适于双机架四辊平整机组轧制力与张力协调控制技术制造技术

一种适于双机架四辊平整机组轧制力与张力协调控制技术，属于平整轧制领域，特征是实施步骤为：（1）收集双机架平整机组的设备特征参数；（2）收集带材来料和目标金属工艺参数；（3）设定第一机架、第二机架的弯辊力，倾辊在基态；（4）定义优化变量；（5）优化计算轧制工艺参数；（6）输出最优轧制工艺参数。优点是：实现对双机架四辊平整机组带材板形、机械性能、表面粗糙度及表面质量的综合控制优化。

【技术实现步骤摘要】
适于双机架四辊平整机组轧制力与张力协调控制方法
本专利技术属于平整轧制领域，具体涉及一种适于双机架四辊平整机组轧制力与张力协调控制方法。
技术介绍
经过再结晶退火后的带钢以较小的变形量(0.5％～3％)进行轧制，以消除屈服平台、改善板形，同时得到要求的表面质量，这种轧制过程叫做平整。平整作为钢板生产流程中最接近成品的一道主要工序，直接影响成品带钢的机械性能、外形质量、表面粗糙度、表面质量等技术指标，因此尤为重要。在平整工序中既可以通过控制平整延伸率来保证带钢的机械性能，又可以通过控制板形来保证带钢的外形质量，还可以通过控制轧制压力及辊间压力的横向分布来保证带钢的板形精度及表面质量，更可以通过控制轧辊表面粗糙度、轧制计划、机架延伸率分配来控制带材表面粗糙度。但是，生产实践表明，如何实现在保证平整带材板形质量的同时又满足其机械性能及表面质量要求，则一直是现场所急需解决的一道难题。以往，为保证带钢通过一定的延伸率获得要求的板形、机械性能和表面粗糙度，通常对金属模型参数，即轧制力和前中后张力进行相应设定，但这一过程并未考虑对表面质量的影响。因此，容易引起带材表面横向的粗糙度差异(色差缺陷)，严重影响带钢表面质量。同时，对于双机架平整机组，还需考虑两机架之间的耦合关系，合理设定金属模型参数。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种适于双机架四辊平整机组轧制力与张力协调控制方法，可实现带材板形、机械性能、表面粗糙度及表面质量综合控制的优化。本专利技术目的是这样实现的，其特征在于由计算机执行的步骤为：步骤1：收集双机架平整机组的设备特征参数，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L1w、L2w、L1b、L2b，工作辊弯辊缸距l1、l2，压下螺丝中心距LS1、LS2；最大正弯辊力最大负弯辊力最大正倾辊量最大负倾辊量最大轧制力P1max、P2max；工作辊表面实际硬度Kw，支撑辊表面实际硬度Kb；S辊允许的最小与最大前张力T2min、T2max，S辊允许的最小与最大后张力T0min、T0max；1#工作辊原始粗糙度Rar10和衰减系数BL1及轧制公里数LT1，2#工作辊原始粗糙度Rar20和衰减系数BL2及轧制公里数LT2；机架出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度线性影响系数αh和非线性影响系数α'h，机架出口板面粗糙度遗传部分中带材的入口厚度影响系数βh，机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中带材的材质影响系数αk和βk，机架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αε和βε，机组设备特性影响参数λ1和λ2；步骤2：收集带材来料和目标金属工艺参数，包括来料屈服极限σs、来料厚度分布h0i及平均值h0、来料宽度B、来料板形Shapei、来料粗糙度Ras0、出口板面标准粗糙度Ra's、目标延伸率ε0、轧制速度v；步骤3：设定第一机架、第二机架的弯辊力S1、S2，倾辊η1、η2在基态，即步骤4：定义优化变量X＝{P1,P2,T0,T1,T2}，即以P1，P2，T0，T1，T2为优化变量，来优化轧制工艺参数；步骤5：优化计算轧制工艺参数X，程序流程图如图2所示，具体包括以下步骤：(1)给定初始轧制工艺参数X0＝{P1,P2,T0,T1,T2}；(2)判断不等式是否成立？如果不等式成立，则转入步骤(3)；否则，重新调整轧制工艺参数，转入步骤(2)；(3)定义总延伸率为ε，第1、2机架延伸率为εi(i＝1,2)，并计算总延伸率ε＝ε1+ε2-ε1ε2，其中εi的计算公式如下所示：式中Pi—第i机架总轧制压力(N)；μ—摩擦系数；hi—第i机架带材出口厚度(mm)；σp—当量变形抗力(MPa)；e—应变速率；k3—变形抗力影响系数；a—应变速率系数；σi,σi-1—第i机架带材前后张应力(MPa)；k1,k2—前、后张应力加权系数，k1＝k2＝0.5；(4)定义1#机架出口带钢粗糙度为Ras1，并计算Ras1，其表达式为这里：(5)定义2#机架出口带钢粗糙度为Ras2，并计算Ras2，其表达式为这里：(6)利用辊系弹性变形计算模型，采用分段离散法，将支撑辊沿辊身长度分为n段、带材分为m段，计算第一机架、第二机架辊间压力分布qbw1i、qbw2i(i＝1,2,……,n)，轧制力分布q'1i、q'2i(i＝1,2,……,m)，出口张应力分布σ1i、σ2i(i＝1,2,……,m)；(具体计算方法参考文献：连家创,刘宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工业出版社,1996:45-65.)(7)计算第一机架、第二机架带材表面色差函数Fs1(X)、Fs2(X)，其数学模型为：式中k0为标准变形抗力，取k0＝200Mpa，k为带材的实际变形抗力，α为加权系数，取α＝0.6；(8)判断不等式Max{Fs1(X),Fs2(X)}＜0.25是否成立？如果不等式成立，则转入(9)，否则，重新调整轧制工艺参数，转入(2)；(9)计算第一机架、第二机架轧辊表面色差函数Fr1(X)、Fr2(X)，其数学模型为：式中K0为标准轧辊表面硬度，取K0＝1100～1200Mpa，Kw为工作辊表面实际硬度，Kb为支撑辊表面实际硬度；(10)判断不等式Max{Fr1(X),Fr2(X)}＜0.46是否成立？如果不等式成立，则转入(11)，否则，重新调整轧制工艺参数，转入(2)；(11)计算目标函数式中α1,α2,α3为加权系数，满足α1+α2+α3＝1；(12)判断Powell条件是否成立？若不成立，调整轧制工艺参数，重复(2)至(11)直至Powell条件成立，结束计算，得出最优轧制工艺参数Xy＝{P1,P2,T0,T1,T2}。步骤6：输出最优轧制工艺参数Xy＝{P1,P2,T0,T1,T2}。附图说明附图1是一种适合于双机架四辊平整机组的轧制力与张力协调控制技术的总流程图；附图2是一种适合于双机架四辊平整机组的轧制力与张力协调控制技术的子流程图；具体实施方式：第一实施例：步骤1：收集双机架平整机组的设备特征参数，包括：第一机架、第二机架工作辊与支撑辊直径D1w＝450mm、D2w＝500mm、D1b＝D2b＝1100mm，工作辊与支撑辊辊身长度L1w＝L2w＝L1b＝L2b＝1250mm，工作辊弯辊缸距l1＝l2＝2300mm、压下螺丝中心距LS1＝LS2＝2300mm，最大正弯辊力最大负弯辊力最大正倾辊量最大负倾辊量最大轧制力P1max＝P2max＝12000kN、工作辊表面实际硬度Kw＝1200，支撑辊表面实际硬度Kb＝1300，S辊允许的最小与最大前张力T2min＝1000kg、T2max＝10000kg；1#工作辊原始粗糙度Rar10＝1.6μm及轧制公里数LT1＝235km，2#工作辊原始粗糙度Rar20＝0.3μm及轧制公里数LT2＝342km，S辊所允许的最小与最大后张力T0min＝1000kg、T0max＝10000kg、机架出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度线性影响系数αh＝0.107和非线性影响系数α'h＝0.0212、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βh＝1.24、机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中带材的材质影响系数αk本文档来自技高网...

