CN107537866B - 一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，主要解决现有双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度无法准确在线预报的技术问题。本发明方法，包括：(a)计算机组针对不同钢种生产工艺的双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报模型；(b)给定工作辊在轧制周期内表面粗糙度的下限值Ra_r,min；(c)给定钢卷参数n并初始化n＝1；(d)收集工作辊轧制周期内轧制第n卷带钢的参数(e)预报生产第n+1卷带钢时工作辊原始表面粗糙度Ra_r,p+1；(f)判断Ra_r,p+1≤Ra_r,min是否成立？如果否，则令p＝p+1，Ra_r0＝Ra_r,p+1，转入步骤(c)；如果是，令p＝p‑1，转入步骤(g)；(g)输出p，说明生产第p卷带钢后应该停机换辊，工作辊表面粗糙度预报结束，进入下一换辊周期。

Description

一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法

技术领域

本发明涉及双机架湿平整机组的工作辊，特别涉及一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，冷轧钢板湿平整轧制技术领域。

背景技术

表面粗糙度作为平整成品冷轧钢板重要的特性之一，它不仅影响冷轧钢板冲压时的变形行为和涂镀后的外观面貌，而且可以改变材料的耐蚀性。在生产高附加值产品如汽车板、家电板，车轮及气瓶钢时，对带钢表面质量要求十分严格，所以表面质量的研究越来越受到人们的重视。对于湿平整轧制过程而言，带钢表面粗糙度的大小主要取决于工作辊的表面粗糙度。

一般说来，工作辊在使用时会发生磨损，工作辊表面粗糙度在轧制过程中是工作辊磨损后的微观表现形式。

中国专利文献CN201310013209.7，一种适用于双机架平整机组的带钢表面粗糙度控制方法，主要是提供一种能够避免带钢表面粗糙度超差的带钢表面粗糙度控制方法。通过对两机架轧制力的分配，把出口带材粗糙度作为目标函数，把总延伸率、板形满足合同要求作为约束条件，最大程度控制带钢表面粗糙度满足目标粗糙度要求。该专利关注的是成品带钢表面粗糙度控制问题而不是适用于湿平整机组的工作辊表面粗糙度预报问题。

中国专利文献CN201510069718.0，一种电火花毛化工作辊生产带钢的粗糙度预测和控制方法，主要是通过记录上机前电火花毛化工作辊原始表面粗糙度、带钢参数、轧制工艺参数求解界面间最小油膜厚度、界面接触压力以及相对带钢与工作辊接触表面相对位移，在分析电火花磨损机理的基础上，得到电火花毛化工作辊磨损深度以及表面粗糙度。该专利是基于电火花毛化的机理建立的工作辊表面粗糙度预报模型，同时该专利更多的关注是对带钢表面粗糙度进行预报和控制。

在湿平整领域，未有相关文献涉及到适用于是平整机组的工作辊表面粗糙度预报模型的建立，现阶段，对于工作辊的换辊周期主要是通过现场经验判断工作辊的磨损程度进而制定经验性质的换辊周期，所以仅仅根据现场经验制定的换辊周期过于死板，增加了机组不必要的时间成本和技术成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，主要解决现有双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度无法准确在线预报的技术问题，实现双机架湿平整机组工作辊的精细化维护，降低冷轧钢板湿平整的成本，确保钢板的表面粗糙度。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，包括以下步骤：

(a)计算机组针对不同钢种生产工艺的双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报模型；

(b)给定工作辊在轧制周期内表面粗糙度的下限值Ra_r,min；

(c)给定钢卷参数n并初始化n＝1；

(d)收集工作辊轧制周期内轧制第n卷带钢的参数，主要包括工作辊原始表面粗糙度Ra_r0，轧制压力p_n，工作辊与带钢表面硬度差K_d,n，轧制公里数L_n，非挤压流动层厚度ξ，以及最优系数{η_y,α_Py,α_Ky,α_Ly}；

(e)预报生产第n+1卷带钢时工作辊原始表面粗糙度Ra_r,p+1，其表达式为

(f)判断Ra_r,p+1≤Ra_r,min是否成立？如果不是，则令p＝p+1，Ra_r0＝Ra_r,p+1，转入步骤(c)；如果是，令p＝p-1，转入步骤(g)；

(g)输出p，说明生产第p卷带钢后应该停机换辊，在线双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报结束，进入下一换辊周期。

