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CN110516312A - 一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法 - Google Patents

一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法 Download PDF

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Abstract

一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法，属于中厚板轧制技术领域。为无板形控制设备的中厚板轧机，提供末阶段压下规程分配计算方法，同时保证轧制产品的板形良好。其特征在于：先假定各道次温度均为阶段入口温度，利用神经元网络确定板形控制路径(道次比例凸度变化率)；按照板形良好条件，计算板形控制道次的必需压下量，锁定板形控制路径，反向计算板形控制道次的压下量分配；按轧机设备能力反向计算得到非板形控制道次的初始压下量；反复迭代，直到各道次的温度收敛为止；按照指定的道次间轧制力变化趋势，对非板形控制道次压下量进行优化，得到最终的道次压下量分配。该方法在满足用户指定压下特征的同时，确保钢板板形良好。

Description

一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法
技术领域
本发明属于中厚板轧制技术领域，尤其涉及一种中厚板末阶段板形锁定的规程分配方法。
背景技术
中厚板轧制末阶段一般指精轧阶段，其规程分配方法不仅影响轧制效率，而且对最终板形也有重要影响。特别是有些钢厂的老式轧机不配备弯辊等板形控制设备，或者弯辊等板形控制设备不能正常工作时，末阶段的压下规程分配直接决定了钢板的最终板形。因此，在发挥轧机最大压下能力的前提下，保证轧后板形良好，需要为轧制末阶段制定出合理的道次压下规程。
目前，中厚板末阶段的压下规程分配原则通常按照正向的计算方法，从阶段入口开始，按轧机的最大能力计算各道次的压下量和温度变化，直到道次出口厚度小于目标厚度，再将最后一个道次的过压下量分配到前面道次，然后计算为了保持板形良好各道次的弯辊或窜辊等板形执行机构的设定值。但是如果没有板形控制设备，仅靠道次的压下分配来保持良好板形，则上述方法没法实现板形控制。
一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法，根据钢板的化学成分及规格，采用神经元网络学习的方式确定锁定的板形控制参数，按照逆向反推方式计算板形控制道次的压下分配，对其他非板形控制道次按照设备最大能力，用户指定的轧制力梯度参数，采用二次序列规划(SQP)方法进行优化分配，在发挥设备最大潜力的同时，满足了不同产品的工艺制度。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种无弯辊等板形控制设备的中厚板末阶段板形锁定规程分配方法，针对不同钢种和规格的压下工艺制度需求，计算合理的道次压下分配规程，提高轧机生产能力，又能保证轧后钢板的板形良好，从而满足产品的外观要求。
一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法，本发明的技术方案为：
步骤一、根据目标产品化学成分和规格(宽度及厚度)，查表得到钢板的板形锁定目标值(凸度和平直度)，通过神经元网络确定各道次间的板形控制路径(道次比例凸度设定曲线)，并将末阶段入口温度设置为各道次的初始温度值；
步骤二、根据板形锁定目标值，计算对应的末道次轧制力、板形控制道次必需的总压下量(DHfc)；
步骤三、从末道次开始，根据步骤一得到的板形控制路径值，反向计算其它道次的轧制力及压下量，直到总的压下量大于步骤二计算得到的DHfc(板形控制必需总压下量)为止，该道次为板形控制起始道次(Nfc)；
步骤四、从板形控制开始道次开始，逆向计算其他道次的压下量，分配原则为按照设备最大能力进行分配，直到计算的道次入口厚度小于末阶段入口厚度为止，初始分配道次个数及道次压下量；
