一种基于辊径方差最小的CVC辊形参数优化计算方法与流程

本发明涉及冷轧带钢平整技术，特别涉及一种辊形参数优化的计算方法。

背景技术：

目前，在带钢平整轧制领域，轧机的辊型配置类型越来越多样化，四辊CVC轧机因其可根据带钢的凸度控制要求而快速且连续地改变辊缝凸度、对带钢板形具有很强的控制能力，并且能够实现对于不同钢种与规格的来料带钢进行自由轧制而获得越来越广泛的应用。CVC轧机的上下工作辊按照反对称布置，轧机通过上下工作辊在轧辊轴向进行大小相等、方向相反的窜辊，对辊缝凸度进行调整，以适应不同规格及来料凸度的带钢，CVC轧机辊身曲线呈S型，常用曲线为三次多项式，上工作辊辊形曲线表达式为Rup(x)＝A0+A1x+A2x²+A3x³，下工作辊辊形曲线表达式为Rdown(x)＝Rup(L-x)，在现场可以通过优化轧辊辊形参数来设计出合理的工作辊辊形曲线，利用上下工作辊窜辊过程中形成的辊缝凸度，对来料带钢的初始凸度进行控制。然而在实际生产中，不合理的辊身曲线会导致轧辊的不均匀磨损，很大程度上会降低轧机的板形控制精度，直接影响成品带钢的板形质量。因此，如何根据来料带钢的凸度及板形控制要求，优化计算出满足生产现场带钢平整工序的CVC辊身曲线进而改善带钢板形质量，已经成为现场技术攻关的重点。目前对于CVC轧机辊形参数一次项系数的设计计算主要是从轧辊的轴向受力、出口带钢横向厚度差以及轧辊辊身曲线的变化趋势等角度入手来确定的，并未考虑对出口带钢板形质量的影响，而板形是下游客户判定带钢产品质量的重要指标。

参考文献

[1]连家创，刘宏民.板厚板形控制[M].北京：兵器工业出版社.1995:1-90.

[2]白振华，刘宏民，李秀军，等.平整轧制工艺模型[M].北京：冶金工业出版社.2010：1-100.

[3]刘光明,邸洪双,常安,等.CVC轧机辊形曲线设计及等效凸度探讨[J].东北大学学报(自然科学版)，2008，29(10)：1444-1446.

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够改善带钢板形质量、减小上下工作辊辊径方差的基于辊径方差最小的CVC辊形参数优化计算方法。本发明充分考虑来料带钢规格的差异及不同规格带钢的凸度控制要求，针对生产现场所有典型规格的带钢，将CVC平整机组上下工作辊辊径方差设定为目标函数，以出口带钢板形良好为约束条件，通过对辊形参数进行优化计算得到满足生产实际的辊型磨削一次项系数，有利于减小轧机上下工作辊的辊径方差数值，同时可以保证出口带钢的板形质量。

本发明包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集基本设备参数，主要包括工作辊的辊径Dw、支撑辊的辊径Db、工作辊的辊身长度Lw、支撑辊的辊身长度Lb、工作辊弯辊缸距离lw、支撑辊压下螺丝中心距lb、轧机工作辊弯辊力SQj(j＝1,2,3...)、CVC平整机组的窜辊量s的变化范围[smin,smax]辊型二次项系数A2、辊型三次项系数A3、轧辊初始半径参数A0，Q为带钢钢种代号，j为现场统计的典型规格带钢的序号；

(b)收集生产记录中典型规格带钢的产品及轧制工艺参数，主要包括典型规格带钢的宽度数值BQj，带钢厚度HQj，带钢屈服强度σQs，总延伸率εQj，平整机组机架的总轧制压力PQj；来料板形的横向分布值LQi，平整机组的前张力与后张力TQj_1、TQj_0，以及轧制速度vQj，其中，i为带钢宽度方向划分的条元序号i＝1,2,3...；

(c)定义L为轧机的工作辊辊身长度，A1为需要优化计算的辊形参数，A1_best为优化得到的最佳辊形参数一次项系数；

(d)给定辊形参数一次项系数A1的优化区间[A1min,A1max]，以及优化步长ΔA；

(e)定义最佳辊形参数寻优过程中间参数i，目标函数初始值F0；

(f)令i＝0，取F0＝10¹⁰；

(g)令辊形参数寻优初始值为Ai＝A1min+iΔA；

(h)利用辊系弹性变形模型及金属变形模型计算出口带钢的前张应力分布数值σ1i＝f(Ai,HQi,LQi,BQj,TQj_0,TQj_1)(单位：MPa)，Ai决定轧辊的辊型分布；