所述的步骤(a)包括：

(a1)参数收集，收集工作辊原始表面粗糙度Ra_r0,i(i＝1,2,...,n)，轧制压力p_i(i＝1,2,...,n)，带钢与工作辊表面硬度差K_d,i(i＝1,2,...,n)，非挤压流动层厚度ξ_i(i＝1,2,...,n)，轧制公里数L_i,j(i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m)，不同轧制公里数条件下实测工作辊表面粗糙度Ra′_ri,j(i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m)；

(a2)设定目标函数初始值G₀，定义机组设备特性影响系数并初始化η_max，η_min，及寻优步长△η，设定机组设备特性影响系数寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

(a3)令η＝η_max-k₁△η；

(a4)定义轧制压力影响系数并初始化α_Pmax，α_Pmin及寻优步长△α_P，设定轧制压力影响系数寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

(a5)令α_P＝α_Pmax-k₂△α_P；

(a6)定义工作辊与带钢表面硬度差影响系数并初始化α_Kmax，α_Kmin及寻优步长△α_K，设定工作辊与带钢表面硬度差影响系数寻优中间过程参数k₃，并令k₃＝0；

(a7)令α_K＝α_Kmax-k₃△α_K；

(a8)定义工作辊粗糙度衰减系数并初始化α_Lmax，α_Lmin及寻优步长△α_L，设定工作辊粗糙度衰减系数寻优中间过程参数k₄，并令k₄＝0；

(a9)令α_L＝α_Lmax-k₄△α_L；

(a10)计算工作辊表面粗糙度Ra_ri,j，其表达式为

(a11)计算控制函数式F_i,j(X)＝|Ra′_ri,j-Ra_ri,j|；

(a12)计算目标函数式

(a13)判断不等式G<G₀是否成立？如果成立，则令G₀＝G，最优η_y＝η，α_Py＝α_P，α_Ky＝α_K，α_Ly＝α_L，转入步骤(a14),否则，直接转入步骤(a14)；

(a14)判断不等式是否成立？如果不等式成立，则令k₄＝k₄+1，转入步骤(a9)，否则转入步骤(a15)；

(a15)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(a7)，否则转入步骤(a16)；

(a16)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(a5)，否则转入步骤(a17)；

(a17)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(a3)，否则转入步骤(a18)；

(a18)输出最优机组设备特性影响系数η_y，最优轧制压力影响系数α_Py，最优工作辊与带钢表面硬度差影响系数α_Ky，最优工作辊粗糙度衰减系数α_Ly。

本发明方法根据双机架湿平整机组工作辊表面磨损机理，通过实时采集工作辊轧制周期内相关工艺参数回归出了准确的工作辊表面粗糙度预报模型，通过该预报模型，准确的预报了不同轧制公里数下工作辊表面粗糙度的数值。

本发明方法基于申请人多年研究发现：对于双机架湿平整机组，轧制压力、工作辊与带钢表面硬度差、原始工作辊表面粗糙度是造成工作辊在轧制过程中磨损的主要因素；润滑工艺制度导致的非挤压流动层“填补”于工作辊微观表面凹谷内，直接降低了工作辊表面粗糙度。

本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明方法实现了双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度实时预报，使得工厂可以根据所建立的双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报模型确定合理的双机架湿平整机组工作辊的换辊周期，使工作辊使用效益最大化。2、本发明方法的双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报精度高，实现双机架湿平整机组工作辊的精细化维护，降低冷轧钢板湿平整的成本，确保钢板的表面粗糙度。

附图说明

图1是本发明双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法流程示意图

图2为本发明双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法步骤(a)的流程示意图

具体实施方式

参照图1和图2，一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，包括以下步骤：

(a)计算机组针对不同钢种生产工艺的双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报模型；

(a1)参数收集，收集工作辊原始表面粗糙度Ra_r0,i＝{1.63μm，1.63μm，1.63μm，1.63μm}，轧制压力p_i＝{6978kN，6987kN，6955kN，3196kN}，带钢与工作辊表面硬度差K_d,i＝{35HS，42HS，35HS，52HS}，非挤压流动层厚度ξ_i＝{0.06μm，0.06μm，0.06μm，0.06μm}，轧制公里数L_i,j＝{5.1km，10.2km，14.9km，20.1km，24.9km；4.9km，9.9km，14.8km，20.7km，25.4km；4.8km，10.6km，15.6km，21.1km，25.3km；4.8km，10km，15.1km，20.1km，24.7km}，不同轧制公里数条件下实测工作辊表面粗糙度Ra′_ri,j＝{1.592μm，1.563μm，1.514μm，1.478μm，1.457μm，；1.614μm，1.586μm，1.528μm，1.492μm，1.477μm；1.596μm，1.584μm，1.565μm，1.527μm，1.496μm；1.587μm，1.565μm，1.556μm，1.541μm，1.511μm}；

