專利名稱：帶鋼的平整工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋼材的加工方法，特別涉及一種帶鋼的平整工藝。
背景技術(shù)：
平整是對(duì)經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火后的帶鋼以較小的變形量(延伸率一般為0.2％～3％)進(jìn)行軋制、以消除屈服平臺(tái)、保證機(jī)械性能、控制板形，并得到要求的表面形貌的軋制過(guò)程。無(wú)論是傳統(tǒng)的還是現(xiàn)代冷軋工藝過(guò)程，平整都是必不可少的主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一。由于平整是決定成品帶鋼板形、機(jī)械性能的最后一道工序，對(duì)于保證冷軋帶鋼的質(zhì)量具有非常重要的意義。
目前熱鍍鋅機(jī)組的平整功能是由光整機(jī)和拉伸彎曲矯直機(jī)共同完成的，其中光整機(jī)的主要作用是改善帶鋼機(jī)械性能、光整表面，但改善板形的功能不能保證拉伸彎曲矯直機(jī)(簡(jiǎn)稱拉矯機(jī))的主要作用是改善板形，帶鋼進(jìn)入拉矯板形改善，但機(jī)械性能就不能得到保證。目前世界各國(guó)對(duì)帶鋼生產(chǎn)的現(xiàn)狀都是這樣。因此，對(duì)板形和機(jī)械性能要求都很高的產(chǎn)品(如汽車板)，目前普遍采用的“平整+拉矯”就不能滿足要求。
下面對(duì)光整機(jī)和拉矯機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀和存在問(wèn)題進(jìn)行具體分析。
目前熱鍍鋅機(jī)組平整機(jī)平整參數(shù)的設(shè)定通常以保證帶鋼機(jī)械性能和光整表面為主要目標(biāo)，改善板形的角度看沒(méi)有可靠的措施；工作輥雖配有彎輥裝置，但因參數(shù)設(shè)定不正確，彎輥力的設(shè)定和控制完全由操作人員憑經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)操作來(lái)完成，很難充分發(fā)揮作用。因此目前光整機(jī)改善板形的能力和效果都有限。
在基礎(chǔ)自動(dòng)化方面，各國(guó)為了保證機(jī)械性能，控制延伸率，一般采用延伸率閉環(huán)控制(即恒延伸率控制)和恒軋制壓力控制。采用恒延伸率控制方式時(shí)，軋制壓力的波動(dòng)不可避免。而軋制壓力波動(dòng)不利于光整表面，同時(shí)會(huì)引起負(fù)載輥縫的變化，進(jìn)而可能會(huì)使帶鋼出口板形變差。恒軋制壓力控制時(shí)延伸率控制精度難以保證，影響帶鋼機(jī)械性能均勻性。因此世界各國(guó)無(wú)法在一臺(tái)平整機(jī)上同時(shí)達(dá)到板形和機(jī)械性能都好拉矯機(jī)通過(guò)對(duì)帶鋼的拉伸和方向正反交替變化的彎曲作用，使帶鋼產(chǎn)生一定的塑性延伸，從而達(dá)到改善帶鋼板形的目標(biāo)。拉矯機(jī)的拉伸加多次方向正負(fù)交替彎曲作用產(chǎn)生的塑性延伸變形，與平整機(jī)的單向壓縮加拉伸作用產(chǎn)生的塑性延伸變形相比，對(duì)帶鋼的機(jī)械性能所帶來(lái)的影響是不一樣的在延伸率大小相等的條件下，拉矯機(jī)使帶鋼屈服極限的升高比平整機(jī)來(lái)得大。帶鋼屈服極限的升高意味著成型性能的下降，因此，拉矯過(guò)程會(huì)對(duì)帶鋼的機(jī)械性能(主要指成型性能)產(chǎn)生不利影響。正是由于這個(gè)原因，對(duì)于成型性能要求很高的汽車板，常常為了保證機(jī)械性能只光整而不拉矯，而造成板形質(zhì)量不高。此外，拉矯過(guò)程中的反復(fù)彎曲易對(duì)帶鋼表面質(zhì)量產(chǎn)生不良影響，比較常見(jiàn)的如造成熱鍍鋅帶鋼表面“抬頭紋”缺陷，對(duì)于表面質(zhì)量要求特別高的汽車外板，這種缺陷是不能容忍的。
目前世界各國(guó)為了解決板形問(wèn)題發(fā)明了各種軋機(jī)(平整機(jī))，這些軋機(jī)在改善和控制板形方面的確有不同程度的作用。但設(shè)備的投資增大，有時(shí)效果也不一定好。我們認(rèn)為；帶鋼的板形好壞取決于帶鋼在輥縫中塑性變形的那一瞬間，此時(shí)的輥縫稱為負(fù)載輥縫。影響負(fù)載輥輥縫的有關(guān)因素如圖1所示。負(fù)載輥縫不僅與軋機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，而且與軋件(即帶鋼)本身的條件以及平整時(shí)的各種工藝參數(shù)都有關(guān)系。合理的設(shè)計(jì)軋輥的輥形和優(yōu)化設(shè)定平整工藝參數(shù)是獲得理想的負(fù)載輥縫的重要手段之一。發(fā)明各種軋機(jī)不是唯一的方法。
