CN101513647A - 二次冷轧机组生产带材的平整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种二次冷轧机组生产带材的平整方法，该方法通过合理设定第一和第二机架工作辊表面粗糙度以及延伸率的分配系数来控制带材的表面粗糙度，并以成品带材前张力与轧制压力横向分布都均匀作为目标合理设定弯辊力、窜辊量、机架前中后三段张力来控制成品板形及其它可能产生的表面缺陷，形成了一套有效改进的二次冷轧机组高光亮镜面板平整技术。本发明原理清晰明了，根据得出的轧制工艺设定值进行的二次冷轧工艺生产顺利，经平整的带材板形与表面质量都很高，并且计算速度快，适于在线使用。

Description

二次冷轧机组生产带材的平整方法

技术领域

本发明涉及一种带材的轧制方法，特别涉及一种采用二次冷轧机组生产带材，尤其是生产高光亮镜面板的平整方法。

背景技术

带材(如带钢)被广泛应用于各行各业，其中，高光亮镜面板作为国内市场需求量巨大的一种带钢，主要用于餐具、灯器具、锁具、礼品盒、打火机等，其特点是对相关产品板形与表面质量的要求极高。以表面质量为例，对于满足现代化器具加工需求的高光亮镜面板而言，其表面粗糙度必须控制在0.1μm以下，而且不能有任何色差。

但是，由于此前国内对于高光亮镜面板主要依赖于进口，相关平整生产工艺的开发都处于探索阶段，国外虽然对于镜面板工艺的开发研究较早，但主要侧重于对不锈钢等镜面板的化学成分和热轧工艺等方面的研究，并且一般采用的是单机架四辊平整机来生产高光亮镜面板，成品的表面精度往往不尽人意。

随着轧制机械设备和工艺过程的不断完善，在实际生产中，越来越多地采用冷轧带钢的生产技术来生产厚度减小到一定尺寸的薄带钢，因为采用冷轧方式可以提高带钢表面质量、改善力学性能和获得精确的尺寸偏差。而为了保证带钢的板形和表面质量的加工要求，实际生产中常采用二次冷轧的生产工艺及相应设备，如图1所示，带材1从开卷机2卷出后送至冷轧机组，第一机架A和第二机架B均为六辊机型的冷轧机组，每个机架的轧辊都包括工作辊4、中间辊5以及支撑辊6，其中，工作辊4与带材1的表面直接接触以进行轧制，经过两个机组的依次轧制，带材1达到规定的厚度并被送至卷取机3回卷。为了控制板形，在轧制过程中，中间辊5可以有一定量的窜动，如图2a和2b所示，图2a为串辊前的状态，图2b为中间辊5沿箭头方向发生串动的情形；同时，工作辊4与中间辊5还具有液压弯辊装置以产生如箭头方向所示的中间辊弯辊力和工作辊弯辊力，如图3所示。

然而，在实际生产过程中，如何控制并调整生产出的成品的表面粗糙度及板形质量一直是本领域技术人员迫切希望解决的问题，在以往的操作过程中，带材的轧制工艺参数以及冷轧机组的设备工艺及现场轧制参数等各项参数的设定和调整一般是取决于操作人员的经验估计，因此往往会造成产品板形不好控制，表面质量不稳定。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种二次冷轧机组生产带材的平整方法，在生产厚度规格为0.25mm-0.3mm，成分为C≤0.12％，Mn≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.025％，且成品抗拉强度≥270Mpa的薄型高光亮镜面板时，可同时满足产品的板形与表面质量要求。

为此，本发明在完成平整前道工序与轧辊磨削工艺的基础上，通过合理的设定第一机架和第二机架的工作辊表面粗糙度以及延伸率的分配系数来控制带材的表面粗糙度，并以成品机架带材的出口张力与轧制压力横向分布都均匀作为目标合理设定弯辊力、窜辊量、机架前中后三段张力来控制成品板形及其它可能产生的表面缺陷，同时配合平整后道工序，以形成一套完整的二次冷轧机组高光亮镜面板平整生产技术。

根据本发明的二次冷轧机组生产带材的平整方法采用的二次冷轧机组包括第一机架和第二机架，每个机架包括工作辊、中间辊和支撑辊，该平整方法具体包括以下步骤：

(A)确定待轧制的带材的轧制工艺参数和冷轧机组的设备参数；

(B)将步骤(A)中确定的参数输入到控制运算器中，按照建立的计算模型及控制目标函数得出轧制工艺设定值；

(C)根据得出的轧制工艺设定值进行二次冷轧工艺。

其中，步骤(A)中的待轧制的带材的轧制工艺参数包括：带材来料的厚度横向分布值H_i；来料板形的横向分布值L_i；带材的宽度B；延伸率设定值ε₀；机架间延伸率分配系数允许极限值ξ_max，ξ_min；带材来料粗糙度Ra_strip0；成品带材要求粗糙度Ra_strip1；第一机架和第二机架工作辊的轧制长度L₁，L₂；第一机架和第二机架的工作辊所允许的最大轧制长度L_1max，L_2max。

