CN103028603B - 一种带钢热连轧的可轧范围优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带钢热连轧的可轧范围优化方法，包括以下步骤：初始参数设置；选择轧件的宽度节点值和初始厚度值；根据轧件的宽度节点值和初始厚度值生成轧件初始轧制规程；判断是否满足轧制约束条件；根据轧件厚度变步长减小轧件厚度；记录和输出轧件上次计算的最小厚度值，即为该宽度节点对应的最小厚度值；计算下一个宽度节点值。本发明以相对等负荷和板形良好为优化目标，以终轧温度、许用轧制力、许用功率为不等式约束，以压下分配为等式约束，对压下规程进行优化，从而在搜索最小可轧厚度的同时实现了轧制工艺的最优化制定，能更有效的利用设备能力，提高轧机的产量和产品的质量，降低轧制能耗和生产成本。

Description

一种带钢热连轧的可轧范围优化方法

技术领域

本发明属于带钢热连轧离线模拟领域，特别是一种带钢热连轧的可轧范围优化方法。

背景技术

带钢热连轧产品可轧范围研究即确定所轧钢种的极限规格。极限规格是轧线生产能力的体现，其计算模型的准确性不仅对轧线设计和生产过程控制起着重要的作用，而且可以扩展现有轧线的产品规格范围，充分发挥轧机能力。

在冷轧带钢生产中，由于成品厚度较小，工作辊的变形对于带钢厚度的影响较大，即轧辊压力和轧辊表面间的交互作用成为薄带轧制的一个重要限制因素。而在热连轧过程中，轧件温度随厚度下降急剧降低。由于终轧厚度远大于冷轧，通常在1.0mm以上。因此计算时，可以忽略轧辊压扁对最小可轧厚度的限制。

目前在热轧生产中，大多通过考虑极限产品的许用轧制力和许用功率，根据轧机设备的许用条件进行约束，结合传统生产经验，估算出可轧产品范围。其结果往往不够严密，且对设计人员的经验依赖性较大，具有一定的局限性。

带钢热连轧的可轧范围是指在轧机设备和生产工艺许可的条件下，所轧产品在不同宽度下的最小厚度。现有带钢热连轧的可轧范围一旦确定后便始终不变，而可轧范围受到实际轧制钢种和轧制参数的限制而存在一定误差，使得轧机的轧制能力无法有效发挥，轧制能耗大、生产成本高。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既可对带钢热连轧的可轧范围进行动态优化，又可降低轧制能耗和生产成本的带钢热连轧的可轧范围优化方法。

本发明的技术方案如下：一种带钢热连轧的可轧范围优化方法，包括以下步骤：

S1：初始参数设置：所述的初始参数包括轧线布置参数、轧制设备参数、产品的多个初始宽度节点值和一个厚度最大值，所述的轧线布置参数包括加热炉、除鳞箱、粗轧机、精轧机、层流冷却装置、卷取机的位置和距离；所述的轧制设备参数包括轧机许用轧制力、许用功率和轧辊直径；

