專利名稱：板帶軋制過程溫度觀測器方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋼、有色金屬熱軋板帶過程中軋件溫度的觀測，它的正確取值直接影響軋制壓力的計算精度，從而決定計算機過程控制的設(shè)定精度。軋制過程中的溫度和壓下率的控制直接影響軋制品的機械和物理性能。所以在生產(chǎn)過程中提高溫度測量精度---直是軋鋼過程控制的主要技術(shù)問題。但是，現(xiàn)行的測量儀方法，受軋制環(huán)境的冷卻水、水蒸汽、氧化鐵皮等因素的影響，很難提高實際溫度的測量精度。另外，控溫軋制和設(shè)定控制所需的溫度為平均值，能直接測量的為表面溫度，所以既使得到準(zhǔn)確實測溫度，也需要變換出平均溫度。
本發(fā)明的目的，是針對現(xiàn)行測溫方法技術(shù)上的難點，提出一種由軋鋼機為測溫儀的思想，實現(xiàn)軋件在軋制過程中平均溫度值的測算方法。所謂平均溫度，反映軋件在厚度方向在一段長度范圍內(nèi)的平均值，對中厚板也可取整塊板的平均溫度值。
上述目的是通過以下方式來實現(xiàn)的利用軋制過程中，實時壓力和機械輥縫是可以較精確測量的條件，壓力計算公式和軋機彈跳方程的表達式經(jīng)微分及數(shù)學(xué)變換可得出溫度變化的計算公式。
軋機的彈跳方程h=S+PM(p,b)+A----(1)]]>式中h----軋件厚度，mm，S---軋機輥縫(嚴(yán)格稱機械輥縫)，mm；P---軋制壓力，N；M(p，b)---以壓力和板寬為函數(shù)的軋機剛度，N/mm；A---修正系數(shù)，壓力計算公式P＝f(H、h、T、K……)……………………………………(2)式中H---入口厚主度，mm；T---軋件溫度，℃；(1)、(2)式微分(線性化)得Δh=ΔS+ΔPM(p,b)----(3)]]>ΔP=∂P∂HΔH+∂P∂hΔh+∂P∂TΔT----(4)]]>令P/h＝-Q，Q稱之謂軋件塑性系數(shù)。由軋鋼理論分析得∂P∂H=hHQ]]>將 P/h、P/H代入(4)式整理得ΔTi=(ΔPi+QiΔhi-QihiHiΔH)/(∂P∂T)i----(5)]]>Δhi=ΔSi+ΔPiM(p,b)----(3)]]>i---道次或機架號實時厚差計算精度取決于軋機剛度系數(shù)M(P，b)；入口厚差ΔHi，對于熱連軋機，可由前邊機架出口厚差Δhi-1延時精確計算；對于中厚板軋機，取道次厚差平均值，即由前道次出口厚差得到。(5)式中的ΔPi、Δhi、ΔHi均為已知量，所以ΔTi可以計算，計算精度取于ΔQi、(P/T)i。
由以上分析證明溫度觀測器是可以實現(xiàn)的，能否實際應(yīng)用，在于壓力計算公式和軋機彈跳方程的精度能否滿足實用的要求。
在ΔTi求出后，軋件實時平均溫度Ti由下式計算Ti＝Tei+ΔTi(6)式中Tei為設(shè)定溫度，在板形最佳軋制規(guī)程計算時，與設(shè)定壓力Pei一起得出。
壓力計算公式精度的提高。在由正常工況采樣數(shù)據(jù)，“Kμ”估計方法已優(yōu)選出壓力公式和變形抗力公式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出“KT”估計方法，即變形抗力公式和溫降公式的參數(shù)一起估計。溫降模型比較統(tǒng)一，由幅射、對流、熱傳導(dǎo)，變形熱等四部分組成，其中有黑度、對流、熱傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)換率等4-5個參數(shù)。由正常工況數(shù)據(jù)按最小二乘法同時估計出變形抗力和溫降模型中的參數(shù)。
