CN103962390B - Vc辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法 - Google Patents

Abstract

一种VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，属控制领域。包括在平整机控制计算机中进行相关参数设定，控制计算机根据从其输入设备或上级计算机中获得的相关数据或作业计划，按照预设定控制模式、方法或设定参数，控制平整机各个运行参数；其根据设备、工艺、质量参数，设定各初始值及寻优步长，在“把轧制稳定作为优化目标函数、将成品板形与机械性能以及表面粗糙度都合格”作为约束条件的前提下，将轧制压力与前后张力等三个部分的金属模型参数作为一个整体来协调设定，对轧制力和前后张力进行优化设定，在保证产品机械性能的前提下，提高产品机械性能、板形与表面质量的综合控制能力，在保证生产效率的同时，提高产品质量。

Description

VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法

技术领域

本发明属于金属机械加工领域，尤其涉及一种用于金属板类产品生产设备的控制方法。

背景技术

随着家用电器、汽车、电子、建筑、造船、军工、航天等行业的需求增大，板带生产工业获得迅猛发展。如今，板带比已经成为衡量一个国家钢铁工业水平的重要标志之一。

而平整作为冷轧板带生产中最接近成品的一道工序，不但可以通过控制带材的延伸率与板形来保证退火后产品的力学性能与外形质量，而且可以在带钢表面形成一定的粗糙度，达到提高带钢涂覆性能和成形性能的目的。

随着用户对带钢力学性能、板形、表面质量等方面要求的不断提高，平整工序的重要性日益凸现出来。

平整机组是改善带材表面质量的精整设备。

以前，现场平整轧制工艺参数的设定主要依靠表格与操作工经验相结合的方法，产品质量的稳定性无法保证。近10年来，随着用户要求的提高，现场逐步走向对平整生产模型化、自动化改造。

对于VC辊平整机组而言，在生产过程中，需要设定的参数主要有三类：（1）辊系参数：主要包括平整机组的工作辊弯辊力、VC辊油压等辊系动态参数以及工作辊与支撑辊的辊形曲线、工作辊表面粗糙度等静态辊系参数；（2）金属模型参数：主要包括轧制压力以及前后张力；（3）工艺润滑制度：主要包括平整液的品质、流量、浓度以及初始温度等。

而平整后产品需要考核的指标一般有三种：（1）板形；（2）机械性能；（3）带钢表面粗糙度。

以往，在现场生产过程中，在工艺润滑制度给定的前提下，对板形与带钢表面粗糙度的控制几乎完全依赖于辊系参数，而金属模型参数的设定则往往主要考虑的是机械性能问题，而对板形与带钢表面粗糙度则考虑较少。

实际上，对于VC辊平整机组来说，在成品带材的板形与带钢表面粗糙度并不是辊系参数单独作用的结果，而与金属模型参数密切相关。

尽管平整机组的工作辊弯辊力、VC辊油压、工作辊与支撑辊的辊形曲线、工作辊表面粗糙度等辊系参数的优化可以较大程度的改变机组带材的出口板形与表面粗糙度，但这种改变是以特定的金属模型参数为基础的，并且所能改变的程度是有限而不是无限的。如果金属模型参数设定严重不合理，超出了辊系参数所能调控的能力范围，那么将会生成出不合格的产品，造成降级，给机组带来较大的经济损失。例如，如果轧制压力以及张力设定不合理，使得延伸率在满足机械性能的前提下取了下限，就有可能使得粗糙度的复制率偏低，从而导致成品粗糙度偏小。特别的，对于湿平整轧制而言，金属模型参数的设定除了必须考虑板形、机械性能、表面粗糙度等质量指标之外，还必须考虑到轧制稳定性，不能出现打滑、振动等问题，这是与干平整轧制所不一样的地方，而且往往容易被现场所忽视，造成轧制不稳定，影响轧制效率与产品质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，其在保证产品机械性能的前提下，充分结合VC辊平整机组的设备特征与湿平整轧制的工艺特点，不但考虑到产品的机械性能以及板形与表面质量的控制问题，而且兼顾到轧制稳定性，可以在保证生产效率的同时提高产品质量。

本发明的技术方案是：提供一种VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，包括在平整机的控制计算机中进行相关参数的设定，所述的控制计算机根据从其输入设备或上级计算机中获得的相关数据或作业计划，按照预设定的控制模式、方法或设定参数，控制平整机的各个运行参数；其特征是所述的综合设定方法包括下列步骤：

（a）收集VC辊平整机组的设备特征参数；

（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；

（c）收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数；

（d）将动态辊系参数设定在基态；

（e）设定轧制压力初始值后张应力初始值前张应力初始值打滑因子初值ψ₀及寻优步长ΔP、Δσ₀、Δσ₁；

（f）设定轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁=1；

（g）令轧制力P=P₀+k₁ΔP；

（h）设定后张应力寻优中间过程参数k₂，并令k₂=1；

（i）令后张应力σ₀=σ₀₀+k₂Δσ₀

（j）设定前张应力寻优中间过程参数k₃，并令k₃=1；

（k）令前张应力σ₁=σ₁₀+k₃Δσ₁；

（l）计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε；

（m）判断不等式ε_min<ε<ε_max是否成立？如成立，则转入步骤（n）；否则，转入步骤（u）；

（n）计算出口带钢粗糙度Ra_s，其计算表达式为

${\mathrm{Ra}}_s={\mathrm{\&eta;}}_1(1-a_{h}H-a_h^{\&prime;}{H}^2)e^{a_{\mathrm{\&epsiv;}}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{\mathrm{Ra}}_r{e}^{B_{L}L}+{\mathrm{\&eta;}}_2\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_k{h}_i\right)e^{{\mathrm{\&beta;}}_k{\mathrm{\&sigma;}}_s}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}\mathrm{\&epsiv;}\right){\mathrm{Ra}}_{s0};$

