连退平整机带钢过焊缝过程延伸率补偿技术研究* 连退平整机带钢过焊缝过程延伸率补偿技术研究*
沈青福1，袁文振1，侯 彬2，陈双玉2，常金梁2，周莲莲3
(1.宝山钢铁股份有限公司 冷轧厂，上海 201900；2.燕山大学 国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，燕山大学 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066004；3.燕山大学 电子实验中心，河北 秦皇岛 066004)
摘要：针对连退平整机组带钢过焊缝过程中延伸率波动的问题，充分考虑连退平整机组的设备与工艺特点，以延伸率波动幅度最小为目标，建立了一套适合于连退平整机组过焊缝过程的延伸率补偿技术；通过理论模型与现场试验相配合，实现了前、后张力及轧制压力的动态补偿，最大程度地减少了延伸率的波动。
关键词：连退平整机组；过焊缝；延伸率；补偿技术
0 引言
近年来，随着汽车行业的迅速发展，用户对汽车板提出了更高的要求[1-2]。由于绝大多数汽车用件需要冲压，因此，退火后的带钢必须保证良好的深冲性，这就使得钢铁企业自身也对带钢过焊缝过程中的延伸率波动问题提出了更高要求[3-4]。对于连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术，以往学者研究的较少，比如周锋[5-6]、黄光辉[7]、刘丽英[8]、李景伟[9]等，仅针对连退平整机组延伸率控制问题进行了研究，但是对于连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术的研究并不多。显然，为减小过焊缝过程中带钢头尾的延伸率波动长度，如何开发一套适合于连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术就成为现场技术攻关的焦点，本文即在此背景下围绕着连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术问题而展开。
1 带钢过焊缝过程中延伸率波动现象简介
在连退平整机组带钢过焊缝过程中，机组会出现延伸率波动的现象，如图1所示。
同时，通过对以往现场数据分析发现：延伸率的波动90%以上出现在过焊缝过程中，而在平稳状态下延伸率波动只占10%左右。并且，在平稳状态下一般只有在发生人工干预(如增加轧制压力等)时，才会出现延伸率波动现象。
2 带钢过焊缝过程中延伸率补偿技术的开发
与以往平整机组轧制压力与张力设定技术不同，本技术着重在于充分考虑到连退平整机组的设备特征和工艺特点，在把延伸率波动幅度最小作为优化目标函数、将成品板形合格作为约束条件的前提下，将轧制压力与前、后张力等3个部分的金属模型参数作为一个整体来协调设定，在保证生产效率的同时提高产品质量。
图1 典型的延伸率波动现象
由实际生产经验可知，带材的延伸率与轧制压力P、轧制速度v、后张应力σ0、前张应力σ1、入口厚度h0、工作辊直径D、带材宽度B和变形抗力σs等参数之间是一一对应的关系，并且，控制延伸率波动的主要调节参数为轧制压力和前、后张力，因此，如果给定轧制速度v、入口厚度h0、工作辊直径D、带材宽度B、变形抗力σs等参数与辊系动态参数[10]，即可将延伸率ε用一个以轧制压力P、后张应力σ0和前张应力σ1为自变量的函数来表示，即：
ε=f1(P,σ0,σ1).
(1)
然后，判断延伸率预报值ε是否在规定范围之内，即εminεεmax是否成立(εmin、εmax分别为现场延伸率允许最小和最大值)，在成立的情况下计算延伸率预报值ε与延伸率设定值ε*之差Δε，以Δε的最小值来保证延伸率的波动幅度最小，即：
Δε=|ε-ε*|.
(2)
同时，还需保证带材的板形质量满足客户需求，在工作辊弯辊力Sw、中间辊弯辊力Sm等辊系动态参数为现场设定值的前提下，可以将表征带材板形质量的前张力分布值σ1i用以下函数来表示：
σ1i=f2(P,σ0,σ1).
(3)
.
(4)
其中
为允许的最大板形。
为此，对于连退平整机组带钢过焊缝过程中延伸率的补偿问题就转换为：寻找一个最优的X1=(P,σ0,σ1)，使得延伸率预报值ε与延伸率设定值ε*之差Δε最小，同时保证
，这样便很容易得到在过焊缝过程中延伸率波动最小且保证板形质量的轧制压力、后张应力和前张应力最优解[11-12]。
结合现场生产的实际情况，为缩短寻优时间，可以将轧制压力P、后张应力σ0和前张应力σ1设置为现场目前实际设定值，并在其附近进行寻优。因此，可以将寻优范围规定如下：
.
