CN113263061B - 一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法，属于冶金平整技术领域。本发明的技术方案是：收集平整机组的设备特征参数和带材的关键轧制工艺参数；以轧辊原始表面粗糙度作为优化量，以第

卷成品带钢的特征板形值均小于目标形值为约束条件，利用Powell优化算法进行求解，使得在目标轧制公里数范围内，每一卷带钢的板形和粗糙度的总体情况达到最好。本发明的有益效果是：最大程度上满足现场生产要求，解决成品带钢表面粗糙度偏差等问题。

Description

一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法，属于冶金平整技术领域。

背景技术

随着近些年用户对带钢需求量的增加和性能要求的不断提升，平整机组的稳定轧制和成品带钢板形及表面质量的控制要求也越来越高。平整机带钢表面粗糙度主要是通过调整工作辊表面的粗糙度来进行控制，在轧制过程中，工作辊表面特征会压印到带钢表面，不同需求的用户对带材的表面粗糙度有不同的要求，而现场则需要根据用户要求做到良好的控制。上机前工作辊都有一个设定的原始粗糙度，随着轧制公里数的增加，轧辊表面粗糙度逐渐遗传到带钢表面，工作辊表面摩擦系数会逐渐降低，加之对平整液的影响，这样，轧辊和带钢之间的摩擦系数也会逐渐降低，从而对成品带钢板形和表面粗糙度造成影响，摩擦系数的降低同样会对轧制力造成影响，使机组轧制稳定性降低，甚至会出现打滑现象。也就是说，轧辊原始表面粗糙度值影响了平整过程中打滑的发生概率以及成品带钢质量。查阅文献，以往对平整机打滑现象以及带钢表面粗糙度还未有通过轧辊表面原始粗糙度来进行控制的，因此，如何合理的设定轧辊原始表面粗糙度，降低打滑发生的概率并提高成品带钢表面质量就成为现场生产研究的一项重点。

发明内容

本发明目的是提供一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法，结合现场生产实际，对生产过程中的成品带钢板形、带钢表面粗糙度和打滑因子为优化目标，在保证工作辊表面粗糙度在合理的范围内，对其原始粗糙度进行优化，使得在目标轧制公里数范围内，每一卷带钢的板形和粗糙度的总体情况达到最好，最大程度上满足现场生产要求，解决成品带钢表面粗糙度偏差等问题，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法，包含以下步骤：

(a)收集平整机组的设备特征参数和带材的关键轧制工艺参数，包括：工作辊半径R，轧制速度V_i，入口张力T_0i，出口张力T_1i，工作辊原始粗糙度Ra_r0，工作辊轧制过程粗糙度Ra_ri，工作辊粗糙度衰减系数B_L，弹性模量E，轧制公里数L，泊松比ν，带材宽度B_i、第i卷带钢的延伸率ε_i，带材入口厚度h_0i、带材出口厚度h_1i、第i卷来料表面粗糙度Ra_s0i、第i卷成品带钢表面粗糙度Ra_si、带钢变形抗力K_i、轧制力P_i、平整液浓度影响系数k_c、平整液的粘度压缩系数θ、带材入口速度V_0i、润滑剂的动力粘度η₀，i表示所轧第i带钢，摩擦因数衰减系数B_K，假设每卷带钢长度为l₀，第i卷带钢打滑因子理想值ψ′_i，第i卷成品带钢表面粗糙度设定值Ra_i，成品带钢目标板形值I_max；

(b)设定轧辊表面原始粗糙度初始值Ra_r01；

(c)记录开始时轧制公里数L₀，则轧制第i卷时的轧制公里数为L₀+(i-1)l₀，计算轧制第i卷带钢时的轧辊表面粗糙度Ra_ri，

(d)计算第i卷带钢咬入角α_i，

其中R′为压扁半径

(e)根据平整液油膜厚度ξ_i与轧制工艺参数之间的关系，计算第i卷带钢的平整液油膜厚度ξ_i，k_rg为工作辊和带钢表面纵向粗糙度夹带润滑剂强度的系数，k_rs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率

