一种适用于单机架六辊CVC平整机组的辊型优化设计方法与流程

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法。
背景技术：
：衡量带钢的产品质量有机械性能、板形、表面质量以及尺寸精度等四大指标，平整作为冷轧板带生产中一道后续精加工艺，对产品质量的控制尤为重要。平整工序通过控制带钢延伸率能够保证退货后的产品机械性能、通过控制板形保证产品的外形质量，同时还能在带钢表面形成一定的粗糙度，提高带钢的涂覆性能和成形性能，因此直接影响到最终成品的等级定位。因此，随着用户对带钢板形、表面质量等方面的要求不断提高，平整工序的重要性日益凸现出来，平整机的运行状态最大程度地决定了产品成材率，影响企业的经济效益。近年来，用户对产品板形与表面质量提出了越来越高的要求，而轧辊的辊型是直接影响产品板形和表面质量的重要因素，因此，辊型设计显得越来越重要。单机架六辊cvc平整机组进行轧制生产时，可以分成过焊缝及正常轧制两个过程，产品往往会在正常轧制时板形良好，但是在过焊缝轧制时，由于过焊缝过程中轧制速度出现升降以及带材头尾性能即变形抗力的波动，导致板形出现波动。以往对于辊型的设计关注点主要集中在正常轧制过程，对于过焊缝过程的一些工艺特点考虑的不是很多，这就造成了过焊缝过程中的板形波动没有得到很好地控制，直接影响了产品的板形质量。显然，为了提高产品板形质量，如何设计出兼顾过焊缝及正常轧制过程中产品大纲内所有带钢板形的辊型优化曲线已经成为现场技术攻关的焦点。技术实现要素：本发明的目的是提供一种适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法，所述的辊型优化设计方法以过焊缝及正常轧制过程中产品大纲内所有带钢的板形都最佳为目标，设计出适合于单机架六辊cvc平整机组过焊缝及正常轧制过程的轧辊辊型优化曲线，提高产品板形质量，用以解决目前cvc平整机组的辊型设计对于过焊缝过程考虑不多，造成过焊缝过程中的板形波动没有得到很好地控制，直接影响产品板形质量的问题。为实现上述目的，本发明的方案是：一种适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法，所述的辊型优化设计方法包括如下步骤：(1)收集单机架六辊cvc平整机组的设备特征参数，并分别收集所述单机架六辊cvc平整机组在过焊缝过程及正常轧制过程中典型规格钢种带钢的参数；(2)分别设定所述单机架六辊cvc平整机组的工作辊与cvc辊的辊型曲线方程，并对所述的辊型曲线方程赋初值；(3)利用辊系弹性模型，采用分段离散法，将各规格钢种带钢分成m段，并分别计算带钢过焊缝过程中的前张力分布及正常轧制过程中的前张力分布；(4)求解辊型优化目标函数：式中，α为过焊缝及正常轧制过程的板形加权系数，σ1ij为过焊缝过程中前张力分布，σ′1ij为正常轧制过程中前张力分布，i表示第i种典型规格钢种，i＝1,2,3,......,n，j表示带钢被分成的第j段，j＝1,2,3,......,m；(5)判断powell条件是否成立，如果powell条件成立，则输出最优辊型参数，并进入步骤(6)；否则重新根据步骤(2)对辊型曲线方程赋初值，并进入步骤(3)；(6)根据所述的最优辊型参数以及所述工作辊与cvc辊的辊型曲线方程，得到工作辊与cvc辊的最优辊型曲线，完成单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计。进一步地，根据本发明所述的适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法，所述的步骤(1)中，单机架六辊cvc平整机组的设备特征参数包括：工作辊原始直径，工作辊辊身长度，工作辊轴承座中心距，cvc辊原始直径，cvc辊辊身长度，cvc辊轴承座中心距，最大轧制力和最大轧制速度。进一步地，根据本发明所述的适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法，所述的步骤(1)中，带钢的参数包括：钢种，出钢记号，带钢宽度bi，带钢厚度hi，延伸率εi，屈服极限σi，轧制力设定值pi，后张力设定值t0i，前张力设定值t1i，其中i表示第i种典型规格钢种，i＝1,2,l,n。