CN104525579A - 一种适合于四辊轧机轧辊锥化缺陷的治理方法 - Google Patents

Abstract

一种适合于四辊轧机轧辊锥化缺陷的治理方法，它主要包括以下由计算机执行的步骤：1、基本设备参数的收集；2、收集典型规格产品的基本轧制工艺参数；3、定义最佳倾辊计算过程变量、倾辊量、倾辊量优化步长、目标函数、目标函数初始值、工作辊窜辊量、工作辊弯辊力、最佳倾辊量；4、计算出工作辊窜辊量、工作辊弯辊力、倾辊量、轧机的出口带材前张力横向分布值；5、计算目标函数；6、得出倾辊量，结束计算。本发明能够实现对轧辊锥化缺陷的定量补偿，最大程度的减少甚至消除轧辊锥化缺陷对板形的影响，解决了现场对于轧辊锥化而引起的板形缺陷的治理几乎完全依赖于现场操作人员经验的问题提高轧制板材的精度质量。

Description

一种适合于四辊轧机轧辊锥化缺陷的治理方法

技术领域

本发明属于轧钢技术领域，特别涉及一种普通四辊轧机轧辊锥化缺陷的治理方法。

背景技术

轧辊锥化是指在轧制过程中，轧辊由于磨床精度以及生产过程中产生磨损导致的轧辊带有一定锥度的现象^[1]，直接影响到板带产品的成材率和后续深加工产品的质量及深加工的顺利进行。随着冷轧控制技术的不断发展，针对来料板形、来料断面形状、弯辊窜辊、带材跑偏、机型配置、轧机刚度等对板形的影响因素，已经做出了大量深入的研究，可以得到很高精度的控制^[2]，然而对于轧辊锥化问题研究甚少。以往学者对因轧辊不良磨削而引起的轧辊锥形所造成的板形问题及其解决策略以定性描述为主，在企业现场，几乎完全依赖于操作人员的经验，无法实现有意识的定量控制。目前，锥化问题已经成为现场技术攻关的重点。

(参考文献：[1]郭军.冷轧工作辊磨削加工[J].中国第一重型机械.2007,2.[2]连家创，刘宏民.板厚板形控制[M].兵器工业出版社，1995.)

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够改善轧机的板形控制精度，提高产品板形质量的适用于四辊轧机轧辊锥化缺陷治理方法。

本发明包括以下有计算机执行的步骤：

(a)基本设备参数的收集，主要包括轧辊辊身长度L_m，轧辊辊径D_m，轧辊去除锥形缺陷之后的辊型分布值D_myi，轧辊辊形曲线D_mi，轧辊工作侧与传动侧端部的直径差ΔD_zmmax，轧机所允许的最大正弯辊力轧机所允许的最大负弯辊力轧机所允许的最大窜辊量δ_max，轧机所允许的最大倾辊量η_max，工作辊弯辊缸距离l_w，支撑辊压下螺丝中心距l_b，相关参数中下标i代表横向条元号，m代表轧辊编号，m＝1代表上支撑辊，m＝2代表上工辊辊，m＝3代表下工作辊，m＝4代表下支撑辊；

(b)收集典型规格产品的基本轧制工艺参数，带材厚度H，宽度B，变形抗力k，轧制力P，轧制速度v，延伸率ε，平均后张力T₀，平均前张力T₁；

(c)定义最佳倾辊计算过程变量i_η、倾辊量η，倾辊量优化步长Δη，目标函数G，目标函数初始值G₀，工作辊窜辊量δ，工作辊弯辊力S，最佳倾辊量η_best；

(d)不考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值D_mi＝D_myi；

(e)令工作辊窜辊量δ＝0，工作辊弯辊力S＝0，倾辊量η＝0；

(f)计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且不考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值D_mi＝D_myi时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,0)；

(g)考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值x_i为第i个单元的坐标；

(h)计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,ΔD_zmmax)；

(i)令i_η＝0，G₀＝10¹⁰，Δη＝1um；

(j)令倾辊量为η＝-η_max+i_ηΔη；

(k)计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(η,ΔD_zmmax)；

(l)计算目标函数 $G\left(\mathrm{\η}\right)=||\begin{array}{c}\left|\right|g(\mathrm{\η},\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })\left|\right|\\ -\left|\right|g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g\left(\mathrm{0,0}\right)\left|\right|\end{array}||;$