冷轧机组的设备参数包括：第一机架和第二机架工作辊直径D_w1，D_w2；第一机架和第二机架中间辊直径D_m1，D_m2；第一机架和第二机架支撑辊直径D_b1，D_b2；第一机架工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型分布ΔD_1wi，ΔD_1mi，ΔD_1bi；第二机架工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型分布ΔD_2wi，ΔD_2mi，ΔD_2bi；第一机架和第二机架工作辊的辊身长度L_w1，L_w2；第一机架和第二机架中间辊的辊身长度L_m1，L_m2；第一机架和第二机架支撑辊的辊身长度L_b1，L_b2；第一机架和第二机架工作辊压下螺丝中心距l_w1，l_w2；第一机架和第二机架中间辊压下螺丝中心距l_m1，l_m2；第一机架和第二机架支撑辊压下螺丝中心距l_b1，l_b2；第一机架中间辊许用最大窜动量δ_1max；第二机架中间辊许用最大窜动量δ_2max；第一机架工作辊与中间辊的最大弯辊力S_1wmax ⁺、S_1wmax ^-、S_1mmax ⁺、S_1mmax ^-；第二机架工作辊与中间辊的最大弯辊力S_2wmax ⁺、S_2wmax ^-、S_2mmax ⁺、S_2mmax ^-。

进一步地，步骤(B)包括：

(a)确定第一机架和第二机架工作辊的原始表面粗糙度的设定值；

(b)根据确定的工作辊的原始表面粗糙度的设定值确定第一机架和第二机架的延伸率分配系数；

(c)确定带材在二次冷轧机组的前中后三段张力以及第一机架和第二机架的轧制压力；

(d)确定第一机架和第二机架的弯辊力以及中间辊窜动量。

在步骤(a)中，第一机架和第二机架工作辊的原始表面粗糙度设定值的确定采用以下步骤：

(a1)建立各个机架的延伸率ε_i与延伸率分配系数ξ之间的函数关系，即ε₁＝ε₀·ξ，ε₂＝ε₀·(1-ξ)；

(a2)根据机组的设备参数及现场轧制参数，找出工作辊表面粗糙度Ra_rolli的衰减系数B_Vi，并建立轧制过程中各工作辊表面粗糙度Ra_rolli与轧制长度L_i、轧辊表面原始粗糙度Ra_roll0i之间的关系模型：

${\mathrm{Ra}}_{\mathrm{rolli}}={\mathrm{Ra}}_{\mathrm{roll}0i}\·e^{-B_v\·L_i};$

(a3)根据现场轧制参数，建立各个机架出口处带材的表面粗糙度Ra_strip与轧辊表面粗糙度Ra_roll、来料原始粗糙度Ra_strip0以及延伸率ε等主要轧制工艺参数之间的关系模型：

Ra_strip＝f(Ra_strip0，ε，Ra_roll)；

(a4)将相关参数值代入相关模型以组成一个方程组，解出第一机架和第二机架工作辊原始表面粗糙度的设定值Ra_roll0i。

优选将两组参数值带入关系模型，即L₁＝0、L₂＝0、ξ＝ξ_max、Ra_strip＝Ra_strip1以及L₁＝L_1max、L₂＝L_2max、ξ＝ξ_min、Ra_strip＝Ra_strip1。

更进一步地，在步骤(b)中，第一机架和第二机架的延伸率分配系数的确定包括以下步骤：

(b1)根据第一机架和第二机架的工作辊原始粗糙度的设定值Ra_roll0i构造出当前状态下成品带材的表面粗糙度的计算模型：

${\mathrm{Ra}}_{\mathrm{strip}}=f_1(\mathrm{\ξ},L_i,{\mathrm{Ra}}_{{\mathrm{strip}}_0},{\mathrm{Ra}}_{\mathrm{roll}0});$

(b2)将实际工作辊轧制公里数L_i、轧辊表面原始粗糙度Ra_roll0i、成品带材的表面粗糙度Ra_strip1代入模型，求出相应的延伸率分配系数ξ。

在步骤(c)中，带材在二次冷轧机组的前中后三段张力以及第一机架和第二机架的轧制压力的确定包括以下步骤：

(c1)给定第一机架和第二机架张力的初始设定值X₀＝{T₀，T₁，T₂}以及相应的迭代精度；

(c2)计算出当前张力及延伸率分配系数ξ下所对应的第二机架的轧制压力横向分布值q_2i，以及第二机架的前张力横向分布值σ_2i；

(c3)计算板形与表面质量综合控制目标函数

$F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_1\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_1)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}$

其中，α₁为加权系数；

(c4)判断Powell条件是否成立，若不成立，改变张力设定值，重复上述步骤(c1)至步骤(c3)，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳张力设定值；

(c5)根据延伸率分配系数、总延伸率及计算得出的三段张力设定值得出相应的轧制压力设定值。

为了保证弯辊对板形有足够的调节范围，优选在步骤(c)的计算进行之前将弯辊力设在基态，即

$S_{w1}=\frac{S_{w1\max }^{+}+S_{w1\max }^{-}}{2},$ $S_{m1}=\frac{S_{m1\max }^{+}+S_{m1\max }^{-}}{2},$ $S_{w2}=\frac{S_{w2\max }^{+}+S_{w2\max }^{-}}{2},$ $S_{m2}=\frac{S_{m2\max }^{+}+S_{m2\max }^{-}}{2},$ 而中间辊窜辊量设定为0。

