CN103302108B - 一种六辊平整机组轧制力优化设定方法 - Google Patents

Abstract

一种六辊平整机组轧制力优化设定方法，属于带钢平整生产工艺和控制技术。经过大量的生产试验与理论研究，充分考虑到六辊平整机平整轧制过程的设备与工艺特点，根据该方法，为每个钢种每个规格确定一组平整机最优轧制力设定值，保证在第一次生产新规格产品时，***可以给定合理的轧制力设定值。本计算在保证打滑因子在临界点以内、计算平整机轧制力冲击响应幅值不超负荷，最终结合实际生产情况，确定出平整机轧制力设定值，减少因为设定不准造成的生产不稳定、轧断等不良现象出现。可以提高平整机板形控制稳定性，提高成材率。

Description

一种六辊平整机组轧制力优化设定方法

技术领域

本发明属于带钢平整生产工艺和控制技术，特别涉及一种六辊平整机组轧制力优化设定方法。

背景技术

随着社会的工业化程度越来越广泛，社会经济发展水平大幅度提高，带动了冶金领域板带钢(家电板和汽车板等)的市场需求，同时也对板带钢质量提出了更高的要求。平整作为冷轧板带生产中一道后序精加工艺，对产品质量的控制尤为重要。平整工序可以通过控制轧制力、张力和弯辊力等工艺参数，以保证退火后产品的机械性能与外形质量。所以平整机的运行状态最大程度地决定了产品成材率，影响企业的经济效益。

通常工程应用中，平整机控制根据设定的延伸率对轧制力进行闭环控制，控制过程中对于平整机组轧制力的设定仅仅考虑到板形治理与最大轧制压力的限制幅度，给出一个所有规格带钢生产时的平均值。在每次平整机起停车时，平整机控制***先把设定的轧制力作为初始值进行控制。因此，该轧制力初始设定值的准确程度直接影响到控制期间产品延伸率、延伸率调整到目标值的过渡时间，以及过渡期间的板形好坏。

由于当前一些平整机轧制力设定值误差较大，导致闭环***在控制初期会产生较大幅度的调整量，轧制力、延伸率的波动剧烈，板形也受影响。受反馈周期、设备响应周期以及***灵敏性等因素影响，控制***需要较长一段时间才能将轧制力调节到合适值，有时需要近30s，对带钢的影响长度约30m左右。本发明专利针对该情况，通过理论研究和工程数据分析相结合的方法，找到了一种适合对平整机轧制力设定值进行优化的方法，并通过生产应用，显著改善了控制***初期的平整机轧制力跳跃情况。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六辊平整机组轧制力优化设定方法，充分考虑到六辊平整机组平整轧制过程的设备与工艺特点，在保证平整机组不出现打滑与冲击响应满足要求的前提下，给出合适的平整机轧制力设定值。提高成品带钢的板形与延伸率达标率，提高产品质量和成材率。

本发明的技术方案包括以下步骤（如附图1所示）：

1、针对所分析平整机组，统计整理其设备及主要工艺参数，包括工作辊直径D_W，支撑辊、中间辊和工作辊的等效质量M_b、M_m、M_w，平整机牌坊的等效刚度K_m，支承辊与中间辊间接触刚度K_b，工作辊与中间辊间接触刚度K_w，轧制压力最大值P_max，轧制压力最小值P_min，进入步骤2；

2、根据收集的实际生产数据，以及建立的轧制力计算方程，采用回归拟合的方法，计算出带钢的平整轧制力计算公式；进入步骤3；

$P=\mathrm{fB}$

$f=\frac{{\mathrm{\σ}}_p{h}_0(1-\mathrm{\ϵ})}{\mathrm{\μ}}\left\{\exp \right[\mathrm{\μL}/h_0(1-\mathrm{\ϵ})]-1\}(v^3+k_4{v}^{1.5}+k_5{v}^{0.5}+k_6)/{10}^9$

${\mathrm{\σ}}_p=k_3({\mathrm{\σ}}_s+\mathrm{alg}1000e)-(k_1{\mathrm{\σ}}_0+k_2{\mathrm{\σ}}_1)$

$e=\frac{2v}{\mathrm{D\μ}}$

$L=\frac{1}{2}[a_1\ln \left(\mathrm{\ϵ}\right)+a_0][\frac{\mathrm{D\ϵ\μ}}{2}+\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{D\ϵ\μ}}{2}\right)}^2+2D{h}_0\mathrm{\ϵ}}]$