(i)计算出以I-Unit为单位板形分布值

(j)计算板形峰值指标g(X)＝|max(αi)-min(αi)|(单位:I)；

(k)判断不等式g(X)≤g(X)max(g(X)max为板形质量控制参数)是否成立？如果不等式成立，则转入步骤(l)进行计算；如果不等式不成立，则转入步骤(g)，重新确定辊型曲线参数，进行计算；

(l)计算该辊形参数Ai下典型规格带钢产品的宽度数值BQj(j＝1,2,3...)对应的辊径方差(单位：μm)：

(m)将辊形参数Ai条件下的辊径方差最大值记为F(X)为辊形参数的优化计算目标函数；

(n)判断不等式F(X)<F0(X)是否成立？如果不等式成立，令F0＝F(X)，A1_best＝Ai，转入步骤(o)；如果不等式不成立，则直接转入步骤(o)；

(o)判断不等式是否成立？如果不等式成立，令i＝i+1，然后转入步骤(g)，继续进行辊形参数的搜索；如果不等式不成立，则直接转入步骤(p)；

(p)输出最优辊形一次项参数A1_best，绘制此辊形参数下的辊形曲线。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

充分考虑生产现场不同规格带钢的宽度变化范围，根据来料带钢的凸度及板形控制要求，以出口带钢板形良好为约束条件，通过对辊形参数进行优化计算得到满足生产实际的辊型磨削参数，在保证轧机等效凸度控制能力的基础上，改善出口带钢的板形数值，减小上下工作辊辊径方差数值，有助于减轻由于上下工作辊辊径差值超标导致的轧辊线速度差异引起的轧机异步轧制效应，使轧辊磨损更加均匀，解决了以往辊形参数设计计算过程中忽略带钢板形质量控制的问题，完善了CVC轧机的辊形参数设计计算体系，具有进一步推广使用的价值。

附图说明

图1是本发明的总计算流程图；

图2是本发明实施例1中辊形参数优化过程中T-2.5MA钢种0.305mm*998mm规格带钢板形分布图；

图3是本发明实施例1中辊形参数优化之后的辊形曲线图；

图4是本发明实施例2中辊形参数优化过程中T-2MA钢种0.315mm*786mm规格带钢板形分布图；

图5是本发明实施例2中辊形参数优化之后的辊形曲线图；

图6本发明实施例1和实施例2中辊形参数优化之后的辊型曲线对比图。

具体实施方式

实施例1

一种基于辊径方差最小的CVC辊形参数优化计算方法，其计算流程如图1所示，包括如下步骤：

(a)收集基本设备参数，主要包括工作辊的辊径Dw＝450mm、支撑辊的辊径Db＝1150mm、工作辊的辊身长度Lw＝1620mm、支撑辊的辊身长度Lb＝1380mm、工作辊弯辊缸距离lw＝2300mm、支撑辊压下螺丝中心距lb＝2300mm、轧机工作辊弯辊力S＝200,80,120,110,110,100,50,60单位KN，CVC轧机窜辊量s变化范围[-120mm,120mm]，二次项系数A2＝-0.169563×10^-5、辊型三次项系数A3＝0.635066×10^-9、轧辊初始半径参数A0＝225，统计两种典型规格钢种MR T-3BA、MR T-2.5BA的轧制工艺参数，如表1所示。