(m)判断不等式G(η)＜G₀是否成立？如果不等式成立则令G₀＝G(η)，η_best＝η，转入步骤(n)，如果不等式不成立则直接转入步骤(n)；

(n)判断不等式是否成立？如果不等式成立则令i_η＝i_η+1，然后转入步骤(j)；如果不等式不成立则转入步骤(o)；

(o)得到最佳倾辊量η_best，结束计算。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

能够实现对轧辊锥化缺陷的定量补偿，最大程度的减少甚至消除轧辊锥化缺陷对板形的影响，解决了现场对于轧辊锥化而引起的板形缺陷的治理几乎完全依赖于现场操作人员经验的问题，以定量补偿代替以往的定性控制，从而提高了轧制板材的精度质量。

附图说明

图1是本发明总计算流程图；

图2是本发明实施例1优化过程中的前张应力分布；

图3是本发明实施例1优化前后的板形值对比；

图4是本发明实施例2优化过程中的前张应力分布；

图5是本发明实施例2优化前后的板形值对比。

具体实施方式

实施例1

在图1所示的适用于四辊轧机轧辊锥化缺陷治理方法总计算流程图中，首先，在步骤(a)中，基本设备参数的收集，主要包括上支撑辊的辊身长度L₁＝1450mm、上工作辊的辊身长度L₂＝1450mm、下工作辊的辊身长度L₃＝1450mm、下支撑辊的辊身长度L₄＝1450mm，上支撑辊的辊径D₁＝1100mm、上工作辊的辊径D₂＝500mm、下工作辊的辊径D₃＝500mm、下支撑辊的辊径D₄＝1100mm，下工作辊去除锥形缺陷之后的辊型分布值D_3yi＝{499.9935，499.9947，499.9958，499.9968，499.9978，499.9987，499.9995，500.0002，500.0009，500.0015，500.0020，500.0024，500.0028，500.0031，500.0033，500.0035，500.0035，500.0035，500.0035，500.0033，500.0031，500.0028，500.0024，，500.0020，500.0015，500.0009，500.0002，499.9995，499.9987，499.9978，499.9968，499.9958，499.9947，499.9935}下工作辊辊形曲线分布值下工作辊工作侧与传动侧端部的直径差ΔD_z3max＝-100μm，其它轧辊工作侧与传动侧头部的直径差为零，轧机所允许的最大正弯辊力轧机所允许的最大负弯辊力轧机所允许的最大窜辊量δ_max＝100mm，轧机所允许的最大倾辊量η_max＝150μm，工作辊弯辊缸距离l_w＝2300mm，支撑辊压下螺丝中心距l_b＝2300mm；

随后，在步骤(b)中，收集典型规格产品的基本轧制工艺参数，主要包括带材厚度H＝0.22mm，宽度B＝1230mm，变形抗力k＝300MPa，轧制力P＝4223KN，轧制速度v＝614m/min，延伸率ε＝1.5％，入口平均张力T₀＝80.4MPa，出口平均张力T₁＝120.9MPa；

随后，在步骤(c)中，定义最佳倾辊计算过程变量i_η、倾辊量η，倾辊量优化步长Δη，目标函数G，目标函数初始值G₀，工作辊窜辊量δ，工作辊弯辊力S，最佳倾辊量η_best；

随后，在步骤(d)中，不考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值D_3i＝D_3yi；

随后，在步骤(e)中，令工作辊窜辊量δ＝0，工作辊弯辊力S＝0，倾辊量η＝0；

随后，在步骤(f)中，计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且不考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值D_3i＝D_3yi时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,0)；

随后，在步骤(g)中，考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值x_i为第i个单元的坐标；

随后，在步骤(h)中，计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,ΔD_zmmax)；

随后，在步骤(i)中，令i_η＝0，G₀＝10¹⁰，Δη＝1um；

随后，在步骤(j)中，令倾辊量为η＝-η_max+i_ηΔη＝-150+0×1＝-150um；

随后，在步骤(k)中，计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(η,ΔD_zmmax)，带材前张力横向分布值g(0,0)、g(0,ΔD_zmmax)和g(η,ΔD_zmmax)，如图2所示；

随后，在步骤(l)中，计算目标函数 $G\left(\mathrm{\η}\right)=||\begin{array}{c}\left|\right|g(\mathrm{\η},\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })\left|\right|\\ -\left|\right|g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g\left(\mathrm{0,0}\right)\left|\right|\end{array}||=237.4;$