(5)
其中
分别为轧制压力、后张应力和前张应力现场设定值；a1、a2、a3、a4、a5、a6分别为相应设定值的系数，01,a3,a52,a4,a6>1。
3 带钢过焊缝过程中延伸率补偿技术的应用
国内某钢铁公司为了解决带钢过焊缝过程中延伸率波动超差的问题，利用本文所述相关技术，以屈服强度为375 MPa的带材为例进行了模型的现场应用，实现了带钢过焊缝过程中前、后张力及轧制压力的动态补偿，减小了带钢过焊缝过程中的延伸率波动长度，保证了过焊缝过程中的带钢延伸率波动长度下降50%的目标要求。根据现场试验可以发现，在前、后张力设定值上下浮动20%范围内，为使得过焊缝过程中带头带尾的延伸率不符长度尽量最短，应相应地减小前、后张力设定值。
4 结论
(1) 充分考虑连退平整机组的设备与工艺特点，以延伸率波动幅度最小为目标，建立了一套适合于连退平整机组过焊缝过程的延伸率补偿技术。
(2) 在前、后张力设定值上下浮动20%范围内，为使得过焊缝过程中带头带尾的延伸率不符长度尽量最短，应相应地减小前、后张力设定值。
(3) 通过理论模型与现场试验相配合，实现了前、后张力及轧制压力的动态补偿，最大程度地减少了延伸率的波动。
参考文献：
[1] 许石民，孙登月.板带材生产工艺及设备[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 郑光华.冷轧生产新工艺技术与生产设备操作实用手册[M].北京：中国科技文化出版社，2006.
[3] 罗伯茨W L.冷轧带钢生产[M].王廷溥，译.北京：冶金工业出版社，1985.
[4] 付作宝.冷轧薄钢板生产[M].北京：冶金工业出版社，1996.
[5] 周锋，刘娟，刘舒慧，等.1 450 mm平整机延伸率控制系统的设计与应用[J].电气传动，2014，44(10)：40-43.
[6] 周锋，刘娟，刘舒慧，等.基于压力张力调节的平整机延伸率控制[J].电气传动，2015，45(10)：51-54.
[7] 黄光辉，张磊，王天生.冷轧连退平整机延伸率的控制分析[J].江西冶金，2014，34(6)：32-34.
[8] 刘丽英.浅析冷轧平整机延伸率控制技术的算法及影响因素[J].山东工业技术，2014(23)：246.
[9] 李景伟，丁磊，李承钢.武钢单机架平整机延伸率控制系统研究与优化[J].电气应用，2014(7)：31-33.
[10]白振华，刘宏民，李秀军.平整轧制工艺模型[M].北京：冶金工业出版社，2010.
[11]王鹏涛.Powell寻优法及其应用[J].系统工程理论与实践，1997(9):63-67.
[12]孙靖民，梁迎春.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社，2010.
Research on Strip Steel Elongation Compensation Technique in Process of CAPL over Weld
SHEN Qing-fu1, YUAN Wen-zhen1, HOU Bin2, CHEN Shuang-yu2, CHANG Jin-liang2, ZHOU Lian-lian3
(1.Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd. Cold Rolling Plant, Shanghai 201900, China; 2. Yanshan University, National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling, State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Qinhuangdao 066004, China; 3. Department of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China)
Abstract：Aiming at the problems of strip steel elongation fluctuation in the process of CAPL over weld, fully combined with the equipment and process characteristics of CAPL, as the target of minimum elongation fluctuation range, the elongation compensation technique is established. Combining the theoretical model and field test, the dynamic compensation of tension and rolling pressure is realized, and the fluctuation of elongation is reduced to the maximum extent.