表1典型钢种的规格及轧制工艺参数

(b)收集生产记录中典型规格带钢的产品参数，主要包括根据典型规格带钢的宽度数值BQj(j＝1,2,3...)：

BT3＝780mm,875mm,994mm,1105mm，

BT2.5＝725mm,785mm,870mm,998mm；

带钢厚度数值：HT3＝0.325mm,0.285mm,0.298mm,0.304mm，

HT2.5＝0.298mm,0.305mm,0.285mm,0.305mm；

带钢屈服强度σs_T2.5＝250MPa，σs_T3＝270MPa，平整机组机架的总轧制压力：

PT3＝2.2MN,1.9MN,2.0MN,2.1MN，

PT2.5＝1.9MN,2.4MN,2.0MN,1.8MN；

总延伸率εQj＝0.9％,1.0％,1.05％,1.1％,0.9％,1.0％,1.05％,1.1％；来料板形的横向分布值LQi＝0、平整机组的后张力与前张力：

TT3_0＝85N·mm^-2,70N·mm^-2,94N·mm^-2,85N·mm^-2，

TT3_1＝100N·mm^-2,90N·mm^-2,105N·mm^-2,98N·mm^-2，

TT2.5_0＝90N·mm^-2,75N·mm^-2,85N·mm^-2,85N·mm^-2，

TT2.5_1＝105N·mm^-2,85N·mm^-2,85N·mm^-2,100N·mm^-2；

以及轧制速度：

vT3＝500m·min^-1,498m·min^-1,576m·min^-1,480m·min^-1，

vT2.5＝520m·min^-1,510m·min^-1,480m·min^-1,476m·min^-1。

(c)定义L为轧机的工作辊辊身长度，A1为需要优化计算的辊形参数，A1_best为优化得到的最佳辊形参数一次项系数；

(d)给定辊形参数一次项系数A1的优化区间[0.126427×10^-2,0.146427×10^-2]，以及优化步长ΔA＝0.0002；

(e)定义最佳辊形参数寻优过程中间参数i，目标函数初始值F0；

(f)令i＝0，取F0＝10¹⁰；

(g)令辊形参数寻优初始值为Ai＝A1min+iΔA＝0.126427×10^-2；

(h)利用辊系弹性变形模型及金属变形模型计算出口带钢的前张应力分布数值σ1i(i＝1,2,3...)(单位：MPa)；

σ1i＝{13.64,10.06,6.99,4.47,2.50,1.10,0.27,0,0.30,1.17,2.60,

4.59,7.15,10.24,13.84}；

(i)计算出以I-Unit为单位板形分布值

αi＝{3.64，2.09，0.75，-0.35，-1.2，-1.81，-2.17，-2.28，-2.16，-1.78，-1.15，

-0.29，0.82，2.16，3.73}；

(j)计算板形峰值指标g(X)＝|max(αi)-min(αi)|＝6.01(单位:I)

(k)判断不等式g(X)≤g(X)max(g(X)max为板形质量控制参数峰值，取其数值为g(X)max＝10)是否成立，6.01I<10I，不等式成立，转入步骤(l)；

(l)计算该辊形参数Ai下的所有典型规格的带钢产品宽度数值BQj(j＝1,2,3...)对应的辊径方差数值

其中，(单位：μm)

(m)将辊形参数Ai下的辊径方差最大值记为此时的辊径方差最大值为F(X)＝154.464μm；

(n)不等式F(X)<10¹⁰成立，令F0＝F(X)，A1_best＝0.126427×10^-2，转入步骤(o)；

(o)不等式成立，令i＝i+1＝1，然后转入步骤(g)；如果不等式不成立则直接转入步骤(p)；

(p)输出最优辊形一次项参数A1_best＝0.130623×10^-2，绘制此辊形参数下的辊形曲线；

为了方便对比，分别列出采用本发明所述的辊形参数优化后的辊径方差数值与优化前的辊径方差数值进行对比，如表2所示，优化之后的辊径方差数值由149.889μm减小为113.073μm；如图2所示，给出了辊形参数优化计算过程中T-2.5MA钢种0.305mm*998mm规格带钢的板形计算分布情况，其板形数值为6.01I；如图3所示，给出了辊形参数优化之后的辊形曲线；其它钢种规格带钢的板形统计数值如表3所示，出口带钢的板形数值最大值为7.36I，平均板形数值为5.595I，板形质量能够控制在较高水平。

表2辊形参数优化前后的辊径方差值

表3辊形参数优化过程中带钢板形统计数值

如图6所示，可以看出，优化之后的新的辊型曲线在轧辊轴向的变化趋势更平缓，在保证出口带钢板形质量的前提下，减轻轧机的异步轧制效果，同时更有利于轧辊的均匀磨损，提高轧辊的使用寿命。

实施例2

一种基于辊径方差最小的CVC辊形参数优化计算方法，其包括以下有计算机执行的步骤：

(a)收集基本设备参数，主要包括工作辊的辊径Dw＝450mm、支撑辊的辊径Db＝1150mm、工作辊的辊身长度Lw＝1620mm、支撑辊的辊身长度Lb＝1380mm、工作辊弯辊缸距离lw＝2300mm、支撑辊压下螺丝中心距lb＝2300mm、轧机工作辊弯辊力S＝200,80,120,110,105,40,70,80单位KN，CVC轧机窜辊量s变化范围[-120mm,120mm]，二次项系数A2＝-0.169563×10^-5、辊型三次项系数A3＝0.635066×10^-9、轧辊初始半径参数A0＝224.5，统计两种典型规格钢种MR T-3BA、MR T-2BA的轧制工艺参数，如表4所示。

