CN102172629B - 一种用于cvc-6型平整机组的辊型控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于CVC-6型平整机组的辊型控制方法，属于平整生产工艺技术领域。结合CVC-6型平整机组的设备与平整工艺特点，提出了一套以色差防治为目标的辊型曲线，通过优化工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型配置，充分发挥中间辊的窜动以及工作辊与中间辊的弯辊能力来控制板形，同时消除中间辊与工作辊、支撑辊的点接触以及由此带来的辊间压力局部过大、局部磨损过大等问题，从而可以保证产品板形质量的前提下大大提高辊间压力的分布均匀性，有效降低带钢表面的色差缺陷。

Description

一种用于CVC-6型平整机组的辊型控制方法

技术领域

本发明涉及一种平整生产工艺技术，特别涉及一种适合于CVC-6型平整机组以色差防治为目标的辊型曲线。

背景技术

近年来，由于家用电器、汽车、电子、航天等行业的巨大需求，使得板带生产获得迅猛发展。与此同时，随着大部分板带用户由低端转向高端，对带钢的表面质量提出了越来越高的要求，高等级板带的开发和生产已经成为衡量钢铁企业生产水平高低的重要标志。对于钢铁企业而言，表面色差长期困扰冷轧产品的生产，使高档家电用电镀锌耐指纹基板等产品难以形成批量，表面色差已成为钢铁企业深加工产品升级的瓶颈，也是冷轧厂电镀锌生产线供料基板必须解决的质量问题。平整作为最接近成品的最后一道工序，对带钢的最终表面质量起着举足轻重的影响，也是控制带钢表面色差的关键工序。带钢表面之所以出现色差，其主要原因为带钢表面粗糙度出现局部不均匀，造成其反光性的差异，从而在视觉上表现为色差。而带钢表面之所以会出现粗糙度局部不均匀的问题，其主要原因是带钢表面轧制压力与延伸率的分布不均匀。进一步的，带钢表面之所以出现轧制压力与延伸率的分布不均匀，其中一个重要的原因就是平整机组辊型不合理。目前，许多钢铁企业在平整工序都采用CVC-6机型，即中间辊采用CVC机型，且可以窜动。该机型配置的一个重要优点是板形控制能力比较强。但是，由于中间辊采用S型的CVC辊型，中间辊与工作辊及支撑辊的接触属于点接触，造成应力集中。一方面轧辊表面局部磨损过大，粗糙度衰减局部过大，传递到带材表面，使得带钢表面出现局部粗糙度部均匀，产生色差；另外一方面，由于辊间压力不均，也会使得轧制压力与延伸率的分布不均匀，造成粗糙度的复制不均匀，产生色差。这样，如何在保证CVC-6型平整机组板形控制能力的前提下，合理的优化辊型配置，控制带钢表面色差就成为现场攻关的重点。为此，经过大量的现场试验与理论研究，结合CVC-6型平整机组的设备与平整工艺特点，提出了一套以色差防治为目标的辊型曲线，通过优化工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型配置，充分发挥中间辊的窜动以及工作辊与中间辊的弯辊能力来控制板形，同时消除中间辊与工作辊、支撑辊的点接触以及由此带来的辊间压力局部过大、局部磨损过大等问题，从而可以保证产品板形质量的前提下大大提高辊间压力的分布均匀性，有效降低带钢表面的色差缺陷。

发明内容

本发明的目的是考虑到CVC-6型平整机组的设备特征，结合平整轧制过程中的工艺特点，通过优化工作辊、中间辊以及支撑辊的辊型配置，充分发挥中间辊的窜动以及工作辊与中间辊的弯辊能力来控制板形，同时消除中间辊与工作辊、支撑辊的点接触以及由此带来的辊间压力局部过大、局部磨损过大等问题，达到在保证产品板形质量的前提下防治平整过程中产品色差缺陷的目的。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

(一)工作辊、中间辊以及支撑辊辊型特征曲线方程的设计

考虑到中间辊可以利用窜动来控制板形，同时为了消除中间辊与工作辊、支撑辊的点接触以及由此带来的辊间压力局部过大、局部磨损过大等问题，中间辊采用平辊配置。

对于工作辊与支撑辊，如附图1所示，采用中部平辊来减少辊间压力的不均匀分布、边部削肩辊型来改变弯辊支点，提高弯辊的效率，设计出特征曲线方程如下式(1)、(2)所示。

