CN111014309B - 一种精轧机组轧制线标高优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种精轧机组轧制线标高优化方法，该方法包括以下步骤：a、计算每组轧辊出口处带钢中性层上半部分和下半部分的中心线长度；b、取轧辊出口处带钢中性层上、下半部分中心线长度的差值为头部翘曲判别因子，用来表征带钢的头部翘曲程度；c、确定优化变量，优化变量包括各组轧辊的压下量和咬入倾斜角；e、确定约束条件，需要带钢在轧制过程中始终保持向上翘曲；f、根据带钢经过最后组的轧辊轧制后，头部的翘曲量最小，得出优化目标函数；g、根据约束条件优化目标函数，得出精轧机组各架轧机的轧辊倾斜角和压下率最优值。

Description

一种精轧机组轧制线标高优化方法

技术领域

本发明涉及一种轧机参数的优化方法，具体地说是一种精轧机组轧制线标高优化方法。

背景技术

轧制线高度控制精度对热连轧轧制稳定性的影响至关重要，其稳定与否直接关系到生产线产能的发挥和产品质量的好坏。轧制线标高是指精轧机组中各机架下工作辊上表面连接而成的曲线，由位于每个机架下支承辊下面的阶梯垫板来调整高度。调整轧制线标高主要是用来控制精轧机组出口叠板和提高轧制稳定性，而在实际生产中精轧机出口叠板是由于热轧带钢的头部翘曲变形过大造成的，因此，需要分析轧制线标高变化对带钢头部翘曲程度影响，进而通过优化轧制线标高避免精轧机组出现出口叠板的问题。

随着热连轧自动化技术的发展，轧制精度的不断提高，但热轧带钢的翘曲问题依然没有得到很好的解决，人们开始认识到轧制线标高对热连轧过程的重要作用。但是，目前关于轧制线标高的研究都是针对的单一机架，而实际中精轧机组包括多个机架，每个机架压下量、辊径差和轧制线标高不同，带钢在不同道次的头部翘曲程度也不同。因此，需要以整个精轧机组为研究对象，考虑各机架辊径和压下量，建立精轧机组的轧制线标高设定方法，从而保证成品带钢头部翘曲程度最低。

发明内容

本发明的目的就是提供一种精轧机组轧制线标高优化方法，以解决使用轧机组对板带轧制时板带的头部翘曲变形较大，精轧机组易出现出口叠板的问题。

本发明是这样实现的：一种精轧机组轧制线标高优化方法，包括以下步骤：

a、计算精轧机组的第i架轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分的中心线长度l_i1和中性层下半部分的中心线长度l_i2，i＝1、2…n；

其中，l_i1的计算公式为：

l_i2的计算公式为：

上两计算公式中，h_i为精轧机组第i架轧机带钢的出口厚度，S_Δi1为第i架轧机上轧辊在单位时间内沿带钢的长度方向上轧出的金属面积，S_Δi2为第i架轧机下轧辊在单位时间内沿带钢的长度方向上轧出的金属面积，S_i为第i架轧机沿带钢的长度方向上单位时间内带钢的出口面积；

式中，S_Δi1根据以下公式计算：

其中，α_i1为第i架轧机的上轧辊单位时间内转动的角度，R_i1为第i架轧机的上轧辊半径，θ_i为第i架轧机的机架倾斜角，i＝1、2…n；

式中，S_Δi2根据以下公式计算：

其中，α_i2为第i架轧机的下轧辊单位时间内转动的角度，R_i2为第i架轧机的下轧辊半径，θ_i为第i架轧机的咬入倾斜角，i＝1、2…n；

式中，S_i根据以下公式计算：

式中，h_i根据以下公式计算：

h_i＝h_i-1*(1-ε_i)

其中，h_i-1为第i架轧机的带钢的入口厚度，εi为第i架轧机的压下率；

b、以精轧机组的第i架轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分中心线长度与下半部分中心线长度的差值(l_i1-l_i2)作为头部翘曲判别因子，表征带钢的头部翘曲程度；

c、确定精轧机组轧制线标高的优化变量，所述优化变量包括各架轧机的压下率[ε₁ ε₂ … ε_i]和各架轧机的咬入倾斜角[θ₁ θ₂ … θ_i]；

d、确定约束条件：

以带钢在轧制过程中始终保持向上翘曲为条件，建立关于轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分中心线长度l_i1和下半部分中心线长度l_i2的约束方程：