另外，目前世界各國(guó)尚未能做到使帶鋼的機(jī)械性能和板形同時(shí)良好，而是對(duì)板形要求高的產(chǎn)品(如家電板)重點(diǎn)保證板形而不能保證機(jī)械性能，對(duì)機(jī)械性能要求高的產(chǎn)品(如汽車板)重點(diǎn)保證機(jī)械性能而不能保證板形。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是為了解決目前普遍采用的“光整+拉矯”平整模式存在的上述問(wèn)題，建立一種新的帶鋼的平整工藝，該工藝在一臺(tái)普通平整機(jī)上，能同時(shí)保證出口帶鋼的板型及機(jī)械性能良好。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種帶鋼的平整工藝，包括以下主要技術(shù)措施a、平整輥輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)a.1、將支承輥輥形設(shè)計(jì)為輥身中部為平輥、左右端部為k次方函數(shù)的曲線Db(x)=D|x|≤(L/2-lz)D-2δ(|x|-(L/2-lz)lz)k|x|>(L/2-lz)]]>式中k＝4，δ沿軋輥徑向磨削量，lz為輥面兩端磨削長(zhǎng)度，D為軋輥直徑，L為輥面長(zhǎng)度；a.2、將工作輥輥形設(shè)計(jì)為余弦函數(shù)曲線Dw(y)＝Dw-a[1-cos(by)]/(1-cosb)式中y＝2x/Lw，x∈[-Lw/2，+Lw/2]，a＞0，代表工作輥凸度值，b＞0a.3、將輥形曲線的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)確定為minG(X)=Σj=1mW(j){α[Saj-S0S0]2+βmax(qi)j-min(qi)jq‾}]]>式中X＝[δ，lz，k，a，b]，Saj-在一定輥形下，對(duì)應(yīng)于第j個(gè)代表規(guī)格使目標(biāo)函數(shù)F(S，X)最小的最佳彎輥力，S0-基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)最大、最小彎輥力，W(j)-第j種規(guī)格的權(quán)重，由第j種規(guī)格(包括其所代表的各種相近規(guī)格)產(chǎn)量除以總產(chǎn)量得到，m-選取的代表規(guī)格的數(shù)量，max(qi)j、min(qi)j、 -第j個(gè)典型規(guī)格產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的輥間壓力最大值、最小值以及平均值，α、β-最佳彎輥力項(xiàng)、輥間壓力分布項(xiàng)加權(quán)系數(shù)，α≥0、β≥0；
b、平整工藝參數(shù)優(yōu)化預(yù)設(shè)定b.1、優(yōu)化平整工藝參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)以平整延伸率ε、平整速度V、入口張力T0和出口張力T1作為優(yōu)化變量，并將其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為minF(X)＝max(σ1i)-min(σ1i)式中X-優(yōu)化變量，max(σ1i)-帶鋼出口最大張應(yīng)力，min(σ1i)-帶鋼出口最小張應(yīng)力，S0-基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大、最小彎輥力；b.2、優(yōu)化平整工藝參數(shù)的取值范圍b.2.1、將彎輥力S的取值范圍設(shè)定為|Sa-S0|≤S，式中，S0為基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大、最小彎輥力；S為最佳彎輥力Sa偏離基態(tài)彎輥力的許可極限值；b.2.2、將平整延伸率ε的取值范圍設(shè)定為ε≥ε0i，式中，ε0i為消除第i種鋼種規(guī)格帶鋼屈服平臺(tái)所需要的最小平整延伸率；b.2.3、將軋制壓力P的取值范圍設(shè)定為Pmin≤P≤Pimax，式中，Pmin為平整機(jī)正常軋制時(shí)允許的最小軋制壓力，Pimax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的軋制壓力上限值；b.2.4、將入口張力T0的取值范圍設(shè)定為T(mén)0min≤T0≤T0imax，式中，T0min為平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)允許的最小入口張力，T0imax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的入口張力上限值；b.2.5、將出口張力T1的取值范圍設(shè)定為T(mén)1min≤T1≤T1imax，式中，T1min為平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)允許的最小出口張力，T1imax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的出口張力上限值；b.2.6、將平整速度V的取值范圍設(shè)定為Vmin≤V≤Vmax，式中，Vmin為機(jī)組相關(guān)工藝段要求的速度下限值，Vmax為機(jī)組相關(guān)工藝段要求的速度上限值；c、延伸率和板形綜合優(yōu)化控制
