CN103480651A - 一种双机架四辊平整机组的辊型曲线设计方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及辊型曲线设计领域,具体来说涉及一种平整机组的辊型曲线设计方法,特别是涉及一种双机架四辊平整机组的辊型曲线设计方法。
背景技术
平整轧制过程中板带与工作辊的接触宽度一般都小于工作辊的辊身长度,在轧制力作用下,位于板带宽度以外的工作辊与支承辊辊身接触区是一个有害的接触部分,它使工作辊产生附加的变形,引起工作辊较大幅度挠曲,进而造成轧制压力和辊间压力的不均匀分布,(如图1所示)最终产生带钢板形及辊耗过大、色差等缺陷。对于该技术问题,常用的解决方法是进行辊型优化设计,减弱辊端的有害接触,在以往技术中,辊型设计时仅仅考虑到板形和辊耗的影响,并未将色差因素考虑在内。而色差是在平整轧制过程中经常出现、且严重影响成品带钢品质的缺陷,因此,如何通过辊型设计来有效防止带钢色差是相关研究工作的热点,特别地,对于双机架四辊平整机组,关键在于,如何在综合考虑色差、板形及辊耗等条件的辊型设计中,实现双机架之间的耦合。
现有技术中,所谓的色差分带材表面色差与轧辊表面色差两种,而且它们是互相作用的,既有可能出现因为轧制压力局部过大而使得带材表面先出现色差影响轧辊,也有可能是因为轧辊辊间接触压力不均匀,局部过大,先在轧辊表面出现色差,而后影响到带钢表面。为了保证生产出合格的产品,带材与轧辊表面都不允许出现色差问题,两者必须综合治理。以上分析中,轧制压力和辊间压力的分布可通过优化辊型来实现,并且优化过程中应同时关注板形和辊耗等问题。为此,本发明在大量的现场试验和理论研究基础上,充分考虑双机架四辊平整机组的设备和工艺特点,通过建立带钢表面色差模型和轧辊表面色差模型,提出了平整工序色差综合控制目标函数,并结合板形与辊耗等因素,最终确立了双机架四辊平整机组的辊型优化设计目标函数。优化所得工作辊和支撑辊辊型曲线,可最大程度使轧制压力和辊间压力分布均匀,减小色差出现概率,同时保证板形和辊耗满足要求。
发明内容
本发明正是针对现有技术中带钢板形及辊耗过大、色差等缺陷提供一种双机架四辊平整机组的辊型曲线设计方法。
为了解决上述技术问题,本发明的技术方案如下:一种双机架四辊平整机组的辊型曲线设计方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:
(a)收集双机架平整机组的设备特征参数;
(b) 收集带钢的各品种规格范围的典型规格产品来料参数;
(c)设定第一机架、第二机架的弯辊力 S1、S2、倾辊η1、η2在基态;
(d) 以辊型曲线参数和优化变量,设定工作辊和支承辊的辊型曲线;
(e)优化计算出辊型曲线参数;
(f)将最优辊型曲线参数代入得到最优工作辊和支承辊的辊型曲线方程。
作为本发明的一种改进,所述步骤(e)优化计算出辊型曲线参数,具体包括以下步骤:
e2)利用辊系弹性模型,采用分段离散法,将支撑辊沿辊身长度分为n段、带材分成m段,计算第一机架、第二机架辊间压力分布,轧制力分布,前张应力分布;
e6)判断结果小于,kr是轧辊色差临界值,ks=0.4~0.5是否成立,如果不等式成立,则转入步骤e7),否则,重新调整辊型曲线参数,转入步骤e2);
e12) 判断不等式,ksq是允许辊间压力分布横向分布最大峰值是否成立,如果不等式成立,则转入步骤e13),否则,重新调整辊型曲线参数,转入步骤e2);
e15)计算第一机架、第二机架板形和辊耗的综合控制函数G1(X)、G2(X),其数学模型为,式中α1、α2、α3为加权系数,满足α1+α2+α3=1,g1(X)代表板形均匀度指标、g2(X)代表辊间压力均匀度指标、g3(X)代表轧制压力均匀度指标,其数学表达式为:
;
e17)计算辊型优化目标函数:
e18)判断Powell条件是否成立,若不成立,调整辊型曲线参数,重复步骤e2)至e17)直至Powell条件成立,结束计算,得出最优辊型曲线参数。
