CN101658870A - 一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中厚板轧制生产线生产过程优化控制的方法，特别涉及一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法，属于钢板轧制过程控制技术领域。本发明首先通过压下规程的设计，分别获取变轧制工艺中的两种轧制工艺的两个阶段轧制时间，第一种轧制工艺的第一轧制阶段时间长于第二种轧制工艺的第一轧制阶段时间；然后判断第一种轧制工艺的第一轧制阶段时间和第二轧制阶段时间、第二种轧制工艺的第一轧制阶段时间和第二轧制阶段时间以及待温时间之间的关系，设计生产轧制节奏。本发明提出的方法更大程度的提高了轧机的利用率；同时，本发明提出的工艺方案全部采用一组一组的轧制方式，简化了轧制工艺，避免了在实际轧制过程中钢板多次从轧机下空过。

Description

一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法

技术领域

本发明涉及一种中厚板轧制生产线生产过程优化控制的方法，特别涉及一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法，属于钢板轧制过程控制技术领域。

背景技术

中厚板生产过程包括轧前将钢坯加热到适宜的温度，在轧制时控制变形量和变形温度以及轧后按工艺要求进行冷却轧件，使轧件最终达到成品的尺寸及性能指标的要求。

中厚板轧制过程通常包括三个轧制阶段：变形和奥氏体再结晶同时进行阶段、低温奥氏体变形阶段、奥氏体和铁素体两相区变形阶段。通常中厚板轧制工艺设计为：第一轧制阶段(变形和奥氏体再结晶同时进行阶段)、钢板待温阶段(等待钢板温度降到低温奥氏体变形开始温度)、第二轧制阶段(低温奥氏体变形轧制阶段)。为保证轧件冷却至不同轧制阶段所需要的温度，轧制过程需要中断一次或两次，这必将导致轧制效率的降低。

因此，提高轧机的利用率是钢板轧制过程控制技术领域的一项重要课题。姚小兰等在文献《控制轧制节奏的优化》(北京理工大学学报2004年4月)中，对单机架四辊轧机多块钢板一组一组轧制及交替轧制的工艺方法进行了详细的说明，并对不同情况轧机的利用率进行了分析。

首先，文献中给出了两种轧制方式的定义：

1.一组一组轧制

即在中厚板生产线进行轧制节奏的控制过程中，当一组(两块以上)钢板连续进入轧制区进行轧制，在轧制结束后，进入轧制区的这几块钢板先后连续离开轧制区；然后下一组的钢板连续进入轧制区进行轧制，轧制结束后再连续离开轧制区。

2.交替轧制

即在中厚板生产线进行轧制节奏控制过程中，当一组(两块以上)钢板同时在轧制区轧制时，每当有一块钢板结束轧制过程，离开轧制区时，就有一块新的钢板可以进入轧制区进行轧制。即每出去一块钢板，就会进入一块待轧制的钢板，轧制节奏交替进行。

然后，文献对以下四种情况给出了优化工序以提高轧机的利用率。

情况1：当待温时间为T_h＝t_h、第一轧制阶段时间为T₁＝t₁、第二轧制阶段时间为T₂＝t₂，并且满足T₁+T₂≥T_h≥T₁≥T₂时，采用两块钢一组一组的轧制方式轧制。其工序为：①第一块钢进行第一阶段的轧制，轧后送机后待温；②第二块钢进行第一阶段的轧制，轧后送机前待温；③第一块钢从机后进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区，完成轧制；④第二块钢从机前进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区，完成轧制。

情况2：当待温时间为T_h＝t_h、第一轧制阶段时间为T₁＝t₁、第二轧制阶段时间为T₂＝t₂，并且满足T_h≥T₁+T₂且T₁≥T₂时，采用两块钢交替的轧制方式轧制。其工序为：①第n块钢完成第一轧制阶段的后，先在机前进行待温；②第n-1块钢完成待温后从机后进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区；③第n块钢从机前移到机后继续待温；④第n+1块钢进入轧机进行第一阶段的轧制后，先在机前进行待温；⑤第n块钢完成待温后从机后进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区。循环上述过程，每轧完一块钢，离开轧制区，新的一块板坯将进入轧制区进行轧制，交替进行，轧制区总是保持两块钢在线。