S2：选择轧件的宽度节点值和初始厚度值；

S3：根据轧件的宽度节点值和初始厚度值生成轧件初始轧制规程，所述的初始轧制规程包括压下制度、速度制度和冷却制度，并在此基础上进行轧制过程离线模拟；

S4：判断是否满足轧制约束条件，所述的轧制约束条件如下：

S41：轧制力约束

$p_{\max }^i\≤k_1\left[p^i\right]$

式中：为第i道次头尾的最大轧制力；[Pⁱ]为第i道次许用轧制力；k₁为安全系数，本发明取0.9；

(1)轧制力矩约束

$M_{\max }^i\≤k_2\left[M^i\right]$

式中：为第i道的最大轧制力矩；[Mⁱ]为第i道次许用轧制力矩；k₂为安全系数，本发明取0.9；

(2)轧制功率约束

$N_{\max }^i\≤k_3\left[N^i\right]$

式中：为第i道次头尾的最大功率；[Nⁱ]为第i道次许用功率；k₃为过载系数，粗轧取2.0，精轧取1.5；

功率过载只能是瞬时过载，因此还把电机发热作为功率的约束条件，为保证电机正常工作，均方根功率应小于许用功率；即

式中：N_均为均方根功率；N_轧为轧制功率；N_空为空载功率；t_轧为轧制时间；t_间歇为间歇时间；

S44：终轧温度约束

式中：为末道次头尾最低温度；T_1imit为终轧温度限制；

S45：咬入条件

μ_b≥tgα

式中：μ_b为摩擦系数；α为咬入角；

S46：速度条件

精轧各道次轧制速度应满足连轧条件，如下式：

h_iυ_i＝h_i+1υ_i+1

式中：h为出口厚度；υ为出口速度；

同时，各道次速度在速度锥范围之内，即：

υ_min≤υ≤υ_max

式中：υ_min为速度锥下限；υ为轧制速度；υ_max为速度锥上限；

如果满足轧制约束条件，则执行S5，如果不满足轧制约束条件则执行以下步骤：

首先进行轧制规程优化，所述的优化的方法是：以板形良好目标和相对等负荷目标对各道次压下量进行重新分配；

优化后再次判断是否满足轧制约束条件，满足则执行S5，仍不满足轧制约束条件则执行S6；

S5：根据轧件厚度变步长减小轧件厚度，所述的减小轧件的厚度的方法如下：当轧件的厚度在5mm以上时，减小量为1mm；当轧件的厚度在2~5mm时，减小量为0.5mm；当轧件的厚度在2mm以下时，减小量为0.1mm；

返回S3；

S6:记录和输出轧件上次计算的最小厚度值，即为该宽度节点对应的最小厚度值；

S7：计算下一个宽度节点值，重复S2至S6，直至得到多个初始宽度节点值分别对应的最小厚度值，并将多个初始宽度节点值及其分别对应的最小厚度值顺次连接后显示在图形界面上。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明以相对等负荷和板形良好为优化目标，以终轧温度、许用轧制力、许用功率为不等式约束，以压下分配为等式约束，对压下规程进行优化，从而在搜索最小可轧厚度的同时实现了轧制工艺的最优化制定，相对现有技术，利用得到的合理的轧制规程在相同的工艺条件下，能更有效的利用设备能力，提高轧机的产量和产品的质量，降低轧制能耗和生产成本。

2、本发明可以通过轧制过程离线模拟，在轧机设备或钢钟产品变更时，实时对最小可轧厚度进行计算，实现可轧范围的动态优化，得到极限产品的具体规格尺寸和最佳轧制规程。

3、本发明准确的可轧范围可以拓展产品规格，避免过多的试验轧制，有效节约生产成本，同时采用优化后的轧制规程还可以充分发挥轧机能力，降低轧制能耗。

4、本发明可以用Visual Basic和C++计算机语言为工具，可在个人计算机上实现热连轧轧制过程的精确模拟，从而实现了可轧范围的计算及优化。

附图说明

本发明共有附图7张，其中：

图1为本发明的带钢热连轧的可轧范围优化方法的流程图。

图2为本发明的轧线布置简图。

图3为本发明的粗轧过程模拟界面示意图。

图4为本发明的精轧过程模拟界面示意图。

图5为本发明的可轧范围计算界面示意图。

图6为奥氏体304不锈钢可轧范围示意图。

图7为铁素体430不锈钢可轧范围示意图。

具体实施方式

根据发明内容的流程，编写了可视化的操作软件，实现了可轧范围的自动计算。以某1580轧线设备和工艺要求为限制，对奥氏体304不锈钢和铁素体430不锈钢进行了极限轧制规格计算，具体实施方式如下：

1、初始参数设置

轧线布置参数如图2所示。设计的1580轧线主要设备由一台步进式加热炉（另预留一台位置）、粗轧除鳞箱（HSB）、立辊轧边机（E1）、四辊粗轧机（R1）、热卷箱（CB）、飞剪（CS）、精轧除鳞机（FSB）、精轧机组（F1~F7，另预留F8位置）、层流冷层（预留位置）、一台地下卷取机（另预留一台位置）构成。轧线总长329.5米。