以带钢稳定咬入为条件，设定各架轧机咬入倾斜角区间：

其中，

为第i架轧机带钢稳定咬入的最小倾斜角，

为第i架轧机带钢稳定咬入的最大倾斜角，i＝1、2…n；

以带钢在各架轧机上的压下率分配原则，设定各架轧机的压下率区间：

其中，

为根据压下率分配原则分配的最小压下率，

为根据压下率分配原则分配的最大压下率；

各架轧机压下率ε_i满足以下关系式：

H*(1-ε₁)(1-ε₂)…(1-ε_i)＝h

其中，H为轧机组带钢入口厚度，h为轧机组带钢出口厚度；

e、确定满足上述约束条件下的优化目标函数为：

min{|(l₁₁-l₁₂)+(l₂₁-l₂₂)+…+(l_i1-l_i2)|}

f、将上述公式以及约束条件公式代入上述优化目标函数，得出精轧机组各架轧机的咬入倾斜角θ_i和压下率ε_i的最优值。

本发明提出了一种精轧机组轧制线标高设定方法，该方法通过考虑上下辊径、压下量和咬入倾斜角建立轧机出口处带钢变形几何模型，确定带钢头部翘曲变量，并提出了带钢头部翘曲因子，定量表征了带钢头部翘曲程度，建立了精轧机组各机架轧制线标高优化方法，该方法能够合理的优化各轧机压下量和轧制线标高，从而保障了带钢头部质量。本发明对提高产品质量和生产安全具有重要意义。

附图说明

图1是带钢变形区的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明作进一步详细的说明。

本发明公开了一种精轧机组轧制线标高设定方法，包括以下步骤：

a、建立带钢变形区示意图，如图1所示，根据几何关系得出：

其中，

H_i为精轧机组第i架轧机带钢的入口厚度，h_i为精轧机组第i架轧机带钢的出口厚度，R_i1为第i架轧机的上轧辊的半径，θ_i为第i架轧机咬入倾斜角，i为精轧机组的第i架轧机，i＝1、2…n。

其中，

R_i2为第i架轧机的下轧辊的半径。

其中，α_i1为第i架轧机上轧辊单位时间内转动的角度，χ_i1为第i架轧机上轧辊单位时间内的线速度，α_i2为第i架轧机下轧辊单位时间内转动的角度，χ_i2为第i架轧机下轧辊单位时间内的线速度。

Δh_i1＝A′_i1B_i1＝R_i1(1-cosα_i1-sinα_i1*tanθ_i)

Δh_i2＝A′_i2B_i2＝R_i2(1-cosα_i2+sinα_i2*tanθ_i)

设图1中

和

分别为第i架轧机单位时间内上下轧辊轧出的金属面积，则有：

同理可得：

近似的认为C_i1C_i2//B_i1B_i2，则有：

由几何关系计算精轧机组的第i架轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分的中心线长度l_i1和中性层下半部分的中心线长度l_i2。

其中，l_i1的计算公式为：

l_i2的计算公式为：

其中，以上公式中的h_i的计算公式为：

h_i＝h_i-1*(1-ε_i)

其中，h_i-1为第i架轧机的带钢的入口厚度，ε_i为第i架轧机的压下率。

b、以精轧机组的第i架轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分的中心线长度和下半部分中心线长度的差值(l_i1-l_i2)作为头部翘曲判别因子，表征带钢的头部翘曲程度。头部翘曲判别因子值为正，则表明带钢上半部分长度大于带钢下半部分长度，带钢头部向下翘曲；头部翘曲判别因子值为负，则表明带钢上半部分长度小于带钢下半部分长度，带钢头部向上翘曲，并且该因子绝对值越大表明翘曲程度越厉害。

c、确定精轧机组轧制线标高的优化变量，由于现场轧辊辊径的配置是固定的，而且不能任意组合。因此，该优化模型是在上下轧辊辊径确定的情况下，合理布置带钢压下量和带钢咬入倾斜角，优化变量为轧机组各架轧机的压下率[ε₁ ε₂ … ε_i]和各架轧机的咬入倾斜角[θ₁ θ₂ … θ_i]。

d、确定约束条件，实际轧制中带钢上表面温度大于下表面温度，会使带钢头部产生向下翘曲趋势，加上带钢的重力作用也会引起带钢向下翘曲，而带钢向下翘曲不利于带钢在辊道上传输，需要带钢在轧制过程中始终保持向上翘曲，因此建立以下约束方程：

由于带钢咬入倾斜角太大，不易带钢稳定咬入，以带钢稳定咬入为条件，设定各个道次咬入倾斜角区间：

其中，

为第i架轧机带钢稳定咬入的最小倾斜角，

为第i架轧机带钢稳定咬入的最大倾斜角，i＝1、2…n；

以带钢在各架轧机上的压下率分配原则，设定各个道次压下率区间：

其中，

为根据压下率分配原则分配的最小压下率，

为根据压下率分配原则分配的最大压下率。

精轧机组各个轧机压下率满足以下关系式：

H*(1-ε₁)(1-ε₂)…(1-ε_i)＝h

其中，H为精轧机组带钢入口厚度，h为精轧机组带钢出口厚度。

e、目标函数的确定，轧制线标高优化控制目标是使带钢经过最后道次轧制后，头部翘曲量最小，因此建立满足上述约束条件下的优化目标函数：

min{|(l₁₁-l₁₂)+(l₂₁-l₂₂)+…+(l_i1-l_i2)|}

f、将上述公式以及约束条件代入优化目标函数，得出精轧机组各架轧机的轧辊倾斜角θ和压下率ε_i的最优值。

下面以某钢厂的轧机组为例，采用上述方法进行轧制线的标高优化，该轧机组由7架轧机组成，分别记为：F1、F2、F3、F4、F5、F6、F7。该精轧机组的来料厚度为30mm，成品厚度为3mm，即H＝30mm，h＝3mm。

