一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法

摘要

一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，基于有载辊缝与压下量的映射关系，通过按照设定的步长建立的对压下量的迭代更新，完成每次压下量下对应的有载辊缝优化目标函数的计算，并设定用以触发迭代终止的约束条件，据此完成对各机架有载辊缝目标函数的优化；所述约束条件为：G(X)＝G(X)

说明书

技术领域

本发明属于冷连轧技术领域，具体涉及一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法。

背景技术

冷轧板带材属于高附加值钢材品种，是汽车、家电、食品包装、建筑等行业所必不可少的原材料。近年来，工业发达国家在钢材结构上的一个明显变化是在保持钢材板带持续提高的前提下，高附加值的深加工冷轧板带产品显著增加。许多发达国家热轧板带材转化为冷轧板带材和涂镀层板，比例高达90％以上。

在冷轧板带产量增加的同时，下游行业对板带质量提出了越来越高的要求。以汽车工业为例来说明提高带钢厚度精度的必要性。根据戴维斯估算，带钢1％的厚度偏差将可能会使车体的质量变化3kg,这将对汽车的惯性产生影响。此外，冲压加工和装配也需要有严格的公差要求。因此，提高冷轧板带厚度控制其精度，这一尺寸精度是一直以来人们研究和攻关的热点，而对于此处做出的的调整与控制归根结底就是对于动态有载辊缝的控制，而影响动态辊缝的因素又是众多的。在如此众多的影响因素之中，我们对于压下量进行优化，来控制动态辊缝的形状，进一步提高板形的质量问题。对于压下量与轧制力二者而言，随着绝对压下量的增加，轧件与轧辊的之间的接触面积会不断的变大，进而使得轧制压力不断增加，同时伴随着接触弧长增加，外摩擦的影响加剧，平均单位压力增加，轧制压力也随着增加。在这一轧制的过程中，由于轧制压力的变大，轧辊轧制时产生变形热和摩擦热增加，导致热凸度的增加，影响了有载辊缝的形状。所以在轧制过程中，如果能够充分考虑到压下规程对轧制力的具体影响规律，对于冷连轧动态辊缝的控制有着不可忽略的意义，对于控制出口板形就是对于有载辊缝的控制，因此对于冷连轧过程中对于各个机架间的压下规程的优化有着重要的意义。

目前根据文献检索，国内外研究较多的是通过研究压下规程与其他相关因素联合作用在轧机生产过程中的影响，提出了相关的控制的基本原理及其影响因素的分析研究，针对产品的规格、钢种，最大程度地降低了由于轧制压力的变化对于有载辊缝的影响，减小轧制压力的波动，从而获得良好出口板形，关于优化冷连轧过程中控制系统中压下规程优化设定的模型，并没有相关明确的提出研究。

申请号为：CN201210083834.4的发明申请，公开了“适用于五机架UCM机型冷连轧机组的压下规程优化方法”，首先定义板形偏差系数和凸度偏差系数，再根据现场来料波动情况，给出修正系数的初始值，然后计算当前规程下的最佳工作参数，再输出给相应的机架调节机构，实现压下规程的优化。

申请号为：CN 201410026932.3的发明申请，公开了“一种冷连轧机组极薄带钢轧制的压下规程优化方法”，，涉及专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及一种冷连轧机组极薄料轧制过程综合控制的压下规程优化，使用冷连轧机组控制系统现有的设备参数与工艺参数数据，定义兼顾板形，板凸度和压靠控制的压下规程优化所涉及的过程参数，计算当前压下规程下的优化目标函数，通过计算机程序控制实现压下规程优化，在考虑安全系数的前提下，判断轧制压力、轧制功率、打滑因子、滑伤指数、板形、板凸度和压靠是否超限，实现极薄带钢轧制的压下规程综合优化设定。

申请号为：CN 201510725285.X的发明申请，公开了“一种冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法”，其主要包括以下由计算机执行的步骤：1、收集现场参数；2、收集机组摩擦特性参数；3、定义参数；4、设定初始值和初始优化步长及优化参数；5、计算第i机架出口速度、压下率、道次压下量和等效张力影响系数；6、计算第i机架摩擦系数；7、计算第i机架轧制力；8、计算第i机架工作辊压扁半径、外摩擦力影响系数、前滑值和轧制力矩；9、计算第i机架打滑因子和滑伤指数；10、计算第i机架轧制功率；11、构造机组电耗控制函数式；12、输出最优轧制规程。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供了一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其技术方案具体如下：

