适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法与流程

技术领域：

本发明涉及一种适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法，属于热轧技术领域。

背景技术：
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表面粗糙度作为热轧带钢重要的特性之一，它不仅影响带钢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。在热连轧的高速生产过程中，在带钢头尾和升降速过程以及换辊周期头尾带钢表面粗糙度产生纵向差异，进一步分析发现，粗糙度纵向差异的产生总是伴随着出口带钢厚度超差缺陷，且控制出口带钢表面粗糙度与控制出口带钢厚度是相互制约的。在以往的粗糙度控制中，只涉及到了冷轧与平整领域，且粗糙度控制主要是在轧制前对工作辊原始表面粗糙度进行设定，在轧制过程中，采用轧制力与延伸率/压下率的协调来控制粗糙度超差缺陷，均忽略了控制带钢表面粗糙度容易造成出口带钢厚度不满足用户要求这一因素。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法，在兼顾出口带钢厚度、板形满足要求的前提下，通过现场张力以及轧制压力的补偿在线设定压下率修正值，控制带钢表面粗糙度，使带钢表面粗糙度纵向差异满足要求。考虑因素全面，控制方式合理，保证了带钢表面质量，提高了品牌竞争力，给企业带来了效益。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法，该方法包括如下步骤：

(a)参数收集；

(b)设定压下率修正值ε0，其表达式为ε0＝(h0-hn)/h0；

(式中，hn为当实际出口带钢厚度大于目标厚度时，hn为所允许的最大出口带钢厚度hmax，当实际出口带钢厚度小于目标厚度时，hn为所允许的最小出口带钢厚度hmin；h0为原始理论计算末机架入口带钢厚度。)

(c)设定目标函数初始值f0，定义后张力并初始化σ00＝σ0max，及寻优步长δσ0；

(d)设定后张力寻优中间过程参数k1，并令k1＝0；

(e)令后张力σ0＝σ00-k1δσ0

(f)定义前张力并初始化σ10＝σ1max，及寻优步长δσ1；

(g)设定前张力寻优中间过程参数k2，并令k2＝0；

(h)令前张力σ1＝σ10-k2δσ1；

(i)定义轧制力并初始化p0＝pmax/3，及寻优步长δp；

(j)设定轧制力寻优中间过程参数k3，并令k3＝0；

(k)令轧制力p＝p0+k3δp

(l)利用轧制力模型反算当前轧制力、前后张力下的压下率修正值ε；

(m)判断等式ε0＝ε是否成立？如成立，则转入步骤(n),否则，直接转入步骤(t)；

(n)计算精轧机组末机架轧机出口带钢表面粗糙度；

(o)利用辊系弹性变形模型求解出口厚度分布hi；

(p)计算板形判别式；

(q)判断不等式是否成立？如成立，则转入步骤(r),否则，直接转入步骤(t)；

(r)计算带钢表面粗糙度纵向差异控制目标函数f(x)＝α|(ras-ras′)/ras′|+(1-α)|cph-cph|；

(s)判断不等式f＜f0是否成立？如果成立，则令f0＝f，最优轧制力py＝p，最优前张力σ1y＝σ1，最优后张力σ0y＝σ0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(h)，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(e)，否则转入步骤(w)；

(w)设定最优最优轧制力py，最优前张力σ1y，最优后张力σ0y。

所述的适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法，步骤(a)中所述的参数收集包括：

(a1)收集带钢特性参数，包括：精轧机组末机架轧机入口带钢宽度b，原始理论计算末机架入口带钢厚度h0，实际出口带钢厚度h1，入口带钢表面粗糙度ras0；

(a2)收集轧制工艺参数，包括：精轧机组末机架轧机轧制温度t，出口速度v，

(a3)收集轧辊使用工艺参数，包括：精轧机组末机架轧机工作辊直径d，工作辊原始表面粗糙度rar0，工作辊轧制公里数l，工作辊表面硬度r；

(a4)收集相关目标参数，包括：精轧机组末机架轧机出口带钢允许最大厚度hmax，出口带钢允许最小厚度hmin，出口带钢目标厚度h0，出口带钢目标粗糙度ras′，加权系数α。

所述的适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法，步骤(n)中所述的计算精轧机组末机架轧机出口带钢表面粗糙度的方法包括：

(n1)计算精轧机组末机架轧机工作辊表面粗糙度rar，其表达式为rar＝rar0·e^-0.0041·l；

(n2)计算精轧机组末机架轧机工作辊辊面粗糙度对出口带钢表面粗糙度的影响系数f(r)f(p)，其表达式为

式中，a1为轧制力影响系数，取0.5～1；a2为辊面硬度影响系数，取0.1～0.3；

(n3)计算精轧机组末机架轧机出口带钢表面粗糙度ras，其表达式为ras＝f(r)f(p)rar+ηras0；

式中，η为带钢材质不均匀程度影响系数，取η＝0.1～0.2；ras0为入口带钢表面粗糙度。

所述的适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法，步骤(p)中所述的计算板形判别式的方法为：

(p1)计算入口带钢板凸度ch，其表达式为

式中，hc为入口带钢横断面上中心位置的厚度，mm；hl、hr分别为入口带钢横断面上左、右侧基准点处厚度，mm，考虑到入口带钢厚度无法在线检测，在板形良好前提下，可用多项式拟合入口带钢厚度分布，其中，h(0)为入口带钢横断面上中心位置的厚度，b2i为拟合系数；