情况3：当待温时间为T_h＝t_h、第一轧制阶段时间为T₁＝t₁、第二轧制阶段时间为T₂＝t₂，并且满足2(T₁+T₂)≥T_h≥2T₁，且T₁≥T₂时，采用三块钢一组一组的轧制方式轧制。其工序为：①第一块钢进行第一阶段的轧制，轧后送机后待温；②第二块钢进行第一阶段的轧制，轧后送机机后待温；③第三块钢进行第一阶段的轧制，轧后送机前待温；④第二块钢从机后移到机前待温；⑤第一块钢从机后进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区，完成轧制；⑥第二块钢从机前进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区，完成轧制；⑦第三块钢从机前进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区，完成轧制。

情况4：当待温时间为T_h＝t_h、第一轧制阶段时间为T₁＝t₁、第二轧制阶段时间为T₂＝t₂，并且满足T_h≥2(T₁+T₂)且T₁≥T₂时，采用三块钢交替的轧制方式轧制。其工序为：①第n块钢完成第一阶段的轧制后，移到机前进行待温；②第n-1块钢从机后移到机前继续待温平；③第n-2块钢完成待温后从机后进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区；④第n-1块钢从机前移到机后继续待温；⑤第n块钢从机前移到机后继续待温；⑥第n+1块钢进入轧机进行第一阶段的轧制后，移到机前进行待温；⑦第n块钢从机后移到机前继续待温；⑧第n-1块钢完成待温后从机后进入轧机进行第二阶段的轧制，轧后离开轧制区；⑨第n块钢从机前移到机后继续待温；⑩第n+1块钢从机前移到机后继续待温；

第n+2块钢进入轧机进行第一阶段的轧制后，移到机前进行待温。循环上述过程，每轧完一块钢，离开轧制区，新的一块板坯将进入轧制区进行轧制，交替进行，轧制区总是保持三块钢在线。

当钢板的加工工艺条件满足上述四种情况时，上述方法很大程度的提高了轧机的利用率，但是其存在以下缺点：

①以上四种情况均需满足第一轧制阶段的时间大于第二轧制阶段的时间，即T₁≥T₂，并且钢板待温阶段的时间T_h必须满足T_h≥max(T₁，T₂)。但是对于中厚板轧制生产过程而言，由于来料厚度、温度、材质、成品厚度等因素的变换以及轧制过程中待温钢板的起始温度、环境温度、待温钢板厚度、材质等各方面的因素的影响许多情况下无法满足这些要求，因此其实际使用范围受到限制。

②以上四种情况均需满足一组中的多块钢都采用同样的轧制工艺。但是在中厚板轧制过程中，第一轧制阶段和第二轧制阶段的变形量，及钢板待温的起始温度与待温结束温度都有一定的波动范围，并不是一个固定的精确值，在具体的设计过程中如果能够根据实际情况灵活配置一组中每块钢板在两个轧制阶段的压下量，达到合理配置每块钢板在两个轧制阶段的轧制时间，可进一步提高轧机的利用率。这种多块钢板同时进行轧制时，每块钢板采用不同的工艺参数，称为变轧制工艺的节奏控制。

③交替轧制的工艺较复杂，并且在轧制过程中钢板多次从轧机下空过，降低了轧机的利用率。

发明内容

本发明的目的是为克服上述已有技术存在的不足，提出一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法。本发明采用变轧制工艺的轧制节奏，能够更大程度的提高轧机的利用率，并且适用范围广。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明的一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法的具体操作步骤如下：