（o）判断不等式Ra_min<Ra_s<Ra_max是否成立？如成立，则转入步骤（p），否则，转入步骤（u）；

（p）利用辊系弹性变形模型计算前张应力分布σ_1i；

（q）判断不等式（其中，E为带材的弹性模量、v为带材的泊松比）是否成立？如成立，则转入步骤（t），否则，转入步骤（r）；

（r）计算打滑因子ψ的值；

（s）判断不等式ψ<ψ₀是否成立？如果成立，则令ψ₀=ψ、最优轧制力P_y=P、最优后张力σ_0y=σ₀、最优前张力σ_1y=σ₁，转入步骤（t）；否则，直接转入步骤（t）；

（t）判断不等式是否成立？如果不等式成立，则令k₃=k₃+1转入步骤（k）；否则转入步骤（u）；

（u）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）；否则转入步骤（v）；

（v）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）；否则转入步骤（w）；

（w）输出最优轧制力P_y、最优后张应力σ_0y、最优前张应力σ_1y。

具体的，所述VC辊平整机组的设备特征参数，至少包括工作辊与支撑辊直径D_w,D_b、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L₁,L₂、工作辊内外弯辊缸距L₂₁,l₂₂、压下螺丝中心矩l₁、内外弯辊允许最大正弯辊力与内外弯辊允许的最大负弯辊力与VC辊许用最大油压p_max、轧制压力允许最大值P_max、工作辊辊面粗糙度的设定值Ra_r、工作辊轧制公里数L、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a_h,a_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a_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率影响系数α_ε,β_ε和机组设备特性影响参数η₁,η₂。

其所述收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数，至少包括带材来料的厚度横向分布值H_i、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、产品大纲规定的张应力下限值σ_min和产品大纲规定的张应力上限值σ_max。

进一步的，其所述的来料板形的横向分布值L_i的取值，若有酸轧机组板形仪所显示的实际板形值，就取实际板形值；若没有实际值,则认为来料板形良好。

更具体的，若所述的来料板形是良好的，则取来料板形的横向分布值L_i=0。

其所述待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数，至少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；带钢表面粗糙度的最大允许值Ra_smax和带钢表面粗糙度的最小允许值Ra_smin。

其所述的动态辊系参数设定在基态，包括下列设定步骤

将VC辊油压p设定成

将内弯辊力S₁设定成

将外弯辊力S₂设定成

所述的综合设定方法在保证产品机械性能的前提下，采用综合控制产品机械性能、板形、表面质量并兼顾轧制稳定性的方法，充分结合VC辊平整机组的设备特征与湿平整轧制的工艺特点，不但考虑到产品的机械性能以及板形与表面质量的控制问题，而且兼顾到轧制稳定性，可以在保证生产效率的同时，提高产品质量。

所述的综合设定方法在“把轧制稳定作为优化目标函数、将成品板形与机械性能以及表面粗糙度都合格”作为约束条件的前提下，将轧制压力与前后张力等三个部分的金属模型参数作为一个整体来协调设定，通过***寻优模式，在保证生产效率的同时，提高产品质量。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.首次采用综合控制产品机械性能、板形、表面质量并兼顾轧制稳定性的方法，在保证产品机械性能的前提下，充分结合VC辊平整机组的设备特征与湿平整轧制的工艺特点，不但考虑到产品的机械性能以及板形与表面质量的控制问题，而且兼顾到轧制稳定性；

2.可提高产品机械性能、板形与表面质量的综合控制能力；

3.确保了轧制稳定，保证了生产效率。

附图说明

图1是本发明综合设定方法的流程方框示意图；

图2为实施例中采用本发明技术方案表征出口板形的张应力示意图；

图3为实施例中采用传统技术方案表征出口板形的张应力示意图；

图4为另一实施例中采用本发明技术方案表征出口板形的张应力示意图；

图5为另一实施例中采用传统技术方案表征出口板形的张应力示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案提供了一种VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，包括在平整机的控制计算机中进行相关参数的设定，所述的控制计算机根据从其输入设备或上级计算机中获得的相关数据或作业计划，按照预设定的控制模式、方法或设定参数，控制平整机的各个运行参数；其特征是所述的综合设定方法包括下列步骤：