(f)计算轧制第i卷时工作辊与带钢间的摩擦系数

式中a为液体摩擦系数，b为干摩擦影响系数；

(g)计算第i卷带钢时的打滑因子ψ_i，

(h)计算第i卷带钢的成品板面粗糙度Ra_si，

式中α_h,α′_h为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系数；β_h为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，k为平均变形抗力，取决于带材的材质及轧制条件(Pa)，α_k，β_k为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_ε，β_ε为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，η₁,η₂为平整机组设备特性影响参数；

(i)计算第i卷成品带钢板形分布I_i，

T_1ij为出口带材横向各点单位张力，T_1i为出口张力，

为带材出口平均厚度，h_i(x)为带材出口厚度横向分布值，

为带材入口平均厚度，H_i(x)为带材入口厚度横向分布值，L_i(x)为表示来料板形的长度横向分布值，

为来料板形长度方向平均值，j为第i卷带钢横向条元数；

(j)定义第i卷成品带钢的特征板形值为

其中

(k)定义第i卷成品带钢表面粗糙度偏差

(l)定义第i卷带钢轧制时打滑因子偏差

(m)定义目标函数

其中λ₁、λ₂为加权系数，且λ₁+λ₂＝1；

(n)定义目标函数

式中δ₁、δ₂为加权系数；

(o)以轧辊原始表面粗糙度Ra_r0为作为优化量，以第i卷成品带钢的特征板形值均小于目标形值为约束条件，即

以G(X)为目标函数进行优化，利用Powell优化算法进行求解；

(p)得出G(X)最小时所对应的轧辊原始表面粗糙度值即为最优值Ra_r0y。

本发明的有益效果是：结合现场生产实际，对生产过程中的成品带钢板形、带钢表面粗糙度和打滑因子为优化目标，在保证工作辊表面粗糙度在合理的范围内，对其原始粗糙度进行优化，使得在目标轧制公里数范围内，每一卷带钢的板形和粗糙度的总体情况达到最好，最大程度上满足现场生产要求，解决成品带钢表面粗糙度偏差等问题。

附图说明

图1是本发明的流程图；。

具体实施方式

为了使发明实施案例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清晰的、完整的描述，显然，所表述的实施案例是本发明一小部分实施案例，而不是全部的实施案例，基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护范围。

一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法，包含以下步骤：

(a)收集平整机组的设备特征参数和带材的关键轧制工艺参数，包括：工作辊半径R，轧制速度V_i，入口张力T_0i，出口张力T_1i，工作辊原始粗糙度Ra_r0，工作辊轧制过程粗糙度Ra_ri，工作辊粗糙度衰减系数B_L，弹性模量E，轧制公里数L，泊松比ν，带材宽度B_i、第i卷带钢的延伸率ε_i，带材入口厚度h_0i、带材出口厚度h_1i、第i卷来料表面粗糙度Ra_s0i、第i卷成品带钢表面粗糙度Ra_si、带钢变形抗力K_i、轧制力P_i、平整液浓度影响系数k_c、平整液的粘度压缩系数θ、带材入口速度V_0i、润滑剂的动力粘度η₀，i表示所轧第i带钢，摩擦因数衰减系数B_K，假设每卷带钢长度为l₀，第i卷带钢打滑因子理想值ψ′_i，第i卷成品带钢表面粗糙度设定值Ra_i，成品带钢目标板形值I_max；

(b)设定轧辊表面原始粗糙度初始值Ra_r01；

(c)记录开始时轧制公里数L₀，则轧制第i卷时的轧制公里数为L₀+(i-1)l₀，计算轧制第i卷带钢时的轧辊表面粗糙度Ra_ri，

(d)计算第i卷带钢咬入角α_i，

其中R′为压扁半径

(e)根据平整液油膜厚度ξ_i与轧制工艺参数之间的关系，计算第i卷带钢的平整液油膜厚度ξ_i，k_rg为工作辊和带钢表面纵向粗糙度夹带润滑剂强度的系数，k_rs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率

