CN108704939A - 一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，经过大量的现场试验与理论研究，充分结合具有离线平整兼离线双机架平整机组的设备与工艺特点，以出口带钢粗糙度为目标，同时将总延伸率和板形都满足要求作为约束条件，提出了一种适合于离线平整兼离线双机架平整机组的带钢粗糙度控制技术，在所有情况下工作辊表面粗糙度都可以满足出口板面粗糙度的要求，并建立相关模型，从而优化出成品表面粗糙度控制的轧制压力设定值。本发明方法避免了单独控制、考虑不全面的问题，可以同时满足两个重要指标的要求，对现场生产有重要的指导意义。

Description

一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法

技术领域

本发明涉及冷轧技术领域，特别涉及一种双平整机组基于成品表面粗糙度控制的轧制压力设定方法。

背景技术

双机架平整机组主要用于生产具有高的尺寸指标和表面质量指标如表面粗糙度和表面缺陷的带钢，该机组由两台轧机组成，第一台轧机以轧制为主，其任务是进一步减薄带钢厚度，同时提高带钢板形质量，第二台轧机作为普通平整轧机，完成平整任务，控制带钢表面粗糙度并治理表面缺陷，最终通过两台轧机的共同作用，生产出合格的成品带钢。表面粗糙度作为量化衡量带钢表面质量好坏的主要指标，合理的带钢表面粗糙度设定不仅能够提高带钢冲压时的变形行为和涂镀后的外观面貌质量，而且可以提高材料的耐蚀性，因此带钢表面合格且稳定的表面粗糙度分布是钢铁企业关注的重点。

带钢表面粗糙度是由带钢表面无数个无方向性、不规则且具有较小间距的波峰与波谷所组成的微观几何形状，通常用中心线平均粗糙度(Ra)来表征带钢表面粗糙度的大小，常用计量单位为微米(μm)。通常用于深冲加工和涂镀加工的带钢，其表面粗糙度具有一定的要求，其特有的表面结构不仅改善了冲压加工过程中冲压件的润滑性能，降低冲废率，还可以在镀锌过程中使锌花均匀，提高镀涂质量。现阶段国外对带钢表面粗糙度形成机理及控制技术拥有各自保密的专有技术，几乎没有任何关键资料见诸于文献，而国内未能对带钢表面粗糙度进行系统性研究。因此系统研究带钢表面粗糙度形成机理，深入分析带钢表面粗糙度影响因素，在建立成品带钢表面粗糙度预报模型的基础上，提出一套双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，最终提高带钢表面粗糙度控制精度就成为现场攻关的重点。

发明内容

本发明目的在于提供一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，适合于离线平整兼离线双机架平整机组的带钢粗糙度控制技术，在所有情况下工作辊表面粗糙度都可以满足出口板面粗糙度的要求，并建立相关模型，从而优化出成品表面粗糙度控制的轧制压力设定值。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：

步骤a，收集离线平整兼二次冷轧机组的设备特征参数；

步骤b，收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数；

步骤c，收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数；

步骤d，将弯辊力S设定为基态

步骤e，设定目标函数初始值F₀＝1.0×10²⁰，1#轧制力初始值P₁₀＝P_1max/5及寻优步长ΔP₁，2#轧制力的初始值P₂₀＝P_2max/5及寻优步长ΔP₂；

步骤f，设定1#轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

步骤g，令1#轧制力P₁＝P₁₀+k₁ΔP₁；

步骤h，设定2#轧制力寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

步骤i，令2#轧制力P₂＝P₂₀+k₂ΔP₂；

步骤j，计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε；

步骤k，判断不等式ε_min＜ε＜ε_max是否成立，如成立，则转入步骤l；如不成立，转入步骤r；

步骤l，利用辊系弹性变形模型计算出口张应力分布σ_2i；

步骤m，判断不等式(max(σ_2i)-min(σ_2i))/σ₂≤SHAPE*是否成立，如成立，则转入步骤n；如不成立，转入步骤(r)；

步骤n，计算1#机架出口带钢粗糙度Ra_s1，其表达式为

步骤o，计算2#机架出口带钢粗糙度Ra_s2，其表达式为

步骤p，计算粗糙度控制目标函数

步骤q，判断不等式F(X)＜F₀是否成立；如果成立，则令F₀＝F(X)、最优1#轧制力P_1y＝P₁、最优2#轧制力P_2y＝P₂，转入步骤r；如不成立，直接转步骤r；