更进一步地，在步骤(d)中，第一机架和第二机架的弯辊力以及中间辊窜动量的确定包括以下步骤：

(d1)给定第一机架和第二机架的弯辊力与窜辊量的初始设定值X₀＝{S_w1，S_w2，S_m1，S_m2，δ₁，δ₂}以及迭代精度ε；

(d2)计算出当前张力及延伸率分配系数ξ及弯辊与窜辊条件下所对应的第二机架轧制压力横向分布值q_2i、第二机架前张力横向分布值σ_2i；

(d3)计算板形与表面质量综合控制目标函数

$F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_2\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_2)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}$

其中，α₂为加权系数；

(d4)判断Powell条件是否成立，若不成立，改变弯辊力与窜辊量的设定值，重复上述步骤(d1)至步骤(d3)，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳弯辊力与窜辊量的设定值。

本发明生产带材的平整方法原理简明，根据得出的轧制工艺设定值进行的二次冷轧工艺生产顺利，并且经平整的带材板形与表面质量都很高；此外，由于在本发明中采用的是鲍威尔(Powell)优化快速算法，计算速度快，适于在线使用。

附图说明

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的详细描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点，其中：

图1是采用二次冷轧机组生产工艺的设备布置的示意图；

图2a和2b是二次冷轧机组的中间辊发生窜动情况的示意图，其中，图2a示出串辊前的状态，图2b示出串辊后的状态；

图3是二次冷轧机组的工作辊与中间辊发生弯辊情况的示意图；

图4是本发明二次冷轧机组生产带材的平整方法的总流程图

图5是图4中步骤(B)的流程图；

图6是图5步骤(a)中第一和第二机架工作辊表面粗糙度的设定计算流程图；

图7是图5步骤(b)中第一和第二机架延伸率分配系数的设定计算流程图；

图8是图5步骤(c)中前中后三段张力及第一和第二机架轧制压力的设定计算流程图；

图9是图5步骤(d)中第一和第二机架弯辊力以及中间辊窜动量的设定计算流程图；

图10是根据本发明平整方法而得出的第一实施例的关键参数与按照传统方法所得出的关键参数的对比图；

图11是根据本发明平整方法而得出的第一实施例的实际带材表面粗糙度精度与按照传统方法所得出的实际带材表面粗糙度精度的对比图；

图12是根据本发明平整方法而得出的第一实施例的带材出口板形横向分布图；

图13是按照传统方法而得出的第一实施例的带材出口板形横向分布图；

图14是根据本发明平整方法而得出的第一实施例的轧制压力横向分布图；

图15是按照传统方法而得出的第一实施例的轧制压力横向分布图；

图16是根据本发明平整方法而得出的第二实施例的关键参数与按照传统方法所得出的关键参数的对比图；

图17是根据本发明平整方法而得出的第二实施例的实际带材表面粗糙度精度与按照传统方法所得出的实际带材表面粗糙度精度对比图；

图18是根据本发明平整方法而得出的第二实施例的带材出口板形横向分布图；

图19是按照传统方法而得出的第二实施例的带材出口板形横向分布图；

图20是根据本发明平整方法而得出的第二实施例的轧制压力横向分布图；

图21是按照传统方法而得出第二实施例的轧制压力横向分布图。

具体实施方式

以下通过两个具体实施例来详细说明本发明平整方法的实施过程。

第1实施例

图4是本发明二次冷轧机组生产带材的平整方法的总流程图，该平整方法具体包括以下步骤：

(A)确定待轧制的带材的轧制工艺参数和冷轧机组的设备参数；

(B)将步骤(A)中确定的参数输入到控制运算器中，按照建立的计算模型及控制目标函数得出轧制工艺设定值；

(C)根据得出的轧制工艺设定值进行二次冷轧工艺。

其中步骤(B)的计算流程按照如图5所示的步骤进行：

(a)确定第一机架和第二机架工作辊的原始表面粗糙度的设定值；

(b)根据确定的工作辊的原始表面粗糙度的设定值确定第一机架和第二机架的延伸率分配系数；

(c)确定带材在二次冷轧机组的前中后三段张力以及第一机架和第二机架的轧制压力；

(d)确定第一机架和第二机架的弯辊力以及中间辊窜动量。

现以来料0.25×1000mm，总延伸率为1.0％的高光亮镜面板为例来描述特定高光亮镜面板在特定机组上的生产方法以及相关效果。

首先，在步骤(a)中，对第一和第二机架工作辊表面粗糙度进行设定，基本步骤如图6所示：

收集待轧制的高光亮镜面板的关键轧制工艺参数，主要包括：带材来料的厚度横向分布值H_i＝{0.25，0.25，0.25，0.25，0.25，0.25，0.25，0.25，0.25，0.25}；来料板形的横向分布值L_i＝{0，0，0，0，0，0，0，0，0，0}；带材的宽度B＝1000mm；延伸率设定值ε₀＝1.0％；机架间延伸率分配系数允许极限值ξ_max＝0.8，ξ_min＝0.2；带材来料粗糙度Ra_strip0＝0.5μm；成品带材要求粗糙度Ra_strip1＝0.08μm；第一和第二机架工作辊的轧制长度L₁＝100Km，L₂＝120Km；第一和第二机架工作辊所允许的最大轧制长度L_1max＝150Km，L_2max＝150Km；