(f)计算轧制第i卷时工作辊与带钢间的摩擦系数

式中a为液体摩擦系数，b为干摩擦影响系数；

(g)计算第i卷带钢时的打滑因子ψ_i，

(h)计算第i卷带钢的成品板面粗糙度Ra_si，

式中α_h,α′_h为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系数；β_h为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，k为平均变形抗力，取决于带材的材质及轧制条件(Pa)，α_k，β_k为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_ε，β_ε为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，η₁,η₂为平整机组设备特性影响参数；

(i)计算第i卷成品带钢板形分布I_i，

T_1ij为出口带材横向各点单位张力，T_1i为出口张力，

为带材出口平均厚度，h_i(x)为带材出口厚度横向分布值，

为带材入口平均厚度，H_i(x)为带材入口厚度横向分布值，L_i(x)为表示来料板形的长度横向分布值，

为来料板形长度方向平均值，j为第i卷带钢横向条元数；

(j)定义第i卷成品带钢的特征板形值为

其中

(k)定义第i卷成品带钢表面粗糙度偏差

(l)定义第i卷带钢轧制时打滑因子偏差

(m)定义目标函数

其中λ₁、λ₂为加权系数，且λ₁+λ₂＝1；

(n)定义目标函数

式中δ₁、δ₂为加权系数；

(o)以轧辊原始表面粗糙度Ra_r0为作为优化量，以第i卷成品带钢的特征板形值均小于目标形值为约束条件，即

以G(X)为目标函数进行优化，利用Powell优化算法进行求解；

(p)得出G(X)最小时所对应的轧辊原始表面粗糙度值即为最优值Ra_r0y。

实施例1：

(a)收集平整机组的设备特征参数和带材的关键轧制工艺参数，包括：工作辊半径R＝425mm，轧制速度V_i＝{124，124，165，164，164，156，...}m/min，入口张力T_0i＝{55.8，56.0，42.3，42.7，42.2，33.0,...}KN，出口张力T_1i＝{60.0,60.1,47.2,47.7,51.0,37.3,...}KN，工作辊原始粗糙度Ra_r0＝1.85μm，工作辊轧制过程粗糙度Ra_ri，工作辊粗糙度衰减系数B_L＝0.01，弹性模量E＝210GPa，轧制公里数L＝5km，泊松比ν＝0.3，带材宽度B_i＝{1535，1535，1575，1575，1575，1445，...}mm、第i卷带钢的延伸率ε_i＝{0.6，0.6，0.3，0.3，0.5，0.3，...}％，带材入口厚度h_0i＝{1.49，1.49，0.8，0.8，0.80.69，...}mm、带材出口厚度h_1i、第i卷来料表面粗糙度Ra_s0i＝{1.09，1.09，0.99，0.99，0.99，1.03，...}μm、第i卷成品带钢表面粗糙度Ra_si、带钢变形抗力K_i、轧制力P_i＝{1680，1642，795，796，799，836，...}KN、平整液浓度影响系数k_c＝0.8、平整液的粘度压缩系数θ＝0.035m²/N、带材入口速度V_0i、润滑剂的动力粘度η＝1，摩擦因数衰减系数B_K＝-2.55，假设每卷带钢长度为l₀＝828m，成品带钢目标板形值I_max＝8I，i表示所轧第i带钢；

(b)设定轧辊表面原始粗糙度初始值Ra_r01＝0.5μm；

(c)记录开始时轧制公里数L₀＝5km，则轧制第1卷时的轧制公里数为L＝5km，计算轧制第1卷带钢时的轧辊表面粗糙度Ra_r1，

(d)计算第1卷带钢咬入角α₁，

其中R′为压扁半径

(e)根据平整液油膜厚度ξ₁与轧制工艺参数之间的关系，计算第1卷带钢的平整液油膜厚度ξ₁，(k_rg＝0.12，k_rs＝0.5)