c.1、計(jì)算一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)延伸率設(shè)定值與延伸率測(cè)定值偏差值的平均值Δε，當(dāng)|Δε|＜ε0時(shí)，保持恒張力控制；當(dāng)|Δε|≥ε0時(shí)，在張力給定值Tsv上疊加補(bǔ)償量ΔT，直到|Δε|＜ε0為止；c.2、當(dāng)某個(gè)調(diào)節(jié)周期出現(xiàn)|Δε|≥ε0時(shí)，如果前面各個(gè)調(diào)節(jié)周期的張力補(bǔ)償量累積超過(guò)給定的上限，保持張力給定值不變，在軋制壓力給定值Psv上疊加補(bǔ)償量ΔP，同時(shí)在彎輥力給定值Ssv上疊加補(bǔ)償量ΔS ，使彎輥力跟隨軋制力變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到|Δε|＜ε0為止。
本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，使其與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下顯著的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)1、由于對(duì)平整輥輥形進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，在延伸率、張力、軋制壓力等影響出口板形的工藝參數(shù)的選擇比較合理的前提下，以各個(gè)代表規(guī)格帶鋼的最佳彎輥力(使得該代表規(guī)格帶鋼出口張應(yīng)力分布最均勻即出口板形最好的彎輥力)與基態(tài)彎輥力(液壓彎輥系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)范圍的中心點(diǎn))之差最小、工作輥與支撐輥之間的壓力分布最均勻?yàn)閮?yōu)化目標(biāo)，設(shè)計(jì)出工作輥和支撐輥的輥形曲線，使得各帶鋼規(guī)格的最佳彎輥力處于液壓彎輥系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)范圍之內(nèi)并靠近基態(tài)彎輥力，提高了光整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)控制板形的能力，降低了輥耗，同時(shí)使得最佳彎輥力所對(duì)應(yīng)的出口板形良好。而且通過(guò)對(duì)平整輥輥形的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以得到一個(gè)對(duì)所有規(guī)格都比較適合的輥形，可大大降低生產(chǎn)成本。
2、由于對(duì)平整工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化預(yù)設(shè)定，在輥形優(yōu)化的基礎(chǔ)上，以平整機(jī)的設(shè)備能力范圍、消除屈服平臺(tái)所需的平整延伸率取值范圍、光整表面所需要的單位軋制壓力取值范圍、最佳彎輥力與基態(tài)彎輥力之差在規(guī)定的范圍內(nèi)等為約束條件，以延伸率、前后張力、軋制速度等為優(yōu)化變量，以出口張應(yīng)力橫向分布最大值和最小值之差最小為目標(biāo)，優(yōu)化確定平整工藝參數(shù)預(yù)設(shè)定值，使得平整過(guò)程以經(jīng)過(guò)優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定控制，保證各個(gè)規(guī)格帶鋼最佳彎輥力對(duì)應(yīng)的出口板形最優(yōu)，同時(shí)彎輥力有足夠的在線調(diào)節(jié)范圍。
3、由于對(duì)延伸率和板形進(jìn)行了綜合優(yōu)化控制，能夠在平整參數(shù)的實(shí)際值由于來(lái)料狀況變化、隨機(jī)擾動(dòng)等原因發(fā)生波動(dòng)時(shí)，在確保平整出口板形基本不變的前提下，通過(guò)綜合發(fā)揮張力和軋制壓力對(duì)延伸率的控制作用，合理選擇延伸率給定偏差值，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)延伸率和板形的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，克服光整機(jī)要么只進(jìn)行恒延伸率控制、要么只進(jìn)行恒軋制壓力控制帶來(lái)的弊端。