（a）收集VC辊平整机组的设备特征参数；

（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；

（c）收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数；

（d）将动态辊系参数设定在基态；

（e）设定轧制压力初始值后张应力初始值前张应力初始值打滑因子初值ψ₀及寻优步长ΔP、Δσ₀、Δσ₁；

（f）设定轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁=1；

（g）令轧制力P=P₀+k₁ΔP；

（h）设定后张应力寻优中间过程参数k₂，并令k₂=1；

（i）令后张应力σ₀=σ₀₀+k₂Δσ₀

（j）设定前张应力寻优中间过程参数k₃，并令k₃=1；

（k）令前张应力σ₁=σ₁₀+k₃Δσ₁；

（l）计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε；

（m）判断不等式ε_min<ε<ε_max是否成立？如成立，则转入步骤（n）；否则，转入步骤（u）；

（n）计算出口带钢粗糙度Ra_s，其计算表达式为

${\mathrm{Ra}}_s={\mathrm{\&eta;}}_1(1-a_{h}H-a_h^{\&prime;}{H}^2)e^{a_{\mathrm{\&epsiv;}}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{\mathrm{Ra}}_r{e}^{B_{L}L}+{\mathrm{\&eta;}}_2\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_k{h}_i\right)e^{{\mathrm{\&beta;}}_k{\mathrm{\&sigma;}}_s}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}\mathrm{\&epsiv;}\right){\mathrm{Ra}}_{s0};$

（o）判断不等式Ra_min<Ra_s<Ra_max是否成立？如成立，则转入步骤（p），否则，转入步骤（u）；

（p）利用辊系弹性变形模型计算前张应力分布σ_1i；

（q）判断不等式（其中，E为带材的弹性模量、v为带材的泊松比）是否成立？如成立，则转入步骤（t），否则，转入步骤（r）；

（r）计算打滑因子ψ的值；

（s）判断不等式ψ<ψ₀是否成立？如果成立，则令ψ₀=ψ、最优轧制力P_y=P、最优后张力σ_0y=σ₀、最优前张力σ_1y=σ₁，转入步骤（t）；否则，直接转入步骤（t）；

（t）判断不等式是否成立？如果不等式成立，则令k₃=k₃+1转入步骤（k）；否则转入步骤（u）；

（u）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）；否则转入步骤（v）；

（v）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）；否则转入步骤（w）；

（w）输出最优轧制力P_y、最优后张应力σ_0y、最优前张应力σ_1y。

具体的，所述VC辊平整机组的设备特征参数，至少包括工作辊直径D_w与支撑辊直径D_b、工作辊原始辊型分布值ΔD_wi与支撑辊原始辊型分布值ΔD_bi、工作辊辊身长度L₁与支撑辊辊身长度L₂、工作辊内弯辊缸距l₂₁、工作辊外弯辊缸距l₂₂、压下螺丝中心矩l₁、内弯辊允许最大正弯辊力及外弯辊允许最大正弯辊力内弯辊允许的最大负弯辊力及外弯辊允许的最大负弯辊力VC辊许用最大油压p_max、轧制压力允许最大值P_max、工作辊辊面粗糙度的设定值Ra_r、工作辊轧制公里数L、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a_h,a_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a_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率影响系数α_ε,β_ε和机组设备特性影响参数η₁,η₂。

其所述收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数，至少包括带材来料的厚度横向分布值H_i、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、产品大纲规定的张应力下限值σ_min和产品大纲规定的张应力上限值σ_max。

进一步的，其所述的来料板形的横向分布值L_i的取值，若有酸轧机组板形仪所显示的实际板形值，就取实际板形值；若没有实际值,则认为来料板形良好。

更具体的，若所述的来料板形是良好的，则取来料板形的横向分布值L_i=0。

其所述待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数，至少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；带钢表面粗糙度的最大允许值Ra_smax和带钢表面粗糙度的最小允许值Ra_smin。

其所述的动态辊系参数设定在基态，包括下列设定步骤

将VC辊油压p设定成

将内弯辊力S₁设定成

将外弯辊力S₂设定成

所述的综合设定方法在保证产品机械性能的前提下，采用综合控制产品机械性能、板形、表面质量并兼顾轧制稳定性的方法，充分结合VC辊平整机组的设备特征与湿平整轧制的工艺特点，不但考虑到产品的机械性能以及板形与表面质量的控制问题，而且兼顾到轧制稳定性，可以在保证生产效率的同时，提高产品质量。

所述的综合设定方法在“把轧制稳定作为优化目标函数、将成品板形与机械性能以及表面粗糙度都合格”作为约束条件的前提下，将轧制压力与前后张力等三个部分的金属模型参数作为一个整体来协调设定，在保证生产效率的同时，提高产品质量。

由于本方框图采用业内标准绘图标准和注释方式绘制，本领域的技术人员完全可以毫无异义地明白其含义和表述，故每一步流程的具体含义不再细述。

关于平整机组的设备结构/构成、平整轧制工艺等方面的专业知识，可参考冶金工业出版社出版的《平整轧制工艺模型》（白振华、刘宏民等著，2010年1月1日，第1版)，在此不再叙述。

现有技术往往是只能对产品机械性能、板形、表面质量其中一项进行单独控制，而本发明则是针对这一不足，首次采用综合控制产品机械性能、板形、表面质量并兼顾轧制稳定性的方法，将产生以下两个有益效果：（1）提高产品机械性能、板形与表面质量的综合控制能力；（2）确保了轧制稳定，保证了生产效率。