(p2)计算入口带钢比例凸度cph，其表达式为

(p3)计算出口带钢板凸度ch，其表达式为

(式中，hc为出口带钢横断面上中心位置的厚度，mm；hl、hr分别为出口带钢横断面上左、右侧基准点处厚度，mm；)

(p4)计算出口带钢比例凸度cph，其表达式

(p5)计算板形判别式δ＝cph-cph。

有益效果：

本发明在兼顾出口带钢厚度、板形满足要求的前提下，通过现场张力以及轧制压力的补偿在线设定压下率修正值，控制带钢表面粗糙度，使带钢表面粗糙度纵向差异满足要求。因此本申请专利考虑因素全面，控制方式合理，保证了带钢表面质量，提高了品牌竞争力，给企业带来了效益。

附图说明

附图1为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下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。

为了进一步说明本发明技术的应用过程，以某热连轧机组为例，详细介绍一种适用于热轧过程带钢表面粗糙度纵向差异综合控制方法。

(a)参数收集；

(a1)收集带钢特性参数，主要包括：精轧机组末机架轧机入口带钢宽度b＝1260mm，原始理论计算末机架入口带钢厚度h0＝2.29mm，实际出口带钢厚度h1＝2.08mm，入口带钢表面粗糙度ras0＝2.9μm；

(a2)收集轧制工艺参数，主要包括：精轧机组末机架轧机轧制温度t＝850℃，出口速度v＝10.40m/s；

(a3)收集轧辊使用工艺参数，主要包括：精轧机组末机架轧机工作辊直径d＝φ714.90997，工作辊原始表面粗糙度rar0＝0.4μm，工作辊轧制公里数l＝20km，工作辊表面硬度r＝84.3hs；

(a4)收集相关目标参数，主要包括：精轧机组末机架轧机出口带钢允许最大厚度hmax＝2.12mm，出口带钢允许最小厚度hmin＝1.96mm，出口带钢目标厚度h0＝2.04mm，出口带钢目标粗糙度ras′＝1μm，加权系数α＝0.7；

(b)由于实际出口带钢厚度大于目标厚度，设定压下率修正值ε0＝(h0-hmax)/h0＝7.4％；

(c)设定目标函数初始值f0＝1.0×10²⁰，定义后张力并初始化σ00＝σ0max＝30mpa，及寻优步长δσ0＝1mpa，；

(d)设定后张力寻优中间过程参数k1，并令k1＝0；

(e)令后张力σ0＝σ00-k1δσ0＝30mpa；

(f)定义前张力并初始化σ10＝σ1max＝30mpa，及寻优步长δσ1＝1mpa；

(g)设定前张力寻优中间过程参数k2，并令k2＝0；

(h)令前张力σ1＝σ10-k2δσ1＝30mpa；

(i)定义轧制力并初始化p0＝pmax/3＝3000kn，及寻优步长δp＝100kn；

(j)设定轧制力寻优中间过程参数k3，并令k3＝0；

(k)令轧制力p＝p0+k3δp＝3000kn；

(l)利用轧制力模型反算当前轧制力、前后张力下的压下率修正值ε＝1.5％；

(m)判断等式ε0＝ε是否成立？如成立，则转入步骤(n),由步骤(l)求得结果可知，不等式显然不成立，直接转入步骤(t),循环直至轧制力p＝p0+k3δp＝9200kn，前张力σ1＝σ10-k2δσ1＝20mpa，后张力σ0＝σ00-k1δσ0＝18mpa时，等式成立；

(n)计算精轧机组末机架轧机出口带钢表面粗糙度；

(n1)计算精轧机组末机架轧机工作辊表面粗糙度rar＝rar0·e^-0.0041·l＝0.3685μm；

(n2)计算精轧机组末机架轧机工作辊辊面粗糙度对出口带钢表面粗糙度的影响系数

(n3)计算精轧机组末机架轧机出口带钢表面粗糙度ras＝f(r)f(p)rar+ηras0＝0.59μm；

(o)利用辊系弹性变形模型求解出口厚度分布

hi＝[2.05,2.06,2.07,2.08,2.09,2.10,2.10,2.11,2.11,2.11,2.11,2.11,2.11,2.11,2.10,2.10,2.09,2.08,2.07,2.06,2.05,2.05]，单位：mm；

(p)计算板形判别式；

(p1)计算入口带钢板凸度

(p2)计算入口带钢比例凸度

(p3)计算出口带钢板凸度

(p4)计算出口带钢比例凸度

(p5)计算板形判别式δ＝cph-cph＝-0.016；

(q)判断不等式是否成立？如成立，则转入步骤(r)，由步骤(p5)求得结果可知，不等式显然不成立，直接转入步骤(t)；循环直至轧制力p＝p0+k3δp＝8600kn，前张力σ1＝σ10-k2δσ1＝22mpa，后张力σ0＝σ00-k1δσ0＝20mpa时，不等式成立。

(r)计算带钢表面粗糙度纵向差异控制目标函数f(x)＝α|(ras-ras′)/ras′|+(1-α)|cph-cph|＝0.14003；

(s)判断不等式f＜f0是否成立？显然成立，则令f0＝f＝0.14003，最优轧制力py＝p＝8600kn，最优前张力σ1y＝σ1＝22mpa，最优后张力σ0y＝σ0＝20mpa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(h)，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(e)，否则转入步骤(w)；

(w)最后输出最优轧制力py＝8200kn，最优前张力σ1y＝26mpa，最优后张力σ0y＝24mpa。