作为本发明的一种改进,所述步骤(a)收集双机架平整机组的设备特征参数,主要包括:第一机架、第二机架工作辊与支撑辊直径D1w,D2w,D1b,D2b、工作辊与支撑辊辊身长度Lw1,Lw2,Lb1,Lb2、工作辊弯辊缸距l1,l2、压下螺丝中心矩L1,L2,最大正弯辊力S+ 1max、S+ 2max最大负弯辊力S- 1max、S- 2max,最大正倾辊量、最大负倾辊量,最大轧制力、最大轧制速度、工作辊表面实际硬度Kw,支撑辊表面实际硬度Kb;
作为本发明的一种改进,所述步骤(b)收集带钢的各品种规格范围的典型规格产品参数,包括带钢宽度、厚度、屈服极限、总延伸率、第一机架轧制力设定值、第二机架设定轧制力设定值、入口张力设定值、中间张力设定值、出口张力设定值。
作为本发明的一种改进,所述步骤(c)设定第一机架、第二机架的弯辊力S1、S2、倾辊η1、η2在基态,即
作为本发明的一种改进,所述步骤(d)双机架平整机组的两个机架采用相同辊型,在这里不加区分,以a,b,c,k1,δ,lz,k为辊型曲线参数和优化变量,分别设定工作辊与支承辊的曲线方程。其中,设定工作辊的辊型曲线方程为:
设定支承辊的辊型曲线方程为:
上面两式中:
Dw——工作辊原始直径(mm);
Lw——工作辊辊身长度(mm);
Db——支承辊原始直径(mm);
Lb——支承辊辊身长度(mm);
a——工作辊凸度值;
b——余弦相位系数;
c——工作辊高次曲线分项系数;
k1——工作辊高次曲线分项指数;
lz——支承辊辊型曲线削肩长度(mm);
δ——支承辊辊型曲线削肩深度(mm);
k——支承辊辊型曲线指数。
相对于现有技术,本发明的优点如下:在考虑到板形和辊耗的同时,兼顾到色差的控制,优化所得工作辊和支撑辊辊型曲线,可最大程度使轧制压力和辊间压力分布均匀,减小色差出现概率,同时保证板形和辊耗满足要求,为企业带来更大的经济利益。
附图说明
图1为本发明总的设计流程图;
图2-1、图2-2为辊型曲线寻优流程图;
图3为实施例1工作辊辊型示意图;
图4为实施例1工作辊辊型精确曲线图;
图5为实施例1支承辊辊型曲线示意图;
图6为实施例1支承辊辊型精确曲线图;
图7为实施例2工作辊辊型示意图;
图8为实施例2工作辊辊型精确曲线图;
图9为实施例2支承辊辊型示意图;
图10为实施例2支承辊辊型精确曲线图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解,下面结合附图1—8对本发明做详细的说明。
参见图1,图1为本发明总的设计流程图,一种双机架四辊平整机组的辊型曲线设计方法,其特征在于所述方法包括以下步骤:
(a)收集双机架平整机组的设备特征参数;
(b) 收集带钢的各品种规格范围的典型规格产品来料参数;
(c)设定第一机架、第二机架的弯辊力S1、S2、倾辊η1、η2在基态;
(d) 以辊型曲线参数和优化变量,设定工作辊和支承辊的辊型曲线;
(e)优化计算出辊型曲线参数;
(f)将最优辊型曲线参数代入得到最优工作辊和支承辊的辊型曲线方程。
参见图2-1和图2-2,为辊型曲线寻优流程图,具体包括以下步骤:
e1)给定初始曲线参数X0={a,b,c,k1,δ,lz,k};
e14)判断不等式,ksq是允许轧制压力分布横向分布最大峰值是否成立,如果不等式成立,则转入步骤e15),否则,重新调整辊型曲线参数,转入步骤e2);
e15)计算第一机架、第二机架板形和辊耗的综合控制函数G1(X)、G2(X),其数学模型为,式中α1,α2,α3,为加权系数,满足α1+α2+α3=1,g1(X)代表板形均匀度指标、g2(X)代表辊间压力均匀度指标、g3(X)代表轧制压力均匀度指标,其数学表达式为:
e17)计算辊型优化目标函数:
e18)判断Powell条件是否成立,若不成立,调整辊型曲线参数,重复步骤e2)至e17)直至Powell条件成立,结束计算,得出最优辊型曲线参数。
实施例1:参见图3、4,
首先,在步骤1中,收集双机架平整机组的设备特征参数,主要包括:第一机架、第二机架工作辊与支撑辊直径D1w=D2w=500mm、D1b=D2b=1100mm,工作辊与支撑辊辊身长度Lw1=Lw2=Lb1=Lb2=1250mm,工作辊弯辊缸距l1=l2=2300mm、压下螺丝中心矩L1=L2=2300mm,最大正弯辊力S+ 1max=S+ 2max=1134kN,最大负弯辊力S- 1max=S- 2max=-1134kN,最大正倾辊量、最大负倾辊量,最大轧制力、最大轧制速度、工作辊表面实际硬度Kw=1200,支撑辊表面实际硬度Kb=1200;