在步骤a1中，建立各个机架延伸率ε_i与延伸率分配系数ξ之间的函数关系，即ε₁＝ε₀·ξ，ε₂＝ε₀·(1-ξ)；

在步骤a2中，回归出一套在平整轧制过程中反映带材原始粗糙度遗传关系的模型如下：

${\mathrm{Ra}}_{{\mathrm{strip}}_1}=(1-100h-20000h^2)\·e^{2.0\×{10}^{-10}\·k}\·e^{-119.2\·\mathrm{\ϵ}}\·{\mathrm{Ra}}_{{\mathrm{strip}}_0}$

-成品板面粗糙度中的来自遗传部分的粗糙度；

-平整轧制前带材的表面粗糙度；h-带材厚度；k-带材强度；ε-延伸率；

在步骤a3中，回归出一套在平整轧制过程中反映工作辊表面粗糙度与带材表面粗糙度复印关系的模型如下：

${\mathrm{Ra}}_{\mathrm{stri}{p}_2}=\mathrm{th}\left(1200h\right)\·e^{-3.0\×{10}^{-10}\·k}\·\mathrm{th}\left(18.2\mathrm{\ϵ}\right)\·{\mathrm{Ra}}_r$

-成品板面粗糙度中的来自轧辊复印部分的粗糙度；

并相应的给出平整轧制过程中带材表面粗糙度模型(模型1)：

${\mathrm{Ra}}_{\mathrm{strip}}=(1-100h-20000h^2)\·e^{2.0\×{10}^{-10}\·k}\·e^{-119.2\·\mathrm{\ϵ}}\·{\mathrm{Ra}}_{{\mathrm{strip}}_0}+\mathrm{th}\left(1200h\right)\·e^{-3.0\×{10}^{-10}\·k}\·\mathrm{th}\left(18.2\mathrm{\ϵ}\right)\·{\mathrm{Ra}}_{r0}\·e^{-0.002\·L}$

然后，在步骤a4中，分别将L₁＝0、L₂＝0、ξ＝ξ_max＝0.8、Ra_strip＝Ra_strip1＝0.08μm以及L₁＝L_1max＝150Km、L₂＝L_2max＝150Km、ξ＝ξ_min＝0.2、Ra_strip＝Ra_strip1＝0.08μm两组参数代入上述模型1组成一个方程组，解出第一和第二机架工作辊原始表面粗糙度的设定值Ra_roll01＝0.2μm，Ra_roll02＝0.015μm。

随后，在步骤b中，完成第一和第二机架延伸率分配系数的设定，基本步骤如图7所示：

在步骤b1中，根据第一和第二机架工作辊原始粗糙度的设定值构造出当前状态下成品板面粗糙度的计算模型：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{Ra}}_{\mathrm{stri}{p}_1}=(1-100h-20000h^2)\·e^{2.0\×{10}^{-10}\·k}\·e^{-1.192\·\mathrm{\ξ}}\·{\mathrm{Ra}}_{{\mathrm{strip}}_0}+\mathrm{th}\left(1200h\right)\·e^{-3.0\×{10}^{-10}\·k}\·\mathrm{th}\left(0.182\mathrm{\ξ}\right)\·0.2\·e^{-0.002\·L}\\ {\mathrm{Ra}}_{\mathrm{stri}{p}_2}=(1-100h-20000h^2)\·e^{2.0\×{10}^{-10}\·k}\·e^{-1.192\·(1-\mathrm{\ξ})}\·{\mathrm{Ra}}_{{\mathrm{strip}}_0}+\mathrm{th}\left(1200h\right)\·e^{-3.0\×{10}^{-10}\·k}\·\mathrm{th}(0.182-0.182\mathrm{\ξ})\·0.015\·e^{-0.002\·L}\end{array}\right.$

在步骤b2中，将实际工作辊轧制公里数L₁＝100Km，L₂＝120Km、轧辊表面原始粗糙度Ra_roll01＝0.2μm，Ra_roll02＝0.015μm、光亮板成品表面粗糙度Ra_strip1＝0.08μm代入相关模型，求出相应的延伸率分配系数ξ＝0.72。