申请人所在企业的1550CAL平整机组在湿平整改造过程中，采用本技术方案对轧制力和前后张力进行了优化设定，经过现场应用，效果良好。

其现场抽检结果如表1所示，该表给出了该机组采用本专利所述技术方案之后现场操作工在XX年X月15日至X月30日对80卷带材的抽检值。

表1现场抽检结果

序号	入口卷号	延伸率/%	粗糙度/um	浪高/mm	浪距/mm	急竣度/%	打滑情况	达标
									1	108676600	0.99	1.37	2	300	0.67	无	是
2	108676400	1.18	1.32	2	300	0.67	无	是
									3	108676300	1.19	1.15	2	300	0.67	无	是
4	536214000	0.48	0.94	2	300	0.67	无	是
									5	108667200	0.51	0.91	2	400	0.50	无	是
6	109130700	0.98	1.2	2	300	0.67	无	是
									7	536355000	0.64	1.12	1	320	0.31	无	是
8	536355100	0.47	1.20	1	300	0.33	无	是
									9	322902000	0.98	1.26	1.5	300	0.50	无	是
10	109221000	1.18	1.12	2.2	350	0.63	无	是
									11	109584300	1.18	1.08	2.5	400	0.63	无	是
12	109258000	1.17	1.05	2.5	380	0.66	无	是
									13	109216500	0.98	0.85	2	280	0.71	无	是
14	108917500	0.62	1.13	2	400	0.50	无	是

15	322907200	1.14	1.21	1	400	0.25	无	是
									16	109584200	1.17	1.26	2.3	420	0.55	无	是
17	109220800	1.18	1.27	2	400	0.50	无	是
									18	536255200	0.65	1.19	2	300	0.67	无	是
19	536229900	0.76	1.02	2	300	0.67	无	是
									20	536230000	0.79	1.04	2.5	300	0.83	无	是
21	536300710	0.79	1.06	2.5	330	0.76	无	是
									22	210930900	0.78	1.11	2	300	0.67	无	是
23	210939800	0.78	1.15	2	300	0.67	无	是
									24	210939700	0.77	1.05	2.5	330	0.76	无	是
25	210931400	0.79	0.95	2.2	280	0.79	无	是
									26	210931600	0.79	1.01	2	300	0.67	无	是
27	210939620	0.78	1.03	2.2	280	0.79	无	是
									28	210931700	0.72	1.02	2.8	300	0.93	无	是
29	210930800	0.79	1.1	2.2	280	0.79	无	是
									30	536349010	0.70	0.95	2.8	350	0.80	无	是
31	323369400	0.98	1.03	2.2	300	0.73	无	是
									32	536640100	0.98	1.07	2.2	280	0.79	无	是
33	536639900	0.99	1.2	2.2	280	0.79	无	是
									34	322900900	0.79	0.97	3	400	0.75	无	是
35	323370700	0.78	0.99	3	400	0.75	无	是
									36	322901000	0.78	0.91	3	400	0.75	无	是
37	323370300	0.98	0.95	3	400	0.75	无	是
									38	323370000	0.97	0.91	3	400	0.75	无	是
39	322900700	0.98	1.30	2.5	400	0.63	无	是
									40	323369500	0.98	1.20	3	400	0.75	无	是
41	323369600	0.98	1.20	3	400	0.75	无	是
									42	323369900	0.97	1.10	3	400	0.75	无	是
43	210927100	0.78	1.12	3.1	325	0.95	无	是
									44	210927720	0.72	1.03	3	320	0.94	无	是
45	210927500	0.71	1.13	3	310	0.97	无	是
									46	210926300	0.78	1.08	2.8	300	0.93	无	是

47	210926500	0.78	1.17	2.8	300	0.93	无	是
									48	210926000	0.79	0.91	2.9	320	0.91	无	是
49	210929400	0.69	1.11	3	350	0.86	无	是
									50	210929100	0.97	1.15	2	300	0.67	无	是
51	211122400	0.79	0.95	3.0	380	0.92	无	是
									52	210929500	0.79	1.03	3.0	400	0.88	无	是
53	210929200	0.97	1.23	2	300	0.67	无	是
									54	210927800	0.79	1.20	3	400	0.75	无	是
55	211122200	0.78	0.95	2	300	0.67	无	是
									56	211122100	0.79	0.99	2	300	0.67	无	是
57	535983600	0.97	0.88	2	300	0.67	无	是
									58	535848200	0.77	0.89	2.5	280	0.89	无	是
59	535983500	0.99	1.07	2	300	0.67	无	是
									60	323386300	1.19	0.85	2	300	0.67	无	是
61	323386100	1.39	0.91	2	300	0.67	无	是
									62	323386400	1.18	0.93	2	300	0.67	无	是
63	109599200	1.14	1.05	2	300	0.67	无	是
									64	323386200	1.26	1.03	2	300	0.67	无	是
65	536812100	0.79	1.07	2	300	0.67	无	是
									66	323385800	1.38	1.10	2	300	0.67	无	是
67	323386000	1.37	1.12	2	300	0.67	无	是
									68	536150600	0.98	1.25	2.5	300	0.83	无	是
69	210930700	0.81	1.21	2.5	300	0.83	无	是
									70	109682500	1.39	1.08	2.2	300	0.73	无	是
71	110003100	1.19	1.10	3	400	0.75	无	是
									72	110003400	1.20	1.25	2	400	0.50	无	是
73	536615900	1.19	1.07	2	400	0.50	无	是
									74	110003500	1.19	1.21	2	400	0.50	无	是
75	323388800	1.19	1.08	1	300	0.33	无	是
									76	536858000	0.79	1.01	1.1	330	0.33	无	是
77	323390200	0.89	0.87	2	350	0.57	无	是
									78	323388700	1.20	1.03	1	320	0.31	无	是