步骤r，判断不等式是否成立；如果不等式成立，则令k₂＝k₂+1转入步骤i；如不成立，转入步骤s；

步骤s，判断不等式是否成立；如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1转入步骤g；如不成立，转入步骤t；

步骤t，设定最优1#轧制力P_1y、最优2#轧制力P_2y。

进一步的，步骤a中设备特征参数包括：1#机架工作辊直径D_w1、2#机架工作辊直径D_w2、工作辊与支撑辊原始辊型分布值ΔD_wi,ΔD_bi、工作辊与支撑辊辊身长度L_w、L_b、工作辊弯辊缸距l₂、压下螺丝中心矩l₁、工作辊弯辊允许的最大正负弯辊力与1#机架工作辊上机粗糙度Ra₁、2#机架工作辊上机粗糙度Ra₂、1#机架工作辊轧制公里数L₁、2#工作辊轧制公里数L₂、1#机架轧制力允许最大值P_1max、2#机架轧制力允许最大值P_2max、出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度影响线性系数与非线性系数分别为α_h,α′_h、机架出口板面粗糙度遗传部分中机架带材的入口厚度影响系数β_h、机架出口板面粗糙度遗传部分与复印部分中末机架带材的材质影响系数α_k,β_k、机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中延伸率影响系数α_ε,β_ε、机组设备特性影响参数η₁,η₂。

进一步的，步骤b中，带材关键轧制工艺参数包括：带材来料的厚度横向分布值H_i、来料屈服极限σ_s、来料粗糙度Ra_s0、来料板形的横向分布值L_i、带材的宽度B、入口张力T₀、中间张力T₁、出口张力T₂、出口张应力平均值σ₂。

进一步的，步骤c中，带材的关键质量参数包括：允许的最大板形SHAPE*；允许的最大延伸率ε_max；允许的最小延伸率ε_min；带钢表面的标准粗糙度Ra′_s。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过对两机架轧制力的合理分配，最大程度扩展离线平整兼离线双机架平整机组的出口带钢表面粗糙度的可控范围。与以往离线平整兼离线双机架平整机组轧制力设定不同，本模型的重要创新在于充分考虑到离线平整兼离线双机架平整机组的设备与工艺特点，把出口带材粗糙度作为目标函数，把总延伸率、板形满足合同要求作为约束条件。这样避免了单独控制，考虑不全面的问题，可以同时满足两个重要指标的要求，对现场生产有重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明方法的总体流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

以某双平整机组为例，结合图1，对本发明所述一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法进行详细说明。

实施例1：

首先，在步骤(a)中收集离线平整兼二次冷轧机组的设备特征参数，主要包括：1#机架工作辊直径D_w1＝450mm、2#机架工作辊直径D_w2＝450mm、工作辊与支撑辊原始辊型分布值ΔD_wi＝0,ΔD_bi＝0、工作辊与支撑辊辊身长度L_w＝1420mm、L_b＝1420mm、工作辊内外弯辊缸距l₂＝2300mm、压下螺丝中心矩l₁＝2300mm、工作辊弯辊允许的最大正弯辊力与最大负弯辊力1#机架工作辊上机粗糙度Ra₁＝3.5μm、2#机架工作辊上机粗糙度Ra₂＝0.6μm、1#机架工作辊轧制公里数L₁＝0km、2#工作辊轧制公里数L₂＝0km、平整时1#机架轧制力允许最大值P_1max＝4000kN、平整时2#机架轧制力允许最大值P_2max＝4000kN、出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度影响线性系数与非线性系数分别为α_h＝6.6667,α′_h＝1.3333、机架出口板面粗糙度遗传部分中机架带材的入口厚度影响系数β_h＝6.6667、机架出口板面粗糙度遗传部分与复印部分中末机架带材的材质影响系数α_k＝2.18,β_k＝-4、机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中延伸率率影响系数α_ε＝-121.6,β_ε＝400、机组设备特性影响参数η₁＝0.4,η₂＝0.313、平整后带钢的屈服强度σ_s＝500MPa；

随后，在步骤(b)中，收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数，主要包括：带材来料的厚度横向分布值

H_i＝{0.355,0.355,0.355,0.356,0.3556,0.356,0.356,0.356,0.357,0.357,0.357,0.357,0.356,0.356,0.356,0.356,0.356,0.356,0.355,0.355,0.355}，单位mm；