一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

基于有载辊缝与压下量的映射关系，通过按照设定的步长建立的对压下量的迭代更新，完成每次压下量下对应的有载辊缝优化目标函数的计算，并设定用以触发迭代终止的约束条件，据此完成对各机架有载辊缝目标函数的优化；

所述约束条件为：

G(X)＝G(X)min，S

式中，

G(X)：各机架的有载辊缝优化目标函数；

S

S

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

对各机架有载辊缝目标函数的优化以工艺约束条件为限进行；

所述的工艺约束条件包括有：

各机架的压下量小于各机架的单位压下量最大值、

各机架的轧制力小于各机架最大轧制力、

各机架的前滑值小于最大临界前滑目标值。

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

将整卷带钢沿纵向进行划分，将有载辊缝沿横向进行划分，

基于上述划分分别建立纵向分布函数与横向分布函数，并基于纵向分布函数与横向分布函数各自的权重分配建立有载辊缝优化目标函数。

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

有载辊缝优化目标函数，根据下式确定：

G(X)＝ξG(X)

上式中，

G(X)：有载辊缝优化目标函数；

G(X)

G(X)

ξ：动态辊缝的加权系数。

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

横向分布函数，根据下式确定：

上式中，

G(X)

G(X

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

纵向分布函数，根据下式确定：

上式中，

G(X)

G(X

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

具体包括如下步骤：

S1：自各机架压下量最小值开始，按照设定的迭代步长对各机架压下量进行迭代计算；

S2：每完成一次对各机架压下量的迭代计算，对当前压下量下的前滑值与有载辊缝优化目标函数进行计算；

S3：根据步骤S2中的计算结果，对前滑值与有载辊缝优化目标函数分别进行基于约束条件的判定，当满足约束条件时终止迭代，并输出满足有载辊缝优化目标函数的轧制参数，否则继续。

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

步骤S3在进行继续迭代之前，还进行是否满足工艺约束条件的判定，据此的S3具体如下：

根据步骤S2中的计算结果，对前滑值与有载辊缝优化目标函数分别进行基于约束条件的判定，当满足约束条件时终止迭代，并输出满足有载辊缝优化目标函数的轧制参数，

否则，对各机架进行如下判断：

当前压下量是否小于各机架的单位压下量最大值、

对应的轧制力是否小于各机架最大轧制力、

对应的前滑值是否小于最大临界前滑目标值；

若均满足则继续迭代，否则终止迭代，并将最小的有载辊缝优化目标函数所对应的轧制参数作为满足有载辊缝优化目标函数的轧制参数。

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

步骤S2中的对当前压下量下的前滑值进行计算，具体按照下式进行：

上式中，

S

h

R

ε

μ

σ

σ

P

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：对当前压下量下对应的轧制力的计算，按照下式进行：

上式中，

P

k

ψ

B：带材宽度，单位：mm；

R

Δh

h

μ

ε'

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

式中的P

上式中，

P

k

ψ

B：带材宽度，单位：mm；

R

Δh

h

μ

ε'

根据本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，其特征在于：

用于完成各计算的物理量，根据L1计算机搜集的设备参数与工艺参数确定。

本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，综合考虑了冷连轧机组的设备与工艺特点，通过研究压下规程对轧制力的影响，来影响有载辊缝的分布情况进一步影响板形。基于理论分析研究并与实际生产情况结合建立相应的压下规程优化模型，通过对应的优化模型，对冷连轧机组有动态载辊缝进行精确控制与调整，确保了在不影响产量的情况下可以进一步提高板形的质量；

在技术方案的创新上，首先整套控制基于压下量、目标函数也基于有载辊缝建立，此设置有别于基于板形的控制；其次，在具体技术结构设置与过程处理上，其一在于从目标函数的结构构造上着手，构造了一个基于二级二维微元的表达，使得计算更精确；所述二级二维微元中的一级在于：将整卷带钢沿纵向进行划分，将有载辊缝沿横向进行划分，基于此划分分别建立纵向分布函数与横向分布函数，并基于纵向分布函数与横向分布函数各自的权重分配建立有载辊缝优化目标函数；所述二级二维微元中的二级在于：分别针对每个横向、每个纵向分布段进行二维微元的划分。其二在于在遵循工艺限度条件的约束下，通过设置两个判别条件、并同时满足两个判别条件的机制建立对迭代优化的终止与否的判定，使得最终的板形质量更高。其三在于前滑值的计算中，中性角与咬入角的计算，均基于同阶的思想，用θ代替sinθ，从而加速计算；同时辊缝值可以数字形式直观地呈现。