进一步地，根据本发明所述的适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法，所述的步骤(2)中，工作辊的辊型曲线方程为：dw(x)＝dw-a{1-cos[bπ(2x/lw)]cvc辊的辊型曲线方程为：dm(x)＝dm+a1x-a2x2+a3x3其中，a，b为特征系数，a1为cvc辊辊型曲线一次项系数，a2为cvc辊辊型曲线二次项系数，a3为cvc辊辊型曲线三次项系数，dm为cvc辊原始直径，dw为工作辊原始直径，lw为工作辊辊身长度。本发明达到的有益效果：本发明的辊型优化设计方法以过焊缝及正常轧制过程产品大纲内所有带钢的板形都最佳为目标，设计出适合于单机架六辊cvc平整机组过焊缝及正常轧制过程的轧辊辊型优化曲线，大大提高了产品板形质量，给企业带来较大的经济效益。附图说明图1是本发明辊型优化设计流程示意图；图2是本发明实施例的工作辊最优辊型曲线；图3是本发明实施例的cvc辊最优辊型曲线。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明在大量的现场试验跟踪与理论研究的基础上，考虑到单机架六辊cvc平整机组过焊缝及正常轧制过程中的设备与工艺特点，特提出了一种适用于单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计方法，具体设计过程如下：(a)收集单机架六辊cvc平整机组的设备特征参数，所述设备特征参数包括：工作辊原始直径dw，工作辊辊身长度lw，工作辊轴承座中心距lfw，cvc辊原始直径dm，cvc辊辊身长度lm，cvc辊轴承座中心距lfm，最大轧制力pmax和最大轧制速度vmax；(b)分别收集过焊缝过程及正常轧制过程，典型规格钢种的带钢参数，包括：钢种，出钢记号，带钢宽度bi，带钢宽度hi，延伸率εi，屈服极限σi，轧制力设定值pi，后张力设定值t0i和前张力设定值t1i，其中i＝1,2,l,n，i表示第i种典型规格钢种，n为典型规格钢种总数量；(c)以a,b,a1,a2,a3为辊型曲线参数，分别设定工作辊与cvc辊的辊型曲线方程，其中，工作辊的设定辊型曲线方程为dw(x)＝dw-a{1-cos[bπ(2x/lw)]cvc辊的设定辊型曲线方程为dm(x)＝dm+a1x-a2x2+a3x3式中，a，b为特征系数，a1为cvc辊辊型曲线一次项系数，a2为cvc辊辊型曲线二次项系数，a3为中间辊辊型曲线三次项系数，dm为cvc辊原始直径，dw为工作辊原始直径，lw为工作辊辊身长度。(d)给定初始辊型曲线参数；(e)利用辊系弹性模型，采用分段离散法，将各规格钢种带钢分成m段，分别计算带钢过焊缝过程中的前张力分布σ1ij及正常轧制过程中的前张力分布σ′1ij，其中i表示第i种典型规格钢种，i＝1,2,3,......,n，j表示带钢被分成的第j段，j＝1,2,3,......,m；(f)求解辊型优化目标函数：式中α为过焊缝及正常轧制过程的板形加权系数,σ1ij为过焊缝过程中前张力分布，σ′1ij为正常轧制过程中前张力分布；(g)判断powell条件是否成立，如果powell条件成立，则输出最优辊型参数，并进入步骤(h)；否则重新对辊型曲线方程赋初值，给定初始辊型曲线参数，并进入步骤(e)；(h)将最优辊型参数代入工作辊与cvc辊的辊型曲线方程，得到工作辊与cvc辊的最优辊型曲线，完成单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计。实施例：为了说明本发明所述相关技术的应用过程，现以某单机架六辊cvc平整机组为例，详细地介绍某单机架六辊cvc平整机组的辊型优化设计过程：(a)收集单机架六辊cvc平整机组的设备特征参数，包括：工作辊原始直径dw＝520mm，工作辊辊身长度lw＝1730mm，工作辊轴承座中心距lfw＝2730mm，cvc辊原始直径dm＝620mm，cvc辊辊身长度lm＝1930mm，cvc辊轴承座中心距lfm＝2730mm，最大轧制力pmax＝13000kn，最大轧制速度vmax＝760m/min；(b)分别收集过焊缝及正常轧制过程典型规格钢种的产品参数，包括：钢种，出钢记号，带钢宽度bi，带钢厚度hi，延伸率εi，屈服极限σi,轧制速度vi，轧制力pi，后张力t0i，前张力t1i，其中i＝1,2,l,n，产品规格数量n＝6，具体参数如表1和表2所示；表1过焊缝过程典型规格钢