随后，在步骤c中，计算出前中后三段张力及第一和第二机架轧制压力，基本步骤如图8所示：

首先，收集二次冷轧机组的设备参数，主要包括：第一和第二机架工作辊直径D_w1＝560mm，D_w2＝560mm；第一和第二机架中间辊直径D_m1＝560mm，D_m2＝560mm；第一和第二机架支撑辊直径D_b1＝1000mm，D_b2＝1000mm；第一机架工作辊、中间辊以及支撑辊辊型分布ΔD_1wi＝0，ΔD_1mi＝0，ΔD_1bi＝0；第二机架工作辊、中间辊以及支撑辊辊型分布ΔD_2wi＝0，ΔD_2mi＝0，ΔD_2bi＝0；第一和第二机架工作辊辊身长度L_w1＝1220mm，L_w2＝1220mm；第一和第二机架中间辊辊身长度L_m1＝1220mm，L_m2＝1220mm；第一和第二机架支撑辊辊身长度L_b1＝1220mm，L_b2＝1220mm；第一和第二机架工作辊压下螺丝中心距l_w1＝2200mm，l_w2＝2200mm；第一和第二机架中间辊压下螺丝中心距l_m1＝2210mm，l_m2＝2210mm；第一和第二机架支撑辊压下螺丝中心距l_b1＝2210mm，l_b2＝2210mm；第一机架中间辊许用最大窜动量δ_1max＝300mm；第二机架中间辊许用最大窜动量δ_2max＝300mm；第一机架工作辊与中间辊的最大弯辊力 $S_{1w\max }^{+}=30t,$ $S_{1w\max }^{-}=-30t,$ $S_{1m\max }^{+}=30t,$ $S_{1m\max }^{-}=-30t;$ 第二机架工作辊与中间辊的最大弯辊力 $S_{2w\max }^{+}=30t,$ $S_{2w\max }^{-}=-30t,$ $S_{2m\max }^{+}=30t,$ $S_{2m\max }^{-}=-30t,$ 而中间辊窜辊量设定为0；

在步骤c1中，给定第一和第二机架张力的初始设定值X₀＝{28，56，28}以及相应的迭代精度为0.001；

在步骤c2中，计算出当前张力及延伸率分配系数ξ＝0.72下所对应的第二机架轧制压力横向分布值以及第二机架前张力横向分布值：

q_2i＝{4567，3241，5672，3245，7654，2388，3134，4556，1267，4724}

σ_2i＝{127，145，130，150，175，388，334，456，167，424}

在步骤c3中，计算出板形与表面质量综合控制目标函数 $F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_1\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_1)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}=2.482,({\mathrm{\α}}_1=0.65);$

在步骤c4中，判断Powell条件是否成立，若不成立，改变张力设定值，重复上述步骤c1至步骤c3，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳张力设定值X＝{90，100，50}；

在步骤c5中，根据延伸率分配系数ξ＝0.72、总延伸率ε₀＝1.0％及三段张力设定值X＝{90，100，50}计算出相应的轧制压力设定值P₁＝500，P₂＝400。

最后，在步骤d中，完成第一和第二机架弯辊力以及中间辊窜动量的设定，基本步骤如图9所示：

在步骤d1中，给定第一和第二机架弯辊力与窜辊量的初始设定值X₀＝{20，20，15，15，75，75}以及迭代精度0.001；

在步骤d2中，计算出当前张力及延伸率分配系数ξ＝0.72及弯辊力与窜辊量的初始值为{20，20，15，15，75，75}下所对应的第二机架轧制压力横向分布值和第二机架前张力横向分布值：

q_2i＝{2534，2245，3631，3542，4614，3387，4136，3557，2257，3725}

σ_2i＝{229，247，231，351，276，276，256，301，268，226}

在步骤d3中，计算出板形与表面质量综合控制目标函数 $F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_2\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_2)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}=1.82,({\mathrm{\α}}_2=0.5);$

在步骤d4中，判断Powell条件是否成立，若不成立，改变弯辊力与窜辊量的设定值，重复上述步骤d1至步骤d3，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳弯辊力与窜辊量的设定值X＝{85，75，96，89，74，76}。

为了方便比较，如图10所示，分别列出采用本发明所述平整方法而得出的轧制压力、弯辊力等参数设定值与采用传统方法给出的轧制压力、弯辊力等参数的设定值。两者的相关实际效果对比如下：

首先，如图11所示，给出了按照本发明所述方法而得出的实际带材表面粗糙度精度与按照传统方法所得出的实际带材表面粗糙度精度对比情况。可以看出，采用本发明所述的方法，成品带材表面粗糙度控制精度达到97.5％，而采用传统方法相关控制精度为88.75％。显然，采用本发明制成的成品带材表面粗糙度精度有了很大的提高。

进一步地，如图12和图13所示，给出了按照本发明所述方法而得出的带材出口板形与按照传统方法所得出的带材出口板形对比情况。可以看出，采用本发明所述的方法，表征板形指标的带材前张力横向分布要比采用传统方法均匀得多(前者最大值为159、最小值为147，差值仅为12；而后者最大值为181，最小值为142，差值达到39)，这说明采用本发明所述方法大大提高了板形质量，前张力不均匀度从39降低到12，下降了69.2％。

同时，如图13和图14所示，给出了按照本发明所述方法而得出的带材出口轧制压力横向分布与按照传统方法所得出的带材出口轧制压力横向分布情况。可以看出，采用本发明所述的方法，带材出口轧制压力横向分布要比采用传统方法均匀得多(前者最大值为1860、最小值为1960，差值仅为100；而后者最大值为2100，最小值为1500，差值达到600)，这说明采用本发明所述方法大大提高了轧制压力的均匀程度，降低了色差缺陷发生的概率，轧制压力横向分布不均匀度从600降低到100，下降了83.33％。