步骤一、通过压下规程的设计，分别获取变轧制工艺中的两种轧制工艺(分别称为第一种轧制工艺和第二种轧制工艺)的两个阶段轧制时间，其具体操作步骤如下：

第1步：定义第一轧制阶段时间长的轧制工艺为第一种轧制工艺，第一轧制阶段时间短的轧制工艺为第二种轧制工艺。即，用t₁₁、t₁₂表示第一种轧制工艺的第一轧制阶段时间和第二轧制阶段时间，用t₂₁、t₂₂表示第二种轧制工艺的第一轧制阶段时间和第二轧制阶段时间，用t_h表示待温时间，满足t₁₁≥t₂₁。

第2步：利用待温时间的允许变化范围，得到这两种轧制工艺的各阶段轧制时间。通过调整待温阶段钢板的厚度，使其满足t₁₁≈t₂₂，t₁₂≈t₂₁。

步骤二、在步骤一的基础上，判断t₁₁、t₁₂、t₂₁、t₂₂、t_h之间的关系，区分不同情况设计该单机架四辊轧机轧制节奏的优化步骤。

如果待温时间t_h满足max(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)≥t_h≥min(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)时，第一块钢板采用第一种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤三；

如果待温时间t_h满足min(t₁₁+t₂₁，t₁₂+t₂₂)≥t_h≥max(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)时，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；然后执行步骤三；

如果待温时间t_h满足min(2t₁₁，2t₂₂)≥t_h≥max(t₁₁+t₂₁，t₁₂+t₂₂)时，第一块钢板采用第一种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；第三块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；然后执行步骤四；

如果待温时间t_h满足t_h≥max(2t₁₁，2t₂₂)时，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；第三块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤四；

步骤三、采用两块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制

在步骤二的基础上，采用文献《控制轧制节奏的优化》中提出的两块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制生产。

步骤四、采用三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制

在步骤二的基础上，采用文献《控制轧制节奏的优化》中提出的三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制生产。

有益效果

①当待温时间max(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)≥t_h≥min(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)时，不满足文献《控制轧制节奏的优化》中的设计要求，无法进行节奏优化设计，只能一块钢一块钢分别地进行轧制，这时轧机的利用率为：

$\mathrm{\λ}=\frac{t_{11}+t_{12}}{t_{11}+t_{12}{+t}_h}$

采用本发明方法时，轧机的利用率为：

${\mathrm{\λ}}^{\′}=\frac{t_{11}+t_{21}+t_{12}+t_{22}}{t_{11}+t_{21}+t_h+t_{22}}$

因此，采用本发明方法轧机利用率更高。

②当待温时间T_h满足min(t₁₁+t₂₁，t₁₂+t₂₂)≥t_h≥max(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)时，按着文献《控制轧制节奏的优化》中的设计要求中两块钢一组一组轧制的方式，轧机的利用率为：

$\mathrm{\λ}=\frac{2(t_{11}+t_{12})}{{2t}_{11}+t_h+t_{12}}$

采用本发明方法时，轧机的利用率为：

${\mathrm{\λ}}^{\′}=\frac{t_{11}+t_{12}+t_{21}+t_{22}}{t_{21}+t_{11}+t_h+t_{12}}$

由于t₁₁≥t₂₁，因此，采用本发明方法轧机利用率更高。

③当待温时间T_h满足min(2t₁₁，2t₂₁)≥t_h≥max(t₁₁+t₂₁，t₁₂+t₂₂)时，不满足文献《控制轧制节奏的优化》中的设计要求中三块钢一组一组的节奏轧制方式，只能两块钢一组一组的节奏轧制方式，轧机的利用率为：

$\mathrm{\λ}=\frac{2(t_{11}+t_{12})}{{2t}_{11}+t_{12}+t_h}$

采用本发明方法时，轧机的利用率为：

${\mathrm{\λ}}^{\′}=\frac{2(t_{11}+t_{12})+(t_{21}+t_{22})}{{2t}_{11}+t_{21}+t_{12}+t_h}$