“K-T”估計方法一、K估計，用實測壓力、厚度、溫度、軋輥速度、軋制時間、間隔時間、板寬、輥直徑等，估計出變形抗力公式中的參數(shù)值。
二、T估計，Tk＝ΔTk+T采樣ΔTk=ΔPk/∂P∂T]]>
∂P∂T=P1-P2T1-T2]]>令T1-T2＝10℃。P1、P2是由已估計出的參數(shù)對應(yīng)于T1、T2計算出的壓力值。
三、用估計出的溫度，估計溫降模型中的參數(shù)。
四、用估計出的參數(shù)，計算出軋件溫度，重新估計K參數(shù)。
五、判斷，
或已迭代5次停止，輸出K、T公式的參數(shù)；否則轉(zhuǎn)到第2步“二”，重復(fù)二、三、四，k＝k+1。
彈跳方程精度的提高，是應(yīng)用計算和全輥面壓靠實測法綜合而實現(xiàn)的。
計算法可得出線性段各板寬的軋機剛度值M(b)，非線性段很難計算。實測法可以測得線性段和非線性段的彈跳方程，對于不同板寬時的剛度也可以實測，但很困難，費時費力，要用多塊鋼板。本發(fā)明提出的全輥面壓靠實測全壓力變化范圍的軋機剛度，利用線性段剛度M，與計算剛度相等點得出(7)式的β值。
M(b)＝M[1-(L-β-b)α](7)式中M---全輥面線性段剛度值，N/mm；
M(b)---對應(yīng)板寬線性段剛度值，N/mm；L---輥面寬度，mm；b---板寬度，mm；β、α---系數(shù)系數(shù)α由不同板寬剛度差商計算，即(8)式α=M(b1)-M(b2)b1-b2----(8)]]>對于非線性段，以實測非線性彈跳方程(9)式為基準(zhǔn)，按線性段計算剛度值修正，其計算公式為(10)式。
M(P)＝a0+a1p+a2p2+a3p3+a4p4(9)M(P,b)=M(b)MM(P)]]>＝[1-(L-β-b)]M(P)……… ……… ……(10)式中M(P)---實測壓力函數(shù)的剛度值，N/mm；a0、a1……a4---回歸得出的系數(shù)；M(P，b)---壓力，板寬函數(shù)的剛度，N/mm；M(b)---線性段板寬函數(shù)的剛度，N/mm；M---全輥面軋機剛度，簡稱軋機剛度，N/mm。
彈跳方程線性段與非線性段分界點，由實測彈跳方程分析的方法確定，一般取最大允許壓力的確1/3-1/2處。
β值的另一種確定方法。由線性段實測剛度和計算剛度交點確定β值時，考慮到牌坊部分計算誤差大，可以先確定β值(如令β＝L-bmax，β＝200mm)，以此點的剛度值取實測剛度值，用(11)式修正各板寬的計算剛度值。M′(b)=M′(L-β)M(L-β)M(b)----(11)]]>式中M’(L-β)---實測剛度值，即M，
M(L-β)---板寬L-β的計算剛度值，M’(b)---用實測值修正的板寬b的剛度值；M(b)---計算板寬b的剛度值。α系數(shù)按(12)式計算α=M′(b1)-M′(b2)b1-b2----(12)]]>本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，優(yōu)點在于采用本方法所得出的溫度正是生產(chǎn)中所需的平均溫度，例如熱帶連軋為段平均值，中厚板為整塊板的平均值，由于本方法提出的是一種以軋鋼機為測溫儀的思想，所以有效地提高了實際溫度的測算精度。
權(quán)利要求