第2实施例

为了更进一步阐述本发明，现再以来料为0.20×1200mm，总延伸率为1.2％的高光亮镜面板为例来描述特定高光亮镜面板在特定机组上的生产方法以及相关效果。

首先同样在步骤a中，对第一和第二机架工作辊表面粗糙度进行设定：

收集待轧制的高光亮镜面板的关键轧制工艺参数，主要包括：带材来料的厚度横向分布值H_i＝{0.20，0.20，0.20，0.20，0.20，0.20，0.20，0.20，0.20，0.20}；来料板形的横向分布值L_i＝{0，0，0，0，0，0，0，0，0，0}；带材的宽度B＝1200mm；延伸率设定值ε₀＝1.2％；机架间延伸率分配系数允许极限值ξ_max＝0.75，ξ_min＝0.25；带材来料粗糙度Ra_strip0＝0.35μm；成品带材要求粗糙度Ra_strip1＝0.075μm；第一和第二机架工作辊的轧制长度L₁＝60Km，L₂＝80Km；第一和第二机架工作辊所允许的最大轧制长度L_1max＝120Km，L_2max＝120Km；

随后，在步骤a4中，分别将L₁＝0、L₂＝0、ξ＝ξ_max＝0.75、Ra_strip＝Ra_strip1＝0.075μm以及L₁＝L_1max＝120Km、L₂＝L_2max＝120Km、ξ＝ξ_min＝0.25、Ra_strip＝Ra_strip1＝0.075μm两组参数代入模型1组成一个方程组，解出第一和第二机架工作辊原始表面粗糙度的设定值Ra_roll01＝0.18μm，Ra_roll02＝0.012μm。

在步骤b2中，将实际工作辊轧制公里数L₁＝60Km，L₂＝80Km、轧辊表面原始粗糙度Ra_roll01＝0.18μm，Ra_roll02＝0.012μm、光亮板成品表面粗糙度Ra_strip1＝0.075μm代入相关模型，求出相应的延伸率分配系数ξ＝0.76。

随后，在步骤c中，计算出前中后三段张力及第一和第二机架轧制压力。首先收集二次冷轧机组的设备参数，主要包括：主要包括：第一和第二机架工作辊直径D_w1＝520mm，D_w2＝520mm；第一和第二机架中间辊直径D_m1＝520mm，D_m2＝520mm；第一和第二机架支撑辊直径D_b1＝1100mm，D_b2＝1100mm；第一机架工作辊、中间辊以及支撑辊辊型分布ΔD_1wi＝0，ΔD_1mi＝0，ΔD_1bi＝0；第二机架工作辊、中间辊以及支撑辊辊型分布ΔD_2wi＝0，ΔD_2mi＝0，ΔD_2bi＝0；第一和第二机架工作辊辊身长度L_w1＝1420mm，L_w2＝1420mm；第一和第二机架中间辊辊身长度L_m1＝1420mm，L_m2＝1420mm；第一和第二机架支撑辊辊身长度L_b1＝1420mm，L_b2＝1420mm；第一和第二机架工作辊压下螺丝中心距l_w1＝1400mm，l_w2＝2400mm；第一和第二机架中间辊压下螺丝中心距l_m1＝2410mm，l_m2＝2410mm；第一和第二机架支撑辊压下螺丝中心距l_b1＝2410mm，l_b2＝2410mm；第一机架中间辊许用最大窜动量δ_1max＝250mm；第二机架中间辊许用最大窜动量δ_2max＝250mm；第一机架工作辊与中间辊的最大弯辊力 $S_{1w\max }^{+}=40t,$ $S_{1w\max }^{-}=-40t,$ $S_{1m\max }^{+}=40t,$ $S_{1m\max }^{-}=-40t;$ 第二机架工作辊与中间辊的最大弯辊力 $S_{2w\max }^{+}=40t,$ $S_{2w\max }^{-}=-40t,$ $S_{2m\max }^{+}=40t,$ $S_{2m\max }^{-}=-40t,$ 而中间辊窜辊量设定为0；

在步骤c1中，给定第一和第二机架张力的初始设定值X₀＝{32，64，32}以及相应的迭代精度为0.001；

在步骤c2中，计算出当前张力及延伸率分配系数ξ＝0.76下所对应的2#机架轧制压力横向分布值和第二机架前张力横向分布值：

q_2i＝{2565，2245，3652，3349，2349，5432，2314，4356，2346，3315}

σ_2i＝{221，242，231，351，272，282，233，357，262，321}；

步骤c3中，计算出板形与表面质量综合控制目标函数

$F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_1\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_1)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}=1.567,({\mathrm{\α}}_1=0.6);$

在步骤c4中，判断Powell条件是否成立，若不成立，改变张力设定值，重复上述步骤c1至步骤c3，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳张力设定值X＝{85，110，90}；

在步骤c5中，根据延伸率分配系数ξ＝0.76、总延伸率ε₀＝1.2％及三段张力设定值X＝{85，110，90}计算出相应的轧制压力设定值P₁＝620，P₂＝450

最后，在步骤d中，完成第一和第二机架弯辊力以及中间辊窜动量的设定。首先在步骤d1中，给定第一和第二机架弯辊力与窜辊量的初始设定值X₀＝{25，25，65，65，75，75}以及迭代精度0.001；