因此，采用本发明方法轧机利用率更高。

④当待温时间T_h满足t_h≥max(2t₁₁，2t₂₁)时，按着文献《控制轧制节奏的优化》中的设计要求中三块钢一组一组轧制的方式，轧机的利用率为：

$\mathrm{\λ}=\frac{3(t_{11}+t_{12})}{{3t}_{11}+t_{12}+t_h}$

采用本发明方法时，轧机的利用率为：

${\mathrm{\λ}}^{\′}=\frac{2(t_{21}+t_{22})+t_{11}+t_{12}}{{2t}_{21}+t_{11}+t_{22}+t_h}$

由于t₁₁≥t₂₁，因此，采用本发明方法轧机利用率更高。

总之，本发明提出的一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法更大程度的提高了轧机的利用率，并且适用范围更广；另外，本发明提出的工艺方案全部采用一组一组的轧制方式，简化了轧制工艺，避免了在实际轧制过程中钢板多次从轧机下空过。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的实例1的控制轧制节奏工艺流程图；

图2为本发明具体实施方式的实例2的控制轧制节奏工艺流程图；

图3为本发明具体实施方式的实例3的控制轧制节奏工艺流程图；

图4为本发明具体实施方式的实例4的控制轧制节奏工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实例1：

对于同一批钢，采用两种不同的轧制工艺进行生产。其具体操作步骤如下：

步骤一、通过压下规程的设计，获取变轧制工艺中的两种轧制工艺的各阶段时间，其中：第一种工艺第一轧制阶段时间为t₁₁＝60秒，第二轧制阶段时间为t₁₂＝50秒；第二种工艺第一轧制阶段时间为t₂₁＝51秒，第二轧制阶段时间为t₂₂＝59秒；待温时间t_h＝55秒。

步骤二、在步骤一的基础上，判断t₁₁、t₁₂、t₂₁、t₂₂、t_h之间的关系，区分不同情况设计该单机架四辊轧机轧制节奏的优化步骤。

待温时间t_h＝55秒满足条件max(60，50，51，59)≥55≥min(60，50，51，59)，第一块钢板采用第一种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤三；

步骤三、采用两块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制

在步骤二的基础上，采用文献《控制轧制节奏的优化》中提出的两块钢按照一组一组的轧制方式进行生产。

此时轧机的利用率为97.8％。

实例2：

对于同一批钢，采用两种不同的轧制工艺进行生产。其具体操作步骤如下：

步骤一、通过压下规程的设计，获取变轧制工艺中的两种轧制工艺的各阶段时间，其中：第一种工艺第一轧制阶段时间为t₁₁＝60秒，第二轧制阶段时间为t₁₂＝50秒；第二种工艺第一轧制阶段时间为t₂₁＝51秒，第二轧制阶段时间为t₂₂＝59秒；待温时间t_h＝75秒。

步骤二、在步骤一的基础上，判断t₁₁、t₁₂、t₂₁、t₂₂、t_h之间的关系，区分不同情况设计该单机架四辊轧机轧制节奏的优化步骤。

待温时间t_h＝75秒满足条件min(60+51，50+59)≥75≥max(60，50，51，59)，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤三；

步骤三、采用两块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制

在步骤二的基础上，采用文献《控制轧制节奏的优化》中提出的两块钢按照一组一组的轧制方式进行生产。

此时轧机的利用率为93.2％。

实例3：

对于同一批钢，采用两种不同的轧制工艺进行生产。其具体操作步骤如下：

步骤一、通过压下规程的设计，获取变轧制工艺中的两种轧制工艺的各阶段时间，其中：第一种工艺第一轧制阶段时间为t₁₁＝60秒，第二轧制阶段时间为t₁₂＝50秒；第二种工艺第一轧制阶段时间为t₂₁＝51秒，第二轧制阶段时间为t₂₂＝59秒；待温时间t_h＝115秒。