随后,在步骤2中,收集带钢的各品种规格范围的典型规格产品参数,包括带钢宽度、厚度、屈服极限、总延伸率、第一机架轧制力设定值、第二机架设定轧制力设定值、入口张力设定值、中间张力设定值、出口张力设定值。具体如表1所示。
表1 典型规格产品
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
屈服极限 /MPa | 270 | 270 | 270 | 270 | 460 | 460 | 460 | 460 |
宽度 /mm | 818 | 808 | 1018 | 1046 | 836 | 837 | 906 | 923 |
速度 /m/min | 470 | 449 | 285 | 390 | 430 | 640 | 720 | 590 |
厚度 /mm | 401 | 450 | 503 | 502 | 180 | 181 | 190 | 179 |
出口张力 /kN | 3200 | 2600 | 3500 | 3650 | 3151 | 3000 | 3400 | 3200 |
总延伸率 /% | 1.92 | 1.32 | 1.31 | 1.21 | 1.08 | 1.07 | 1.36 | 1.36 |
1#轧制力 /kN | 3964 | 2456 | 2840 | 2987 | 8011 | 8015 | 7780 | 7911 |
2#轧制力 | 2500 | 2000 | 2001 | 2001 | 4649 | 5093 | 2580 | 2877 |
入口张力 /kN | 3200 | 2600 | 3401 | 3550 | 1981 | 1950 | 2200 | 2100 |
中间张力 /kN | 3400 | 2751 | 3450 | 3700 | 3652 | 3500 | 3900 | 3750 |
随后,在步骤3中,设定第一机架、第二机架的弯辊力S1、S2、倾辊η1、η2在基态,即
随后,在步骤4中,双机架平整机组的两个机架采用相同辊型,在这里不加区分。以a,b,c,k1,δ,lz,k为辊型曲线参数和优化变量,分别设定工作辊与支承辊的曲线方程。其中,设定工作辊的辊型曲线方程为:
设定支承辊的辊型曲线方程为:
随后,在步骤6中,利用辊系弹性模型,采用分段离散法,将支撑辊沿辊身长度分为段、带材分成n段,计算第一机架、第二机架辊间压力分布qbwil={7190.0,7440.2,7679.9,7943.2,8230.0,8539.6,8870.3,9170.1,9438.8,9676.7,9884.1,10061.8,10210.5,10330.9,10423.7,10489.6,10528.9,10542.0,10528.9,10489.6,10423.7,10330.9,10210.5,10061.8,9884.1,9676.7,9438.8,9170.1,8870.3,8539.6,8230.0,7943.2,7679.9,7440.2,7190.0},qbwi2={4682.6,4722.6,4781.8,4860.3,4957.9,5073.9,5207.1,5329.6,5441.0,5540.8,5628.7,5704.7,5768.9,5821.1,5861.7,5890.6,5907.8,5913.6,5907.8,5890.6,5861.7,5821.1,5768.9,5704.7,5628.7,5540.8,5441.0,5329.6,5207.1,5073.9,4957.9,4860.3,4781.8,4722.6,4682.6},单位kN/m;
轧制力分布q'i1={9026.6,8530.7,8093.3,7711.4,7382.1,7102.9,6871.2,6684.8,6541.8,6440.8,6380.6,6360.6,6380.6,6440.8,6541.8,6684.8,6871.2,7102.9,7382.1,7711.4,8093.3,8530.7,9026.6},q'i2={4926.3,4728.0,4548.0,4386.8,4244.6,4121.5,4017.6,3932.8,3867.0,3820.1,3792.0,3782.6,3792.0,3820.1,3867.0,3932.8,4017.6,4121.5,4244.6,4386.8,4548.0,4728.0,4926.3}单位kN/m;