式中：P——总轧制力，单位： N；f——单位宽度轧制力，单位：N/m；B——带钢宽度，单位：m；L——轧制变形区中轧辊与带钢接触弧长度，单位：mm；a₀——平整钢种影响系数；a₁——工况影响系数；D——工作辊直径，单位：mm；ε——带钢延伸率；μ——摩擦系数；h₀——入口厚度，单位：mm；σ_p——当量变形抗力，单位：Pa；e——应变速率；v——轧制速度，单位：m/s；k₃——变形抗力影响系数；k₂——后张力影响系数；k₁——前张力影响系数；σ_s——带钢屈服强度；单位：Pa；σ₀——前张力，单位：Pa；σ₁——后张力，单位：Pa；k₄、k₅、k₆——平整机速度修正系数。

3、确定平整机的带钢厚度h₀，带钢宽度B，带钢平整延伸率ε，带钢屈服强度σ_s，产线速度v，平整机前后张应力σ₀、σ₁，根据步骤2中的公式计算出平整机轧制力设定值P，如果计算结果大于P_max，则轧制力P=P_max；当计算结果小于P_min，则轧制力P=P_min；进入步骤4；

4、根据公式，计算出平整机咬入角，根据公式:，计算出中性角，进入步骤5；

式中：f——单位压力；B——带钢宽度(m)；Q₁,Q₀——作用在轧件上的前张力、后张力(N)； α——咬入角(弧度)；

5、计算出打滑因子f_γ=γ/α，判断是否满足0.2<f_γ<0.8？如果满足，则进入步骤6；如果不满足，则令单位宽度轧制力f=f-sign(γ/α-1/2)*sign(Q₁-Q₀)*10000N，进入步骤4，如果循环次数大于1000仍不满足0.2<f_γ<0.8，取最后一次迭代循环的单位宽度轧制力 f 值。进入步骤6；

6、根据平整机结构，建立3自由度振动模型，力学模型详见附图2，采用MATLAB软件求出振动方程的数值解，计算出施加平整机轧制力后的平整机的纵向振动响应，得到振动时轧制力最大幅值P_a，判断P_a< P_max是否满足？如果满足，则进入步骤7；如果不满足，则P=P-100000N，如果此时满足P> P_min，则进入步骤4；如果P> P_min条件不满足，则P=P_min，进入步骤7；

7、将完成计算得到的轧制力设定值P写入平整机轧制力设定表，并植入控制***。

本发明经过大量的生产试验与理论研究，充分考虑到六辊平整机平整轧制过程的设备与工艺特点，发明了一种平整机轧制力优化设定方法，根据该方法，为每个钢种每个规格确定一组平整机最优轧制力设定值，保证在第一次生产新规格产品时，***可以给定合理的轧制力设定值。本计算在保证打滑因子在临界点以内、计算平整机轧制力冲击响应幅值不超负荷，最终结合实际生产情况，确定出平整机轧制力设定值，减少因为设定不准造成的生产不稳定、轧断等不良现象出现。可以提高平整机板形控制稳定性，提高成材率。

附图说明

通过附图对本发明较佳实施例的描述，可以进一步理解本发明的目的、特征和优点。

图1是本发明中平整机轧制力计算及优化设定的程序计算流程框图。

图2是平整机纵向振动简化力学模型。

具体实施方式

以下描述本发明的较佳实施例。

实施例1

为了阐述本发明的基本思想，现以某1850六辊平整机组为例，借助于图1来描述规格为1.2m*1.0mm、钢种为SPCC的带钢在特定的平整机组上的张力优化设定过程。

首先，在步骤1中收集平整机组的设备及工艺参数，在步骤1中收集平整机组的设备及工艺参数，包括工作辊直径550mm，支撑辊、中间辊和工作辊的等效质量5.4*10⁴kg、7.02*10³kg、4.71*10³kg，平整机牌坊的等效刚度7.5*10¹⁰N/m，支承辊与中间辊间接触刚度1.0*10¹⁰N/m，工作辊与中间辊间接触刚度0.5*10¹⁰N/m，轧制压力最大值12*10⁶N，轧制压力最小值6*10⁵N，进入步骤2；

在步骤2中，整理现场生产数据，将平整机和带钢相关参数代入平整机轧制力计算公式

$P=\mathrm{fB}$

$f=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_p{h}_0(1-\mathrm{\&epsiv;})}{\mathrm{\&mu;}}\left\{\exp \right[\mathrm{\&mu;L}/h_0(1-\mathrm{\&epsiv;})]-1\}(v^3+k_4{v}^{1.5}+k_5{v}^{0.5}+k_6)/{10}^9$

${\mathrm{\&sigma;}}_p=k_3({\mathrm{\&sigma;}}_s+\mathrm{alg}1000e)-(k_1{\mathrm{\&sigma;}}_0+k_2{\mathrm{\&sigma;}}_1)$