种的带钢参数序号123456钢种cr180b2dc01spccspcccr180b0cr210b2出钢记号du3852d1ap0961e1ap0941d1ap1055e5dp0162d1dt3855d1宽度/mm1270137292712601013902厚度/mm0.70.51.172.320.65延伸率/％0.250.160.210.270.310.3屈服极限/mpa170230260260260375轧制速度/m/min606060606060轧制力/kn9309309801000900840后张力/kn55.5854.365.2461.550.4640.58前张力/kn56.2655.366.1162.6351.7541.37表2正常轧制过程典型规格钢种的带钢参数序号123456钢种cr180b2dc01spccspcccr180b0cr210b2出钢记号du3852d1ap0961e1ap0941d1ap1055e5dp0162d1dt3855d1宽度/mm1270137292712601013902厚度/mm0.70.51.172.320.65延伸率/％1.290.990.891.071.301.47屈服极限/mpa170230260260260375轧制速度/m/min500500500500500500轧制力/kn626053505170598065407460后张力/kn54.2153.1264.0860.3449.3339.35前张力/kn55.1854.0965.1361.4250.5740.28(c)以a,b,a1,a2,a3为辊型曲线参数，分别设定工作辊与cvc辊的辊型曲线方程，其中，工作辊的设定辊型曲线方程为dw(x)＝dw-a{1-cos[bπ(2x/lw)]cvc辊的设定辊型曲线方程为dm(x)＝dm+a1x-a2x2+a3x3(d)给定初始辊型曲线参数x0＝{a,b,a1,a2,a3}＝{1×10-4,5×10-2,3.5×10-3,3.7×10-6,1.2×10-9}(e)令i＝1；(f)利用辊系弹性模型，采用分段离散法，将带材分成m段，逐段计算前张力分布，得到过焊缝过程中前张力分布σ1ij和正常轧制过程中前张力分布σ′1ij，如下所示：过焊缝过程中前张力分布σ11j＝{63.28，66.45，69.77，73.26，76.92，80.77，84.81，89.05，93.50，98.18，103.08，98.18，93.50，89.05，84.81，80.77，76.92，73.26，69.77，66.45，63.28}，单位mpa；正常轧制过程中前张力分布σ′11j＝{62.07，65.17，68.43，71.85，75.45，79.22，83.18，87.34，91.71，96.29，101.11，96.29，91.71，87.34，83.18，79.22，75.45，71.85，68.43，65.17，62.07}，单位mpa；(g)判断i<n是否成立？如果成立，则i＝i+1，转入步骤(f)，否则转入步骤(h)；(h)求解辊型优化目标函数：式中α为过焊缝及正常轧制过程的板形加权系数，根据现场实际α＝0.45；(i)判断powell条件是否成立？如果powell条件成立，则转入步骤(j)，否则转入步骤(d)；(j)输出最优辊型参数x＝{a,b,a1,a2,a3}＝{2.78×10-4,7.69×10-2,3.516×10-3,3.718×10-6,1.1634×10-9}(k)将最优辊型参数x＝{a,b,a1,a2,a3}＝{2.78×10-4,7.69×10-2,3.516×10-3,3.718×10-6,1.1634×10-9}代入工作辊与cvc辊的辊型曲线方程，，得到工作辊的最优辊型曲线方程：dw(x)＝dw-2.78×10-4{1-cos[7.69×10-2π(2x/lw)]cvc辊的最优辊型曲线方程：dm(x)＝dm+0.3516×10-2x-0.3718×10-5x2+1.1634×10-9x3工作辊最优辊型曲线如图2所示，cvc辊最优辊型曲线如图3所示。本发明以过焊缝及正常轧制过程中产品大纲内所有带钢的板形都最佳为目标，设计出适合于单机架六辊cvc平整机组过焊缝及正常轧制过程的轧辊辊型优化曲线，该技术被某单机架六辊cvc平整机组采用之后，大大提高了产品板形质量，给企业带来了较大的经济效益。当前第1页12