前张应力分布σ1i1={146.2,162.8,176.9,188.7,198.5,206.7,213.3,218.5,222.5,225.3,226.9,227.5,226.9,225.3,222.5,218.5,213.3,206.7,198.5,188.7,176.9,162.8,146.2},σ1i2={181.2,186.2,190.8,194.9,198.6,201.9,204.7,206.9,208.7,210.0,210.7,211.0,210.7,210.0,208.7,206.9,204.7,201.9,198.6,194.9,190.8,186.2,181.2},单位MPa;
随后,在步骤8中,判断不等式是否成立?显然不等式0.294<0.3成立,则转入步骤9;否则,重新调整辊型曲线参数,转入步骤6;
随后,在步骤21中,计算辊型优化目标函数E(X)=0.98;
随后,在步骤22中,判断Powell条件是否成立?若不成立,调整辊型曲线参数,重复步骤6至21直至Powell条件成立,结束计算,得出最优辊型曲线参数。
最优支承辊的辊型曲线方程为:
实施例2:参见图5—图8。
首先,在步骤1中,收集双机架平整机组的设备特征参数,主要包括:第一机架、第二机架工作辊与支撑辊直径D1w=D2w=450mm、D1b=D2b=1100mm,工作辊与支撑辊辊身长度Lw1=Lw2=Lb1=Lb2=1450mm,工作辊弯辊缸距l1=l2=2400mm、压下螺丝中心矩L1=L2=2400mm,最大正弯辊力S+ 1max=S+ 2max=800kN,最大负弯辊力S- 1max=S- 2max=-800kN,最大正倾辊量、最大负倾辊量,最大轧制力、最大轧制速度、工作辊表面实际硬度Kw=1100,支撑辊表面实际硬度Kb=1200;
随后,在步骤2中,收集带钢的各品种规格范围的典型规格产品参数,包括带钢宽度、厚度、屈服极限、总延伸率、第一机架轧制力设定值、第二机架设定轧制力设定值、入口张力设定值、中间张力设定值、出口张力设定值。具体如表1所示。
表2 典型规格产品
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
屈服极限 /MPa | 230 | 230 | 230 | 230 | 420 | 420 | 420 | 420 |
宽度 /mm | 1050 | 1002 | 983 | 930 | 837 | 876 | 905 | 938 |
速度 /m/min | 439 | 475 | 360 | 300 | 628 | 740 | 700 | 690 |
厚度 /μm | 253 | 351 | 402 | 502 | 181 | 201 | 242 | 250 |
出口张力 /kN | 3200 | 3500 | 3500 | 3300 | 3099 | 3500 | 3999 | 4000 |
总延伸率 /% | 1.32 | 1.37 | 1.32 | 1.39 | 1.27 | 1.32 | 1.34 | 1.33 |
1#轧制力 /kN | 3121 | 2806 | 2252 | 2003 | 5420 | 7075 | 7233 | 6498 |
2#轧制力 | 2051 | 2002 | 2002 | 2004 | 2450 | 2501 | 2501 | 2500 |
入口张力 /kN | 3200 | 3400 | 3401 | 3300 | 1950 | 2230 | 2849 | 2850 |
中间张力 /kN | 3350 | 3450 | 3450 | 3500 | 3499 | 4000 | 4578 | 4581 |
随后,在步骤3中,设定第一机架、第二机架的弯辊力S1、S2、倾辊η1、η2在基态,即