轧制设备参数如表1所示：

表1轧制设备参数表

2.根据产品大纲，宽度范围设定为830~1500mm，最大厚度为8mm。

3.针对不同的宽度和厚度进行离线模拟，计算界面如图3-4所示。

4.进入可轧范围计算界面，计算界面如图5所示。

操作者只需点击图中的“计算”按钮即可完成计算，程序内部的具体实现过程如图1所示：根据产品宽度和厚度自动进行轧制过程模拟，当所有工艺参数均符合S4的轧制约束条件时，减小产品厚度，进行下一次计算，直到不满足轧制约束条件为止。在减小厚度时，采用变步长减小，即步长随厚度减小而减小，从而可以通过较少的搜索次数，找到较精确的极限尺寸。

5.最终输出结果包括两部分：可轧范围图和极限轧制规程。

对奥氏体304不锈钢和铁素体430不锈钢进行了极限轧制规格计算，计算的可轧范围图如图6-7所示，极限轧制规程如表2所示。

Claims (1)

1.一种带钢热连轧的可轧范围优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：初始参数设置：所述的初始参数包括轧线布置参数、轧制设备参数、产品的多个初始宽度节点值和一个厚度最大值，所述的轧线布置参数包括加热炉、除鳞箱、粗轧机、精轧机、层流冷却装置、卷取机的位置和距离；所述的轧制设备参数包括轧机许用轧制力、许用功率和轧辊直径；

S2：选择轧件的宽度节点值和初始厚度值；

S3：根据轧件的宽度节点值和初始厚度值生成轧件初始轧制规程，所述的初始轧制规程包括压下制度、速度制度和冷却制度，并在此基础上进行轧制过程离线模拟；

S4：判断是否满足轧制约束条件，所述的轧制约束条件如下：

S41：轧制力约束

$p_{\max }^i\≤k_1\left[p^i\right]$

式中：为第i道次头尾的最大轧制力；[Pⁱ]为第i道次许用轧制力；k₁为安全系数，取0.9；

S42：轧制力矩约束

$M_{\max }^i\≤k_2\left[M^i\right]$

式中：为第i道的最大轧制力矩；[Mⁱ]为第i道次许用轧制力矩；k₂为安全系数，取0.9；

S43：轧制功率约束

$N_{\max }^i\≤k_3\left[N^i\right]$

式中：为第i道次头尾的最大功率；[Nⁱ]为第i道次许用功率；k₃为过载系数，粗轧取2.0，精轧取1.5；

功率过载只能是瞬时过载，因此还把电机发热作为功率的约束条件，为保证电机正常工作，均方根功率应小于许用功率；即

式中：Nⁱ _均为第i道次的轧制均方根功率，N_均为均方根功率；N_轧为轧制功率；N_空为空载功率；t_轧为轧制时间；t_间歇为间歇时间；

S44：终轧温度约束

式中：为末道次头尾最低温度；T_limit为终轧温度限制；

S45：咬入条件

μ_b≥tgα

式中：μ_b为摩擦系数；α为咬入角；

S46：速度条件

精轧各道次轧制速度应满足连轧条件，如下式：

h_iυ_i＝h_i+1υ_i+1

式中：h为出口厚度；υ为出口速度；

同时，各道次速度在速度锥范围之内，即：

υ_min≤υ≤υ_max

式中：υ_min为速度锥下限；υ为轧制速度；υ_max为速度锥上限；

如果满足轧制约束条件，则执行S5，如果不满足轧制约束条件则执行以下步骤：

首先进行轧制规程优化，所述的优化的方法是：以板形良好目标和相对等负荷目标对各道次压下量进行重新分配；

优化后再次判断是否满足轧制约束条件，满足则执行S5，仍不满足轧制约束条件则执行S6；

S5：根据轧件厚度变步长减小轧件厚度，所述的减小轧件的厚度的方法如下：当轧件的厚度在5mm以上时，减小量为1mm；当轧件的厚度在2～5mm时，减小量为0.5mm；当轧件的厚度在2mm以下时，减小量为0.1mm；

返回S3；

S6:记录和输出轧件上次计算的最小厚度值，即为该宽度节点对应的最小厚度值；

S7：计算下一个宽度节点值，重复S2至S6，直至得到多个初始宽度节点值分别对应的最小厚度值，并将多个初始宽度节点值及其分别对应的最小厚度值顺次连接后显示在图形界面上。