设定精轧机组各架轧机咬入倾斜角区间：

设定精轧机组各架轧机上的压下率区间：

F1～F3机架上、下工作辊半径分别为R₁＝417.5mm，R₂＝415mm。

F4～F7机架上、下工作辊半径分别为R₁＝300mm，R₂＝298mm。

表1为轧机组各架轧机优化前初始参数的数据表。

表1轧机组各架轧机优化前初始参数数据表

将约束条件代入目标函数，经过优化计算得出合理的倾斜角(轧制线高度布置)和压下率分配，如表2中所示，此时目标函数的最小值为0。

表2优化后轧机组各架轧机参数数据表

轧机	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7
								倾斜角	0.228	0.23	-0.118	-0.313	-0.007	-0.006	-0.003
压下率	0.381	0.352	0.362	0.292	0.223	0.203	0.109

轧制前可根据表2中的参数设定轧机组各架轧机的压下量和轧制线高度。

Claims (1)

1.一种精轧机组轧制线标高优化方法，其特征是，包括以下步骤：

a、计算精轧机组的第i架轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分的中心线长度l_i1和中性层下半部分的中心线长度l_i2，i＝1、2…n；

其中，l_i1的计算公式为：

l_i2的计算公式为：

上两计算公式中，h_i为精轧机组第i架轧机带钢的出口厚度，S_Δi1为第i架轧机上轧辊在单位时间内沿带钢的长度方向上轧出的金属面积，S_Δi2为第i架轧机下轧辊在单位时间内沿带钢的长度方向上轧出的金属面积，S_i为第i架轧机沿带钢的长度方向上单位时间内带钢的出口面积；

式(1)中，S_Δi1根据以下公式计算：

其中，α_i1为第i架轧机的上轧辊单位时间内转动的角度，R_i1为第i架轧机的上轧辊半径，θ_i为第i架轧机的咬入倾斜角，i＝1、2…n；

式(2)中，S_Δi2根据以下公式计算：

其中，α_i2为第i架轧机的下轧辊单位时间内转动的角度，R_i2为第i架轧机的下轧辊半径，θ_i为第i架轧机的咬入倾斜角，i＝1、2…n；

式(1)和式(2)中的S_i根据以下公式计算：

式(1)、式(2)和式(5)中的h_i根据以下公式计算：

h_i＝h_i-1*(1-ε_i) (6)

其中，h_i-1为第i架轧机的带钢的入口厚度，ε_i为第i架轧机的压下率；

b、以精轧机组的第i架轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分中心线长度与下半部分中心线长度的差值(l_i1-l_i2)作为头部翘曲判别因子，表征带钢的头部翘曲程度；

c、确定精轧机组轧制线标高的优化变量，所述优化变量包括各架轧机的压下率[ε₁ ε₂… ε_i]和各架轧机的咬入倾斜角[θ₁ θ₂ … θ_i]；

d、确定约束条件：

以带钢在轧制过程中始终保持向上翘曲为条件，建立关于轧机轧辊出口处带钢中性层上半部分中心线长度l_i1和下半部分中心线长度l_i2的约束方程：

以带钢稳定咬入为条件，设定各架轧机咬入倾斜角区间：

其中，

为第i架轧机带钢稳定咬入的最小倾斜角，

为第i架轧机带钢稳定咬入的最大倾斜角，i＝1、2…n；

以带钢在各架轧机上的压下率分配原则，设定各架轧机的压下率区间：

其中，

为根据压下率分配原则分配的最小压下率，

为根据压下率分配原则分配的最大压下率；

各架轧机压下率ε_i满足以下关系式：

H*(1-ε₁)(1-ε₂)…(1-ε_i)＝h (10)

其中，H为轧机组带钢入口厚度，h为轧机组带钢出口厚度；

e、确定满足上述约束条件下的优化目标函数为：

min{|(l₁₁-l₁₂)+(l₂₁-l₂₂)+…+(l_i1-l_i2)|} (11)

f、将上述公式以及约束条件公式代入上述优化目标函数，得出精轧机组各架轧机的咬入倾斜角θ_i和压下率ε_i的最优值。

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