綜上所述，本發(fā)明的工藝在不增加和提高光整機(jī)配置的前提下，通過(guò)平整輥輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)、平整工藝參數(shù)優(yōu)化預(yù)設(shè)定以及延伸率板形綜合優(yōu)化控制等措施，在改進(jìn)光整機(jī)控制延伸率、光整表面功能的基礎(chǔ)上，提高光整機(jī)的板形控制能力和控制效果，實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)普通四輥平整機(jī)代替“光整機(jī)+拉矯機(jī)”，同時(shí)達(dá)到改善帶鋼機(jī)械性能、光整帶鋼表面和保證帶鋼板形的目標(biāo)，從而進(jìn)一步提高了熱鍍鋅帶鋼特別是熱鍍鋅汽車板的產(chǎn)品質(zhì)量。適用于熱鍍鋅機(jī)組，同時(shí)也適用于退火后的平整。在僅投入普通四輥平整機(jī)的情況下，可達(dá)到帶鋼的板形保證值4-6I，命中率≥97％，延伸率控制精度≤±0.1％(絕對(duì)值)。具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。


圖1是影響負(fù)載輥縫的有關(guān)因素圖；圖2是支撐輥輥形示意圖。
圖3是延伸率板形綜合優(yōu)化控制系統(tǒng)方框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明帶鋼的平整工藝可進(jìn)一步說(shuō)明如下1、平整輥輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)一般地，熱鍍鋅機(jī)組所要生產(chǎn)的帶鋼品種規(guī)格范圍比較寬，而光整機(jī)的板形調(diào)控手段又很有限。實(shí)踐表明，即使以出口板形最佳為目標(biāo)對(duì)各規(guī)格的平整參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)定，仍然還經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)下列情況A、由于某些規(guī)格帶鋼的最佳彎輥力在光整機(jī)彎輥系統(tǒng)能夠提供的彎輥力范圍以外，在線控制時(shí)無(wú)論如何調(diào)整彎輥力，出口板形都不好。
B、盡管某些規(guī)格帶鋼的最佳彎輥力在光整機(jī)彎輥系統(tǒng)能夠提供的彎輥力范圍以內(nèi)，但靠近彎輥能力的上限或下限，在線控制時(shí)彎輥力的調(diào)節(jié)受到限制，只能單向調(diào)節(jié)，出口板形可能會(huì)不好。
C、盡管某些規(guī)格帶鋼的最佳彎輥力接近基態(tài)彎輥力，但是對(duì)應(yīng)的負(fù)載輥縫不合理，帶鋼出口板形達(dá)不到要求。
在其它相關(guān)因素一定的前提下，輥形曲線直接決定負(fù)載輥縫現(xiàn)狀，輥形曲線優(yōu)化設(shè)計(jì)是避免上述情況的有效手段。通過(guò)輥形優(yōu)化，設(shè)計(jì)一套合適的工作輥和支撐輥輥形，一方面，可以使得各規(guī)格產(chǎn)品的最佳彎輥力基本上都在基態(tài)附近，彎輥力在平整過(guò)程中有足夠的上下調(diào)節(jié)范圍，大大提高彎輥力對(duì)板形的控制能力。另一方面，可以減小甚至消除工作輥與支撐輥在帶鋼寬度以外的有害接觸區(qū)，使得支承輥與工作輥之間的接觸壓力分布合理、接觸寬度自動(dòng)適應(yīng)帶鋼寬度的變化而變化，對(duì)應(yīng)的負(fù)載輥縫形狀理想，帶鋼出口張力的橫向分布差均勻，從而達(dá)到提高板形質(zhì)量的目的。
平整輥輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)包括以幾個(gè)方面1.1、輥形曲線形式的確定取支承輥輥形曲線的一般形式為偶函數(shù)多次多項(xiàng)式。對(duì)于平整機(jī)由于不需要對(duì)板凸度進(jìn)行控制，多項(xiàng)式中2次項(xiàng)可以略去，而6次項(xiàng)與4次項(xiàng)系數(shù)相比很小，也可以省略，而把支承輥設(shè)計(jì)為輥身中部為平輥、左右端部為k(通常取4即可)次方函數(shù)的曲線Db(x)=D|x|≤(L/2-lz)D-2δ(|x|-(L/2-lz)lz)k|x|>(L/2-lz)]]>式中k＝4，δ為沿軋輥徑向磨削量，lz為輥面兩端磨削長(zhǎng)度，D為軋輥直徑，L為輥面長(zhǎng)度(參見(jiàn)圖2)。
按照上述原則設(shè)計(jì)的支撐輥的輥形如圖2所示。