$D_w\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_w& \left|x\right|\≤(L_w/2-l_{\mathrm{zw}})\\ D_w-2{\mathrm{\δ}}_w{\left(\frac{\left|x\right|-(L_w/2-l_{\mathrm{zw}})}{l_{\mathrm{zw}}}\right)}^{k_w}& \left|x\right|>(L_w/2-l_{\mathrm{zw}})\end{array}\right.---\left(1\right)$

$D_b\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_b& \left|x\right|\≤(L_b/2-l_{\mathrm{zb}})\\ D_b-2{\mathrm{\δ}}_b{\left(\frac{\left|x\right|-(L_b/2-l_{\mathrm{zb}})}{l_{\mathrm{zb}}}\right)}^{k_b}& \left|x\right|>(L_b/2-l_{\mathrm{zb}})\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：D_w(x)、D_b(x)——工作辊及支撑辊辊型曲线；

x——横向座标；

D_w、D_b——工作辊及支撑辊平辊段直径；

L_w、L_b——工作辊及支撑辊的辊身长度；

δ_w、δ_b——工作辊及支撑辊的削肩深度；

l_zw、l_zb——工作辊及支撑辊的削肩长度；

k_w、k_b——工作辊及支撑辊的边部辊型曲线特征指数。

只要δ_w、δ_b、l_zw、l_zb、w_k、k_b等六个关键参数的值，支撑辊及工作辊的辊型曲线就可以确定。

(二)工作辊与支撑辊辊型特征曲线中关键参数的确定

考虑到工作辊与支撑辊的换辊周期不一样，其中支撑辊的换辊周期要远远大于工作辊，并且同一个支撑辊辊形曲线应该可以适用不同工作辊辊型曲线，因此在辊型特征曲线的设计分成支撑辊与工作辊两个部分，而支撑辊辊形特征曲线关键参数求解时工作辊可以按照平辊来处理。在支撑辊辊形特征曲线中的关键参数确定完毕后，再确定工作辊的辊型特征曲线。根据上述设计思想，本发明采用以下技术方案：一种适合于CVC-6型平整机组以色差防治为目标的辊型曲线，其关键参数的确定包括以下步骤：

a、收集平整机组的设备及工艺参数，包括工作辊辊身长度L_W，工作辊平辊段直径D_w，中间辊辊身长度L_M，中间辊直径D_m，支撑辊辊身长度L_b，支撑辊平辊段直径D_b，支撑辊传动侧与工作侧压下螺丝中心距l₁，工作辊传动侧与工作侧弯辊液压缸中心距l₂，工作辊最大正弯辊力工作辊最大负弯辊力中间辊传动侧与工作侧弯辊液压缸中心距l₃，中间辊最大正弯辊力中间辊最大负弯辊力

最大轧制压力P，最大轧制速度V；

b、收集带钢的品种规格范围包括带钢宽度b，厚度h，抗拉强度σ_b；

c、以δ_w、δ_b、l_zw、l_zb、k_w、k_b为辊型特征曲线的关键参数和优化变量，分别设定工作辊与支撑辊的曲线方程；

d、优化计算出支撑辊与工作辊辊型特征曲线的关键参数，包括以下步骤：

d1)、给定工作辊弯辊力的设定值 $S_w=\frac{S_{w\max }^{+}-S_{w\max }^{-}}{2};$

d2)、给定中间辊弯辊力的设定值 $S_m=\frac{S_{m\max }^{+}-S_{m\max }^{-}}{2};$

d3)、给定工作辊特征辊型曲线关键参数初始值X_0w＝[δ_w，l_zw，k_w]＝[0，0，1]

d4)、给定支撑辊的初始曲线特征参数X_0b＝[δ_b，l_zb，k_b]＝[0，0，1]

d5)、计算出典型规格产品j在当前弯辊与辊型下的轧制压力横向分布值q′_ji、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值q_wmji、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值q_bmji、表征板形的带材前张力横向分布值σ_1ji；

d6)、计算出典型规格产品j在当前情况下的辊型特征曲线关键参数优化目标函数

(式中：α₁，α₂，α₃，α₄为加权系数，α₁+α₂+α₃+α₄＝1.0；max(σ_1ji)、max(q′_ji)、max(q_wmji)、max(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最大值、轧制压力横向分布值的最大值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最大值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最大值；min(σ_1ji)、min(q′_ji)、min(q_wmji)、min(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最小值、轧制压力横向分布值的最小值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最小值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最小值；分别为带材前张力横向分布值的平均值、轧制压力横向分布值的平均值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的平均值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的平均值)；