步骤五、将最终计算的道次入口厚度与末阶段入口厚度之间的偏差值，按照比例分配到板形控制道次外的其他道次，使得最终计算的道次入口厚度等于阶段入口厚度；
步骤六、从阶段入口开始，根据步骤五计算得到的所有道次的压下分配，正向计算各道次的温度值；
步骤七、以各道次温度计算值与上一次的道次计算温度值偏差小于0.1℃作为温度的收敛条件，如果满足收敛条件，则结束道次计算，否则从步骤三开始继续执行循环计算，直到温度收敛条件满足为止；
步骤八、在步骤七计算的道次初始压下分配的基础上，以用户指定的道次间轧制力变化梯度为优化目标，使用二次序列优化算法(SQP)，优化非板形控制道次的压下分配，板形锁定道次保持不变，得到最终的末阶段所有道次规程分配。
所述的通过神经元网络确定板形控制路径其过程为：首先建立板形控制神经元网络，其输入值为钢板主要化学成分、阶段入口厚度、宽度、温度和最终产品的厚度，宽度值，凸度及平直度，输出值为板形控制道次的比例凸度变化系数k；根据凸度和比例凸度的数学关系末道次的比例凸度为Crpn＝Crn/hn，其中hn为钢板目标厚度，下标n代表末道次；其余各道次的比例凸度值为Crpi-1＝Crpi+β，其中β为道次比例凸度修正量，其计算公式为β＝f(hn，w，k，en)，w为钢板目标宽度。
所述的板形控制道次必需的总压下量，其计算方法如下：DHfc＝hn-hfc，其中hfc为板形控制临界厚度，其公式为：hfc＝g(Dw，Bn，hn)，它是工作辊直径Dw，钢板目标宽度Bn和钢板目标厚度hn的函数。
所述的二次序列优化方法(SQP)进行道次压下优化计算，其过程如下：
约束条件：
上下极限值：0～最大压下量Δhmax；
等式约束：∑Δhi＝Δh；
不等式约束：
目标函数：
式中：
Δh表示末阶段非板形控制道次的总压下量；
Δhi表示i道次的压下量计算值；
εi表示i道次的相对压下率计算值；
εmax表示道次相对压下率最大极限值；
Fi表示i道次的轧制力计算值；
Fmax表示道次轧制力最大极限值；
Tori表示i道次的力矩计算值；
Tormax表示道次力矩最大极限值；
α为道次间的轧制力平滑系数；
Ncf表示板形控制起始道次；
x为优化的道次压下分配值。
所述的板形控制路径，反向计算其它板形控制道次轧制力和压下量，其计算过程如下：根据末道次的出口凸度Crn，计算末道次轧制力Fn，轧制力和钢板出口凸度之间的关系为F＝θ(Cr)，它是轧制是出口凸度的非线性函数；在已知道次轧制力后，计算出对应的道次压下量Δhn，从而得到末道次的入口厚度hn-1(即末二道次的出口厚度)。根据前述板形控制路径中所得到的道次间比例凸度计算方法，末二道次的比例凸度Crpn-1＝Crpn+β，在已知末二道次出口厚度hn-1时可以计算得到末二道次出口凸度Crn-1＝Crpn-1·hn-1，根据轧制力和道次出口凸度之间的关系式，可以计算得到末二道次的轧制力Fn-1。依此方法计算得到其它道次的轧制力、压下量及出口凸度值，直到总的压下量大于板形控制必需压下量DHfc为止。
本发明提供的一种中厚板末阶段板形锁定规程分配方法，对于轧制末阶段从末道次开始锁定板形控制路径，反向计算确定板形控制道次数及压下量，然后按照轧机最大能力反向计算非板形控制道次的压下量，最后使用二次序列优化算法，按照指定的道次间轧制力变化趋势对非板形控制道次的压下量进行优化，得到最终的压下分配规程。该方法既能在末阶段发挥轧机的最大能力，提高产线生产效率，又能保证轧后的钢板板形良好，能够满足不同钢种和规格的板形控制需求。
附图说明
图1是本发明的分配流程流程图；
图2是本发明具体实施方式的规程分配方法的计算流程图；
图3是本发明具体实施方式的道次比例凸度分配图；
图4是本发明具体实施方式的优化前后的轧制力分配效果对比图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种中厚板板形锁定的规程分配方法，利用实际工艺参数计算钢板末阶段的规程，应用于中厚板轧制技术领域。选取钢种Q345B，规格8.1*2905，相关参数如表1和表2，说明如下：
表1 设备工艺参数
参数名称 数值
最大轧制力/KN 5000
最大力矩/KN*m 1450
最大功率/KW 7000