工作輥輥形曲線的一般形式設(shè)計(jì)為余弦函數(shù)曲線Dw(y)＝Dw-a[1-cos(by)]/(1-cosb)式中y＝2x/Lw，x∈[-Lw/2，+Lw/2]a＞0，代表工作輥凸度值b＞0將輥形曲線參數(shù)集合定義為X＝[δ，lz，k，a，b]，作為優(yōu)化變量。
1.2、輥形曲線優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)在平整生產(chǎn)實(shí)踐中，板形控制的目標(biāo)就是使帶鋼前張應(yīng)力橫向分布均勻，即帶鋼寬度各點(diǎn)前張應(yīng)力之差最小?；诖?，把板形控制的目標(biāo)函數(shù)確定為F(S，X)＝max(σ1i)-min(σ1i)式中S-彎輥力，X-輥形參數(shù)集合，X＝[δ，lz，k，a，b]，σ1i-表示帶鋼寬度i點(diǎn)的前張應(yīng)力值，當(dāng)輥形參數(shù)X一定時(shí)，帶鋼的前張應(yīng)力橫向分布值σ1i是彎輥力S的函數(shù)，對(duì)于某一個(gè)規(guī)格的帶鋼，必然存在一個(gè)最佳彎輥力Sa，使得F最小，即F(Sa，X)＝min(max(σ1i)-min(σ1i))此外，在平整軋制時(shí)，軋制壓力是通過(guò)支撐輥傳遞給工作輥，再由工作輥傳遞給帶鋼。工作輥與支撐輥之間的輥間壓力分布直接決定了負(fù)載輥縫形狀，輥間壓力分布均勻，則軋制過(guò)程中工作輥的磨損均勻，可以有效降低工作輥和支撐輥的輥耗，延長(zhǎng)換輥周期，同時(shí)避免因工作輥的不均勻磨損造成負(fù)載輥縫形狀(決定了平整出口板形)的變化。
基于以上分析，以各個(gè)代表規(guī)格的最佳彎輥力與基態(tài)彎輥力之差最小、以及工作輥與支撐輥之間的壓力分布最均勻作為輥形曲線的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)minG(X)=Σj=1mW(j){α[Saj-S0S0]2+βmax(qi)j-min(qi)jq‾}]]>式中X-優(yōu)化變量，X＝[δ，lz，k，a，b]Saj-在一定輥形下，對(duì)應(yīng)于第j個(gè)代表規(guī)格使目標(biāo)函數(shù)F(S，X)最小的最佳彎輥力；S0-基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)最大、最小彎輥力。
W(j)-第j種規(guī)格的權(quán)重，由第j種規(guī)格(包括其所代表的各種相近規(guī)格)產(chǎn)量除以總產(chǎn)量得到。
m-選取的代表規(guī)格的數(shù)量。
max(qi)j、min(qi)j、 -第j個(gè)典型規(guī)格產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的輥間壓力最大值、最小值以及平均值。
α、β-最佳彎輥力項(xiàng)、輥間壓力分布項(xiàng)加權(quán)系數(shù)，α、β≥0。
優(yōu)化約束條件工作輥與支撐輥之間的接觸線寬大于帶鋼寬度；各規(guī)格的出口浪形小于規(guī)定值。
1.3、典型代表規(guī)格帶鋼的選取由于機(jī)組生產(chǎn)的產(chǎn)品規(guī)格一般都很多，為減少計(jì)算量，提高最優(yōu)化搜索速度，只需要選取一些有代表性的規(guī)格帶鋼，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。表1示出了典型代表規(guī)格帶鋼的選取原則。
表1

1.4、輥形參數(shù)優(yōu)化搜索方法輥形參數(shù)優(yōu)化實(shí)際上是一個(gè)多維變量的有約束優(yōu)化問(wèn)題，采用Powell最優(yōu)搜索法可以較快的得出優(yōu)化結(jié)果。
2、平整工藝參數(shù)優(yōu)化預(yù)設(shè)定在輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在保證機(jī)械性能和光整表面的前提下，分別對(duì)各個(gè)規(guī)格帶鋼的平整工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)定，使得出口板形良好。
2.1、優(yōu)化平整工藝參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)根據(jù)軋制理論可知，在來(lái)料帶鋼、平整輥輥型和輥面形貌等一定的前提下，平整延伸率ε、軋制速度 V、入口張力T0和出口張力T1等決定了軋制壓力P，而當(dāng)ε、V、T0、T1和P都一定時(shí)，必然存在一最佳彎輥力S，使得帶鋼的出口板形最好。因此，對(duì)于一種確定規(guī)格的帶鋼，必然存在著一組最優(yōu)的ε、V、T0和T1，對(duì)應(yīng)帶鋼的出口板形好，同時(shí)最佳彎輥力距離基態(tài)彎輥力比較近。彎輥力設(shè)定值在基態(tài)彎輥力附近時(shí)，在線控制時(shí)通過(guò)彎輥系統(tǒng)調(diào)節(jié)出口板形的能力最強(qiáng)。