79	323387300	1.39	1.12	1	300	0.33	无	是
									80	110048400	1.18	1.05	2	300	0.67	无	是

通过表1可以看出，采用本申请所述技术方案之后，产品延伸率、粗糙度、板形三个指标都达到用户要求，而且保证了稳定轧制的目的。

为了进一步的说明本发明所述相关技术的应用过程，现以申请人企业的1550VC平整机组为例，详细介绍1550VC平整机组冷连轧机组压下工艺的控制过程。

实施例1

采用图1所示方框流程。

在步骤（a）中，收集VC辊平整机组的设备特征参数，主要包括：

工作辊直径DW与支撑辊直径Db分别为：

D_w=530mm,D_b=1400mm；

工作辊原始辊型分布值ΔD_wi与支撑辊原始辊型分布值ΔD_bi分别为：

ΔD_wi=0,ΔD_bi=0；

工作辊辊身长度L₁与支撑辊辊身长度L₂分别为：

L₁=1650mm,L₂=1620mm；

工作辊内弯辊缸距l₂₁及外弯辊缸距l₂₂分别为：l₂₁=2320mm,l₂₂=3120mm；

压下螺丝中心矩l₁=2720mm；

内弯辊允许最大正弯辊力及外弯辊允许最大正弯辊力分别为：

$S_{1w\max }^{+}=60t,$ $S_{2w\max }^{+}=60t;$

内弯辊允许的最大负弯辊力外弯辊允许的最大负弯辊力分别为：

$S_{1w\max }^{+}=60t,$ $S_{2w\max }^{+}=60t;$

VC辊许用最大油压p_max=49MPa，工作辊辊面粗糙度设定值Ra_r=2.2μm，轧制公里数L=359km，轧制压力允许最大P_max=16000kN；

很明显，上述参数可以从设备的机械参数或运行参数中获得，其具体获得方式在此不再叙述。

在步骤（b）中，收集待综合设定板形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Hi=

{0.000898,0.000899,0.000899,0.000900,0.000900,0.000900,0.000900,0.000901,0.000901,0.000901,0.000901,0.000901,0.000901,0.000901,0.000901,0.000901,0.000900,0.000900,0.000900,0.000900,0.000899,0.000899,0.000898}，单位m；

来料屈服极限σ_s=190MPa，来料粗糙度Ra_s0=0.93μm，板形的横向分布值L_i=0，带材的宽度B=972mm，产品大纲（或产品技术要求）规定的张力下限值σ_min=24MPa，产品大纲规定的张力上限值σ_max=150MPa；

同样，上述参数可以从来料带材的理化指标测试数据或产品工艺参数中获得。

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*=8，允许的最大延伸率εmax=1.0%，允许的最小延伸率ε_min=0.6%，带钢表面粗糙度的最大允许值Ra_smax=1.9μm，带钢表面粗糙度的最小允许值Ra_smin=0.6μm；

类似的，上述参数可以从产品的工艺要求参数中获得。

在步骤（d）中，将动态辊系参数设定在基态，主要包括：

VC辊油压p设定成（其中的p_max为VC辊许用最大油压）。

内弯辊力S₁设定成（其中的为内弯辊允许最大正弯辊力，为内弯辊允许的最大负弯辊力）。

外弯辊力S2设定成（其中的为外弯辊允许最大正弯辊力，为外弯辊允许的最大负弯辊力）。

上述参数的设定实际上是对设备运行参数的预设定，下同。

在步骤（e）中，给定轧制压力初始值（其中的P_max为最大定轧制压力）。

后张应力初始值（其中的σ_min为最小张应力，σ_max为最大张应力）。

前张应力初始值（其中的σ_min为最小张应力，σ_max为最大张应力）。

打滑因子初值ψ₀=0.5；

及寻优步长ΔP=300kN、Δσ₀=5MPa、Δσ₁=5Mpa；

在步骤（f）中，设定轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁=1；

在步骤（g）中，令轧制力P=2650+500k₁=2950kN；

在步骤（h）中，设定后张应力寻优中间过程参数k₂，并令k₂=1；

在步骤（i）中，令后张应力σ₀=29+5k₂=34MPa；

在步骤（j）中，设定前张应力寻优中间过程参数k₃，并令k₃=1；

在步骤（k）中，令前张应力σ₁=34.8+5k₃=39.8kN；

在步骤（l）中，计算延伸率ε=0.82%；

在步骤（m）中，判断ε_min<ε<ε_max是否成立？不等式0.6%≤0.82%≤1.0%显然成立，转入步骤（n）；如果不成立，则转入步骤（t）；

在步骤（n）中，计算出口带钢粗糙度：

${\mathrm{Ra}}_s={\mathrm{\&eta;}}_1(1-a_{h}H-a_h^{\&prime;}{H}^2)e^{a_{\mathrm{\&epsiv;}}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{\mathrm{Ra}}_r{e}^{B_{L}L}+{\mathrm{\&eta;}}_2\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_k{h}_i\right)e^{{\mathrm{\&beta;}}_k{\mathrm{\&sigma;}}_s}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}\mathrm{\&epsiv;}\right){\mathrm{Ra}}_{s0}=1\&CenterDot;08\mathrm{\&mu;m};$

