧机之间距离分成N等分，每一段带钢作为一个跟踪段；
(2)对应于每一个跟踪段，在存储器中设置一个寄存单元，构成一个包含N个寄存单元的FIFO队列；把入口测厚仪检测铸带的厚度存放到FIFO队列中对应跟踪段的寄存单元中，FIFO队列中每个寄存单元的数据，跟随铸带轧制速度同步移位；
(3)根据轧机的轧制实际值，结合移位到达对应于轧机入口的寄存单元的铸带厚度数据，实时计算带钢经过轧机时的塑性系数，并进行修正；
(4)根据步骤(3)得到的塑性系数，确定轧机辊缝调节量，进行带钢厚度控制；
(5)监控AGC控制，通过轧机出口安装的测厚仪对带钢的实际厚度进行测量，并进而通过调节轧机的辊缝来对板带厚度进行反馈控制；
(6)把前馈AGC控制和监控AGC控制相结合，减小控制增量以免振荡。
所述步骤(1)中，N等分的距离如下式
其中，L是入口测厚仪到轧机的距离，T为轧制控制程序的运行周期，Vmin为带钢轧制过程的最小轧制速度。
所述步骤(2)中，移位步长由下式决定：
其中，s为移位步长，也就是FIFO队列中存储的数据在每次移位时跨越的寄存单元个数，V为当前铸带轧制的实际速度，Vmin为铸带轧制过程的最小轧制速度。
所述步骤(3)中，塑性系数由下式计算
其中，QP为塑性系数的计算值，P为机架轧制力的实测值，H为入口铸带厚度，h为轧机出口厚度，KQ为校正系数，用于补偿因现场数据采集误差造成的QP值的计算偏差；
上述的塑性系数根据下式进行修正：
Q＝KPQP+KSQS
其中，Q为修正后的带钢塑性系数，QP为计算得到的塑性系数,QS为塑性系数设定值，KP为塑性系数计算值的权重比例，KS为塑性系数设定值的权重比例，而且满足KP+KS＝1。
所述步骤(4)中，带钢厚度控制，即用铸带实际的厚度减设定厚度ΔH，轧机辊缝调节量通过下面公式来确定
其中，ΔSF为轧机前馈AGC辊缝调节量值，Q为铸带的朔性系数，CP为轧机刚度，ΔH为铸带来料厚差。
所述步骤(5)中，前馈AGC控制和监控AGC控制相结合由下式计算
ΔS＝KFΔSF+KMΔSM
其中，ΔS为轧机辊缝调节值，ΔSF为前馈AGC计算得到的辊缝调节值,ΔSM为监控AGC计算得到的辊缝调节值，KF为前馈AGC辊缝的权重比例，KM为监控AGC辊缝的权重比例。
带钢厚度精度是检验产品质量的关键性能指标之一，为了获得最优的厚度控制精度，本方法应采用智能化集成化的综合AGC控制策略。综合AGC控制策略包括有前馈AGC控制和监控AGC相结合，保证了生产的稳定和产品的合格率。自动厚度控制(AGC)模型是利用测厚仪或其它传感器连续直接测量或间接计算带钢的轧出厚度，把实测值或计算值与设定值的偏差输入到自动控制装置，控制装置经过逻辑判断和模型计算获得辊缝调整量和轧机速度调整量并发送到压下定位系统和轧机速度调节系统，通过调整辊缝和轧机速度，快速把带钢的出口厚度控制到允许的公差范围并保持稳定轧制。
在传统热连轧精轧机厚度控制策略中，前馈AGC控制是利用前一机架轧制力和辊缝计算出口带钢厚度，用它和带钢设定值的差值用于下一架轧机前馈控制；监控AGC控制是根据轧机出口测厚仪得到的带钢真实厚差来反馈控制轧机辊缝以校正带钢厚度，可实现带钢厚差反馈控制。