如前所述，帶鋼的前張應(yīng)力橫向分布是彎輥力S的函數(shù)。在來(lái)料帶鋼、平整輥輥型和輥面形貌等條件一定時(shí)，最佳彎輥力Sa是ε、V、T0、T1的函數(shù)，即Sa＝f(ε、V、T0、T1)為了達(dá)到出口板形好，將平整工藝參數(shù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為minF(X)＝max(σ1i)-min(σ1i)式中X＝[ε、V、T0、T1]max(σ1i)、min(σ1i)-帶鋼出口最大張應(yīng)力、最小張應(yīng)力。
S0-基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大、最小彎輥力。
2.2、優(yōu)化平整工藝參數(shù)的取值范圍從保證產(chǎn)品機(jī)械性能、確保機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的角度出發(fā)，給出平整工藝參數(shù)優(yōu)化取值范圍2.2.1、彎輥力S|Sa-S0|≤S，式中，S0為基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大、最小彎輥力；S為最佳彎輥力Sa偏離基態(tài)彎輥力的許可極限值。
2.2.2、平整延伸率εε≥ε0i，式中，ε0i為消除第i種鋼種規(guī)格帶鋼屈服平臺(tái)所需要的最小平整延伸率。
2.2.3、軋制壓力PPmin≤P≤Pimax，式中，Pmin為平整機(jī)正常軋制時(shí)允許的最小軋制壓力；Pi min為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的軋制壓力上限值。
2.2.4、入口張力T0T0min≤T0≤T0imax，式中，T0min為平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)允許的最小入口張力，根據(jù)機(jī)組平整段之前和之后的張力確定；T0imax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的入口張力上限值。
2.2.5、出口張力T1T1imin≤T1≤T1imax，式中，T1min為平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)允許的最小出口張力；T1imax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的出口張力上限值。
2.2.6、軋制速度V:
Vmin≤V≤Vmax，式中，Vmin為機(jī)組相關(guān)工藝段要求的軋制速度下限值；Vmax為機(jī)組軋制速度上限值。
2.3、優(yōu)化計(jì)算方法平整工藝參數(shù)優(yōu)化是一個(gè)多維變量的有約束優(yōu)化問(wèn)題，可以首先通過(guò)目標(biāo)函數(shù)變換將有約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，然后采用Powell最優(yōu)化搜索法得出優(yōu)化結(jié)果。
3、延伸率板形綜合優(yōu)化控制延伸率板形綜合優(yōu)化控制的功能是在實(shí)際延伸率、軋制壓力、張力等由于來(lái)料狀況變化、隨機(jī)擾動(dòng)等原因發(fā)生波動(dòng)時(shí)，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，使實(shí)際值回歸到設(shè)定值。光整機(jī)控制系統(tǒng)一般有延伸率控制閉環(huán)、軋制壓力控制閉環(huán)、張力控制閉環(huán)和彎輥力閉環(huán)等控制回路。其中延伸率是通過(guò)軋制壓力控制閉環(huán)和張力控制閉環(huán)實(shí)現(xiàn)間接閉環(huán)控制的。
圖3是延伸率板形綜合優(yōu)化控制系統(tǒng)方框圖。延伸率板形綜合優(yōu)化控制的技術(shù)方案可參照?qǐng)D3說(shuō)明如下首先計(jì)算一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)延伸率設(shè)定值與延伸率反饋值偏差值的平均值Δε。在延伸率閉環(huán)的延伸率偏差通道中設(shè)置死區(qū)，當(dāng)延伸率偏差|Δε|＜ε0時(shí)，延伸率閉環(huán)不投入工作，保持恒張力控制；當(dāng)|Δε|≥ε0時(shí)，延伸率閉環(huán)投入工作，即在張力閉環(huán)的給定值Tsv上疊加補(bǔ)償量ΔT(ΔT＝kσεΔεbh，kσε為張應(yīng)力對(duì)延伸率傳遞系數(shù))。上述調(diào)節(jié)過(guò)程直到|Δε|＜ε0為止。