(f)计算轧制第1卷时工作辊与带钢间的摩擦系数μ_i，

式中a＝0.01，b＝0.2；

(g)计算第1卷带钢时的打滑因子ψ₁，

(h)计算第1卷带钢的成品板面粗糙度Ra_s1，

式中α_h＝0.6,α_h'＝0.219，β_h＝0.27，α_k＝2.18，β_k＝-4，α_ε＝-121.6，β_ε＝200，η₁＝0.342，η₂＝0.6；

(i)计算第1卷成品带钢板形分布I₁，

(j)定义第i卷成品带钢的特征板形值为

其中

(k)定义第i卷成品带钢表面粗糙度偏差

(l)定义第i卷带钢轧制时打滑因子偏差

(m)定义目标函数

其中λ₁、λ₂为加权系数，且λ₁+λ₂＝1；

(n)定义目标函数

(o)以轧辊原始表面粗糙度Ra_r0为作为优化量，以第1卷成品带钢的特征板形值均小于目标形值为约束条件，即

以G(X)为目标函数进行优化，利用Powell优化算法进行求解；

(p)通过计算得出轧辊原始表面粗糙度最优值Ra_r0y＝2.16μm。

实施例2：

(a)收集平整机组的设备特征参数和带材的关键轧制工艺参数，包括：工作辊半径R＝627mm，轧制速度V_i＝{153，153，179，153，153，139，...}m/min，入口张力T_0i＝{33.2，34.8，41.2，37.8，35.9，51.0,...}KN，出口T_1i＝{37.3,39.3,46.1,42.2,40.4,55.6,...}KN，工作辊原始粗糙度Ra_r0＝3μm，工作辊轧制过程粗糙度Ra_ri，工作辊粗糙度衰减系数B_L＝0.01，弹性模量E＝210GPa，轧制公里数L＝2km，泊松比ν＝0.3，带材宽度B_i＝{1432，1325，1535，1505，1475，1495，...}mm、第i卷带钢的延伸率ε_i＝{0.4，0.3，0.3，0.3，0.3，0.6，...}％，带材入口厚度h_0i＝{0.7，0.8，0.8，0.75，0.75，1.2，...}mm、带材出口厚度h_1i、第i卷来料表面粗糙度Ra_s0i＝{1.01，1.12，0.81，0.72，0.83，0.98，...}μm、第i卷成品带钢表面粗糙度Ra_si、带钢变形抗力K_i、轧制力P_i＝{838，836，856，874，859，1532，...}KN、平整液浓度影响系数k_c＝0.8、平整液的粘度压缩系数θ＝0.035m²/N、带材入口速度V_0i、润滑剂的动力粘度η＝1，摩擦因数衰减系数B_K＝-2.55，假设每卷带钢长度为l₀＝828m，成品带钢目标板形值I_max＝8I，i表示所轧第i带钢；

(b)设定轧辊表面原始粗糙度初始值Ra_r01＝0.5μm；

(c)记录开始时轧制公里数L₀＝2km，则轧制第10卷时的轧制公里数为L＝9.45km，计算轧制第10卷带钢时的轧辊表面粗糙度Ra_r10，

(d)计算第10卷带钢咬入角α₁₀，

其中R′为压扁半径

(e)根据平整液油膜厚度ξ₁₀与轧制工艺参数之间的关系，计算第10卷带钢的平整液油膜厚度ξ₁₀，(k_rg＝0.12，k_rs＝0.5)

(f)计算轧制第10卷时工作辊与带钢间的摩擦系数μ₁₀，

式中a＝0.01，b＝0.2；

(g)计算第10卷带钢时的打滑因子ψ₁₀，

(h)计算第10卷带钢的成品板面粗糙度Ra_s10，

式中α_h＝0.6,α_h'＝0.219，β_h＝0.27，α_k＝2.18，β_k＝-4，α_ε＝-121.6，β_ε＝200，η₁＝0.342，η₂＝0.6；

