热轧带钢短行程控制的优化实践

热轧带钢短行程控制的优化实践[摘要]：短行程控制是热轧粗轧宽度控制过程中对头尾端部形状调整，减少宽度偏差的重要方法，首钢京唐1580热连轧生产线短行程模型采用有限元模型，模拟得到带钢头尾失宽曲线，运用多项式插值原理，建立短行程多项式模型，最终提高产品成材率。

[关键词]：热连轧宽度控制短行程控制有限元多项式中图分类号：c935 文献标识码：c 文章编号：

1009-914x（2012）32- 0017 -01

0前言

热连轧宽度控制主要是在粗轧区完成，当中间坯从粗轧r2最后道次出来时，就决定了带钢的宽度。但是，立辊轧机的大侧压引起板坯头、尾在相当大的长度范围内宽度不合格。为了不影响后续加工过程，在进入精轧前，这些不合格部分必须用飞剪加以切除，从而造成切头切尾损失，降低了主轧线的带钢成材率。通常，较为有效的控制头尾部切损的方法是在轧制过程中对带钢头尾实施短行程控制。

1、自学习控制原理

根据外部信息，辨识产生一个应答，结果返回给外部而停止，它具有的固有特征。就是有能力通过偏差学习，最优化地自适应环境，并且学习效率高。

热连轧过程控制系统（二级）的任务是在轧件到达轧机之前给出轧制设定值，在轧制过程中，基础自动化（一级）依据基准值进

行控制。轧制以后，过程控制机接收现场实测值，实行再计算，再计算的目的是对模型和设定值修正参数进行适配计算，然后提供给预计算，如此使下一个轧件的设定值得以改善。

2、带钢头尾端失宽

从立辊轧制变形机理可知，由于板坯的宽厚比较大，立辊侧压变形属高件变形，所以变形主要集中于板宽边部的局部区域，而很难深入到轧件中间部分。此时，变形区内存在一个刚性区，导致边部延伸大，中间延伸小，甚至无延伸。从而也造成轧件侧面隆起而形成双鼓形，即端面呈“狗骨”状。沿轧制方向看，最大“狗骨”稳定段，因前后刚端的作用，致使金属在轧件宽度方向流动受阻，边部聚集而局部增厚。如图2给出了e2r2立轧/平轧后带钢头尾部高度从轧件头尾向中间段逐渐增加，并达到稳定状态。这是因为立轧时，板坯头尾部没有约束，金属沿轧制方向的流动相对容易。而在中间失宽曲线。带钢的入口宽度为1280mm，侧压下量40mm，水平辊压下量为30 mm。

带钢头部宽度失宽主要是由于立辊轧制造成边部和中心金属在纵向延伸不均匀。头部失宽量在立轧后就已经存在，再加上头部狗骨小，水平轧制所引起的宽展较小，对先前的失宽不能及时给予弥补，从而进一步增大了头部失宽量。尾部失宽则是由于立辊在靠近尾端处轧制时所形成的狗骨小，故随后的水平轧制宽展量也很小。失宽量

3、粗轧短行程控制原理随板宽增大、侧压下量的增大而增加；

失宽长度随板宽的增大而增加，而与侧压下量的关系不大。

二热轧粗轧区的轧制设备包括大侧压机（ssp）、r1、e2和r2，其中e2、r2是可逆轧机。如果立辊e2采用常量位置设定进行轧制，轧制头尾就会产生如图3所示的形状，这是因为e2在等负荷情况下也能改变位置。为了消除轧件头尾的缺陷，e2在轧制头尾的过程中必须按照预先设置的控制曲线进行动作，这就是ssc曲线。短行程控制的目的就是依赖实际道次规程计算出最优化的ssc曲线，解决方法基于物理模型和经验数据模型。

4、 ssc多项式模型

4.1 ssc控制曲线

为了提高ssc的精度，必须使控制曲线更加符合带钢头尾的轧制变形情况，为此，其控制曲线设计为4次多项式，为如下的表达式：

（1）

对于不同的道次，采用不同的ssc数据。另外对于头尾的不同，所使用的控制曲线也不同，分别定义a0、a1、a2、a3、a4。此外还需定义头尾使用ssc的长度l。

4.2多项式插值原理

所谓多项式插值问题就是采用多项式函数对给定的数据点进行插值运算，即给定（xi，yi）（i=0，1，...，n）要构造多项式函数y=p（x），使得yi=p（xi）（i=0，1，...，n）。

为了与2段折线模型的控制效果进行比较，同时使控制机构的

动作相对简单一些，使用两次多项式进行控制研究。

给定3个数据点p（x0， y0）， p（x1， y1）和p（x2，y2），要构造1个2次多项式函数y=p2（x）使得yi=p2（xi）（i=0，1，2），这里设x0

因为求解过程是唯一的，所以上式是插值pi（i=0，1，2）的二次多项式函数p2（x），也是唯一的。这是一条抛物线，所以也称为抛物线插值多项式。多项式模型公式为：

式中，x为ssc控制点（立辊辊缝补偿量峰值）距离端部的长度；l为ssc总长度（短行程工作距离）；y为x对应点的立辊ssc开度。

通过调整相应钢种规格的ssc参数x、l、y从而达到修正轧件头尾的目的。

4.3改进后的效果

通过调整ssc的控制参数，也经过ssc神经网络系统的学习，带钢成品宽度的头、尾可以控制在15 mm之内，效果见图1。

由图2可以看出，改进后，宽度精度逐步提高，宽度异常率呈下降趋势，并且保持稳定。

5、结语

热轧是工艺中最重要的环节之一，带钢头尾的宽度控制尤为重要，头尾部修正得当对于减少精轧前飞剪的切头切尾，降低废料从而节约成本具有重要意义。利用有限元模拟得到的带钢头尾部失宽曲线，结合多项式插值原理，建立了ssc多项式控制模型。模拟仿真比较和实际使用均表明，ssc多项式模型明显提高了轧线成材率。

参考文献：

[1]付江，赵以相，贺毓辛.板坯大侧压调宽变形的模拟研究[j].宝钢技术， 1993， 41（2）：44.

[2]孙本荣，王有铭，陈瑛.中厚钢板生产[m].北京：冶金工业出版社，1993.8.