本发明是通过轧机入口的测厚仪，测出铸带实际厚度和设定值的差值，应用数学模型处理，处理后数值给轧机的压下系统来消除来料的厚差，它克服了时间上的滞后，加快了系统的“响应性”；同时也通过轧机出口的测厚仪，测出钢带的厚度值，用它和设定值的差值，反馈给轧机AGC系统，能保证产品的厚度精度，本方法是利用轧机入口和出口的两台测厚仪，采用前馈AGC控制和监控AGC控制相结合来保证带钢的厚度精度。本发明的铸轧短流程带钢厚度控制方法采用软件编程的方法，通过执行计算机程序，改善铸轧带钢的厚度控制效果，提高产品厚度精度。
在实际应用中，
1.在本发明中，前馈AGC控制就是根据轧机入口测厚仪测量铸带的厚度以及铸带的速度，以及入口测厚仪到轧机的距离和控制周期，把测厚仪和轧机之间距离分成N等分，每一段带钢作为一个跟踪段:
其中，L是入口测厚仪到轧机的距离，T为轧制控制程序的运行周期，Vmin为带钢轧制过程的最小轧制速度。
2.对应于每一个跟踪段，在存储器中设置一个寄存单元，构成一个包含N个寄存单元的FIFO队列；把入口测厚仪检测铸带的厚度存放到FIFO队列中对应跟踪段的寄存单元中，FIFO队列中每个寄存单元的数据，跟随铸带轧制速度同步移位，移位步长由下式决定：
其中，s为移位步长，也就是FIFO队列中存储的数据在每次移位时跨越的寄存单元个数，V为当前铸带轧制的实际速度，Vmin为铸带轧制过程的最小轧制速度。
3.根据轧机的轧制实际值，结合移位到达对应于轧机入口的寄存单元的铸带厚度数据，实时计算带钢经过轧机时的塑性系数
其中，QP为塑性系数的计算值，P为机架轧制力的实测值，H为入口铸带厚度，h为轧机出口厚度，KQ为校正系数，用于补偿因现场数据采集误差造成的QP值的计算偏差。
4.上述的塑性系数还根据下式进行修正：
Q＝KPQP+KSQS (4)
其中，Q为修正后的带钢塑性系数，QP为计算得到的塑性系数,QS为塑性系数设定值，KP为塑性系数计算值的权重比例，KS为塑性系数设定值的权重比例，而且满足KP+KS＝1。
5.根据上述得到的塑性系数，确定轧机辊缝调节量，进行带钢厚度控制，即用铸带实际的厚度减设定厚度ΔH，通过下面公式来确定辊缝偏差：
其中，ΔSF为轧机前馈AGC辊缝调节值，Q为铸带的朔性系数，CP为轧机刚度，ΔH为铸带来料厚差。
6.通过轧机出口安装的测厚仪对带钢的实际厚度进行测量，并进而通过调节轧机的辊缝来对板带厚度进行反馈控制，这种厚度控制方法称之为监控AGC
其中，ΔSM为轧机监控AGC辊缝调节值，Q为铸带的朔性系数，CP为轧机刚度，Δh为轧制带钢的厚差。
7.监控AGC控制就是轧机出口测厚仪测量带钢的实际厚度和产品的目标厚度的差值，但滞后过大，不仅压下机构存在响应时间，轧件由轧机到测厚仪还需要时间，因此必须减小控制增量以免振荡。所以把前馈AGC控制和监控AGC控制相结合；
ΔS＝KFΔSF+KMΔSM (7)
其中，ΔS为轧机辊缝调节值，ΔSF为前馈AGC计算得到的辊缝调节值,ΔSM为监控AGC计算得到的辊缝调节值，KF为前馈AGC辊缝的权重比例，KM为监控AGC辊缝的权重比例。
本发明通过安装在轧机入口测厚仪和出口测厚仪把前馈AGC控制和监控AGC控制相结合，不但克服以往前馈AGC控制和反馈AGC控制的缺点，还把它们很好的结合起来提高带钢产品的厚度精度。
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