【技术保护点】
适于双机架四辊平整机组的轧制力与张力协调控制技术，其特征在于由计算机执行的步骤为：步骤1：收集双机架平整机组的设备特征参数，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L1w、L2w、L1b、L2b，工作辊弯辊缸距l1、l2，压下螺丝中心矩LS1、LS2；最大正弯辊力最大负弯辊力最大正倾辊量最大负倾辊量最大轧制力P1max、P2max；工作辊表面实际硬度Kw，支撑辊表面实际硬度Kb；S辊允许的最小与最大前张力T2min、T2max；1#工作辊原始粗糙度Rar10和衰减系数BL1及轧制公里数LT1，2#工作辊原始粗糙度Rar20和衰减系数BL2及轧制公里数LT2；S辊所允许的最小与最大后张力T0min、T0max；机架出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度线性影响系数αh和非线性影响系数α'h，机架出口板面粗糙度遗传部分中带材的入口厚度影响系数βh，机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中带材的材质影响系数αk和βk，机架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αε和βε，机组设备特性影响参数λ1和λ2；步骤2：收集带材来料和目标金属工艺参数，包括来料屈服极限σs、来料厚度分布h0i及平均值h0、来料宽度B、来料板形Shapei、来料粗糙度Ras0、出口板面标准粗糙度Ra's、目标延伸率ε0、轧制速度v；步骤3：设定第一机架、第二机架的弯辊力S1、S2，倾辊η1、η2在基态，即S1=(S1max++S1max-)/2,S2=(S2max++S2max-)/2,η1=(η1max++ηmax-)/2,η2=(η2max++η2max-)/2;]]>步骤4：定义优化变量X＝{P1,P2,T0,T1,T2}，即以P1，P2，T0，T1，T2为优化变量，来优化轧制工艺参数；步骤5：优化计算轧制工艺参数X，包括以下步骤：(1)给定初始轧制工艺参数X0＝{P1,P2,T0,T1,T2}；(2)判断不等式T0min≤T0≤T0maxT2min≤T2≤T2max]]>是否成立？如果不等式成立，则转入步骤(3)；否则，重新调整轧制工艺参数，转入步骤(2)；(3)定义总延伸率为ε，第1、2机架延伸率为εi(i＝1,2)，并计算总延伸率ε＝ε1+ε2‑ε1ε2，其中εi的计算公式如下所示：ϵi=hiDiwμ2ln(PiμBhiσp+1)]]>σp＝k3·(σs+alog101000e)‑(k1·σi‑1+k2·σi)e≈2vDiwμ]]>式中Pi—第i机架总轧制压力(N)；μ—摩擦系数；hi—第i机架带材出口厚度(mm)；σp—当量变形抗力(MPa)；e—应变速率；k3—变形抗力影响系数；a—应变速率系数；σi,σi‑1—第i机架带材前后张应力(MPa)；k1,k2—前、后张应力加权系数，一般而言k1＝k2＝0.5；(4)定义1#机架出口带钢粗糙度为Ras1，并计算Ras1，其表达式为Ras1=λ1(1-αhh0-αh′h02)eαkσseαϵϵ1Ras0+λ2th(βkh0)eβkσsth(βϵϵ1)Rar1eBL1LT1;]]>这里：th(x)=ex-e-xex+e-x;]]>(5)定义2#机架出口带钢粗糙度为Ras2，并计算Ras2，其表达式为Ras2=λ1(1-αhh1-αh′h12)eαkσseαϵϵ2Ras1+λ2th(βkh1)eβkσsth(βϵϵ2)Rar2eBL2LT2;]]>这里：th(x)=ex-e-xex+e-x;]]>(6)利用辊系弹性变形计算模型，采用分段离散法，将支撑辊沿辊身长度分为n段、带材分为m段，计算第一机架、第二机架辊间压力分布qbw1i、qbw2i(i＝1,2,……,n)，轧制力分布q'1i、q'2i(i＝1,2,……,m)，出口张应力分布σ1i、σ2i(i＝1,2,……,m)；(具体计算方法参考文献：连家创,刘宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工业出版社,1996:45‑65.)(7)计算第一机架、第二机架带材表面色差函数Fs1(X)、Fs2(X)，其数学模型为：Fs(X)=(k0k)0.87[αMax(q′i)-Mi...