随后,在步骤4中,双机架平整机组的两个机架采用相同辊型,在这里不加区分。以a,b,c,k1,δ,lz,k为辊型曲线参数和优化变量,分别设定工作辊与支承辊的曲线方程。其中,设定工作辊的辊型曲线方程为:
设定支承辊的辊型曲线方程为:
随后,在步骤5中,给定初始曲线参数;
随后,在步骤6中,利用辊系弹性模型,采用分段离散法,将支撑辊沿辊身长度分为段、带材分成段,计算第一机架、第二机架辊间压力分布qbwil={6073.2,6231.8,6414.1,6620.4,6850.2,7102.2,7374.6,7623.5,7848.1,8048.1,8223.5,8374.5,8501.3,8604.5,8684.2,8740.9,8774.7,8786.0,8774.7,8740.9,8684.2,8604.5,8501.3,8374.5,8223.5,8048.1,7848.1,7623.5,7374.6,7102.2,6850.2,6620.4,6414.1,6231.8,6073.2},qbwi2={7644.1,7635.8,7661.3,7720.8,7814.1,7939.9,8096.4,8241.2,8373.4,8492.3,8597.4,8688.4,8765.4,8828.2,8877.0,8911.7,8932.5,8939.5,8932.5,8911.7,8877.0,8828.2,8765.4,8688.4,8597.4,8492.3,8373.4,8241.2,8096.4,7939.9,7814.1,7720.8,7661.3,7635.8,7644.1},单位kN/m;
轧制力分布q'i1={7651.0,7276.1,6938.8,6639.0,6376.6,6150.9,5961.3,5807.3,5688.3,5603.6,5553.0,5536.1,5553.0,5603.6,5688.3,5807.3,5961.3,6150.9,6376.6,6639.0,6938.8,7276.1,7651.0},q'i2={7293.9,7023.9,6778.0,6557.3,6362.2,6193.1,6050.1,5933.2,5842.5,5777.7,5738.9,5725.9,5738.9,5777.7,5842.5,5933.2,6050.1,6193.1,6362.2,6557.3,6778.0,7023.9,7293.9}单位kN/m;
前张应力分布σ1i1={185.4,195.3,204.3,212.4,219.6,225.8,231.1,235.3,238.7,241.0,242.5,242.9,242.5,241.0,238.7,235.3,231.1,225.8,219.6,212.4,204.3,195.3,185.4},σ1i2={168.7,175.3,181.5,187.1,192.1,196.5,200.3,203.3,205.7,207.5,208.5,208.8,208.5,207.5,205.7,203.3,200.3,196.5,192.1,187.1,181.5,175.3,168.7},单位MPa;
随后,在步骤22中,判断Powell条件是否成立?若不成立,调整辊型曲线参数,重复步骤6至21直至Powell条件成立,结束计算,得出最优辊型曲线参数。
最后,在步骤23中,将最优辊型曲线参数
最优支承辊的辊型曲线方程为:
。
需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例,并不是用来限定本发明的保护范围,本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (5)
2.根据权利要求1所述的双机架四辊平整机组的辊型曲线设计方法,其特征在于:所述步骤(e)优化计算出辊型曲线参数,具体包括以下步骤:
e17)计算辊型优化目标函数:
e18)判断Powell条件是否成立,若不成立,调整辊型曲线参数,重复步骤e2)至e17)直至Powell条件成立,结束计算,得出最优辊型曲线参数。
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