當(dāng)某個(gè)調(diào)節(jié)周期出現(xiàn)|Δε|≥ε0時(shí)，如果前面各個(gè)調(diào)節(jié)周期的張力補(bǔ)償量累積|∑ΔT|超過(guò)給定的上限，保持張力內(nèi)環(huán)給定值不變，在軋制壓力閉環(huán)的給定值Psv上疊加補(bǔ)償量ΔP(ΔP＝kpεΔε，kpε為軋制壓力對(duì)延伸率傳遞系數(shù))，同時(shí)在彎輥力閉環(huán)的給定值Ssv上疊加補(bǔ)償量ΔS(ΔS＝kspΔP，ksp為彎輥力對(duì)軋制壓力傳遞系數(shù))，使彎輥力跟隨軋制力變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到|Δε|＜ε0為止。
上述的張力對(duì)延伸率傳遞系數(shù)Kσε由下式計(jì)算得出kσϵ=-kpϵ/(ΔPΔσ1+ΔPΔσ0)]]>式中，σ0為前張力，σ1為后張力。
軋制壓力對(duì)延伸率傳遞系數(shù)Kpε由下式計(jì)算得出kpϵ=ΔPΔϵ=P(ϵ+Δϵ)-P(ϵ)Δϵ]]>式中，Δε為延伸率的測(cè)定值與設(shè)定值之偏差。
彎輥力對(duì)軋制壓力傳遞系數(shù)Ksp由下式計(jì)算得出ksp=ΔSΔP=S(P+ΔP)-S(P)P(ϵ+Δϵ)-P(ϵ).]]>
權(quán)利要求
1.一種帶鋼的平整工藝，其特征在于包括以下主要技術(shù)措施a、平整輥輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)a.1、將支承輥輥形設(shè)計(jì)為輥身中部為平輥、左右端部為k次方函數(shù)的曲線Db(x)=D|x|≤(L/2-lz)D-2δ(|x|-(L/2-lz)lz)k|x|>(L/2-lz)]]>式中k＝4，δ為沿軋輥徑向磨削量，lz為輥面兩端磨削長(zhǎng)度，D為軋輥直徑，L為輥面長(zhǎng)度；a.2、將工作輥輥形設(shè)計(jì)為余弦函數(shù)曲線Dw(y)＝Dw-a[1-cos(by)]/(1-cosb)式中y＝2x/Lw，x∈[-Lw/2，+Lw/2]，a＞0，代表工作輥凸度值，b＞0；a.3、將輥形曲線的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)確定為minG(X)=Σj=1mW(j){α[Saj-S0S0]2+βmax(qi)j-min(qi)jq‾}]]>式中X＝[δ，lz，k，a，b]，Saj-在一定輥形下，對(duì)應(yīng)于第j個(gè)代表規(guī)格使目標(biāo)函數(shù)F(S，X)最小的最佳彎輥力，S0-基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)最大、最小彎輥力，W(j)-第j種規(guī)格的權(quán)重，由第j種規(guī)格(包括其所代表的各種相近規(guī)格)產(chǎn)量除以總產(chǎn)量得到，m-選取的代表規(guī)格的數(shù)量，max(qi)j、min(qi)j、 -第j個(gè)典型規(guī)格產(chǎn)品所對(duì)應(yīng)的輥間壓力最大值、最小值以及平均值，α、β-最佳彎輥力項(xiàng)、輥間壓力分布項(xiàng)加權(quán)系數(shù)，α≥0、β≥0；b、平整工藝參數(shù)優(yōu)化預(yù)設(shè)定b.1、優(yōu)化平整工藝參數(shù)的目標(biāo)函數(shù)以平整延伸率ε、平整速度V、入口張力T0和出口張力T1作為優(yōu)化變量，并將其優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)設(shè)定為minF(X)＝max(σ1i)-min(σ1i)式中X-優(yōu)化變量，max(σ1i)-帶鋼出口最大張應(yīng)力，min(σ1i)-帶鋼出口最小張應(yīng)力，S0-基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大、最小彎輥力；b.2、優(yōu)化平整工藝參數(shù)的取值范圍b.2.1、將彎輥力S的取值范圍設(shè)定為|Sa-S0|≤S，式中，S0為基態(tài)彎輥力，S0＝(Smax+Smin)/2，Smax、Smin分別為平整機(jī)液壓彎輥系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)的最大、最小彎輥力；S為最佳彎輥力Sa偏離基態(tài)彎輥力的許可極限值；b.2.2、將平整延伸率ε的取值范圍設(shè)定為ε≥ε0i，式中，ε0i為消除第i種鋼種規(guī)格帶鋼屈服平臺(tái)所需要的最小平整延伸率；b.2.3、將軋制壓力P的取值范圍設(shè)定為Pmin≤P≤Pimax，式中，Pmin為平整機(jī)正常軋制時(shí)允許的最小軋制壓力，Pimax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的軋制