在步骤（o）中，判断Ra_min<Ra_s<Ra_max是否成立？不等式0.6<1.08<1.9显然成立，转入步骤（p）；如果不成立，则转入步骤（t）；

在步骤（p）中，计算前张应力分布σ_1i=

{27.5,28.1,30.1,33.0,36.3,39.6,42.8,45.7,48.1,49.8,50.9,51.3,50.9,49.8,48.1,45.7,42.8,39.6,36.3,33.0,30.1,28.1,27.5}；

在步骤（q）中，判断不等式是否成立？因为成立，转入步骤（t）；否则，转入步骤（r）；

在步骤（r）中，计算打滑因子ψ=0.0085；

在步骤（s）中，判断不等式ψ<ψ₀是否成立？不等式0.103<0.5显然成立，则令ψ₀=0.103、最优轧制力P_y=3150kN、最优后张应力σ_0y=34MPa、最优前张应力σ_1y=39.8MPa，转入步骤（t）；否则，直接转入步骤（t）；

在步骤（t）中，判断k₃<24是否成立？如果不等式成立，则令k₃=k₃+1转入步骤（k）；否则转入步骤（u）；

在步骤（u）中，判断不等式k₂<23是否成立？如果不等式成立，则令k₂=k₂+1转入步骤（i）；否则转入步骤（v）；

在步骤（v）中，判断不等式k₁<44是否成立？如果不等式成立，则令k₁=k₁+1转入步骤（g）；否则转入步骤（w）；

在步骤（w）中，输出最优轧制力P_y=3250kN、最优后张应力σ_0y=39MPa、最优前张应力σ_1y=44.8MPa。

此外，在上述各步骤中各个具体参数的含义或代表符号，均按照现行业内标准或国标规定，故每个参数及其字母的含义在此不再细述，本领域的技术人员根据其所具有的专业基本知识和常规设备运行经验，完全可以毫无异义的得知其含义及其所代表的参数。

最后，为了方便比较，分别列出采用本发明所述技术方案的张力与轧制压力综合设定控制方法和采用传统技术方案进行控制时，表征出口板形的张应力情况如图2、图3所示；列出采用本发明所述的张力与轧制压力综合设定控制方法和采用传统技术方案进行控制时的延伸率、粗糙度、板形、打滑情况如表2所示。

由图2、图3中可以看出，采用本发明所述张力与轧制压力综合设定控制方法后，表征出口板形的张应力不均匀度从0.94下降到至0.50，板形质量得到较大提高。

表2

控制项	标准值	本发明优化方法	传统技术方案
				延伸率/%	0.8	0.82	0.84
粗糙度/μm	1.0	1.05	1.20
				打滑因子	0	0.0065	0.020

通过表2相关数据对比发现，该张力与轧制压力综合设定控制方法可明显提高生产现场对延伸率、粗糙度和打滑因子的控制精度，从而在提高产品质量的同时，有效保证了生产效率，为企业带来较好的经济效益。

“寻优步长”是“参数优化***”中的术语，***参数寻优是指在一组约束条件下,寻找某***的一组参数,使给定的指标达到最优值（极大或极小值）的方法。它广泛应用于***的分析、综合与设计中。

***参数寻优方法的基本步骤是：①给定一组初始参数，并用仿真的方法计算出***在这一参数下所达到的指标；②按照一定的规则在某一个寻优方向上找到一组新的参数，它和初始参数之间的距离称为寻优步长；新参数必须满足约束条件。③再用仿真的方法计算出***在新参数下所达到的指标。④判断新参数是否已使指标达到最优值;如果尚未达到,则继续由这组新参数出发再重新寻找，直到使指标达到最优值为止。寻优的效率不仅取决于确定寻优方向和寻优步长的规则，还取决于仿真的效率。

***参数寻优的算法大多来源于非线性规划的迭代数值解法，如区间消去法、插值法、单纯形法、共轭梯度法等。它能在寻优过程中自适应地选择寻优步长分布的最优方差，并周期地探测局部最优的寻优步长方差，从而找到改进的新区域，降低落入局部极值的概率。

实施例2

首先，在步骤（a）中，收集VC辊平整机组的设备特征参数，主要包括：工作辊与支撑辊直径D_w=510mm,D_b=1400mm；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L₁=1650mm,L₂=1620mm；工作辊内外弯辊缸距l₂₁=2320mm,l₂₂=3120mm；压下螺丝中心矩l₁=2720mm；内外弯辊允许最大正弯辊力 内外弯辊允许的最大负弯辊力 VC辊许用最大油压p_max=49MPa，工作辊辊面粗糙度设定值Ra_r=2.2μm，轧制公里数L=255km，轧制压力允许最大P_max=16000kN；

在步骤（b）中，收集待综合设定板形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Hi=

{0.000604,0.000605,0.000605,0.000606,0.000606,0.000606,0.000606,0.000607,0.000607,0.000607,0.000607,0.000607,0.000607,0.000607,0.000607,0.000607,0.000606,0.000606,0.000606,0.000606,0.000605,0.000605,0.000604}，单位m；

来料屈服极限σ_s=250MPa，来料粗糙度Ra_s0=0.97μm，板形的横向分布值L_i=0，带材的宽度B=1021mm，产品大纲规定的张力下限值σ_min=24MPa，产品大纲规定的张力上限值σ_max=150MPa；

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*=8；允许的最大延伸率ε_max=1.2%；允许的最小延伸率ε_min=0.8%；带钢表面粗糙度的最大允许值Ra_smax=1.9μm；带钢表面粗糙度的最小允许值Ra_smin=0.6μm；

