CN105234186B - 冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法 - Google Patents

Abstract

一种冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法，其主要包括以下由计算机执行的步骤：1、收集现场参数；2、收集机组摩擦特性参数；3、定义参数；4、设定初始值和初始优化步长及优化参数；5、计算第i机架出口速度、压下率、道次压下量和等效张力影响系数；6、计算第i机架摩擦系数；7、计算第i机架轧制力；8、计算第i机架工作辊压扁半径、外摩擦力影响系数、前滑值和轧制力矩；9、计算第i机架打滑因子和滑伤指数；10、计算第i机架轧制功率；11、构造机组电耗控制函数式；12、输出最优轧制规程。本发明从电耗控制的角度出发，设定了轧制规程控制合理的目标值，有效降低企业成本，增加了企业效益。

Description

冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法

技术领域

本发明属于冶金冷轧领域，特别涉及一种冷连轧的轧制规程优化方法。

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，使得国内外冷轧板带生产工业获得了迅猛发展。以往，在冷轧板带生产过程中，现场关注的焦点主要集中在板形、板厚、表面缺陷等质量指标的控制。但随着钢铁行业竞争的日益激烈，钢铁行业整体利润率的下滑，冷轧板带生产过程中的成本控制问题已经被摆在了与质量控制同等重要的地位。因为对于钢铁企业而言，在市场经济的条件下无论产品质量多高，如果其生产成本接近甚至超过了产品价格，吨钢效益接近于零或者为负，这种产品也是没有生命力的，不可能长期生产下去。吨钢耗电是机组生产成本占比相当大的一部分，根据相关文献可知，吨钢耗电与压下规程和张力制度的设定密切相关。因此，轧制规程(即压下规程和张力制度)设定的不合理，会导致吨钢电耗的增加。

发明内容

针对冷连轧机组现场出现的因轧制规程设定不合理导致的吨钢电耗增加的问题，本发明提供一种冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法。本发明主要通过合理的数学建模，模拟冷连轧生产线上的成本产生，设定吨钢耗电控制合理的目标值。

本发明包括以下由计算机执行的步骤：

a)收集现场参数，包括：机组来料和成品厚度h₀,h_n，机组第i机架电机效率η_i，机组第i机架轧辊半径R_i，机组带材宽度B，机组带材密度ρ，杨氏模量E，泊松比v，机组第i机架平均变形抗力K_mi，机组末机架轧制速度V_n，冷连轧机组第i机架乳化液流量Q_i，机组第i机架换辊后的轧制吨位Z_i，机组第i机架工作辊换辊后轧制公里数L_i，机组第i机架最大轧制压力P_imax，机组第i机架最大打滑因子ψ_imax，机组第i机架最大滑伤指数机组第i机架最大轧制功率W_imax，其中参数i为机组机架编号，n为机组总的机架数；

b)收集机组摩擦特性参数，包括：速度指数衰减系数B_V，轧制公里数指数衰减系数B_L，轧制吨位指数衰减系数B_Z，乳化液流量指数衰减系数B_Q，第i机架速度线性回归系数C_Vi，第i机架轧制公里数线性回归系数C_Li，第i机架轧制吨位线性回归系数C_Zi，第i机架乳化液流量线性回归系数C_Qi，第i机架压下率线性回归系数C_ri，第i机架前后张力线性回归系数第i机架变形抗力线性回归系数C_ki，第i机架出入口厚度线性回归系数C_hi,C_h(i-1)，第i机架基准摩擦系数μ_0i；

c)令H_i＝{h₁,h₂,...,h_i,...,h_n-1}表示机组压下规程，T_i＝{T₁,T₂,...,T_i,...,T_n}表示机组张力制度，则令X＝{H_i,T_i}表示机组轧制规程；