来料屈服极限σ_s＝230MPa、来料粗糙度Ra_s0＝0.43μm、来料板形的横向分布值L_i＝0、带材的宽度B＝875mm、入口张力T₀＝25kN、中间张力T₁＝30kN、出口张力T₂＝20kN；

随后，在步骤(c)中，收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数，主要包括：允许的最大板形SHAPE*＝0.6；允许的最大延伸率ε_max＝1.5％；允许的最小延伸率ε_min＝0.7％；带钢表面的标准粗糙度的Ra'_s＝0.35μm；

随后，在步骤(d)中，将弯辊力S设定在基态

随后，在步骤(e)中，设定目标函数初始值F₀＝1.0×10²⁰，1#轧制力初始值P₁₀＝P_1max/5＝800kN及寻优步长ΔP₁＝200kN，2#轧制力的初始值P₂₀＝P_2max/5＝800kN及寻优步长ΔP₂＝200kN；

随后，在步骤(f)中，设定1#轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

随后，在步骤(g)中，令1#轧制力P₁＝P₁₀+k₁ΔP₁＝800kN；

随后，在步骤(h)中，设定2#轧制力寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

随后，在步骤(i)中，令2#轧制力P₂＝P₂₀+k₂ΔP₂＝800kN；

随后，在步骤(j)中，计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε＝1.15％；

随后，在步骤(k)中，判断不等式ε_min＜ε＜ε_max是否成立？不等式1.0％＜ε＜1.2％，显然成立，转入步骤(l)；否则，转入步骤(r)；

随后，在步骤(l)中，利用辊系弹性变形模型计算出口张应力分布

σ_2i＝{67.43,69.25,70.93,,72.24,73.57,74.68,75.30,76.35,76.66,76.97,77.09,76.97,76.88,76.35,75.30,74.68,73.57,72.24,70.93,69.25,67.43}，单位MPa；

随后，在步骤(m)中，判断不等式(max(σ_2i)-min(σ_2i))/σ₂≤SHAPE*是否成立？不等式(77.09-67.43)/73.52≤0.6显然成立，转入步骤(n)；

随后，在步骤(n)中，计算1#机架出口带钢粗糙度Ra_s1，其表达式为

随后，在步骤(o)中，计算2#机架出口带钢粗糙度Ra_s2，其表达式为

随后，在步骤(p)中，计算粗糙度控制目标函数

随后，在步骤(q)中，判断不等式F(X)＜F₀是否成立？如果不等式成立，令F₀＝F(X)＝0.35、最优1#轧制力P_1y＝P₁＝800kN、最优2#轧制力P_2y＝P₂＝800kN，转入步骤(r)；否则，直接转步骤(r)；

随后，在步骤(r)中，判断不等式k₂＜19是否成立？如果不等式成立，则令k₂＝k₂+1＝1转入步骤(i)；否则转入步骤(s)；

随后，在步骤(s)中，判断不等式k₁＜50是否成立？如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1＝1转入步骤(g)；否则转入步骤(t)；

最后，在步骤(t)中，输出最优1#轧制力P_1y＝1400kN、最优2#轧制力P_2y＝1000kN。

最后，为了方便对比，分别列出采用本技术所述粗糙度控制方法和采用传统方法控制粗糙度，其相关效果对比如下表1所示，可以看出，利用传统方法产品的粗糙度为0.45μm，没有达标，而采用本技术所述优化方法，产品出口粗糙度为0.37μm，达到了要求范围，同时延伸率控制精度得到了提高。综上，可知本技术可以有效提高产品质量，保证生产效率，为企业带来较大的经济效益。