表4典型钢种的规格及轧制工艺参数

(b)收集生产记录中典型规格带钢的产品参数，主要包括根据典型规格带钢的宽度数值BQj(j＝1,2,3...)：

BT3＝780mm,875mm,994mm,1105mm，

BT2＝735mm,786mm,870mm,934mm；

带钢厚度数值：HT3＝0.325mm,0.285mm,0.298mm,0.304mm，

HT2＝0.278mm,0.315mm,0.275mm,0.285mm；

带钢屈服强度σs_T2＝240MPa，σs_T3＝270MPa，平整机组机架的总轧制压力：

PT3＝2.2MN,1.9MN,2.0MN,2.1MN，

PT2＝1.7MN,2.3MN,2.1MN,1.9MN；

总延伸率εQj＝0.9％,1.0％,1.05％,1.1％,0.8％,0.9％,1.0％,1.05％，来料板形的横向分布值LQi＝0、平整机组的后张力与前张力：

TT3_0＝85N·mm^-2,70N·mm^-2,94N·mm^-2,85N·mm^-2，

TT3_1＝100N·mm^-2,90N·mm^-2,105N·mm^-2,98N·mm^-2，

TT2_0＝85N·mm^-2,75N·mm^-2,80N·mm^-2,95N·mm^-2，

TT2_1＝100N·mm^-2,95N·mm^-2,85N·mm^-2,105N·mm^-2；

以及轧制速度：

vT3＝500m·min^-1,498m·min^-1,576m·min^-1,480m·min^-1，

vT2＝510m·min^-1,510m·min^-1,498m·min^-1,486m·min^-1。

(c)定义L为轧机的工作辊辊身长度，A1为需要优化计算的辊形参数，A1_best为优化得到的最佳辊形参数一次项系数；

(d)给定辊形参数一次项系数A1的优化区间[0.126427×10^-2,0.146427×10^-2]，以及优化步长ΔA＝0.0002；

(e)定义最佳辊形参数寻优过程中间参数i，目标函数初始值F0；

(f)令i＝0，取F0＝10¹⁰；

(g)令辊形参数寻优初始值为Ai＝A1min+iΔA＝0.126427×10^-2；

(h)利用辊系弹性变形模型及金属变形模型计算出口带钢的前张应力分布数值σ1i(i＝1,2,3...)(单位：MPa)；

σ1i＝{11.56,8.53,5.92,3.79,2.12,0.93,0.23,0,0.25,0.99,2.2,

3.89,6.06,8.68,11.73}；

(i)计算出以I-Unit为单位板形分布值

αi＝{3.08,1.77,0.64,-0.30,-1.02,-1.53,-1.83,-1.93,-1.83,-1.51,-0.97,

-0.25,0.69,1.83,3.16}；

(j)计算板形峰值指标g(X)＝|max(αi)-min(αi)|＝5.09(单位:I)

(k)判断不等式g(X)≤g(X)max(g(X)max为板形质量控制参数峰值，取其数值为g(X)max＝10)是否成立，5.09I<10I，不等式成立，转入步骤(l)；

(l)计算该辊形参数Ai下的所有典型规格的带钢产品宽度数值BQj(j＝1,2,3...)对应的辊径方差数值

其中，(单位：μm)

(m)将辊形参数Ai下的辊径方差最大值记为此时的辊径方差最大值为F(X)＝153.409μm；

(n)不等式F(X)<10¹⁰成立，令F0＝F(X)，A1_best＝0.126427×10^-2，转入步骤(o)；

(o)不等式成立，令i＝i+1＝1，然后转入步骤(g)；如果不等式不成立则直接转入步骤(p)；

(p)输出最优辊形一次项参数A1_best＝0.129337×10^-2，绘制此辊形参数下的辊形曲线；

为了方便对比，分别列出采用本发明所述的辊形参数优化后的辊径方差数值与优化前的辊径方差数值进行对比，如表5所示，优化之后的辊径方差数值由149.889μm减小为111.376μm；如图4所示，给出了辊形参数优化计算过程中T-2MA钢种0.315mm*786mm规格带钢的板形计算分布情况，其板形数值为5.09I；如图5所示，给出了辊形参数优化之后的辊形曲线；其它钢种规格带钢的板形统计数值如表6所示，出口带钢的板形数值最大值为7.65I，平均板形数值为5.726I，板形质量能够控制在较高水平。

如图6所示，可以看出，优化之后的新的辊型曲线在轧辊轴向的变化趋势更平缓，在保证出口带钢板形质量的前提下，减轻轧机的异步轧制效果，同时更有利于轧辊的均匀磨损，提高轧辊的使用寿命。

表5辊形参数优化前后的辊径方差值

表6辊形参数优化过程中带钢板形统计数值