$e=\frac{2v}{\mathrm{D\&mu;}}$

$L=\frac{1}{2}[a_1\ln \left(\mathrm{\&epsiv;}\right)+a_0][\frac{\mathrm{D\&epsiv;\&mu;}}{2}+\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{D\&epsiv;\&mu;}}{2}\right)}^2+2D{h}_0\mathrm{\&epsiv;}}]$

采用matlab多维拟合函数fminsearch对样本进行拟合，拟合后得到：a0=-11.776573， a1=-4.7147225， k3=0.000580898， a=64153.172， k1=0.3， k2=0.7， k4=-178.83734， k5=9159.3527，k6=30439.591。进入步骤3；

随后，在步骤3中，将待平整带钢的特征参数代入步骤2的公式中，包括带钢宽度B=1.2m、厚度h=1mm、延伸率ε=0.01，抗拉强度σ_b=360*10⁶Pa；平整机前后张力Q₁=Q₀=45*10³N，平整速度为6m/s，摩擦系数为0.11。计算得到平整机轧制力为3.32*10⁶N。进入步骤4；

随后，在步骤4中，根据公式，计算出平整机咬入角为0.005934弧度(0.34°)。然后将咬入角代入到公式：，得到中性角为约为0.00288弧度(0.165°)，进入步骤5。

在步骤5中，根据公式打滑因子f_γ=γ/α，计算出打滑因子=0.48，满足“<0.8且>0.2”，进入步骤6；。

在步骤6中，将平整机参数代入振动模型，得到平整机轧制力最大幅值4.3*10⁶N，满足条件“<轧制压力最大值12*10⁶N”，进入步骤，7；

在步骤7中，将轧制力设定值P写入平整机轧制力设定表，并植入控制***。

实施例2

为了进一步阐明专利的设计思想，现以某1850六辊平整机组为例，借助于图1来描述规格为1.7m*0.65mm、钢种为Trip780的带钢在特定的平整机组上的张力优化设定过程。

首先，在步骤1中收集平整机组的设备及工艺参数，在步骤1中收集平整机组的设备及工艺参数，包括工作辊直径550mm，支撑辊、中间辊和工作辊的等效质量5.4*10⁴kg、7.02*10³kg、4.71*10³kg，平整机牌坊的等效刚度7.5*10¹⁰N/m，支承辊与中间辊间接触刚度1.0*10¹⁰N/m，工作辊与中间辊间接触刚度0.5*10¹⁰N/m，轧制压力最大值12*10⁶N，轧制压力最小值0.6*10⁶N，进入步骤2；

在步骤2中，整理现场生产数据，将平整机和带钢相关参数代入平整机轧制力计算公式

$P=\mathrm{fB}$

$f=\frac{{\mathrm{\&sigma;}}_p{h}_0(1-\mathrm{\&epsiv;})}{\mathrm{\&mu;}}\left\{\exp \right[\mathrm{\&mu;L}/h_0(1-\mathrm{\&epsiv;})]-1\}(v^3+k_4{v}^{1.5}+k_5{v}^{0.5}+k_6)/{10}^9$

${\mathrm{\&sigma;}}_p=k_3({\mathrm{\&sigma;}}_s+\mathrm{alg}1000e)-(k_1{\mathrm{\&sigma;}}_0+k_2{\mathrm{\&sigma;}}_1)$

$e=\frac{2v}{\mathrm{D\&mu;}}$

$L=\frac{1}{2}[a_1\ln \left(\mathrm{\&epsiv;}\right)+a_0][\frac{\mathrm{D\&epsiv;\&mu;}}{2}+\sqrt{{\left(\frac{\mathrm{D\&epsiv;\&mu;}}{2}\right)}^2+2D{h}_0\mathrm{\&epsiv;}}]$

采用matlab多维拟合函数fminsearch对样本进行拟合，拟合后得到，a0=-11.776573， a1=-4.7147225， k3=0.000580898， a=64153.172， k1=0.3， k2=0.7， k4=-178.83734， k5=9159.3527，k6=30439.591。进入步骤3；

随后，在步骤3中，将待平整带钢的特征参数代入步骤2的公式中，包括带钢宽度B=1.7m、厚度h=0.65mm、延伸率ε=0.008，抗拉强度σ_b=780*10⁶Pa；平整机前后张力Q₁=Q₀=85*10³N，平整速度为6m/s，摩擦系数为0.11。计算得到平整机轧制力为15.9*10⁶N，由于计算得到的轧制力满足条件“>Pmax=12*10⁶N”，因此设定平整机轧制力为12*10⁶N。

随后，在步骤4中，根据公式，计算出平整机咬入角为0.004294弧度(0.246°)。然后将咬入角代入到公式:，得到中性角为约为0.002094弧度(0.12°)，进入步骤5；