Key words：CAPL; over weld; elongation; compensation technique
文章编号：1672- 6413(2017)01- 0015- 02
*重型机械协同创新计划课题(ZX01-20140400-05)
收稿日期：2016- 04- 21；
修订日期：2016- 10- 05
作者简介：沈青福(1982-)，男，广东珠海人，工程师，本科，主要从事轧制过程控制。
中图分类号：TG335.13
文献标识码：A
连退平整机带钢过焊缝过程延伸率补偿技术研究* 连退平整机带钢过焊缝过程延伸率补偿技术研究*
沈青福1，袁文振1，侯 彬2，陈双玉2，常金梁2，周莲莲3
(1.宝山钢铁股份有限公司 冷轧厂，上海 201900；2.燕山大学 国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，燕山大学 亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北 秦皇岛 066004；3.燕山大学 电子实验中心，河北 秦皇岛 066004)
摘要：针对连退平整机组带钢过焊缝过程中延伸率波动的问题，充分考虑连退平整机组的设备与工艺特点，以延伸率波动幅度最小为目标，建立了一套适合于连退平整机组过焊缝过程的延伸率补偿技术；通过理论模型与现场试验相配合，实现了前、后张力及轧制压力的动态补偿，最大程度地减少了延伸率的波动。
关键词：连退平整机组；过焊缝；延伸率；补偿技术
0 引言
近年来，随着汽车行业的迅速发展，用户对汽车板提出了更高的要求[1-2]。由于绝大多数汽车用件需要冲压，因此，退火后的带钢必须保证良好的深冲性，这就使得钢铁企业自身也对带钢过焊缝过程中的延伸率波动问题提出了更高要求[3-4]。对于连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术，以往学者研究的较少，比如周锋[5-6]、黄光辉[7]、刘丽英[8]、李景伟[9]等，仅针对连退平整机组延伸率控制问题进行了研究，但是对于连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术的研究并不多。显然，为减小过焊缝过程中带钢头尾的延伸率波动长度，如何开发一套适合于连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术就成为现场技术攻关的焦点，本文即在此背景下围绕着连退平整机组过焊缝过程中的延伸率补偿技术问题而展开。
1 带钢过焊缝过程中延伸率波动现象简介
在连退平整机组带钢过焊缝过程中，机组会出现延伸率波动的现象，如图1所示。
同时，通过对以往现场数据分析发现：延伸率的波动90%以上出现在过焊缝过程中，而在平稳状态下延伸率波动只占10%左右。并且，在平稳状态下一般只有在发生人工干预(如增加轧制压力等)时，才会出现延伸率波动现象。
2 带钢过焊缝过程中延伸率补偿技术的开发
与以往平整机组轧制压力与张力设定技术不同，本技术着重在于充分考虑到连退平整机组的设备特征和工艺特点，在把延伸率波动幅度最小作为优化目标函数、将成品板形合格作为约束条件的前提下，将轧制压力与前、后张力等3个部分的金属模型参数作为一个整体来协调设定，在保证生产效率的同时提高产品质量。
图1 典型的延伸率波动现象
由实际生产经验可知，带材的延伸率与轧制压力P、轧制速度v、后张应力σ0、前张应力σ1、入口厚度h0、工作辊直径D、带材宽度B和变形抗力σs等参数之间是一一对应的关系，并且，控制延伸率波动的主要调节参数为轧制压力和前、后张力，因此，如果给定轧制速度v、入口厚度h0、工作辊直径D、带材宽度B、变形抗力σs等参数与辊系动态参数[10]，即可将延伸率ε用一个以轧制压力P、后张应力σ0和前张应力σ1为自变量的函数来表示，即：
ε=f1(P,σ0,σ1).
(1)
然后，判断延伸率预报值ε是否在规定范围之内，即εminεεmax是否成立(εmin、εmax分别为现场延伸率允许最小和最大值)，在成立的情况下计算延伸率预报值ε与延伸率设定值ε*之差Δε，以Δε的最小值来保证延伸率的波动幅度最小，即：
Δε=|ε-ε*|.
(2)
同时，还需保证带材的板形质量满足客户需求，在工作辊弯辊力Sw、中间辊弯辊力Sm等辊系动态参数为现场设定值的前提下，可以将表征带材板形质量的前张力分布值σ1i用以下函数来表示：
σ1i=f2(P,σ0,σ1).
(3)
.
(4)
其中
为允许的最大板形。
为此，对于连退平整机组带钢过焊缝过程中延伸率的补偿问题就转换为：寻找一个最优的X1=(P,σ0,σ1)，使得延伸率预报值ε与延伸率设定值ε*之差Δε最小，同时保证
，这样便很容易得到在过焊缝过程中延伸率波动最小且保证板形质量的轧制压力、后张应力和前张应力最优解[11-12]。
结合现场生产的实际情况，为缩短寻优时间，可以将轧制压力P、后张应力σ0和前张应力σ1设置为现场目前实际设定值，并在其附近进行寻优。因此，可以将寻优范围规定如下：
.
