专利名称：一种确定五机架冷连轧机压下分配的方法
技术领域：
本发明涉及冶金自动化领域，尤其涉及一种确定五机架冷连轧机压下分配的方法。
背景技术：
冷轧机压下分配是冷轧轧制中轧机设定计算的重要组成部分，它根据带钢特性、轧机特性和工艺要求计算出特定意义下最佳的厚度分配。合理的压下分配既可以有效地利用现有设备，充分发挥设备潜力，提高轧机的产品质量，同时还能降低轧制能耗。因此，寻找一种合理的压下分配计算方法对于实际生产有着重要的现实意义。压下分配最主要功能是在带钢钢种、张力、带钢来料厚度、成品厚度及宽度、设备能力参数等已知的情况下，确定带钢的总压下量合理地在各个机架进行分配，同时得到相关的轧制工艺参数。五机架冷连轧机过程控制通常采用以下两种压下分配方式一种是传统的按经验查表的方法，直接将各种钢种、规格产品的压下分配数据保存到数据库中，在轧制特定钢种、规格的产品时，查询数据库表得到相应的压下分配数据；另一种方法是在考虑工艺和设备的约束条件下建立压下分配目标函数，并通过寻优方法得到压下分配的结果。上述两种方法各有利弊，第一种方法简单、稳定、容易理解，但缺乏灵活性，同时表中的数据很大程度上依赖于工艺人员和操作工的技术水平和经验，压下分配不理想；第二种方法计算结果为最佳压下分配，但目标函数和约束条件结构复杂，计算过程复杂，寻优计算时间长，求解困难。本发明根据冷连轧机工艺特点，根据不同的轧制工艺条件设计不同的压下分配策略模式及压下分配比例系数，建立压下分配求解的非线性模型，得到待轧带钢在各机架的最佳的厚度分配。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种确定五机架冷连轧机压下分配的方法，得到待轧带钢在各机架的最佳的厚度分配。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于它包括以下步骤( I)根据五架冷连轧机的工艺特点及需轧制钢材的品种、规格和轧制目标建立分级表和压下分配轧制策略模式；所述分级表包括来料厚度分级表、成品厚度分级表和宽度分级表；所述轧制策略模式包括按功率进行负荷分配、按轧制力进行负荷分配和按压下率方式进行分配。(2)根据连轧机的秒流量恒定原理和负荷成比例原则，建立冷连轧机压下分配计算模型；进一步的，建立冷连轧机压下分配计算模型的具体步骤为·(2. I)根据工艺要求和品种、规格查询数据库表，选择确定针对特定规格带钢的轧制策略模式、各机架间的张力制度和末机架的带钢出口速度；(2. 2)根据连轧机的秒流量恒定原理和负荷成比例原则，建立冷连轧机压下分配计算模型。冷连轧机压下分配计算模型为以下非线性方程组a 2fl(h0, hl)-a lf2(hl, h2) = 0;a 3f2(hl，h2)-a 2f3(h2，h3) = 0;a 4f3(h2，h3)-a 3f4(h3，h4) = 0 ；(a)a 5f4 (h3, h4) - a 4f5 (h4, h5) = 0 ；方程组(a)中，fi[h(i-l) ,hi] = Pi,Pi (i = 1,2, ···, 5)为第 i 机架的负 荷函数，ai为负荷分配比例系数；(3)求解步骤(2)中的冷连轧机压下分配计算模型，获得最终的压下分配。步骤
(3)求解冷连轧机压下分配计算模型的具体步骤为(3. I)获取带钢原始数据、设备参数、设备能力参数、模型系数、负荷分配比例系数和工艺要求；所述带钢原始数据包括钢种、来料厚度、成品厚度和宽度；所述的设备参数包括工作辊直径、工作辊泊松系数和杨氏弹性模量；所述设备能力参数包括最大轧制力、主电机额定功率和轧机最大出口速度；(3. 2)根据工艺要求和钢种、规格选择轧制策略模式和分级表中的数据；(3. 3)给定各机架带钢出口厚度初值将总压下率在各机架进行平均分配，计算得到的厚度分配作为迭代计算的初始值；(3. 4)确定带钢单位张力采用插值或人工或查带钢单位张力表确定各机架带钢的单位前张力和单位后张力；(3. 5)确定各机架轧制速度初值给定机组最大轧制速度，按照速度计算模型确定各机架的轧制速度初值；(3. 