表1本技术与传统方法对比

对比项	目标值	本技术	传统方法
				延伸率/％	1.0±0.2	1.02	1.06
粗糙度/μm	0.2～0.4	0.37	0.45

实施例2：

首先，在步骤(a)中收集离线平整兼二次冷轧机组的设备特征参数，主要包括：1#机架工作辊直径D_w1＝450mm、2#机架工作辊直径D_w2＝450mm、工作辊与支撑辊原始辊型分布值ΔD_wi＝0,ΔD_bi＝0、工作辊与支撑辊辊身长度L_w＝1420mm、L_b＝1420mm、工作辊内外弯辊缸距l₂＝2300mm、压下螺丝中心矩l₁＝2300mm、工作辊弯辊允许的最大正弯辊力与最大负弯辊力1#机架工作辊上机粗糙度Ra₁＝3.8μm、2#机架工作辊上机粗糙度Ra₂＝0.8μm、1#机架工作辊轧制公里数L₁＝20km、2#工作辊轧制公里数L₂＝20km、平整时1#机架轧制力允许最大值P_1max＝4000kN、平整时2#机架轧制力允许最大值P_2max＝4000kN、出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度影响线性系数与非线性系数分别为α_h＝6.6667,α′_h＝1.3333、机架出口板面粗糙度遗传部分中机架带材的入口厚度影响系数β_h＝6.6667、机架出口板面粗糙度遗传部分与复印部分中末机架带材的材质影响系数α_k＝2.18,β_k＝-4、机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中延伸率率影响系数α_ε＝-121.6,β_ε＝400、机组设备特性影响参数η₁＝0.4,η₂＝0.313、平整后带钢的屈服强度σ_s＝500MPa；

随后，在步骤(b)中，收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数，主要包括：带材来料的厚度横向分布值

H_i＝{0.365,0.365,0.365,0.366,0.366,0.366,0.366,0.366,0.367,0.367,0.367,0.367,0.366,0.366,0.366,0.366,0.366,0.366,0.365,0.365,0.365}，单位mm；

来料屈服极限σ_s＝230MPa、来料粗糙度Ra_s0＝0.45μm、来料板形的横向分布值L_i＝0、带材的宽度B＝875mm、入口张力T₀＝25kN、中间张力T₁＝30kN、出口张力T₂＝20kN；

随后，在步骤(c)中，收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数，主要包括：允许的最大板形SHAPE*＝0.6；允许的最大延伸率ε_max＝1.5％；允许的最小延伸率ε_min＝0.7％；带钢表面的标准粗糙度的Ra'_s＝0.35μm；

随后，在步骤(d)中，将弯辊力S设定在基态

随后，在步骤(e)中，设定目标函数初始值F₀＝1.0×10²⁰，1#轧制力初始值P₁₀＝P_1max/5＝800kN及寻优步长ΔP₁＝200kN，2#轧制力的初始值P₂₀＝P_2max/5＝800kN及寻优步长ΔP₂＝200kN；

随后，在步骤(f)中，设定1#轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

随后，在步骤(g)中，令1#轧制力P₁＝P₁₀+k₁ΔP₁＝800kN；

随后，在步骤(h)中，设定2#轧制力寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

随后，在步骤(i)中，令2#轧制力P₂＝P₂₀+k₂ΔP₂＝800kN；

随后，在步骤(j)中，计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε＝1.12％；

随后，在步骤(k)中，判断不等式ε_min＜ε＜ε_max是否成立？不等式1.0％＜ε＜1.2％，显然成立，转入步骤(l)；否则，转入步骤(r)；

随后，在步骤(l)中，利用辊系弹性变形模型计算出口张应力分布

σ_2i＝{68.55,70.35,71.93,,73.34,74.67,75.79,76.41,77.45,77.67,77.97,78.18,77.97,77.89,77.46,76.42,75.79,74.67,73.34,71.89,70.56,68.87}，单位MPa；

随后，在步骤(m)中，判断不等式(max(σ_2i)-min(σ_2i))/σ₂≤SHAPE*是否成立？不等式(77.09-67.43)/73.52≤0.6显然成立，转入步骤(n)；

随后，在步骤(n)中，计算1#机架出口带钢粗糙度Ra_s1，其表达式为

随后，在步骤(o)中，计算2#机架出口带钢粗糙度Ra_s2，其表达式为

随后，在步骤(p)中，计算粗糙度控制目标函数

随后，在步骤(q)中，判断不等式F(X)＜F₀是否成立？如果不等式成立，令F₀＝F(X)＝0.35、最优1#轧制力P_1y＝P₁＝800kN、最优2#轧制力P_2y＝P₂＝800kN，转入步骤(r)；否则，直接转步骤(r)；

随后，在步骤(r)中，判断不等式k₂＜19是否成立？如果不等式成立，则令k₂＝k₂+1＝1转入步骤(i)；否则转入步骤(s)；

随后，在步骤(s)中，判断不等式k₁＜50是否成立？如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1＝1转入步骤(g)；否则转入步骤(t)；