(i)计算第10卷成品带钢板形分布I₁₀，

(j)定义第i卷成品带钢的特征板形值为

其中

(k)定义第i卷成品带钢表面粗糙度偏差

(l)定义第i卷带钢轧制时打滑因子偏差

(m)定义目标函数

其中λ₁、λ₂为加权系数，且λ₁+λ₂＝1；

(n)定义目标函数

(o)以轧辊原始表面粗糙度Ra_r0为作为优化量，以第10卷成品带钢的特征板形值均小于目标形值为约束条件，即

以G(X)为目标函数进行优化，利用Powell优化算法进行求解；

(p)通过计算得出轧辊原始表面粗糙度最优值Ra_r0y＝3.42μm。

Claims (1)

1.一种轧辊原始粗糙度综合优化设定方法，其特征在于包含以下步骤：

(a)收集平整机组的设备特征参数和带材的关键轧制工艺参数，包括：工作辊半径R，轧制速度V_i，入口张力T_0i，出口张力T_1i，工作辊原始粗糙度Ra_r0，工作辊轧制过程粗糙度Ra_ri，工作辊粗糙度衰减系数B_L，弹性模量E，轧制公里数L，泊松比ν，带材宽度B_i、第i卷带钢的延伸率ε_i，带材入口厚度h_0i、带材出口厚度h_1i、第i卷来料表面粗糙度Ra_s0i、第i卷成品带钢表面粗糙度Ra_si、带钢变形抗力K_i、轧制力P_i、平整液浓度影响系数k_c、平整液的粘度压缩系数θ、带材入口速度V_0i、润滑剂的动力粘度η₀，i表示所轧第i带钢，摩擦因数衰减系数B_K，假设每卷带钢长度为l₀，第i卷带钢打滑因子理想值ψ_i′，第i卷成品带钢表面粗糙度设定值Ra_i，成品带钢目标板形值I_max；

(b)设定轧辊表面原始粗糙度初始值Ra_r01；

(c)记录开始时轧制公里数L₀，则轧制第i卷时的轧制公里数为L₀+(i-1)l₀，计算轧制第i卷带钢时的轧辊表面粗糙度Ra_ri，

(d)计算第i卷带钢咬入角α_i，

其中R′为压扁半径

(e)根据平整液油膜厚度ξ_i与轧制工艺参数之间的关系，计算第i卷带钢的平整液油膜厚度ξ_i，k_rg为工作辊和带钢表面纵向粗糙度夹带润滑剂强度的系数，k_rs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率

(f)计算轧制第i卷时工作辊与带钢间的摩擦系数

式中a为液体摩擦系数，b为干摩擦影响系数；

(g)计算第i卷带钢时的打滑因子ψ_i，

(h)计算第i卷带钢的成品板面粗糙度Ra_si，

式中α_h,α_h′为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系数；β_h为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，k为平均变形抗力，取决于带材的材质及轧制条件(Pa)，α_k，β_k为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_ε，β_ε为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，η₁,η₂为平整机组设备特性影响参数；

(i)计算第i卷成品带钢板形分布I_i，

T_1ij为出口带材横向各点单位张力，T_1i为出口张力，

为带材出口平均厚度，h_i(x)为带材出口厚度横向分布值，

为带材入口平均厚度，H_i(x)为带材入口厚度横向分布值，L_i(x)为表示来料板形的长度横向分布值，

为来料板形长度方向平均值，j为第i卷带钢横向条元数；

(j)定义第i卷成品带钢的特征板形值为

其中

(k)定义第i卷成品带钢表面粗糙度偏差

(l)定义第i卷带钢轧制时打滑因子偏差

(m)定义目标函数

其中λ₁、λ₂为加权系数，且λ₁+λ₂＝1；

(n)定义目标函数

式中δ₁、δ₂为加权系数；

(o)以轧辊原始表面粗糙度Ra_r0为作为优化量，以第i卷成品带钢的特征板形值均小于目标形值为约束条件，即

以G(X)为目标函数进行优化，利用Powell优化算法进行求解；

(p)得出G(X)最小时所对应的轧辊原始表面粗糙度值即为最优值Ra_r0y。

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