在步骤（d）中，将动态辊系参数设定在基态，主要包括：VC辊油压p设定成内弯辊力S₁设定成外弯辊力S₂设定成

在步骤（e）中，给定轧制压力初始值后张应力初始值前张应力初始值打滑因子初值ψ₀=0.5及寻优步长ΔP=300kN、Δσ₀=5MPa、Δσ₁=5Mpa；

在步骤（f）中，设定轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁=1；

在步骤（g）中，令轧制力P=2650+500k₁=2950kN；

在步骤（h）中，设定后张应力寻优中间过程参数k₂，并令k₂=1；

在步骤（i）中，令后张应力σ₀=29+5k₂=34MPa；

在步骤（j）中，设定前张应力寻优中间过程参数k₃，并令k₃=1；

在步骤（k）中，令前张应力σ₁=34.8+5k₃=39.8MPa；

在步骤（l）中，计算延伸率ε=0.75%；

在步骤（m）中，判断不等式ε_min<ε<ε_max是否成立？不等式0.8%≤0.75%≤1.2%显然不成立，则转入步骤（t）；经过多次循环，直到P=3750kN,t0=49MPa,t1=59.8MPa时，ε=0.81%使得不等式ε_min<ε<ε_max成立，则转入步骤（n）；

在步骤（n）中，计算出口带钢粗糙度

${\mathrm{Ra}}_s={\mathrm{\&eta;}}_1(1-a_{h}H-a_h^{\&prime;}{H}^2)e^{a_{\mathrm{\&epsiv;}}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{\mathrm{Ra}}_r{e}^{B_{L}L}+{\mathrm{\&eta;}}_2\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_k{h}_i\right)e^{{\mathrm{\&beta;}}_k{\mathrm{\&sigma;}}_s}\mathrm{th}\left({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}\mathrm{\&epsiv;}\right){\mathrm{Ra}}_{s0}=1.13\mathrm{\&mu;m};$

在步骤（o）中，判断不等式Ra_min<Ra_s<Ra_max是否成立？不等式0.6<1.13<1.9，显然成立，转入步骤（p）；如果不成立，则转入步骤（t）；

在步骤（p）中，计算前张应力分布σ_1i=

{45.0,47.2,49.8,52.8,55.9,59.0,61.9,64.5,66.7,68.6,69.9,70.7,71.0,70.7,69.9,68.6,66.7,64.5,61.9,59.0,55.9,52.8,49.8,47.2,45.0}；

在步骤（q）中，判断不等式是否成立？因为不等式成立，转入步骤（t）；否则，转入步骤（r）；

在步骤（r）中，计算打滑因子ψ=0.0064；

在步骤（s）中，判断不等式ψ<ψ₀是否成立？不等式0.094<0.5显然成立，则令ψ₀=0.094、最优轧制力P_y=3750kN、最优后张应力σ_0y=49MPa、最优前张应力σ_1y=59.8MPa，转入步骤（t）；否则，直接转入步骤（t）；

在步骤（t）中，判断k₃<24是否成立？如果不等式成立，则令k₃=k₃+1转入步骤（k）；否则转入步骤（u）；

在步骤（u）中，判断不等式k₂<23是否成立？如果不等式成立，则令k₂=k₂+1转入步骤（i）；否则转入步骤（v）；

在步骤（v）中，判断不等式k₁<44是否成立？如果不等式成立，则令k₁=k₁+1转入步骤（g）；否则转入步骤（w）；

最后，在步骤（w）中，输出最优轧制力P_y=4450kN、最优后张应力σ_0y=89MPa、最优前张应力σ₁y=114.8MPa。

为了方便比较，分别列出采用本发明所述技术方案和采用传统技术方案进行控制时，表征出口板形的张应力情况如图4、图5所示；列出采用本发明所述的张力与轧制压力综合设定控制方法和采用传统技术方案进行控制时的延伸率、粗糙度、板形、打滑情况如表3所示。

由图4、图5可以看出，采用本发明所述张力与轧制压力综合设定方法后，表征出口板形的张应力不均匀度从0.38下降到至0.23，板形质量得到较大提高。

另外，通过表3相关数据对比发现，本发明的张力与轧制压力综合设定控制方法可明显提高生产现场对延伸率、粗糙度和打滑因子的控制精度。

表3

控制项	目标值	本发明优化方法	传统技术方案
				延伸率/%	1.0	0.98	1.09
粗糙度/μm	1.0	1.03	1.18
				打滑因子	0	0.0064	0.023

其余同实施例1。

由于本发明采用综合控制产品机械性能、板形、表面质量并兼顾轧制稳定性的方法，通过***寻优模式，对轧制力和前后张力进行了优化设定，在保证产品机械性能的前提下，充分结合VC辊平整机组的设备特征与湿平整轧制的工艺特点，不但能提高产品机械性能、板形与表面质量的综合控制能力，而且确保了轧制稳定，可以在保证生产效率的同时，提高产品质量。

本技术方案的张力与轧制压力综合设定方法可明显提高生产现场对延伸率、粗糙度和打滑因子的控制精度，从而在提高产品质量的同时，有效保证了生产效率，为企业带来较好的经济效益。

本发明可广泛用于VC辊平整机组轧制生产工艺的运行或控制领域，具有较好的推广应用前景。

Claims (5)