【技术特征摘要】
1.适于双机架四辊平整机组的轧制力与张力协调控制方法，包括以下可由计算机执行的步骤：步骤1：收集双机架四辊平整机组的设备特征参数，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L1w、L2w、L1b、L2b，工作辊弯辊缸距l1、l2，压下螺丝中心矩LS1、LS2；最大正弯辊力最大负弯辊力最大正倾辊量最大负倾辊量最大轧制力P1max、P2max；工作辊表面实际硬度Kw，支撑辊表面实际硬度Kb；S辊允许的最小与最大前张力T2min、T2max；1#工作辊原始粗糙度Rar10和衰减系数BL1及轧制公里数LT1，2#工作辊原始粗糙度Rar20和衰减系数BL2及轧制公里数LT2；S辊所允许的最小与最大后张力T0min、T0max；机架出口板面粗糙度轧辊复印部分中机架带材的入口厚度线性影响系数αh和非线性影响系数α'h，机架出口板面粗糙度遗传部分中带材的入口厚度影响系数βh，机架出口板面粗糙度遗传部分与轧辊复印部分中带材的材质影响系数αk和βk，机架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αε和βε，机组设备特性影响参数λ1和λ2；步骤2：收集带材来料和目标金属工艺参数，包括来料屈服极限σs、来料厚度分布h0i及平均值h0、来料宽度B、来料板形Shapei、来料粗糙度Ras0、出口板面标准粗糙度Ra's、目标延伸率ε0、轧制速度v；步骤3：设定第一机架、第二机架的弯辊力分别为倾辊角度分别为步骤4：定义优化变量X＝{P1,P2,T0,T1,T2}，即以P1，P2，T0，T1，T2为优化变量，来优化轧制工艺参数；步骤5：优化计算轧制工艺参数X，包括以下步骤：(5-1)给定初始轧制工艺参数X0＝{P1,P2,T0,T1,T2}；(5-2)判断不等式是否成立？如果不等式成立，则转入步骤(5-3)；否则，重新调整轧制工艺参数，转入步骤(5-2)；(5-3)定义总延伸率为ε，第1、2机架延伸率为εi(i＝1,2)，并计算总延伸率ε＝ε1+ε2-ε1ε2，其中εi的计算公式如下所示：σp＝k3·(σs+alog101000e)-(k1·σi-1+k2·σi)式中Pi—第i机架总轧制压力(N)；μ—摩擦系数；hi—第i机架带材出口厚度(mm)；σp—当量变形抗力(MPa)；e—应变速率；k3—变形抗力影响系数；a—应变速率系数；σi,σi-1—第i机架带材前后张应力(MPa)；k1,k2—前、后张应力加权系数，k1＝k2＝0.5；(5-4)定义1#机架出口带钢粗糙度为Ras1，并计算Ras1，其表达式为

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓钟，王晓晨，赵聃，张彦杰，双远华，白振华，黄庆学，
申请(专利权)人：太原科技大学，
类型：发明
国别省市：山西;14