综述，本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，通过对冷连轧机组各机架间压下规程优化模型的分别优化设定，进而减小轧制力波动，确保了冷连轧过程中轧制力的稳定以及板形质量，实现了对于冷连轧过程中各个机架的有载辊缝的控制，提高了实际生产效率和质量，给机组带来一定的经济效益。

附图说明

图1为本发明具体工作过程的流程示意图。

具体实施方式

下面，根据说明书附图和具体实施方式对本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法作进一步具体说明。

一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，

基于有载辊缝与压下量的映射关系，通过按照设定的步长建立的对压下量的迭代更新，完成每次压下量下对应的有载辊缝优化目标函数的计算，并设定用以触发迭代终止的约束条件，据此完成对各机架有载辊缝目标函数的优化；

所述约束条件为：

G(X)＝G(X)min，S

式中，

G(X)：各机架的有载辊缝优化目标函数；

S

S

其中，

对各机架有载辊缝目标函数的优化以工艺约束条件为限进行；

所述的工艺约束条件包括有：

各机架的压下量小于各机架的单位压下量最大值、

各机架的轧制力小于各机架最大轧制力、

各机架的前滑值小于最大临界前滑目标值。

其中，

将整卷带钢沿纵向进行划分，将有载辊缝沿横向进行划分，

基于上述划分分别建立纵向分布函数与横向分布函数，并基于纵向分布函数与横向分布函数各自的权重分配建立有载辊缝优化目标函数。

其中，

有载辊缝优化目标函数，根据下式确定：

G(X)＝ξG(X)

上式中，

G(X)：有载辊缝优化目标函数；

G(X)

G(X)

ξ：动态辊缝的加权系数。

其中，

横向分布函数，根据下式确定：

上式中，

G(X)

G(X

其中，

纵向分布函数，根据下式确定：

上式中，

G(X)

G(X

其中，

具体包括如下步骤：

S1：自各机架压下量最小值开始，按照设定的迭代步长对各机架压下量进行迭代计算；

S2：每完成一次对各机架压下量的迭代计算，对当前压下量下的前滑值与有载辊缝优化目标函数进行计算；

S3：根据步骤S2中的计算结果，对前滑值与有载辊缝优化目标函数分别进行基于约束条件的判定，当满足约束条件时终止迭代，并输出满足有载辊缝优化目标函数的轧制参数，否则继续。

其中，

步骤S3在进行继续迭代之前，还进行是否满足工艺约束条件的判定，据此的S3具体如下：

根据步骤S2中的计算结果，对前滑值与有载辊缝优化目标函数分别进行基于约束条件的判定，当满足约束条件时终止迭代，并输出满足有载辊缝优化目标函数的轧制参数，

否则，对各机架进行如下判断：

当前压下量是否小于各机架的单位压下量最大值、

对应的轧制力是否小于各机架最大轧制力、

对应的前滑值是否小于最大临界前滑目标值；

若均满足则继续迭代，否则终止迭代，并将最小的有载辊缝优化目标函数所对应的轧制参数作为满足有载辊缝优化目标函数的轧制参数。

其中，

步骤S2中的对当前压下量下的前滑值进行计算，具体按照下式进行：

上式中，

S

h

R

ε

μ

σ

σ

P

其中，

对当前压下量下对应的轧制力的计算，按照下式进行：

上式中，

P

k

ψ

B：带材宽度，单位：mm；

R

Δh

h

μ

ε'

其中，

式中的P

上式中，

P

k

ψ

B：带材宽度，单位：mm；

R

Δh

h

μ

ε'