d)设定初始X₀＝{H_i0,T_i0}，初始优化步长ΔX₀＝{ΔH_i0,ΔT_i0}，优化参数j，令j＝0；

e)计算X＝X₀+j·ΔX；

f)令i＝1；

g)计算第i机架出口速度第i机架压下率第i机架道次绝对压下量Δh_i＝h_i-1-h_i，第i机架等效张力影响系数ξ_i'＝0.3T_i+0.7T_i-1；

h)计算第i机架的摩擦系数：

i)计算第i机架轧制力，可采用以下由计算机执行的步骤：

i1)计算压扁相关系数

弹性相关系数

压下率相关系数α_3i＝1.08-1.02r_i和摩擦相关系数

i2)计算入口弹性修正参数出口弹性修正参数和轧辊压扁系数

i3)计算轧制力弹性修正系数

i4)计算轧辊压扁参数

i5)计算轧制力并输出P_i＝α_1iγ_i(α_3i+α_4iγ_i)+α_2iγ_i；

j)计算第i机架工作辊弹性压扁半径

第i机架外摩擦力影响系数

第i机架前滑值

第i机架轧制力矩

k)计算第i机架的打滑因子和滑伤指数

l)计算第i机架轧制功率

m)判断是否成立？若成立，则转入步骤(n)；不成立，则令j＝j+1，转入步骤e)；

n)令i＝i+1，判断i≤n？若成立，则转入步骤(g)；不成立，则转入步骤(o)；

o)构造机组电耗控制函数式

p)判断Powell条件是否成立？若成立，则转入步骤(q)；不成立则调整X₀和ΔX，重置j＝0，并重复上述步骤(e)到步骤(o)，直至Powell条件成立；

q)输出F(X)取最小值的X＝{H_i,T_i}最优解，此时的F(X)为机组最低单位产量电耗。

在机组正常运行时，必须保证各机架轧制规程的等于或者无限接近{H_i,T_i}，以此目标对机组轧制规程进行优化，即可有效降低企业电耗及成本，为企业带来利益。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、通过合理的数学建模，模拟冷连轧生产线上的成本产生，设定了吨钢耗电控制合理的目标值，有效降低了企业电耗和成本，为企业带来了利益。

2、能够防止因机组轧制规程设定不当，导致带钢打滑或滑伤以及轧制功率和轧制力超过限定值，为冷连轧生产线以吨钢电耗控制为目标的轧制规程综合优化设定提供了依据。

附图说明

图1是本发明的总计算框图。

图2是本发明轧制力的计算框图。

具体实施方式

实施例1

按照图1所示的冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法总计算框图，首先，在步骤(a)中，收集现场参数，包括：机组来料和成品厚度h₀,h_n(mm){2.50，0.45}，五个机架轧辊半径R_i(mm){265，237，249，266，264}，五个机架电机效率η_i{0.85，0.84，0.86，0.85，0.87}，带材密度ρ＝7850(kg/m³)，五个机架带材宽度B_i＝1020(mm)，杨氏模量E＝210GPa，泊松比v＝0.3，五个机架平均变形抗力K_mi(Mpa){373，475，541，576，612}，五个机架乳化液流量Q_i(L/min){3050，3450，3500，3600，3900}，五个机架换辊后的轧制吨位Z_i(t){2228，1940，1880，2000，2320}，五个机架工作辊换辊后轧制公里数L_i(Km){150，140，130，160，180}，五个机架最大轧制压力P_imax(t){1500，1480，1470，1490，1480}，五个机架最大打滑因子ψ_imax{0.5，0.45，0.47，0.47，0.49}，五个机架最大滑伤指数，五个机架最大轧制功率W_imax(KW){2500，3800，3800，3800，3800}，冷连轧机组末机架速度V₅＝1520(m/min)，其中参数i为冷连轧机组机架编号，n＝5为冷连轧机组总的机架数；

随后，在步骤(b)中，收集机组摩擦特特性参数，包括：速度指数衰减系数B_V＝-0.0036，轧制公里数指数衰减系数B_L＝-0.00082，轧制吨位指数衰减系数B_Z＝-5.0×10^-6，乳化液流量指数衰减系数B_Q＝-0.173，第i机架速度线性回归系数C_Vi＝{1.6×10^-2,2.5×10^-2,3.2×10^-2,4.5×10^-2,5.2×10^-2}，第i机架轧制公里数线性回归系数C_Li＝{0.140,0.185,0.200,0.248,0.253}，第i机架轧制吨位线性回归系数C_Zi＝{0.013,0.015,0.017,0.018,0.022}，第i机架乳化液流量线性回归系数C_Qi＝{6.1×10^-3,6.3×10^-3,7.4×10^-3,8.2×10^-3,1.0×10^-2}，第i机架压下率线性回归系数C_ri＝{0.179,0.162,0.154,0.142,0.132}，第i机架前张力线性回归系数第i机架后张力线性回归系数第i机架变形抗力线性回归系数C_ki＝{-1.27×10^-5,-0.921×10^-5,-0.613×10^-5,-0.321×10^-5,-0.120×10^-5}，第i机架出入口厚度线性回归系数C_hi＝{-6.18×10¹，-6.09×10¹，-6.00×10¹，-5.97×10¹，-5.94×10¹，}C_h(i-1)＝{5.84×10¹，6.01×10¹，6.21×10¹，6.37×10¹，6.51×10^-2}，第i机架基准摩擦系数μ_0i＝{-1.27×10^-1,-1.74×10^-1,-1.86×10^-1,-2.44×10^-1,-0.51×10^-1}；