随后，在步骤(m)中，不等式G(η)＝237.4＜G₀＝10¹⁰成立，令G₀＝G(η)＝237.4，η_best＝η＝-150μm，转入步骤(n)；

随后，在步骤(n)中，不等式成立，令i_η＝i_η+1＝0+1＝1，然后转入步骤(j)；

最后，在步骤(o)中，得到最佳倾辊量η_best＝-64μm，结束计算。

此实施例中，下工作辊存在轧辊辊径锥化缺陷，如图3所示，可以清楚地看出下工作辊(单轧辊)存在轧辊辊径锥化缺陷时，会带来单边浪的板形缺陷，其板形值17.92I。经过控制之后，轧辊辊径锥化缺陷而引起的板形变化量大大减少，其最佳的板形值10.59I，与不加倾辊量相比，板形值减小40.9％，从而有效的解决了由于轧辊辊径锥化缺陷引起的单边浪板形缺陷问题。

实施例2

首先，在步骤(a)中，基本设备参数的收集，主要包括上支撑辊的辊身长度L₁＝1450mm、上工作辊的辊身长度L₂＝1450mm、下工作辊的辊身长度L₃＝1450mm、下支撑辊的辊身长度L₄＝1450mm，上支撑辊的辊径D₁＝1100mm、上工作辊的辊径D₂＝500mm、下工作辊的辊径D₃＝500mm、下支撑辊的辊径D₄＝1100mm，上、下工作辊去除锥形缺陷之后的辊型分布值D_2yi＝D_3yi＝{499.9935，499.9947，499.9958，499.9968，499.9978，499.9987，499.9995，500.0002，500.0009，500.0015，500.0020，500.0024，500.0028，500.0031，500.0033，500.0035，500.0035，500.0035，500.0035，500.0033，500.0031，500.0028，500.0024，，500.0020，500.0015，500.0009，500.0002，499.9995，499.9987，499.9978，499.9968，499.9958，499.9947，499.9935}上工作辊辊形曲线分布值下工作辊辊形曲线分布值上工作辊工作侧与传动侧端部的直径差ΔD_z2max＝50μm，下工作辊工作侧与传动侧端部的直径差ΔD_z3max＝100μm，其它轧辊工作侧与传动侧头部的直径差为零，轧机所允许的最大正弯辊力轧机所允许的最大负弯辊力轧机所允许的最大窜辊量δ_max＝100mm，轧机所允许的最大倾辊量η_max＝150μm，工作辊弯辊缸距离l_w＝2300mm，支撑辊压下螺丝中心距l_b＝2300mm；

随后，在步骤(b)中，收集典型规格产品的基本轧制工艺参数，主要包括带材厚度H＝0.22mm，宽度B＝1230mm，变形抗力k＝300MPa，轧制力P＝4223KN，轧制速度v＝614m/min，延伸率ε＝1.5％，入口平均张力T₀＝80.4MPa，出口平均张力T₁＝120.9MPa；

随后，在步骤(c)中，定义最佳倾辊计算过程变量i_η、倾辊量η，倾辊量优化步长Δη，目标函数G，目标函数初始值G₀，工作辊窜辊量δ，工作辊弯辊力S，最佳倾辊量η_best；

随后，在步骤(d)中，不考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值D_2i＝D_2yi，D_3i＝D_3yi；

随后，在步骤(e)中，令工作辊窜辊量δ＝0，工作辊弯辊力S＝0，倾辊量η＝0；

随后，在步骤(f)中，计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且不考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值D_2i＝D_2yi，D_3i＝D_3yi时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,0)；

随后，在步骤(g)中，考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值 $D_{2i}=D_{2\mathrm{yi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{z2\max }}{L_2}{x}_i,$ $D_{3i}=D_{3\mathrm{yi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{z3\max }}{L_3}{x}_i,$ x_i为第i个单元的坐标；

随后，在步骤(h)中，计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值 $D_{2i}=D_{2\mathrm{yi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{z2\max }}{L_2}{x}_i,$ $D_{3i}=D_{3\mathrm{yi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{z3\max }}{L_3}{x}_i$ 时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,ΔD_zmmax)；

随后，在步骤(i)中，令i_η＝0，G₀＝10¹⁰，Δη＝1um；

随后，在步骤(j)中，令倾辊量为η＝-η_max+i_ηΔη＝-150+0×1＝-150um；

随后，在步骤(k)中，计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值 $D_{2i}=D_{2\mathrm{yi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{z2\max }}{L_2}{x}_i,$ $D_{3i}=D_{3\mathrm{yi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{z3\max }}{L_3}{x}_i$ 时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(η,ΔD_zmmax)，带材前张力横向分布值g(0,0)、g(0,ΔD_zmmax)和g(η,ΔD_zmmax)，如图4所示；