其中，

用于完成各计算的物理量，根据L1计算机搜集的设备参数与工艺参数确定。

工作过程、原理

下面结合图1对本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法作具体原理的阐述如下：

(A)收集冷连轧机组轧制过程中1到5机架的设备参数，主要包括：各机架机架工作辊直径D

(B)收集冷连轧机组轧制过程中不同轧制时间下关键轧制工艺参数，第i(i＝1～5)机架的来料的厚度横向分布h

(C)定义1到5机架的前张力分别为，σ

(D)初始化压下量优化系数k

(E)计算各个机架压下量

(F)根据轧制力模型计算公式可得，压下规程与轧制力之间的关系，计算第i机架第j段的轧制力

(G)根据前滑的计算模型，将带材沿纵向分为N段，得出与第i机架带材第j段压下规程相关的前滑值

(H)将有载辊缝延横向分为n段，将整卷带钢延纵向分为N段，建立各个机架动态有载辊缝优化目标函数

，式中：ξ—动态辊缝的加权系数；α—横向有载辊缝的加权系数；β—纵向有载辊缝加权系数；

(I)判断1到5机架中的各个机架的优化目标函数G(X)是否最小和前滑值S

(J)判断ε

(K)输出满足优化目标函数的最优轧制参数ε

实施例

下面，以某五机架冷连轧机组为例，结合图1，对本发明所述一种适合于冷连轧机组以动态辊缝控制为目标的压下规程优化设定方法进行详细说明。

实施例1：钢种为AP1060A1，规格为1015mm×306mm(宽度×厚度)

首先，在步骤(A)中收集冷连轧机组各机架的设备参数：此设备的前三个机架为四辊轧机，后两个机架为六辊轧机，5个机架的工作辊直径d

随后在步骤(B)和(C)中，收集五机架冷连轧机组各机架轧制工艺参数,取j＝1；1机架设定速度下的各个机架带材的入口厚度为2.3mm；1-5机架在轧制速度为机组设定轧制速度时的前张力σ

随后在步骤(D)中，初始化补偿模型中的优化系数k

随后在步骤(E)中，根据所收集到的各个机架的最小压下规程，由下式得出1-5各个机架的带材压下量

随后在步骤(F)中，根据轧制力模型计算公式分别计算出各个机架的轧制力：

计算得出，1到5机架的轧制力为P

随后在步骤(G)中，根据前滑的计算模型，将带材沿纵向分为N段，得出第i机架带材第j段的前滑值：

随后在步骤(H)中将有载辊缝延横向分为5段，将整卷带钢延纵向分为100段，建立各个机架动态有载辊缝优化目标函数

计算得出1到5机架的动态辊缝

随后在步骤(I)中，判断各个机架的前滑值S

随后在步骤(J)中，判断ε

随后在步骤(K)中，输出冷连轧有载辊缝为目标的压下规程优化模型下各个机架的最优压下规程为ε

本实例通过对于此次各个机架的压下规程的优化，得到以控制有载辊缝为目的最优压下规程进行了相关的优化，是在冷连轧过程有载辊缝的形状得到了控制，进而使得轧制过程更加平稳，板带的质量也得到了更大的提升，对于现场的经济效益具有一定的意义。

实施例2：钢种为AQ0510B1，规格为841×0.688(宽度×厚度)

首先，在步骤(A)中收集冷连轧机组各机架的设备参数：此设备的前三个机架为四辊轧机，后两个机架为六辊轧机，5个机架的工作辊直径d

随后在步骤(B)和(C)中，收集五机架冷连轧机组各机架轧制工艺参数,取j＝1；1机架设定速度下的各个机架带材的入口厚度为2.707mm；；1-5机架在轧制速度为机组设定轧制速度时的前张力σ

随后在步骤(D)中，初始化补偿模型中的优化系数k

随后在步骤(E)中，根据所收集到的各个机架的最小压下规程，由下式得出1-5各个机架的带材压下量

计算得出1到5机架的的压下规程分别为ε

随后在步骤(F)中，根据轧制力模型计算公式分别计算出各个机架的轧制力

计算得出，1到5机架的轧制力为P

随后在步骤(G)中，根据前滑的计算模型，将带材沿纵向分为N段，得出第i机架带材第j段的前滑值：

计算得出1到5机架的前滑值为S

随后在步骤(H)中将有载辊缝延横向分为5段，将整卷带钢延纵向分为100段，建立各个机架动态有载辊缝优化目标函数G(X)，

计算得出1到5机架的动态辊缝

随后在步骤(I)中，判断各个机架的前滑值S

随后在步骤(J)中，判断ε

随后在步骤(K)中，输出冷连轧有载辊缝为目标的压下规程优化模型下，各个机架的最优压下规程为ε

本发明的一种基于动态辊缝控制的冷连轧机组压下规程优化方法，通过对冷连轧机组各机架间压下规程优化模型的分别优化设定，进而减小轧制力波动，确保了冷连轧过程中轧制力的稳定以及板形质量，实现了对于冷连轧过程中各个机架的有载辊缝的控制，提高了实际生产效率和质量，给机组带来一定的经济效益。