6)利用工艺数学模型计算轧制工艺参数，工艺参数包括材料变形抗力、摩擦系数、前滑、轧制力、压扁半径、轧制速度、轧制力矩、电机输出轴力矩、电机功率等；(3. 7)利用拟牛顿法求解压下分配非线性方程组(a)；(3. 8)判断算法是否收敛，如果收敛，则继续执行下一步骤，否则给出出错报警信息，调整负荷分配比例系数或带钢单位张力，并返回到步骤(3. 2)继续执行；(3. 9)得到机架间的带钢厚度及相关轧制工艺参数，对设备能力进行极限校核，判断工艺参数是否超限；如果工艺参数不超限，则继续执行下一步骤，如果工艺参数超限，则对超限的工艺参数进行修正计算，返回到步骤(3. 2)继续执行；步骤(3. 9)中所述修正计算的方法为当出现轧制力计算值超限时，通过调整超限机架与非超限机架的轧制力负荷分配比例系数对轧制力超限值进行修正；此时修正计算都按照轧制力平衡策略修正负荷分配比例系数，重新确定轧制力负荷非线性方程组(a)并计算；如果所有机架都超限出现轧制力计算值超限，则给出提示异常信息并结束修正计算；当出现电机功率超限情况，通过修正最大带钢速度以降低轧制速度。(3. 10)根据计算结果得到最终的机架间厚度分配和相关轧制工艺参数。
本发明的工作原理为根据冷连轧机的工艺要求、钢卷的原始数据，选择压下分配轧制策略模式和压下分配比例系数，然后选择分级表中的数据及设备能力表中的轧机的设备参数，建立压下分配计算模型，然后根据轧制工艺数学模型对轧制工艺参数进行计算，采用拟牛顿法求解此非线性方程组，在迭代计算过程中对设备能力进行极限校核，如果超限则对超限的工艺参数进行修正计算，对于不同的工艺参数分别采用不同的参数调整策略，继续进行迭代计算，直到满足算法的收敛条件为止，如果超过系统最大迭代次数或不满足收敛条件，则在画面上显示出错信息提示操作工，修改压下分配比例系数或者张力分配后重新进行计算，直到获得的满意的压下分配为止，最后将此压下分配保存到数据库中，为设定计算模型准备数据。本发明的有益效果为I、本方法根据冷连轧机的工艺特点，提出了适用的轧制策略模式，建立了压下分配计算模型，原理简单、实现容易、便于操作；2、本方法采用拟牛顿法求解非线性方程组模型，得到待轧带钢在各机架的最佳的 压下分配，为过程控制系统设定计算模型提供数据准备；3、本方法具有推广应用价值，可推广应用于单机架冷轧机的压下分配及过程控制中。
图I为本发明一个实施例的工作流程图。
具体实施例方式本实施例公开的是某五机架冷连轧机过程控制系统中，确定五机架冷轧机压下分配的方法。该轧机可轧制的产品包括普碳钢、高强钢等。本实施例轧制的是普碳钢。本实施例提供的确定五机架冷连轧机压下分配的方法如图I所示，包括以下步骤步骤I、根据冷连轧机组的工艺特点及所轧制的品种、规格建立分级表及压下分配轧制策略模式；首先，建立各种分级表；钢种代码表(STEEL_C0DE)
权利要求
1.一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于它包括以下步骤 (1)根据五架冷连轧机的工艺特点及需轧制钢材的品种、规格和轧制目标建立分级表和压下分配轧制策略模式；所述分级表包括来料厚度分级表、成品厚度分级表和宽度分级表；所述轧制策略模式包括按功率进行负荷分配、按轧制力进行负荷分配和按压下率方式进行分配； (2)根据连轧机的秒流量恒定原理和负荷成比例原则，建立冷连轧机压下分配计算模型； (3)求解步骤(2)中的冷连轧机压下分配计算模型，获得最终的压下分配。
2.如权利要求I所述的一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于步骤(2)建立冷连轧机压下分配计算模型的具体步骤为 (2. I)根据工艺要求和品种、规格查询数据库表，选择确定针对特定规格带钢的轧制策略模式、各机架间的张力制度和末机架的带钢出口速度； (2. 2)根据连轧机的秒流量恒定原理和负荷成比例原则，建立冷连轧机压下分配计算模型。