d7)、计算出所有规格产品在当前情况下的辊型特征曲线关键参数总的优化目标函数

(式中：β_j-产量加权系数，由各规格产品的生产产量在总产量中的比例来确定；n-产品大纲中的规格数)；

d8)、判断Powell条件是否成立，若不成立，重复上述步骤d4)、d5)、d6)、d7)，直至Powell条件成立，结束计算，得出支撑辊辊型特征曲线关键参数X_yb＝[δ_by，l_zby，k_by]；

d9)开始工作辊辊型曲线优化，给定支撑辊的辊型曲线特征参数X_b＝X_yb＝[δ_by，l_zby，k_by]；

d10)、给定工作辊特征辊型曲线关键参数初始值X_0w＝[δ_w，l_zw，k_w]＝[0，0，1]；

d11)、计算出典型规格产品j在当前弯辊与辊型下的轧制压力横向分布值q′_ji、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值q_wmji、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值q_bmji、表征板形的带材前张力横向分布值σ_1ji；

d12)、计算出典型规格产品j在当前情况下的辊型特征曲线关键参数优化目标函数(式中：α₁，α₂，α₃，α₄为加权系数，α₁+α₂+α₃+α₄＝1.0；max(σ_1ji)、max(q′_ji)、max(q_wmji)、max(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最大值、轧制压力横向分布值的最大值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最大值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最大值；min(σ_1ji)、min(q′_ji)、min(q_wmji)、min(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最小值、轧制压力横向分布值的最小值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最小值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最小值；

分别为带材前张力横向分布值的平均值、轧制压力横向分布值的平均值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的平均值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的平均值)；

d13)、计算出所有规格产品在当前情况下的辊型特征曲线关键参数总的优化目标函数

(式中：β_j-产量加权系数，由各规格产品的生产产量在总产量中的比例来确定；n-产品大纲中的规格数)；

d14)、判断Powell条件是否成立，若不成立，重复上述步骤d10)、d11)、d12)、d13)，直至Powell条件成立，结束计算，得出工作辊辊型特征曲线关键参数X_yw＝[δ_wy，l_zwy，k_wy]；

e、将上述辊型曲线参数代入工作辊的辊型曲线方程和支撑辊的辊型曲线方程得到优化后的工作辊的辊型曲线方程和支撑辊的辊型曲线方程。

附图说明

通过以下结合附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特

征和优点，其中：

图1是本发明中工作辊与支撑辊辊型曲线示意图；

图2是本发明中较佳实施例的工作辊曲线；

图3是本发明中较佳实施例的支撑辊曲线。

具体实施方式

为了阐述本发明的基本设计思想，现以某1850CVC-6型平整机组为例，借助于图2、图3来描述该机组为了在保证板形质量的前提下防治色差缺陷，对辊型曲线的优化配置方案。

(一)、工作辊

工作辊采用中部平辊来减少辊间压力的不均匀分布、边部削肩辊型来改变弯辊支点，提高弯辊的效率，具体方程如式(2)所示，具体磨削数据如表1所示。

$D_w\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_w& \left|x\right|\≤0.805\\ D_w-1.7E-3{\left(\frac{\left|x\right|-0.805}{0.18}\right)}^4& \left|x\right|>0.805\end{array}\right.---\left(2\right)$

表1工作辊辊型曲线数据

(二)、支撑辊

支撑辊采用中部平辊来减少辊间压力的不均匀分布、边部削肩辊型来改变弯辊支点，提高弯辊的效率，具体方程如式(3)所示，具体磨削数据如表2所示。

$D_b\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_b& \left|x\right|\≤0.785\\ D_b-2.2E-3{\left(\frac{\left|x\right|-0.785}{0.2}\right)}^{3.6}& \left|x\right|>0.785\end{array}\right.---\left(3\right)$

表2支撑辊辊型曲线数据

(三)、中间辊

考虑到中间辊可以利用窜动来控制板形，同时为了消除中间辊与工作辊、支撑辊的点接触以及由此带来的辊间压力局部过大、局部磨损过大等问题，中间辊采用平辊配置。

Claims (1)