随后，在步骤(c)中，令H_i＝{h₁,h₂,...,h_i,...,h_n-1}表示机组压下规程，T_i＝{T₁,T₂,...,T_i,...,T_n}表示机组张力制度，则令X＝{H_i,T_i}表示机组轧制规程；

随后，在步骤(d)中，设定初始X₀＝{(1.98,1.06,0.72,0.66)，(30,140,150,150,160，40)}，初始优化步长ΔX₀＝{(-0.01,0.01,0.01,-0.01)，(1,2,2,2,2，1)}，优化参数j，令j＝0；

随后，在步骤(e)中，计算X＝{(1.98,1.06,0.72,0.66)，(30,140,150,150,160，40)}；

随后，在步骤(f)中，令i＝1；

随后，在步骤(g)中，计算第1机架出口速度V_i＝345.45(m/min)，压下率r_i＝0.21，道次绝对压下量Δh_i＝0.52和等效张力影响系数ξ_i'＝63；

随后，在步骤(h)中，计算第1机架摩擦系数μ_i＝0.064；

随后，如图2所示，在步骤(i)中，计算第i机架轧制力：

i1)计算压扁相关系数α_1i＝535.86，

弹性相关系数α_2i＝88.91，

压下率相关系数α_3i＝0.87和摩擦相关系数α_4i＝0.48；

i2)计算入口弹性修正参数Δh'_i＝0.524，出口弹性修正参数Δh”_i＝0.004和轧辊压扁系数C₀＝0.022；

i3)计算轧制力弹性修正系数β_i＝7.41；

i4)计算轧辊压扁参数γ_i＝0.41；

i5)计算第1机架的轧制力P_i＝1252.6(t)；

随后，在步骤(j)中，计算第1机架的工作辊弹性压扁半径R'_i＝278.25，第1机架外摩擦力影响系数，第1机架前滑值f_si＝0.031，第1机架轧制力矩N_i＝5.58×10³N·m；

随后，在步骤(k)中，计算第1机架的打滑因子ψ_i＝0.41和滑伤指数；

随后，在步骤(l)中，计算第1机架轧制功率W_i＝2025KW；

随后，在步骤(m)中，显然不等式成立，转入步骤(n)；

随后，在步骤(n)中，令i＝i+1＝2，显然2≤5，则转入步骤(g)；

随后，在步骤(o)中，构造机组电耗控制函数式F_j(X)＝165.98(千瓦时/吨)；

随后，在步骤(p)中，由于Powell条件不成立，则不成立则调整X₀和ΔX，重置j＝0，并重复上述步骤(e)到步骤(o)，直至Powell条件成立；

随后，在步骤(q)中，输出X＝{(1.85,1.16,0.82,0.56)，(49,160,170,170,180，69)}为最优轧制规程，F_j＝147.24(千瓦时/吨)为机组最低电耗。

在机组正常运行时，必须保证机组轧制规程的等于或者无限接近X＝{(1.85,1.16,0.82,0.56)，(49,160,170,170,180，69)}，以此目标对机组轧制规程进行优化，即可有效降低企业成本，提高生产效率，为企业带来效益。

实施例2

首先，在步骤(a)中，收集现场参数，包括：五个机架入出口厚度h_i-1,h_i(mm){1.82，0.25}，五个机架的延伸率ε_i{0.8，0.75，0.55，0.35，0.25}，五个机架轧辊半径R_i(mm){265，250，250，250，250}，五个机架电机效率η_i{0.90，0.89，0.89，0.85，0.88}，带材密度ρ＝7850(kg/m³)，五个机架乳化液流量Q_i(L/min){3000，3400，3600，3800，4200}，五个机架带材宽度B_i＝1800(mm)，杨氏模量E＝210GPa，泊松比v＝0.3，五个机架平均变形抗力K_mi(Mpa){392，485，561，596，652}，五个机架换辊后的轧制吨位Z_i(t){2028，1830，1750，2120，2450}，五个机架工作辊换辊后轧制公里数L_i(Km){160，150，150，160，170}，五个机架最大轧制压力P_imax(t){1500，1500，1500，1500，1500}，五个机架最大打滑因子ψ_imax＝0.43，五个机架最大滑伤指数五个机架最大轧制功率W_imax(KW){2500，3800，3800，3800，3800}，冷连轧机组末机架最高速度V₅＝1680(m/min)，其中参数i为冷连轧机组机架编号，n＝5为冷连轧机组总的机架数；