最后，在步骤(t)中，输出最优1#轧制力P_1y＝1350kN、最优2#轧制力P_2y＝1100kN。

最后，为了方便对比，分别列出采用本技术所述粗糙度控制方法和采用传统方法控制粗糙度，其相关效果对比如下表2所示，可以看出，利用传统方法产品的粗糙度为0.46μm，没有达标，而采用本技术所述优化方法，产品出口粗糙度为0.36μm，达到了要求范围，同时延伸率控制精度得到了提高。综上，可知本技术可以有效提高产品质量，保证生产效率，为企业带来较大的经济效益。

表2本技术与传统方法对比

对比项	目标值	本技术	传统方法
				延伸率/％	1.0±0.2	1.01	1.05
粗糙度/μm	0.2～0.4	0.36	0.46

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a，收集离线平整兼二次冷轧机组的设备特征参数；

步骤b，收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数；

步骤c，收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数；

步骤d，将弯辊力S设定为基态

步骤e，设定目标函数初始值F₀＝1.0×10²⁰，1#轧制力初始值P₁₀＝P_1max/5及寻优步长ΔP₁，2#轧制力的初始值P₂₀＝P_2max/5及寻优步长ΔP₂；

步骤f，设定1#轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

步骤g，令1#轧制力P₁＝P₁₀+k₁ΔP₁；

步骤h，设定2#轧制力寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

步骤i，令2#轧制力P₂＝P₂₀+k₂ΔP₂；

步骤j，计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε；

步骤k，判断不等式ε_min＜ε＜ε_max是否成立，如成立，则转入步骤l；如不成立，转入步骤r；

步骤l，利用辊系弹性变形模型计算出口张应力分布σ_2i；

步骤m，判断不等式(max(σ_2i)-min(σ_2i))/σ₂≤SHAPE*是否成立，如成立，则转入步骤n；如不成立，转入步骤(r)；

步骤n，计算1#机架出口带钢粗糙度Ra_s1，其表达式为

步骤o，计算2#机架出口带钢粗糙度Ra_s2，其表达式为

步骤p，计算粗糙度控制目标函数

步骤q，判断不等式F(X)＜F₀是否成立；如果成立，则令F₀＝F(X)、最优1#轧制力P_1y＝P₁、最优2#轧制力P_2y＝P₂，转入步骤r；如不成立，直接转步骤r；

步骤r，判断不等式是否成立；如果不等式成立，则令k₂＝k₂+1转入步骤i；如不成立，转入步骤s；

步骤s，判断不等式是否成立；如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1转入步骤g；如不成立，转入步骤t；

步骤t，设定最优1#轧制力P_1y、最优2#轧制力P_2y。

2.根据权利要求1所述的一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，其特征在于：步骤a中设备特征参数包括：1#机架工作辊直径D_w1、2#机架工作辊直径D_w2、工作辊与支撑辊原始辊型分布值ΔD_wi,ΔD_bi、工作辊与支撑辊辊身长度L_w、L_b、工作辊弯辊缸距l₂、压下螺丝中心矩l₁、工作辊弯辊允许的最大正负弯辊力与1#机架工作辊上机粗糙度Ra₁、2#机架工作辊上机粗糙度Ra₂、1#机架工作辊轧制公里数L₁、2#工作辊轧制公里数L₂、1#机架轧制力允许最大值P_1max、2#机架轧制力允许最大值P_2max、出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度影响线性系数与非线性系数分别为α_h,α′_h、机架出口板面粗糙度遗传部分中机架带材的入口厚度影响系数β_h、机架出口板面粗糙度遗传部分与复印部分中末机架带材的材质影响系数α_k,β_k、机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中延伸率影响系数α_ε,β_ε、机组设备特性影响参数η₁,η₂。

3.根据权利要求1所述的一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，其特征在于：步骤b中，带材关键轧制工艺参数包括：带材来料的厚度横向分布值H_i、来料屈服极限σ_s、来料粗糙度Ra_s0、来料板形的横向分布值L_i、带材的宽度B、入口张力T₀、中间张力T₁、出口张力T₂、出口张应力平均值σ₂。

4.根据权利要求1所述的一种双平整机组基于成品粗糙度控制的轧制压力设定方法，其特征在于：步骤c中，带材的关键质量参数包括：允许的最大板形SHAPE*；允许的最大延伸率ε_max；允许的最小延伸率ε_min；带钢表面的标准粗糙度Ra'_s。