(a2)设定目标函数初始值G₀＝1.0×10²⁰，定义机组设备特性影响系数并初始化η_max＝2，η_min＝1及寻优步长△η＝0.1，设定机组设备特性影响系数寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

(a3)令η＝η_max-k₁△η＝2；

(a4)定义轧制压力影响系数并初始化α_Pmax＝-0.001，α_Pmin＝-1及寻优步长△α_P＝0.001，设定轧制压力影响系数寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

(a5)令α_P＝α_Pmax-k₂△α_P＝-0.001；

(a6)定义工作辊与带钢表面硬度差影响系数并初始化α_Kmax＝0.1，α_Kmin＝0.02及寻优步长△α_K＝0.01，设定工作辊与带钢表面硬度差影响系数寻优中间过程参数k₃，并令k₃＝0；

(a7)令α_K＝α_Kmax-k₃△α_K＝0.1；

(a8)定义工作辊粗糙度衰减系数并初始化α_Lmax＝-0.001，α_Lmin＝-1及寻优步长△α_L＝0.001，设定工作辊粗糙度衰减系数寻优中间过程参数k₄，并令k₄＝0；

(a9)令α_L＝α_Lmax-k₄△α_L＝-0.001；

(a10)计算工作辊表面粗糙度Ra_ri,j，结果如表1所示，

表1不同轧制公里数情况下工作辊表面粗糙度计算值

(a11)计算控制函数式F_i,j(X)，结果如表1所示：

(a12)计算目标函数式G(X)＝3.29；

(a13)判断不等式G＝3.29<G₀＝1.0×10²⁰是否成立？由步骤(a12)计算结果可知，不等式结果显然成立，则令G₀＝G＝3.29，最优η_y＝2，α_Py＝-0.001，α_Ky＝0.1，α_Ly＝-0.001，转入步骤(a14)；

(a14)判断不等式k₄<999是否成立？如果不等式成立，则令k₄＝k₄+1，转入步骤(a9)，否则转入步骤(a15)；

(a15)判断不等式k₃<8是否成立？如果不等式成立，则令k₃＝k₃+1，转入步骤(a7)，否则转入步骤(a16)；

(a16)判断不等式k₂<999是否成立？如果不等式成立，则令k₂＝k₂+1,转入步骤(a5)，否则转入步骤(a17)；

(a17)判断不等式k₁<10是否成立？如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1，转入步骤(a3)，否则转入步骤(a18)；

(a18)输出最优机组设备特性影响系数η_y＝1.2，最优轧制压力影响系数α_Py＝-0.021，最优工作辊与带钢表面硬度差影响系数α_Ky＝0.06，最优工作辊粗糙度衰减系数α_Ly＝-0.025。

(b)给定工作辊在轧制周期内表面粗糙度的下限值Ra_r,min＝0.8μm；

(c)给定钢卷参数n并初始化n＝1；

(d)收集工作辊轧制周期内轧制第n卷带钢的参数，主要包括工作辊原始表面粗糙度Ra_r0＝1.63μm，轧制压力p_n＝6878kN，工作辊与带钢表面硬度差K_d,n＝42HS，轧制公里数L_n＝30km，非挤压流动层厚度ξ＝0.06μm，以及最优系数{1.2,-0.021,0.06,-0.025}；

(e)预报生产第n+1卷带钢时工作辊原始表面粗糙度Ra_r,p+1＝1.56μm；

(f)判断Ra_r,p+1＝1.56≤Ra_r,min＝0.8是否成立？由步骤(e)计算结果可知，不等式显然不成立。则令p＝2，Ra_r0＝1.56，转入步骤(c)；

(g)经过计算，当工作辊轧制54卷带钢时，工作辊表面粗糙度达到下限值，此时输出p＝54，说明生产第54卷带钢后应该停机换辊，在线双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报结束，进入下一换辊周期。