末阶段最大压下量/mm 18
末阶段最大压下率/％ 40
支撑辊直径/mm 2000
工作辊直径/mm 960
表2 末阶段工艺参数
参数名称 数值
阶段入口厚度/mm 100
阶段入口平均温度/℃ 1100
阶段入口宽度/mm 2905
出口目标厚度/mm 8.1
出口目标宽度/mm 2905
(1)读取末阶段的已知数据，包括末阶段入口厚度H0、入口温度T0、出口目标厚度hn、出口目标宽度w等，并将阶段入口温度设置为各道次的初始温度值T0i；
(2)根据钢板的钢族、钢种和规格细分层别，查表得到末道次钢板凸度Crn和en平直度，本本案例中Crn＝0.089，en＝0
(3)根据给定的钢种和规格，利用神经元网络算法，经过训练和学习得到板形控制路径值(道次间比例凸度修正系数)k，本案例中k＝2，进而计算得到道次间的比例凸度变化量：
ΔCrpn-1＝f(h，w，k，en)＝0.00639
(4)根据末道次的板形锁定值(凸度和平直度)，计算末道次的轧制力和板形控制道次需要的总压下量，得到的末道次的轧制力为22500KN，板形控制道次的总压下量DHfc为5.0mm；
(5)从末道次开始逆向反推板形控制的道次个数及道次压下量，计算过程如下：
a)根据板形控制道次需要的总压下量DHfc以及出口目标厚度hn，计算板形控制开始厚度Hcf
Hcf＝hn+DHfc＝13.1mm
b)根据出口厚度hn，计算末道次出口的比例凸度值Crpn
Crpn＝Crn/hn＝0.011
c)采用二分法搜索Fn对应的压下量Δhn，从而得到末道次的入口厚度Hn
Hn＝hn+Δhn＝8.1+1.02＝9.12
d)判断是否满足Hn>Hcf，如果满足，则结束，否则根据比例凸度修正系数k,计算前一道次的比例凸度Crpn-1，从而得到前一道次的轧制力Fn-1、压下量Δhn-1、入口厚度Hn-1等，依次类推，直到道次入口厚度Hi>Hcf为止。
(4)从板形控制开始道次开始，逆向计算其他道次的压下量，分配原则为按照设备最大能力进行分配，直到计算的道次入口厚度小于末阶段入口厚度为止，初始分配道次个数及道次压下量；
(5)将最终计算的道次入口厚度与末阶段入口厚度之间的偏差值，按照比例分配到板形控制道次外的其他道次，使得最终计算的道次入口厚度等于阶段入口厚度；
(6)按照从末阶段入口到出口的的正向计算方式，计算各个道次的温度值；
(7)以各道次温度计算值与上一次的道次温度值偏差<0.1作为温度的收敛条件，如果满足收敛条件，则执行后面的步骤，否则继续执行步骤三，直到温度收敛条件满足为止；
(8)判断末道次抛钢方向是否满足要求，如果满足，则直接执行下面的步骤，否则需要附加一个道次，添加原则为锁定板形控制道次，将附加道次添加至板形控制开始道次之前，附加道次压下量取板形控制开始道次与前一道次的压下量的平均值。
表3 初始计算道次分配计算结果
(9)引进优化算法，按照操作人员指定的道次间轧制力变化梯度(轧制力平滑系数)为优化目标，对非板形控制道次的压下量进行优化，优化算法为序列二次规划算法(SQP)，给定约束条件和目标函数，通过求解，得到道次压下量优化后的结果。本案例中操作指定的道次间轧制力平滑系数为α＝1.1。
约束条件：
上下极限值：0～18mm
等式约束：∑Δhi＝Δh
不等式约束：
目标函数：
式中：
Δh表示末阶段的总压下量；
Δhi表示i道次的压下量计算值；
εi表示i道次的相对压下率计算值；
εmax表示道次相对压下率最大极限值；
Fi表示i道次的轧制力计算值；
Fmax表示道次轧制力最大极限值；
Tori表示i道次的力矩计算值；
Tormax表示道次力矩最大极限值；
α表示道次间的轧制力平滑系数；
Ncf表示板形控制起始道次。
表4 优化计算后的道次分配计算结果
道次号 道次压下量 道次入口厚度 道次轧制力
1 17.51 100.00 29679
2 17.00 82.49 32559
3 15.55 65.49 35290
4 13.43 49.94 38013
5 10.87 36.51 41266
6 7.28 25.64 40884
7 5.14 18.35 39561
8 2.49 13.21 34061
9 1.65 10.72 29327
10 0.96 9.06 22979