随后，在步骤(b)中，收集机组摩擦特性参数，包括：速度指数衰减系数B_V＝-0.0041，轧制公里数指数衰减系数B_L＝-0.00081，轧制吨位指数衰减系数B_Z＝-5.2×10^-6，乳化液流量指数衰减系数B_Q＝-0.181，第i机架速度线性回归系数C_Vi＝{1.7×10^-2,2.6×10^-2,3.1×10^-2,4.4×10^-2,5.6×10^-2}，第i机架轧制公里数线性回归系数C_Li＝{0.143,0.180,0.206,0.249,0.258}，第i机架轧制吨位线性回归系数C_Zi＝{0.015,0.014,0.016,0.012,0.021}，第i机架乳化液流量线性回归系数C_Qi＝{6.0×10^-3,6.1×10^-3,7.1×10^-3,8.4×10^-3,1.5×10^-2}，第i机架压下率线性回归系数C_ri＝{0.177,0.164,0.151,0.141,0.135}，第i机架前张力线性回归系数第i机架后张力线性回归系数第i机架变形抗力线性回归系数C_ki＝{-1.21×10^-5,-0.911×10^-5,-0.611×10^-5,-0.325×10^-5,-0.124×10^-5}，第i机架出入口厚度线性回归系数C_hi＝{-6.08×10¹，-6.01×10¹，-5.97×10¹，-5.95×10¹，-5.91×10¹，}C_h(i-1)＝{5.81×10¹，5.91×10¹，6.01×10¹，6.17×10¹，6.34×10^-2}，第i机架基准摩擦系数μ_0i＝{-1.29×10^-1,-1.78×10^-1,-1.87×10^-1,-2.48×10^-1,-0.56×10^-1}；

随后，在步骤(c)中，令H_i＝{h₁,h₂,...,h_i,...,h_n-1}表示机组压下规程，T_i＝{T₁,T₂,...,T_i,...,T_n}表示机组张力制度，则令X＝{H_i,T_i}表示机组轧制规程；

随后，在步骤(d)中，设定初始X₀＝{(1.31,0.92,0.67,0.48)，(30,145,150,150,160，40)}，初始优化步长ΔX₀＝{(-0.01,-0.01,-0.01,-0.01)，(1,2,2,2,2，1)}，优化参数j，令j＝0；

随后，在步骤(e)中，计算X＝{(1.31,0.92,0.67,0.48)，(30,145,150,150,160，40)}；

随后，在步骤(f)中，令i＝1；

随后，在步骤(g)中，计算第1机架出口速度V_i＝320.61(m/min)和压下率r_i＝0.28，道次绝对压下量Δh_i＝0.51和等效张力影响系数ξ_i'＝64.5；

随后，在步骤(h)中，计算第1机架摩擦系数μ_i＝0.049；

随后，如图2所示，在步骤(i)中，计算第i机架轧制力：

i1)计算压扁相关系数α_1i＝566.57，

弹性相关系数α_2i＝91.05，

压下率相关系数α_3i＝0.79和摩擦相关系数α_4i＝0.59；

i2)计算入口弹性修正参数Δh'_i＝0.515，出口弹性修正参数Δh”_i＝0.005和轧辊压扁系数C₀＝0.022；

i3)计算轧制力弹性修正系数β_i＝7.41；

i4)计算轧辊压扁参数γ_i＝0.53；

i5)计算第1机架的轧制力P_i＝1354.1(t)；

随后，在步骤(j)中，计算第1机架工作辊弹性压扁半径R'_i＝273.75，外摩擦力影响系数，轧制力矩N_i＝6.82×10³N·m和前滑值f_si＝0.031；