1.一种VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，包括在平整机的控制计算机中进行相关参数的设定，所述的控制计算机根据从其输入设备或上级计算机中获得的相关数据或作业计划，按照预设定的控制模式、方法或设定参数，控制平整机的各个运行参数；其特征是所述的综合设定方法包括下列步骤：

(a)收集VC辊平整机组的设备特征参数；

(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；

(c)收集待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数；

(d)将动态辊系参数设定在基态；

(e)设定轧制压力初始值后张应力初始值前张应力初始值打滑因子初值ψ₀及寻优步长ΔP、Δσ₀、Δσ₁；

(f)设定轧制力寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝1；

(g)令轧制力P＝P₀+k₁ΔP；

(h)设定后张应力寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝1；

(i)令后张应力σ₀＝σ₀₀+k₂Δσ₀

(j)设定前张应力寻优中间过程参数k₃，并令k₃＝1；

(k)令前张应力σ₁＝σ₁₀+k₃Δσ₁；

(l)计算当前轧制力、前后张应力下的延伸率ε；

(m)判断不等式ε_min<ε<ε_max是否成立？如成立，则转入步骤(n)；否则，转入步骤(u)；

(n)计算出口带钢粗糙度Ra_s，其计算表达式为

${\mathrm{Ra}}_s={\mathrm{\&eta;}}_1(1-{\mathrm{\&alpha;}}_{h}H-{\mathrm{\&alpha;}}_h^{\&prime;}{H}^2)e^{{\mathrm{\&alpha;}}_k{\mathrm{\&sigma;}}_s}{e}^{{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{\mathrm{Ra}}_r{e}^{B_{L}L}+{\mathrm{\&eta;}}_{2}th\left({\mathrm{\&beta;}}_k{h}_i\right)e^{{\mathrm{\&beta;}}_k{\mathrm{\&sigma;}}_s}th\left({\mathrm{\&beta;}}_{\mathrm{\&epsiv;}}\mathrm{\&epsiv;}\right){\mathrm{Ra}}_{s0};$

(o)判断不等式Ra_min<Ra_s<Ra_max是否成立？如成立，则转入步骤(p)，否则，转入步骤(u)；

(p)利用辊系弹性变形模型计算前张应力分布σ_1i；

(q)判断不等式是否成立？如成立，则转入步骤(t)，否则，转入步骤(r)；

其中，E为带材的弹性模量、v为带材的泊松比；

(r)计算打滑因子ψ的值；

(s)判断不等式ψ<ψ₀是否成立？如果成立，则令ψ₀＝ψ、最优轧制力P_y＝P、最优后张力σ_0y＝σ₀、最优前张力σ_1y＝σ₁，转入步骤(t)；否则，直接转入步骤(t)；

(t)判断不等式是否成立？如果不等式成立，则令k₃＝k₃+1转入步骤(k)；否则转入步骤(u)；

(u)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)；否则转入步骤(v)；

(v)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)；否则转入步骤(w)；

(w)输出最优轧制力P_y、最优后张应力σ_0y、最优前张应力σ_1y；

其中，所述VC辊平整机组的设备特征参数，至少包括工作辊与支撑辊直径D_w,D_b、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L₁,L₂、工作辊内外弯辊缸距l₂₁,l₂₂、压下螺丝中心矩l₁、内外弯辊允许最大正弯辊力与内外弯辊允许的最大负弯辊力与VC辊许用最大油压P_max、轧制压力允许最大值P_max、工作辊辊面粗糙度的设定值Ra_r、工作辊轧制公里数L、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率影响系数α_ε,β_ε和机组设备特性影响参数η₁,η₂；

所述收集待综合设定金属模型参数的带材关键轧制工艺参数，至少包括带材来料的厚度横向分布值H_i、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、产品大纲规定的张应力下限值σ_min和产品大纲规定的张应力上限值σ_max；

所述来料板形的横向分布值L_i的取值，若有酸轧机组板形仪所显示的实际板形值，就取实际板形值；若没有实际值,则认为来料板形良好；若所述的来料板形是良好的，则取来料板形的横向分布值L_i＝0。

2.按照权利要求1所述的VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，其特征是所述待综合设定金属模型参数的带材的关键质量参数，至少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；带钢表面粗糙度的最大允许值Ra_smax和带钢表面粗糙度的最小允许值Ra_smin。

3.按照权利要求1所述的VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，其特征是所述的动态辊系参数设定在基态，包括下列设定步骤

将VC辊油压p设定成

将内弯辊力S₁设定成

将外弯辊力S₂设定成

4.按照权利要求1所述的VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，其特征是所述的综合设定方法在保证产品机械性能的前提下，采用综合控制产品机械性能、板形、表面质量并兼顾轧制稳定性的方法，充分结合VC辊平整机组的设备特征与湿平整轧制的工艺特点，不但考虑到产品的机械性能以及板形与表面质量的控制问题，而且兼顾到轧制稳定性，可以在保证生产效率的同时，提高产品质量。

5.按照权利要求1所述的VC辊平整机湿平整过程中张力与轧制压力综合设定方法，其特征是所述的综合设定方法在“把轧制稳定作为优化目标函数、将成品板形与机械性能以及表面粗糙度都合格”作为约束条件的前提下，将轧制压力与前后张力三个部分的金属模型参数作为一个整体来协调设定，通过***寻优模式，在保证生产效率的同时，提高产品质量。