3.如权利要求2所述的一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于所述步骤(2. 2)中冷连轧机压下分配计算模型为a 2fl(h0, hl)-a lf2(hl, h2) =0;a 3f2 (hi, h2)-a 2f3 (h2, h3) =0;a 4f3 (h2, h3)-a 3f4 (h3, h4) = 0 ；(a)a 5f4 (h3, h4) - a 4f5 (h4, h5) = 0 ； 方程组(a)中，fi [h(i-l) ,hi] = Pi, Pi (i = 1,2, ···, 5)为第 i 机架的负荷函数，a i为负荷分配比例系数。
4.如权利要求3所述的一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于步骤(3)求解冷连轧机压下分配计算模型的具体步骤为 (3. I)获取带钢原始数据、设备参数、设备能力参数、模型系数、负荷分配比例系数和工艺要求；所述带钢原始数据包括钢种、来料厚度、成品厚度和宽度；所述的设备参数包括工作辊直径、工作辊泊松系数和杨氏弹性模量；所述设备能力参数包括最大轧制力、主电机额定功率和轧机最大出口速度； (3. 2)根据工艺要求和钢种、规格选择轧制策略模式和分级表中的数据； (3. 3)给定各机架带钢出口厚度初值将总压下率在各机架进行平均分配，计算得到的厚度分配作为迭代计算的初始值； (3. 4)确定带钢单位张力采用插值或人工或查带钢单位张力表确定各机架带钢的单位前张力和单位后张力； (3. 5)确定各机架轧制速度初值给定机组最大轧制速度，按照速度计算模型确定各机架的轧制速度初值； (3. 6)利用工艺数学模型计算轧制工艺参数，工艺参数包括材料变形抗力、摩擦系数、前滑、轧制力、压扁半径、轧制速度、轧制力矩、电机输出轴力矩、电机功率等； (3. 7)利用拟牛顿法求解压下分配非线性方程组(a)； (3. 8)判断算法是否收敛，如果收敛，则继续执行下一步骤，否则给出出错报警信息，调整负荷分配比例系数或带钢单位张力，并返回到步骤(3. 2)继续执行； (3. 9)得到机架间的带钢厚度及相关轧制工艺参数，对设备能力进行极限校核，判断工艺参数是否超限；如果工艺参数不超限，则继续执行下一步骤，如果工艺参数超限，则对超限的工艺参数进行修正计算，返回到步骤(3. 2)继续执行； (3. 10)根据计算结果得到最终的机架间厚度分配和相关轧制工艺参数。
5.如权利要求4所述的一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于步骤(3.9)中所述修正计算的方法为 当出现轧制力计算值超限时，通过调整超限机架与非超限机架的轧制力负荷分配比例系数对轧制力超限值进行修正； 如果所有机架都超限出现轧制力计算值超限，则给出提示异常信息并结束修正计算； 当出现电机功率超限情况，通过修正最大带钢速度以降低轧制速度。
6.如权利要求5所述的一种确定五架冷连机压下分配的方法，其特征在于当出现轧制力计算值超限时，修正计算都按照轧制力平衡策略修正负荷分配比例系数，重新确定轧制力负荷非线性方程组(a)并计算。
全文摘要
本发明提供一种确定五机架冷连轧机压下分配的方法，根据冷连轧机的工艺要求和钢卷的原始数据，设计了适合冷连轧机的轧制策略模式及各种分级表，先根据所选择的压下分配轧制策略模式和压下分配比例系数，然后选择分级表中的数据及设备能力表中的轧机的设备参数，建立压下分配计算模型，再利用轧制工艺数学模型对轧制工艺参数进行计算，采用拟牛顿法求解此非线性方程组模型，计算获得的满意的压下分配，最后将此压下分配数据保存到数据库中，为设定计算模型准备数据。本方法根据冷连轧机的工艺特点，提出了适用的轧制策略模式，建立了压下分配计算模型，原理简单、实现容易、便于操作。
文档编号B21B37/58GK102921743SQ20121042735
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月30日 优先权日2012年10月30日
发明者张超 申请人:中冶南方(武汉)信息技术工程有限公司