Claims (5)

1.一种无弯辊中厚板末阶段板形锁定规程分配方法，其特征在于：
步骤一、根据目标产品化学成分和规格，查表得到钢板的板形锁定目标值，通过神经元网络确定各道次间的板形控制路径，并将末阶段入口温度设置为各道次的初始温度值；
步骤二、根据板形锁定目标值，计算对应的末道次轧制力、板形控制道次必需的总压下量DHfc；
步骤三、从末道次开始，根据步骤一得到的板形控制路径值，反向计算其它道次的轧制力及压下量，直到总的压下量大于步骤二计算得到的DHfc为止，该道次为板形控制起始道次Nfc；
步骤四、从板形控制开始道次开始，逆向计算其他道次的压下量，分配原则为按照设备最大能力进行分配，直到计算的道次入口厚度小于末阶段入口厚度为止，得到初始分配道次个数及道次压下量；
步骤五、将最终计算的道次入口厚度与末阶段入口厚度之间的偏差值，按照比例分配到板形控制道次外的其他道次，使得最终计算的道次入口厚度等于阶段入口厚度；
步骤六、从阶段入口开始，根据步骤五计算得到的所有道次的压下量，正向计算各道次的温度值；
步骤七、以各道次温度计算值与上一次的道次计算温度值偏差小于0.1℃作为温度的收敛条件，如果满足收敛条件，则结束道次计算；否则从步骤三开始继续执行循环计算，直到温度收敛条件满足为止；
步骤八、在步骤七计算的道次初始压下分配的基础上，以用户指定的道次间轧制力变化梯度为优化目标，使用二次序列优化方法，优化非板形控制道次的压下分配，板形锁定道次保持不变，得到最终的末阶段所有道次规程分配。
2.如权利要求1所述的分配方法，其特征在于，所述的通过神经元网络确定末道次板形控制路径其过程为：首先建立板形控制神经元网络，其输入值为钢板主要化学成分、阶段入口厚度、宽度、温度和最终产品的厚度，宽度值，凸度及平直度，输出值为板形控制道次的比例凸度变化系数k；根据凸度和比例凸度的数学关系末道次的比例凸度为Crpn＝Crn/hn，其中hn为钢板目标厚度，下标n代表末道次；其余各道次的比例凸度值为Crpi-1＝Crpi+β，其中β为道次比例凸度修正量，其计算公式为β＝f(hn，w，k，en)，w为钢板目标宽度。
3.如权利要求1所述的分配方法，其特征在于，所述的板形控制道次必需的总压下量，其计算方法如下：DHfc＝hn-hfc，其中hn为钢板目标厚度，n末道次，hfc为板形控制临界厚度，其公式为：hfc＝g(Dw，Bn，hn)，其中Dw为工作辊直径，Bn为钢板目标宽度。
4.如权利要求1所述的分配方法，其特征在于：所述的二次序列优化方法，其过程如下：
约束条件：
上下极限值：0～最大压下量Δhmax；
等式约束：∑Δhi＝Δh；
不等式约束：
目标函数：
式中：
Δh表示末阶段非板形控制道次的总压下量；
Δhi表示i道次的压下量计算值；
εi表示i道次的相对压下率计算值；
εmax表示道次相对压下率最大极限值；
Fi表示i道次的轧制力计算值；
Fmax表示道次轧制力最大极限值；
Tori表示i道次的力矩计算值；
Tormax表示道次力矩最大极限值；
α为道次间的轧制力平滑系数；
Ncf表示板形控制起始道次；
x为优化的道次压下分配值。
5.如权利要求2所述的分配方法，其特征在于：所述的板形控制路径，反向计算其它板形控制道次轧制力和压下量，其计算过程如下：根据末道次的出口凸度Crn，计算末道次轧制力Fn，轧制力和钢板出口凸度之间的关系为F＝θ(Cr)；计算出对应的道次压下量Δhn，得到末道次的入口厚度hn-1；
末二道次的比例凸度Crpn-1＝Crpn+β，在已知末二道次出口厚度hn-1时计算得到末二道次出口凸度Crn-1＝Crpn-1·hn-1，根据轧制力和道次出口凸度之间的关系式，计算得到末二道次的轧制力Fn-1；依次计算得到其他道次的轧制力、压下量及出口凸度值，直到总的压下量大于板形控制必需压下量DHfc为止。
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