在步骤5中，根据公式打滑因子f_γ=γ/α，计算出打滑因子=0.49，满足<0.8且>0.2，进入步骤6；

在步骤6中，将平整机参数代入振动模型，得到平整机轧制力最大幅值17.3*10⁶N，不满足条件“<轧制压力最大值12*10⁶N”，令平整机轧制力P=P-100000N *10⁶N=11.9*10⁶，因为满足P>0.6*10⁶，进入步骤4；

……

步骤4中，将P=11.9*10⁶N代入到计算公式，最终计算出打滑因子f_γ=γ/α=0.49，进入步骤5；

在步骤5中，打滑因子=0.49，满足<0.8且>0.2，进入步骤6；

在步骤6中，将平整机参数代入振动模型，得到平整机轧制力最大幅值17.14*10⁶N，不满足条件“<轧制压力最大值12*10⁶N”。令平整机轧制力P= P-100000N =11.8*10⁶，因为满足P>0.6*10⁶，则进入步骤4；

……

步骤4中，将P=8.3*10⁶N代入到计算公式，最终计算出打滑因子f_γ=γ/α=0.49，进入步骤5；

在步骤5中，打滑因子=0.49，满足<0.8且>0.2，进入步骤6；

在步骤6中，将参数代入振动模型，得到平整机轧制力最大冲击响应幅值11.9*10⁶N，满足条件平整机最大轧制力幅值<轧制压力最大值12*10⁶N；进入步骤7；

在步骤7中，将轧制力设定值P=8.3*10⁶N，写入平整机轧制力设定表，并植入控制***。

Claims (1)

1.一种六辊平整机组轧制力优化设定方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)针对所分析平整机组，统计整理设备及工艺参数，包括工作辊直径D_W，支撑辊、中间辊和工作辊的等效质量M_b、M_m、M_w，平整机牌坊的等效刚度K_m，支承辊与中间辊间接触刚度K_b，工作辊与中间辊间接触刚度K_w，轧制压力最大值P_max，轧制压力最小值P_min，进入步骤(2)；

(2)根据收集的实际生产数据，以及建立的轧制力计算方程，采用回归拟合的方法，计算出带钢的平整轧制力计算公式；进入步骤(3)；

P＝fB

σ_p＝k₃(σ_s+alg1000e)-(k₁σ₀+k₂σ₁)

式中：P——总轧制力，单位：N；f——单位宽度轧制力，单位：N/m；B——带钢宽度，单位：m；L——轧制变形区中轧辊与带钢接触弧长度，单位：mm；a₀——平整钢种影响系数；a₁——工况影响系数；D——工作辊直径，单位：mm；ε——带钢延伸率；μ——摩擦系数；h₀——入口带钢厚度，单位：mm；σ_p——当量变形抗力，单位：Pa；e——应变速率；a——应变速率系数；v——轧制速度，单位：m/s；k₃——变形抗力影响系数；k₂——后张力影响系数；k₁——前张力影响系数；σ_s——带钢屈服强度；单位：Pa；σ₀——前张应力，单位：Pa；σ₁——后张应力，单位：Pa；k₄、k₅、k₆——平整机速度修正系数；

(3)确定平整机的入口带钢厚度h₀，带钢宽度B，带钢平整延伸率ε，带钢屈服强度σ_s，产线速度v，平整机前后张应力σ₀、σ₁，根据步骤2中的公式计算出平整机轧制力设定值P，如果计算结果大于P_max，则轧制力P＝P_max；当计算结果小于P_min，则轧制力P＝P_min；进入步骤4；

(4)根据公式计算出平整机咬入角，根据公式:计算出中性角，进入步骤(5)；

式中：f——单位宽度轧制力；B——带钢宽度，单位：m；Q₁,Q₀——作用在轧件上的前张力、后张力，单位：N；α——咬入角，单位：弧度；

(5)计算出打滑因子f_γ＝γ/α，判断是否满足0.2<f_γ<0.8？如果满足，则进入步骤(6)；如果不满足，则令单位宽度轧制力f＝f-sign(γ/α-1/2)*sign(Q₁-Q₀)*10000N，进入步骤(4)，如果循环次数大于1000仍不满足0.2<f_γ<0.8，取最后一次迭代循环的单位宽度轧制力f值；进入步骤(6)；

(6)根据平整机结构，建立3自由度振动模型，力学模型，采用MATLAB软件求出振动方程的数值解，计算出施加平整机轧制力后的平整机的纵向振动响应，得到振动时轧制力最大幅值P_a，判断P_a<P_max是否满足？如果满足，则进入步骤(7)；如果不满足，则P＝P-100000N，如果此时满足P>P_min，则进入步骤(4)；如果P>P_min条件不满足，则P＝P_min，进入步骤(7)；

(7)将完成计算得到的轧制力设定值P写入平整机轧制力设定表，并植入控制***。