1.一种用于CVC-6型平整机组的辊型控制方法，其特征在于：CVC-6型平整机组的中间辊采用平辊配置；对于工作辊与支撑辊，采用特征曲线方程如下式(1)、(2)进行控制；

$D_w\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_w& \left|x\right|\≤(L_w/2-l_{\mathrm{zw}})\\ D_w-2{\mathrm{\δ}}_w{\left(\frac{\left|x\right|-(L_w/2-l_{\mathrm{zw}})}{l_{\mathrm{zw}}}\right)}^{k_w}& \left|x\right|>(L_w/2-l_{\mathrm{zw}})\end{array}\right.---\left(1\right)$

$D_b\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}{D}_b& \left|x\right|\≤(L_b/2-l_{\mathrm{zb}})\\ D_b-2{\mathrm{\δ}}_b{\left(\frac{\left|x\right|-(L_b/2-l_{\mathrm{zb}})}{l_{\mathrm{zb}}}\right)}^{k_b}& \left|x\right|>(L_b/2-l_{\mathrm{zb}})\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中：D_w(x)为工作辊的辊型曲线、D_b(x)为支撑辊的辊型曲线；x为横向坐标；D_w为工作辊的平辊段直径、D_b为支撑辊的平辊段直径；L_w为工作辊的辊身长度、L_b为支撑辊的辊身长度；δ_w为工作辊的削肩深度、δ_b为支撑辊的削肩深度；l_zw为工作辊的削肩长度；、l_zb为支撑辊的削肩长度；k_w为工作辊的边部辊型曲线特征指数、k_b为支撑辊的边部辊型曲线特征指数；

参数确定步骤：

步骤一、收集平整机组的设备及工艺参数，包括工作辊辊身长度L_W，工作辊平辊段直径D_w，中间辊辊身长度L_M，中间辊直径D_m，支撑辊辊身长度L_b，支撑辊平辊段直径D_b，支撑辊传动侧与工作侧压下螺丝中心距l₁，工作辊传动侧与工作侧弯辊液压缸中心距l₂，工作辊最大正弯辊力工作辊最大负弯辊力

中间辊传动侧与工作侧弯辊液压缸中心距l₃，中间辊最大正弯辊力

中间辊最大负弯辊力

最大轧制压力P，最大轧制速度V；

步骤二、收集带钢的品种规格范围包括带钢宽度b，厚度h，抗拉强度σ_b；

步骤三、以δ_w、δ_b、l_zw、l_zb、k_w、k_b为辊型特征曲线的关键参数和优化变量，分别设定工作辊与支撑辊的曲线方程；

步骤四、优化计算出支撑辊与工作辊辊型特征曲线的关键参数，包括以下步骤：

步骤4.1、给定工作辊弯辊力的设定值 $S_w=\frac{S_{w\max }^{+}-S_{w\max }^{-}}{2};$

步骤4.2、给定中间辊弯辊力的设定值 $S_m=\frac{S_{m\max }^{+}-S_{m\max }^{-}}{2};$

步骤4.3、给定工作辊特征辊型曲线关键参数初始值X_0w＝[δ_w，l_zw，k_w]＝[0，0，1]

步骤4.4、给定支撑辊的初始曲线特征参数X_0b＝[δ_b，l_zb，k_b]＝[0，0，1]

步骤4.5、计算出典型规格产品j在当前弯辊与辊型下的轧制压力横向分布值q′_ji、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值q_wmji、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值q_bmji、表征板形的带材前张力横向分布值σ_1ji；

步骤4.6、计算出典型规格产品j在当前情况下的辊型特征曲线关键参数优化目标函数

$F_j\left(X_b\right)={\mathrm{\α}}_1\·\frac{\max \left({\mathrm{\σ}}_{1\mathrm{ji}}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{1\mathrm{ji}}\right)}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{1\mathrm{ji}}}}+{\mathrm{\α}}_2\·\frac{\max \left({q^{\′}}_{\mathrm{ji}}\right)\text{-min}\left({q^{\′}}_{\mathrm{ji}}\right)}{\stackrel{\‾}{{q^{\′}}_{\mathrm{ji}}}}+$

${\mathrm{\α}}_3\·\frac{\max \left(q_{\mathrm{wmji}}\right)-\min \left(q_{\mathrm{wmji}}\right)}{\stackrel{\‾}{q_{\mathrm{wmji}}}}+{\mathrm{\α}}_4\·\frac{\max \left(q_{\mathrm{bmji}}\right)-\min {\left(q_{\mathrm{bmji}}\right)}^{,}}{\stackrel{\‾}{q_{\mathrm{bmji}}}}$