(5)
其中
分别为轧制压力、后张应力和前张应力现场设定值；a1、a2、a3、a4、a5、a6分别为相应设定值的系数，01,a3,a52,a4,a6>1。
3 带钢过焊缝过程中延伸率补偿技术的应用
国内某钢铁公司为了解决带钢过焊缝过程中延伸率波动超差的问题，利用本文所述相关技术，以屈服强度为375 MPa的带材为例进行了模型的现场应用，实现了带钢过焊缝过程中前、后张力及轧制压力的动态补偿，减小了带钢过焊缝过程中的延伸率波动长度，保证了过焊缝过程中的带钢延伸率波动长度下降50%的目标要求。根据现场试验可以发现，在前、后张力设定值上下浮动20%范围内，为使得过焊缝过程中带头带尾的延伸率不符长度尽量最短，应相应地减小前、后张力设定值。
4 结论
(1) 充分考虑连退平整机组的设备与工艺特点，以延伸率波动幅度最小为目标，建立了一套适合于连退平整机组过焊缝过程的延伸率补偿技术。
(2) 在前、后张力设定值上下浮动20%范围内，为使得过焊缝过程中带头带尾的延伸率不符长度尽量最短，应相应地减小前、后张力设定值。
(3) 通过理论模型与现场试验相配合，实现了前、后张力及轧制压力的动态补偿，最大程度地减少了延伸率的波动。
参考文献：
[1] 许石民，孙登月.板带材生产工艺及设备[M].北京：冶金工业出版社，2008.
[2] 郑光华.冷轧生产新工艺技术与生产设备操作实用手册[M].北京：中国科技文化出版社，2006.
[3] 罗伯茨W L.冷轧带钢生产[M].王廷溥，译.北京：冶金工业出版社，1985.
[4] 付作宝.冷轧薄钢板生产[M].北京：冶金工业出版社，1996.
[5] 周锋，刘娟，刘舒慧，等.1 450 mm平整机延伸率控制系统的设计与应用[J].电气传动，2014，44(10)：40-43.
[6] 周锋，刘娟，刘舒慧，等.基于压力张力调节的平整机延伸率控制[J].电气传动，2015，45(10)：51-54.
[7] 黄光辉，张磊，王天生.冷轧连退平整机延伸率的控制分析[J].江西冶金，2014，34(6)：32-34.
[8] 刘丽英.浅析冷轧平整机延伸率控制技术的算法及影响因素[J].山东工业技术，2014(23)：246.
[9] 李景伟，丁磊，李承钢.武钢单机架平整机延伸率控制系统研究与优化[J].电气应用，2014(7)：31-33.
[10]白振华，刘宏民，李秀军.平整轧制工艺模型[M].北京：冶金工业出版社，2010.
[11]王鹏涛.Powell寻优法及其应用[J].系统工程理论与实践，1997(9):63-67.
[12]孙靖民，梁迎春.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社，2010.
Research on Strip Steel Elongation Compensation Technique in Process of CAPL over Weld
SHEN Qing-fu1, YUAN Wen-zhen1, HOU Bin2, CHEN Shuang-yu2, CHANG Jin-liang2, ZHOU Lian-lian3
(1.Baoshan Iron & Steel Co.,Ltd. Cold Rolling Plant, Shanghai 201900, China; 2. Yanshan University, National Engineering Research Center for Equipment and Technology of Cold Strip Rolling, State Key Laboratory of Metastable Materials Science and Technology, Qinhuangdao 066004, China; 3. Department of Electrical Engineering, Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China)
Abstract：Aiming at the problems of strip steel elongation fluctuation in the process of CAPL over weld, fully combined with the equipment and process characteristics of CAPL, as the target of minimum elongation fluctuation range, the elongation compensation technique is established. Combining the theoretical model and field test, the dynamic compensation of tension and rolling pressure is realized, and the fluctuation of elongation is reduced to the maximum extent.
Key words：CAPL; over weld; elongation; compensation technique
文章编号：1672- 6413(2017)01- 0015- 02
*重型机械协同创新计划课题(ZX01-20140400-05)
收稿日期：2016- 04- 21；
修订日期：2016- 10- 05
作者简介：沈青福(1982-)，男，广东珠海人，工程师，本科，主要从事轧制过程控制。
中图分类号：TG335.13
文献标识码：A