生产周期内，不同钢种的带钢生产后双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度结果如表2所示。

表2生产周期内双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度数值

本发明通过在线双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度准确的预报，使操作人员能够集合预报值和换辊工艺制度，对湿平整机组工作辊精细化维护，降低了冷轧钢板出现表面质量问题的风险，同时避免了投入不必要的时间成本和技术成本，给企业带来了效益。

上述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

Claims (2)

1.一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，其特征是，包括以下步骤：

(a)计算机组针对不同钢种生产工艺的双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报模型；

(b)给定工作辊在轧制周期内表面粗糙度的下限值Ra_r,min；

(c)给定钢卷参数n并初始化n＝1；

(d)收集工作辊轧制周期内轧制第n卷带钢的参数，主要包括工作辊原始表面粗糙度Ra_r0，轧制压力p_n，工作辊与带钢表面硬度差K_d,n，轧制公里数L_n，非挤压流动层厚度ξ，以及最优系数{η_y,α_Py,α_Ky,α_Ly}；

(e)预报生产第n+1卷带钢时工作辊原始表面粗糙度Ra_r,p+1，其表达式为

(f)判断Ra_r,p+1≤Ra_r,min是否成立？如果不是，则令p＝p+1，Ra_r0＝Ra_r,p+1，转入步骤(c)；如果是，令p＝p-1，转入步骤(g)；

(g)输出p，说明生产第p卷带钢后应该停机换辊，在线双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度预报结束，进入下一换辊周期。

2.根据权利要求1所述的一种双机架湿平整机组工作辊表面粗糙度的预报方法，其特征是，所述的步骤(a)包括：

(a1)参数收集，收集工作辊原始表面粗糙度Ra_r0,i(i＝1,2,...,n)，轧制压力p_i(i＝1,2,...,n)，带钢与工作辊表面硬度差K_d,i(i＝1,2,...,n)，非挤压流动层厚度ξ_i(i＝1,2,...,n)，轧制公里数L_i,j(i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m)，不同轧制公里数条件下实测工作辊表面粗糙度Ra′_ri,j(i＝1,2,...,n，j＝1,2,...,m)；

(a2)设定目标函数初始值G₀，定义机组设备特性影响系数并初始化η_max，η_min，及寻优步长△η，设定机组设备特性影响系数寻优中间过程参数k₁，并令k₁＝0；

(a3)令η＝η_max-k₁△η；

(a4)定义轧制压力影响系数并初始化α_Pmax，α_Pmin及寻优步长△α_P，设定轧制压力影响系数寻优中间过程参数k₂，并令k₂＝0；

(a5)令α_P＝α_Pmax-k₂△α_P；

(a6)定义工作辊与带钢表面硬度差影响系数并初始化α_Kmax，α_Kmin及寻优步长△α_K，设定工作辊与带钢表面硬度差影响系数寻优中间过程参数k₃，并令k₃＝0；

(a7)令α_K＝α_Kmax-k₃△α_K；

(a8)定义工作辊粗糙度衰减系数并初始化α_Lmax，α_Lmin及寻优步长△α_L，设定工作辊粗糙度衰减系数寻优中间过程参数k₄，并令k₄＝0；

(a9)令α_L＝α_Lmax-k₄△α_L；

(a10)计算工作辊表面粗糙度Ra_ri,j，其表达式为(a11)计算控制函数式F_i,j(X)＝|Ra′_ri,j-Ra_ri,j|；

(a12)计算目标函数式

(a13)判断不等式G<G₀是否成立？如果成立，则令G₀＝G，最优η_y＝η，α_Py＝α_P，α_Ky＝α_K，α_Ly＝α_L，转入步骤(a14),否则，直接转入步骤(a14)；

(a14)判断不等式是否成立？如果不等式成立，则令k₄＝k₄+1，转入步骤(a9)，否则转入步骤(a15)；

(a15)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(a7)，否则转入步骤(a16)；

(a16)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(a5)，否则转入步骤(a17)；

(a17)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(a3)，否则转入步骤(a18)；

(a18)输出最优机组设备特性影响系数η_y，最优轧制压力影响系数α_Py，最优工作辊与带钢表面硬度差影响系数α_Ky，最优工作辊粗糙度衰减系数α_Ly。