在步骤d2中，计算出当前张力及延伸率分配系数ξ＝0.72及弯辊力与窜辊量的初始值为X₀＝{25，25，65，65，75，75}下所对应的第二机架轧制压力横向分布值和第二机架前张力横向分布值：

q_2i＝{2547，2342，3754，3231，3678，4652，3218，4321，3241，4213}

σ_2i＝{213，223，242，322，266，286，196，321，279，321}；

在步骤d3中，计算出板形与表面质量综合控制目标函数

$F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_2\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_2)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}=1.657,({\mathrm{\α}}_2=0.55);$

在步骤d4中，判断Powell条件是否成立，若不成立，改变弯辊力与窜辊量的设定值，重复上述步骤d1至步骤d3，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳弯辊力与窜辊量的设定值X＝{75，65，82，76，122，131}。

为了方便比较，如图16所示分别列出采用本发明所述平整方法而得出的轧制压力、弯辊力等参数设定值与采用传统方法给出的轧制压力、弯辊力等参数的设定值。两者的相关实际效果对比如下：

如图17所示，采用本发明所述的方法，成品带材表面粗糙度控制精度达到94.6％，而采用传统方法相关控制精度为84％。显然，采用本发明的方法后，成品带材表面粗糙度有了很大的提高。

图18和图19示出了按照本发明所述方法而得出的带材出口板形与按照传统方法所得出的带材出口板形对比情况。可以看出，采用本发明所述方法，表征板形指标的带材前张力横向分布要比采用传统方法均匀得多(前者最大值为156、最小值为144，差值仅为12；而后者最大值为182，最小值为130，差值达到52)，这说明采用本发明所述方法大大提高了板形质量，前张力不均匀度从52降低到12，下降了76.9％。

图20和图21示出了按照本发明所述方法而得出的带材出口轧制压力横向分布与按照传统方法所得出的带材出口轧制压力横向分布情况。可以看出，采用本发明所述方法，带材出口轧制压力横向分布要比采用传统方法均匀得多(前者最大值为1910、最小值为1610，差值仅为300；而后者最大值为1980，最小值为1420，差值达到560)，这说明采用本发明所述方法大大提高了轧制压力的均匀程度，降低了色差缺陷发生的概率，轧制压力横向分布不均匀度从560降低到300，下降了46.4％。

本实用新型的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本实用新型的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，但都属于本实用新型的保护范围。上述实施例的描述是例示性的而不是限制性的。

Claims (10)

1、一种二次冷轧机组生产带材的平整方法，所述机组包括第一机架和第二机架，每个机架包括工作辊、中间辊和支撑辊，其特征在于，包括以下步骤：

(A)确定待轧制的带材的轧制工艺参数和冷轧机组的设备参数；

(B)将步骤(A)中确定的参数输入到控制运算器中，按照建立的计算模型及控制目标函数得出轧制工艺设定值；

(C)根据得出的轧制工艺设定值进行二次冷轧工艺。

2、根据权利要求1所述的带材的平整方法，其特征在于，所述步骤(B)包括：

(a)确定第一机架和第二机架工作辊的原始表面粗糙度的设定值；

(b)根据确定的工作辊的原始表面粗糙度的设定值确定第一机架和第二机架的延伸率分配系数；

(c)确定带材在二次冷轧机组的前中后三段张力以及第一机架和第二机架的轧制压力；

(d)确定第一机架和第二机架的弯辊力以及中间辊窜动量。

3、根据权利要求1所述的带材的平整方法，其特征在于，所述步骤(A)中的待轧制的带材的轧制工艺参数包括：带材来料的厚度横向分布值H_i；来料板形的横向分布值L_i；带材的宽度B；延伸率设定值ε₀；机架间延伸率分配系数允许极限值ξ_max，ξ_min；带材来料粗糙度Ra_strip0；成品带材要求粗糙度Ra_strip1；第一机架和第二机架工作辊的轧制长度L₁，L₂；第一机架和第二机架的工作辊所允许的最大轧制长度L_1max，L_2max。

4、根据权利要求1所述的带材的平整方法，其特征在于，所述步骤(A)中的冷轧机组的设备参数包括：第一机架和第二机架工作辊直径D_w1，D_w2；第一机架和第二机架中间辊直径D_m1，D_m2；第一机架和第二机架支撑辊直径D_b1，D_b2；第一机架工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型分布ΔD_1wi，ΔD_1mi，ΔD_1bi；第二机架工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型分布ΔD_2wi，ΔD_2mi，ΔD_2bi；第一机架和第二机架工作辊的辊身长度L_w1，L_w2；第一机架和第二机架中间辊的辊身长度L_m1，L_m2；第一机架和第二机架支撑辊的辊身长度L_b1，L_b2；第一机架和第二机架工作辊压下螺丝中心距l_w1，l_w2；第一机架和第二机架中间辊压下螺丝中心距l_m1，l_m2；第一机架和第二机架支撑辊压下螺丝中心距l_b1，l_b2；第一机架中间辊许用最大窜动量δ_1max；第二机架中间辊许用最大窜动量δ_2max；第一机架工作辊与中间辊的最大弯辊力S_1wmax ⁺、S_1wmax ^-、S_1mmax ⁺、S_1mmax ^-；第二机架工作辊与中间辊的最大弯辊力S_2wmax ⁺、S_2wmax ^-、S_2mmax ⁺、S_2mmax ^-。