随后，在步骤(k)中，计算第1机架的打滑因子ψ_i＝0.40和滑伤指数；

随后，在步骤(l)中，计算第1机架轧制功率W_i＝2301KW；

随后，在步骤(m)中，显然不等式成立，转入步骤(n)；

随后，在步骤(n)中，令i＝i+1＝2，显然2≤5，则转入步骤(g)；

随后，在步骤(o)中，构造机组电耗控制函数式F_j(X)＝255.56(千瓦时/吨)；

随后，在步骤(p)中，由于Powell条件不成立，则不成立则调整X₀和ΔX，重置j＝0，并重复上述步骤(e)到步骤(o)，直至Powell条件成立；

随后，在步骤(q)中，输出X＝{(1.15,0.81,0.55,0.40)，(51,176,176,150,176，68)}为最优轧制规程，F_j(X)＝223.10(千瓦时/吨)为机组最低电耗。

在机组正常运行时，必须保证机组轧制规程的等于或者无限接近X＝{(1.15,0.81,0.55,0.40)，(51,176,176,150,176，68)}，以此目标对机组轧制规程进行优化，即可有效降低企业成本，提高生产效率，为企业带来效益。

Claims (1)

1.一种冷连轧过程以吨钢电耗控制为目标的轧制规程优化方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：

a)收集现场参数，包括：机组来料和成品厚度h₀,h_n，机组第i机架电机效率η_i，机组第i机架轧辊半径R_i，机组带材宽度B，机组带材密度ρ，杨氏模量E，泊松比v，机组第i机架平均变形抗力K_mi，机组末机架轧制速度V_n，冷连轧机组第i机架乳化液流量Q_i，机组第i机架换辊后的轧制吨位Z_i，机组第i机架工作辊换辊后轧制公里数L_i，机组第i机架最大轧制压力P_imax，机组第i机架最大打滑因子ψ_imax，机组第i机架最大滑伤指数机组第i机架最大轧制功率W_imax，其中参数i为机组机架编号，n为机组总的机架数；

b)收集机组摩擦特性参数，包括：速度指数衰减系数B_V，轧制公里数指数衰减系数B_L，轧制吨位指数衰减系数B_Z，乳化液流量指数衰减系数B_Q，第i机架速度线性回归系数C_Vi，第i机架轧制公里数线性回归系数C_Li，第i机架轧制吨位线性回归系数C_Zi，第i机架乳化液流量线性回归系数C_Qi，第i机架压下率线性回归系数C_ri，第i机架前后张力线性回归系数第i机架变形抗力线性回归系数C_ki，第i机架出入口厚度线性回归系数C_hi,C_h(i-1)，第i机架基准摩擦系数μ_0i；

c)令H_i＝{h₁,h₂,...,h_i,...,h_n-1}表示机组压下规程，T_i＝{T₁,T₂,...,T_i,...,T_n}表示机组张力制度，则令X＝{H_i,T_i}表示机组轧制规程；

d)设定初始X₀＝{H_i0,T_i0}，初始优化步长ΔX₀＝{ΔH_i0,ΔT_i0}，优化参数j，令j＝0；

e)计算X＝X₀+j·ΔX；

f)令i＝1；

g)计算第i机架出口速度第i机架压下率第i机架道次绝对压下量Δh_i＝h_i-1-h_i，第i机架等效张力影响系数ξ_i'＝0.3T_i+0.7T_i-1；

h)计算第i机架的摩擦系数：

i)计算第i机架轧制力，采用以下由计算机执行的步骤：

i1)计算压扁相关系数

弹性相关系数

压下率相关系数α_3i＝1.08-1.02r_i和摩擦相关系数

i2)计算入口弹性修正参数出口弹性修正参数和轧辊压扁系数

i3)计算轧制力弹性修正系数

i4)计算轧辊压扁参数

i5)计算轧制力并输出P_i＝α_1iγ_i(α_3i+α_4iγ_i)+α_2iγ_i；

j)计算第i机架工作辊弹性压扁半径

第i机架外摩擦力影响系数

第i机架前滑值

第i机架轧制力矩

k)计算第i机架的打滑因子和滑伤指数

l)计算第i机架轧制功率

m)判断是否成立？若成立，则转入步骤(n)；不成立，则令j＝j+1，转入步骤e)；

n)令i＝i+1，判断i≤n？若成立，则转入步骤(g)；不成立，则转入步骤(o)；

0)构造机组电耗控制函数式

p)判断Powell条件是否成立？若成立，则转入步骤(q)；不成立则调整X₀和ΔX，重置j＝0，并重复上述步骤(e)到步骤(o)，直至Powell条件成立；

q)输出F(X)取最小值的X＝{H_i,T_i}最优解，此时的F(X)为机组最低单位产量电耗。