步骤二、在步骤一的基础上，判断t₁₁、t₁₂、t₂₁、t₂₂、t_h之间的关系，区分不同情况设计该单机架四辊轧机轧制节奏的优化步骤。

待温时间t_h＝115秒满足条件min(2×60，2×59)≥115≥max(60+51，50+59)，第一块钢板采用第一种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；第三块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；然后执行步骤四；

步骤四、采用三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制

在步骤二的基础上，采用文献《控制轧制节奏的优化》中提出的三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制生产。

此时轧机的利用率为98.2％，

实例4：

对于同一批钢，采用两种不同的轧制工艺进行生产。其具体操作步骤如下：

步骤一、通过压下规程的设计，获取变轧制工艺中的两种轧制工艺的各阶段时间，其中：第一种工艺第一轧制阶段时间为t₁₁＝60秒，第二轧制阶段时间为t₁₂＝50秒；第二种工艺第一轧制阶段时间为t₂₁＝51秒，第二轧制阶段时间为t₂₂＝59秒；待温时间t_h＝125秒。

步骤二、在步骤一的基础上，判断t₁₁、t₁₂、t₂₁、t₂₂、t_h之间的关系，区分不同情况设计该单机架四辊轧机轧制节奏的优化步骤。

待温时间t_h＝115秒满足条件125≥max(2×60，2×59)，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；第三块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤四；

步骤四、采用三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制

在步骤二的基础上，采用文献《控制轧制节奏的优化》中提出的三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制生产。

此时轧机的利用率为95.4％，

为说明本发明的效果，利用上述数据，分别用已有技术方案进行测试。测试结果如表1所示。

表1  已有技术方案与本发明技术方案轧机利用率对比

通过对比测试可以得到以下结论：

本发明讨论的四种情况下，使用本发明方案，轧机利用率明显高于已有技术方案的轧机利用率。

虽然结合实施例描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进以及通过同等替换或等效变换形成的技术方案，也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种单机架四辊轧机轧制节奏的优化方法，其特征在于：其具体操作步骤如下：

步骤一、通过压下规程的设计，分别获取变轧制工艺中的两种轧制工艺的两个阶段轧制时间，操作步骤为：

第1步：定义第一轧制阶段时间长的轧制工艺为第一种轧制工艺，第一轧制阶段时间短的轧制工艺为第二种轧制工艺；即，用t₁₁、t₁₂表示第一种轧制工艺的第一轧制阶段时间和第二轧制阶段时间，用t₂₁、t₂₂表示第二种轧制工艺的第一轧制阶段时间和第二轧制阶段时间，用t_h表示待温时间，满足t₁₁≥t₂₁；

第2步：利用待温时间的允许变化范围，得到这两种轧制工艺的各阶段轧制时间；通过调整待温阶段钢板的厚度，使其满足t₁₁≈t₂₂，t₁₂≈t₂₁；

步骤二、在步骤一的基础上，判断t₁₁、t₁₂、t₂₁、t₂₂、t_h之间的关系，区分不同情况设计该单机架四辊轧机轧制节奏的优化步骤；

如果待温时间t_h满足max(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)≥t_h≥min(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)时，第一块钢板采用第一种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤三；

如果待温时间t₁满足min(t₁₁+t₂₁，t₁₂+t₂₂)≥t_h≥max(t₁₁，t₁₂，t₂₁，t₂₂)时，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；然后执行步骤三；

如果待温时间t_h满足min(2t₁₁，2t₂₂)≥t_h≥max(t₁₁+t₂₁，t₁₂+t₂₂)时，第一块钢板采用第一种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；第三块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；然后执行步骤四；

如果待温时间t_h满足t_h≥max(2t₁₁，2t₂₂)时，第一块钢板采用第二种轧制工艺进行生产，第二块钢板采用第一种轧制工艺进行生产；第三块钢板采用第二种轧制工艺进行生产；然后执行步骤四；

步骤三、在步骤二的基础上，采用两块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制；

步骤四、在步骤二的基础上，采用三块钢按照一组一组的轧制方式进行轧制。

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