壓力上限值；b.2.4、將入口張力T0的取值范圍設(shè)定為T(mén)0min≤T0≤T0imax，式中，T0min為平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)允許的最小入口張力，T0imax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的入口張力上限值；b.2.5、將出口張力T1的取值范圍設(shè)定為T(mén)1min≤T1≤T1imax，式中，T1min為平整機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)允許的最小出口張力，T1imax為第i種鋼種規(guī)格帶鋼的出口張力上限值；b.2.6、將平整速度V的取值范圍設(shè)定為Vmin≤V≤Vmax，式中，Vmin為機(jī)組相關(guān)工藝段要求的速度下限值，Vmax為機(jī)組相關(guān)工藝段要求的速度上限值；c、延伸率和板形綜合優(yōu)化控制c.1、計(jì)算一個(gè)調(diào)節(jié)周期內(nèi)延伸率設(shè)定值與延伸率測(cè)定值偏差值的平均值Δε，當(dāng) 時(shí)，保持恒張力控制；當(dāng)|Δε|≥ε0時(shí)，在張力給定值Tsv上疊加補(bǔ)償量ΔT，直到 為止；c.2、當(dāng)某個(gè)調(diào)節(jié)周期出現(xiàn)|Δε|≥ε0時(shí)，如果前面各個(gè)調(diào)節(jié)周期的張力補(bǔ)償量累積超過(guò)給定的上限，保持張力給定值不變，在軋制壓力給定值Psv上疊加補(bǔ)償量ΔP，同時(shí)在彎輥力給定值Ssv上疊加補(bǔ)償量ΔS，使彎輥力跟隨軋制力變化而自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到 為止。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶鋼的平整工藝，其特征在于措施c.1中所述的張力補(bǔ)償量ΔT＝kσεΔεbh；式中，kσε為張應(yīng)力對(duì)延伸率傳遞系數(shù)，b為帶鋼的寬度，h為帶鋼的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶鋼的平整工藝，其特征在于所述的張力對(duì)延伸率傳遞系數(shù)Kσε由下式計(jì)算得出kσϵ=-kpϵ/(ΔPΔσ1+ΔPΔσ0)]]>式中，σ0為前張力，σ1為后張力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶鋼的平整工藝，其特征在于措施c.2中所述的軋制壓力補(bǔ)償量ΔP＝kpεΔε，式中，kpε為軋制壓力對(duì)延伸率傳遞系數(shù)，b為帶鋼的寬度，h為帶鋼的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的帶鋼的平整工藝，其特征在于所述的軋制壓力對(duì)延伸率傳遞系數(shù)Kpε由下式計(jì)算得出kpϵ=PΔϵ=P(ϵ+Δϵ)-P(ϵ)Δϵ]]>式中，Δε為延伸率的測(cè)定值與設(shè)定值之偏差。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶鋼的平整工藝，其特征在于措施c.2中所述的彎輥力補(bǔ)償量ΔS＝kspΔP，式中，ksp為彎輥力對(duì)軋制壓力傳遞系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶鋼的平整工藝，其特征在于所述的彎輥力對(duì)軋制壓力傳遞系數(shù)Ksp由下式計(jì)算得出ksp=ΔSΔP=S(P+ΔP)-S(P)P(ϵ+Δϵ)-P(ϵ).]]>
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶鋼的平整工藝，該工藝主要包括平整輥輥形優(yōu)化設(shè)計(jì)、平整工藝參數(shù)優(yōu)化預(yù)設(shè)定以及延伸率和板形綜合優(yōu)化控制三個(gè)方面。該工藝不用拉伸矯直機(jī)，在一臺(tái)普通(一般為四輥)平整機(jī)上，能同時(shí)保證出口帶鋼的板型及機(jī)械性能良好。適用于熱鍍鋅機(jī)組，同時(shí)也適用于退火后的平整。在僅投入普通四輥平整機(jī)的情況下，可達(dá)到帶鋼的板形保證值4－6I，命中率≥97％，延伸率控制精度≤±0.1％(絕對(duì)值)。
文檔編號(hào)B21D1/00GK1840256SQ20051002468
公開(kāi)日2006年10月4日 申請(qǐng)日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月28日
發(fā)明者楊美順, 顧廷權(quán), 陳培林 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司