1.一種板帶軋制過程溫度觀測器方法，該方法所得出的溫度是生產(chǎn)中所需的平均溫度值，該方法由壓力公式和彈跳方程微分，整理得出溫度觀測器測算公式，其數(shù)學(xué)表達式如下ΔTi=(ΔPi+QiΔhi-QihiHiΔHi)/(∂P∂T)i]]>Ti＝Tei+ΔTi其特征在于由全輥面壓靠法測量軋機剛度與計算法計算軋機剛度綜合，確定軋機剛度值，得出高精度彈跳方程而提高Δhi、ΔHi測算精度，由正常工況下實測數(shù)據(jù)，用變形抗力和溫降模型參數(shù)非線性估計方法，提高壓力計算精度，從而使Qi，P/T精度提高，最終達到提高實測溫度精度的目的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，提高軋機彈跳方程的精度是關(guān)鍵之一，為了提高軋機彈跳方程的精度，需要一種確定不同板寬軋機剛度值的方法，其特征在于該方法利用壓靠法實測出全輥面接觸的剛度值M，計算出軋輥部分的剛度值，從而可以得到牌坊部分的剛度值，不同板寬時的軋輥值可以用板邊至壓下螺絲之間撓度差值與全輥面壓靠時的輥邊至壓下螺絲之間撓度差值與全輥面壓靠時的輥邊至壓下螺絲之間撓度差值之比得到，采用實測和計算聯(lián)合確定軋機剛度值；實用軋機彈跳方程可分為線性段和非線性段，對于線性段來講，該方法由軋輥幾何尺寸、材質(zhì)、軋機牌坊、壓下螺絲、螺母等幾何尺寸，可以計算出不同板寬時的剛度值M(b)，全輥面壓靠法測得線性段剛度M，由兩種剛度值的相等點得出β參數(shù)，由ΔM/Δb之比得出α，從而得出板寬的剛度計算公式，其數(shù)學(xué)表達式為M(b)＝M[1-(L-β-b)α]式中M(b)------板寬b的軋機剛度，N/mm，M-----軋機剛度， N/mm，L------輥面寬度， N/mm，b----軋件寬度，α、β-參數(shù)，對于非線性段，以實測非線性彈跳方程式為基準(zhǔn)，按線性段計算剛度值修正，其計算公式的數(shù)學(xué)表達式為M(P)＝a0+a1p+a2p2+a3p3+a4p4M(p,b)=M(b)MM(P)]]>即M(p，b)＝[1-(L-β-b)]M(P)式中M(P)------實測壓力函數(shù)的剛度值，N/mm，a0、a1………a4-----回歸得出的系數(shù)，N/mm，M(p，b)------壓力，板寬函數(shù)的剛度，N/mm，M(b)----線性段板寬函數(shù)的剛度，N/mm，M-------全輥面軋機剛度，簡稱軋機剛度，N/mm，
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，溫度測算的精度是關(guān)鍵之一，而精度取決于三個偏導(dǎo)數(shù)值和厚度測算值，所以軋件壓力計算公式和軋機剛度系數(shù)的精度是關(guān)鍵，其特征在于壓力計算精度是通過正常工況下實測數(shù)據(jù)反演估計出變形抗力(K)和溫降公式(T)的參數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及鋼熱軋板帶過程中軋件溫度的觀測,該方法是由壓力公式和彈跳方程微分,整理得出溫度觀測器測算公式,特點是:由全輥面壓靠法測量軋機剛度與計算法計算軋機剛度綜合,確定軋機剛度值,得出高精度彈跳方程而提高Δhi、ΔHi測算精度,由正常工況下實測數(shù)據(jù),用變形抗力和溫降模型參數(shù)非線性估計方法,提高壓力計算精度,從而使Qi,p/T精度提高,最終達到提高實測溫度精度的目的,該方法所得溫度正是生產(chǎn)所需平均溫度。
文檔編號G01K13/00GK1252521SQ98120460
公開日2000年5月10日 申請日期1998年10月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月22日
發(fā)明者張進之, 王 琦 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院