5、根据权利要求1-4中任一权利要求所述的带材的平整方法，其特征在于，步骤(a)中第一机架和第二机架工作辊的原始表面粗糙度设定值的确定采用以下步骤：

(a1)建立各个机架的延伸率ε_i与延伸率分配系数ξ之间的函数关系，即ε₁＝ε₀·ξ，ε₂＝ε₀·(1-ξ)；

(a2)根据机组的设备参数及现场轧制参数，找出工作辊表面粗糙度Ra_rolli的衰减系数B_Vi，并建立轧制过程中各工作辊表面粗糙度Ra_rolli与轧制长度L_i、轧辊表面原始粗糙度Ra_roll0i之间的关系模型：

${\mathrm{Ra}}_{\mathrm{rolli}}={\mathrm{Ra}}_{\mathrm{roll}0i}\·e^{-B_v\·L_i};$

(a3)根据现场轧制参数，建立各个机架出口处带材的表面粗糙度Ra_strip与轧辊表面粗糙度Ra_roll、来料原始粗糙度Ra_strip0以及延伸率ε等主要轧制工艺参数之间的关系模型：

Ra_strip＝f(Ra_strip0，ε，Ra_roll)

(a4)将相关参数值代入相关模型以组成一个方程组，解出第一机架和第二机架工作辊原始表面粗糙度的设定值Ra_roll0i。

6、根据权利要求5所述的带材的平整方法，其特征在于，步骤(a4)中代入关系模型的参数值为两组，即：L₁＝0、L₂＝0、ξ＝ξ_max、Ra_strip＝Ra_strip1以及L₁＝L_1max、L₂＝L_2max、ξ＝ξ_min、Ra_strip＝Ra_strip1。

7、根据权利要求1-4中任一权利要求所述的带材的平整方法，其特征在于，步骤(b)中的第一机架和第二机架的延伸率分配系数的确定包括以下步骤：

(b1)根据第一机架和第二机架的工作辊原始粗糙度的设定值Ra_roll0i构造出当前状态下成品带材的表面粗糙度的计算模型：

${\mathrm{Ra}}_{\mathrm{strip}}=f_1(\mathrm{\ξ},L_i,{\mathrm{Ra}}_{\mathrm{stri}{p}_0},{\mathrm{Ra}}_{\mathrm{roll}0});$

(b2)将实际工作辊轧制公里数L_i、轧辊表面原始粗糙度Ra_roll0i、成品带材的表面粗糙度Ra_strip1代入模型，求出相应的延伸率分配系数ξ。

8、根据权利要求1-4中任一权利要求所述的带材的平整方法，其特征在于，步骤(c)中的带材在二次冷轧机组的前中后三段张力以及第一机架和第二机架的轧制压力的确定包括以下步骤：

(c1)给定第一机架和第二机架张力的初始设定值X₀＝{T₀，T₁，T₂}以及相应的迭代精度；

(c2)计算出当前张力及延伸率分配系数ξ下所对应的第二机架的轧制压力横向分布值q_2i，以及第二机架的前张力横向分布值σ_2i；

(c3)计算板形与表面质量综合控制目标函数

$F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_1\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_1)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}$

其中，α₁为加权系数；

(c4)判断Powell条件是否成立，若不成立，改变张力设定值，重复上述步骤(c1)至步骤(c3)，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳张力设定值；

(c5)根据延伸率分配系数、总延伸率及计算得出的三段张力设定值得出相应的轧制压力设定值。

9、根据权利要求8所述的带材的平整方法，其特征在于，在步骤(c)中将弯辊力设在基态，即

$S_{w1}=\frac{S_{w1\max }^{+}+S_{w1\max }^{-}}{2},$ $S_{m1}=\frac{S_{m1\max }^{+}+S_{m1\max }^{-}}{2},$ $S_{w2}=\frac{S_{w2\max }^{+}+S_{w2\max }^{-}}{2},$

$S_{m2}=\frac{S_{m2\max }^{+}+S_{m2\max }^{-}}{2},$

而中间辊窜辊量设定为0。

10、根据权利要求1-4中任一权利要求所述的带材的平整方法，其特征在于，步骤(d)中第一机架和第二机架的弯辊力以及中间辊窜动量的确定包括以下步骤：

(d1)给定第一机架和第二机架的弯辊力与窜辊量的初始设定值X₀＝{S_w1，S_w2，S_m1，S_m2，δ₁，δ₂}以及迭代精度ε；

(d2)计算出当前张力及延伸率分配系数ξ及弯辊与窜辊条件下所对应的第二机架轧制压力横向分布值q_2i、第二机架前张力横向分布值σ_2i；

(d3)计算板形与表面质量综合控制目标函数

$F\left(X\right)={\mathrm{\α}}_2\·\frac{(\max \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{21i}\right))}{T_2}+(1-{\mathrm{\α}}_2)\·\frac{(\max \left(q_{2i}\right)-\min \left(q_{2i}\right))}{\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{q}_{2i}}$

其中，α₂为加权系数；

(d4)判断Powell条件是否成立，若不成立，改变弯辊力与窜辊量的设定值，重复上述步骤(d1)至步骤(d3)，直至Powell条件成立，结束计算，得出最佳弯辊力与窜辊设定值。

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