其中α₁，α₂，α₃，α₄为加权系数，α₁+α₂+α₃+α₄＝1.0；max(σ_1ji)、max(q′_ji)、max(q_wmji)、max(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最大值、轧制压力横向分布值的最大值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最大值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最大值；min(σ_1ji)、min(q′_ji)、min(q_wmji)、min(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最小值、轧制压力横向分布值的最小值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最小值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最小值；分别为带材前张力横向分布值的平均值、轧制压力横向分布值的平均值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的平均值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的平均值；

步骤4.7、计算出所有规格产品在当前情况下的辊型特征曲线关键参数总的优化目标函数其中β_j为产量加权系数，由各规格产品的生产产量在总产量中的比例来确定；n为产品大纲中的规格数；

步骤4.8、判断Powell条件是否成立，若不成立，重复执行步骤4.4、4.5、4.6、4.7，直至Powell条件成立，结束计算，得出支撑辊辊型特征曲线关键参数X_yb＝[δ_by，l_zby，k_by]；

步骤4.9、开始工作辊辊型曲线优化，给定支撑辊的辊型曲线特征参数X_b＝X_yb＝[δ_by，l_zby，k_by]；

步骤4.10、给定工作辊特征辊型曲线关键参数初始值X_0w＝[δ_w，l_zw，k_w]＝[0，0，1]；

步骤4.11、计算出典型规格产品j在当前弯辊与辊型下的轧制压力横向分布值q′_ji、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值q_wmji、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值q_bmji、表征板形的带材前张力横向分布值σ_1ji；

步骤4.12、计算出典型规格产品j在当前情况下的辊型特征曲线关键参数优化目标函数

$F_j\left(X_w\right)={\mathrm{\α}}_1\·\frac{\max \left({\mathrm{\σ}}_{1\mathrm{ji}}\right)-\min \left({\mathrm{\σ}}_{1\mathrm{ji}}\right)}{\stackrel{\‾}{{\mathrm{\σ}}_{1\mathrm{ji}}}}+{\mathrm{\α}}_2\·\frac{\max \left({q^{\′}}_{\mathrm{ji}}\right)\text{-min}\left({q^{\′}}_{\mathrm{ji}}\right)}{\stackrel{\‾}{{q^{\′}}_{\mathrm{ji}}}}+$

${\mathrm{\α}}_3\·\frac{\max \left(q_{\mathrm{wmji}}\right)-\min \left(q_{\mathrm{wmji}}\right)}{\stackrel{\‾}{q_{\mathrm{wmji}}}}+{\mathrm{\α}}_4\·\frac{\max \left(q_{\mathrm{bmji}}\right)-\min {\left(q_{\mathrm{bmji}}\right)}^{,}}{\stackrel{\‾}{q_{\mathrm{bmji}}}}$

其中α₁，α₂，α₃，α₄为加权系数，α₁+α₂+α₃+α₄＝1.0；max(σ_1ji)、max(q′_ji)、max(q_wmji)、max(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最大值、轧制压力横向分布值的最大值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最大值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最大值；min(σ_1ji)、min(q′_ji)、min(q_wmji)、min(q_bmji)分别为带材前张力横向分布值的最小值、轧制压力横向分布值的最小值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的最小值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的最小值；

分别为带材前张力横向分布值的平均值、轧制压力横向分布值的平均值、工作辊与中间辊的辊间压力横向分布值的平均值、中间辊与支撑辊的辊间压力横向分布值的平均值；

步骤4.13、计算出所有规格产品在当前情况下的辊型特征曲线关键参数总的优化目标函数

其中β_j为产量加权系数，由各规格产品的生产产量在总产量中的比例来确定；n为产品大纲中的规格数；

步骤4.14、判断Powell条件是否成立，若不成立，重复上述步骤4.10、4.11、4.12、4.13，直至Powell条件成立，结束计算，得出工作辊辊型特征曲线关键参数X_yw＝[δ_wy，l_zwy，k_wy]；

步骤五、将上述辊型曲线参数代入工作辊的辊型曲线方程和支撑辊的辊型曲线方程得到优化后的工作辊的辊型曲线方程和支撑辊的辊型曲线方程。

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