随后，在步骤(l)中，计算目标函数 $G\left(\mathrm{\η}\right)=||\begin{array}{c}\left|\right|g(\mathrm{\η},\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })\left|\right|\\ -\left|\right|g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g\left(\mathrm{0,0}\right)\left|\right|\end{array}||=76.5;$

随后，在步骤(m)中，不等式G(η)＝76.5＜G₀＝10¹⁰成立，令G₀＝G(η)＝76.5，η_best＝η＝-150μm，转入步骤(n)；

随后，在步骤(n)中，不等式成立，令i_η＝i_η+1＝0+1＝1，然后转入步骤(j)；

最后，在步骤(o)中，得到最佳倾辊量η_best＝-89μm，结束计算。

此实施例中，上下工作辊都存在轧辊辊径锥化缺陷，此时的倾辊量优化对板形影响的板形分布图如图5所示，可以清楚地看出上下工作辊(成对轧辊)存在轧辊辊径锥化缺陷时，会带来单边浪的板形缺陷，其板形值18.73I。经过控制之后，轧辊辊径锥化缺陷而引起的板形变化量大大减少，其最佳的板形值11.78I，与不加倾辊量相比，板形值减小37.1％，从而有效的解决了由于轧辊辊径锥化缺陷引起的单边浪板形缺陷问题。

Claims (1)

1.一种适合于四辊轧机轧辊锥化缺陷的治理方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：

(a)基本设备参数的收集，主要包括轧辊辊身长度L_m，轧辊辊径D_m，轧辊去除锥形缺陷之后的辊型分布值D_myi，轧辊辊形曲线D_mi，轧辊工作侧与传动侧端部的直径差ΔD_zm max，轧机所允许的最大正弯辊力轧机所允许的最大负弯辊力轧机所允许的最大窜辊量δ_max，轧机所允许的最大倾辊量η_max，工作辊弯辊缸距离l_w，支撑辊压下螺丝中心距l_b，相关参数中下标i代表横向条元号，m代表轧辊编号，m＝1代表上支撑辊，m＝2代表上工辊辊，m＝3代表下工作辊，m＝4代表下支撑辊；

(b)收集典型规格产品的基本轧制工艺参数，带材厚度H，宽度B，变形抗力k，轧制力P，轧制速度v，延伸率ε，平均后张力T₀，平均前张力T₁；

(c)定义最佳倾辊计算过程变量i_η、倾辊量η，倾辊量优化步长Δη，目标函数G，目标函数初始值G₀，工作辊窜辊量δ，工作辊弯辊力S，最佳倾辊量η_best；

(d)不考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值D_mi＝D_myi；

(e)令工作辊窜辊量δ＝0，工作辊弯辊力S＝0，倾辊量η＝0；

(f)计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且不考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值D_mi＝D_myi时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,0)；

(g)考虑轧辊锥化缺陷的影响，令轧辊的实际辊型分布值 $D_{\mathrm{mi}}=D_{\mathrm{myi}}+\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max }}{L_m}{x}_i,$ x_i为第i个单元的坐标；

(h)计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(0,ΔD_zm max)；

(i)令i_η＝0，G₀＝10¹⁰，Δη＝1um；

(j)令倾辊量为η＝-η_max+i_ηΔη；

(k)计算出工作辊窜辊量为δ，工作辊弯辊力为S，倾辊量为η，且考虑轧辊锥化缺陷的影响，轧辊的实际辊型分布值时，轧机的出口带材前张力横向分布值g(η,ΔD_zm max)；

(l)计算目标函数 $G\left(\mathrm{\η}\right)=||\begin{array}{c}\left|\right|g(\mathrm{\η},\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })\left|\right|\\ -\left|\right|g(0,\mathrm{\Δ}{D}_{\mathrm{zm}\max })-g\left(\mathrm{0,0}\right)\left|\right|\end{array}||;$

(m)判断不等式G(η)＜G₀是否成立？如果不等式成立则令G₀＝G(η)，η_best＝η，转入步骤(n)，如果不等式不成立则直接转入步骤(n)；

(n)判断不等式是否成立？如果不等式成立则令i_η＝i_η+1，然后转入步骤(j)；如果不等式不成立则转入步骤(o)；

(o)得到最佳倾辊量η_best，结束计算。