双机架热轧中厚板轧机负荷分配的工艺优化研究

1、第23卷 第2期2005年4月 青海大学学报(自然科学版)JournalofQinghaiUniversity(NatureScience) Vol123No12Apr12005双机架热轧中厚板轧机负荷分配的工艺优化研究路义山1,孙建林2(1.北京科技大学材料学院,北京 100083;2.青海大学,青海西宁 810016)摘要:介绍了一种适用于中厚板双机架轧机负荷分配的优化方法,并采用VisualBasic6.0软件编制成应用程序。该方法以轧制力和轧制周期为目标函数,采用一维搜索法进行迭代计算,可以得到实用的轧制规程。其优化轧制规程在生产上应用效果良好,提高了生产能力。关键词:双机架轧机;负荷

2、优化;轧制力;轧制周期中图分类号:TG335 文献标识码:A 文章编号:1006-8996(2005)02-0001-04Studyontheoptimizedmethodappliedinloaddistributioninmediumplatetwo-standmillsLUYi-shan1,SUNJian-lin2(1.UniversityofScienceandTechnology,Beijing100083,China;2.QinghaiUniversity,Xining810016,China)Abstract:Introducedanoptimizedmethodsuitable

3、forloadingdistributioninmediumplatetwo-standmills,andcompileditsprograminVisualBasicsoftware.Designedrollingpressureandrollingrecycleastargetfunction,gainedpracticalpassscheduleusingthemethodofone-dimensionsearching.Thisopti2mizedpassschedulewasappliedinrealproductionprocess,gainedgoodeffects,andimp

4、rovedproductioncapacity.Keywords:two-standmills;loadoptimizing;rollingpress;rollingrecycle国内许多中厚板轧机的轧制过程都是采用人工制定轧制规程,然后通过实际轧制状态的变化进行轧制规程的手动调整,以适应轧件和轧辊的变化,这种轧钢方式可以充分发挥操作人员的人工智能,取得了较好的轧制效果。但是轧制过程自动化是中厚板轧机改造的一个发展趋势,如果轧制过程采用自动轧钢,过程计算机如何设计轧制规程及如何根据状态变化动态进行轧制规程的调整是模型设定系统的一个重要功能。应用计算机程序进行轧制规程的计算是一项十分重要的工作1

5、。本文介绍了一种适用于中厚板双机架轧机负荷分配的优化方法,采用VisualBasic6.0软件编制成应用程序,在实际生产中得到了较好的应用。1 双机架轧机负荷优化的算法思想根据轧制变形理论,在其他条件一定的情况下,轧制力函数和轧制力矩函数是道次压下量的单调递增函数,即压下量越大,轧制力和轧制力矩越大2。当轧件出口厚度点列发生变化时,各道次轧制力中的最大值与最小值之差$P必定随之变化。通过改变轧件出口厚度点列的值,可以使$P的值逐渐减小进而达到它的极小值。一般情况下道次数越少轧制周期越短,对于双机架轧机来说,两架轧机的轧制时间随着中间坯厚度的变化而变化。改变中间坯厚度的大小,选定合适的搜索方向,

6、就可使粗轧阶段的轧制时间和精轧阶段的轧制时间逐渐接近,即两架轧机的轧制时间之差达到最小,双机架轧机负荷优化收稿日期:2004-11-27),男,。2 青海大学学报 第23卷原理如图1所示。在负荷优化的过程中,各工艺参数的初始值选取是否合理是至关重要的,它关系到算法的收敛性和程序运行的时间长短。对于中厚板双机架轧机轧制过程,一般考虑压下量、中间坯厚度和轧制道次的初始值的分配。2 数学模型的选择211 目标函数模型21111 轧制力均衡目标函数 构造轧件出口厚度点列hi和道次轧制力点列Pi(i=1,2,n),对于每一个轧件出口厚度点列一定存在一个最大的道次轧制力Pmax和一个最小的道次轧制力Pmi

7、n,令$P=Pmax-Pmin极小值。这样就确定了粗轧阶段的目标函数为min($P)=min($P(h1,h2,hn)产需要选取。$1<Ep(3)图1 双机架轧机负荷优化原理示意(1)通过改变轧件出口厚度点列的值,可以使$P的值逐渐减小进而达到它的(2)对于中厚板的轧制过程,可简化目标函数如(3)式,Ep的大小根据实际生对于精轧阶段的轧制力均衡目标函数的确定,考虑钢板板形的限制条件,采用恒比例凸度控制板形,即最后几道次的轧制力和钢板出口厚度均衡目标函数模型。对不进行恒比例凸度控制的道次,其轧制力的算术平均值Pa为:Pa=(P1+P2+,+Pn-3)/(n-3)实际计算的道次轧制力与均值的

8、偏离量PPi为: PPi=Pi-Pa对于后三个道次,实际计算轧制力距离直线上对应点的偏离量PPi可推导得出:PPi=Pi-Pn+hi-hn(Pn-3-Pn)hn-3-hn(5)(4)成直线关系。用道次轧制力对理想轧制规程中轧制力的偏离量PPi代替Pi值,则仍可应用上述轧制力21112 最短轧制周期目标函数 根据中厚板的生产特点可以建立以中间坯厚度为设计变量、以两个机架的轧制周期之差为目标函数的优化数学模型。令三辊轧机的轧制周期为t3,四辊轧机的轧制周期为t4,中间坯的厚度为hm,则两个机架的轧制周期之差$t为$t=|t3-t4|=f(hm)则最短轧制周期目标函数为: $t<Et212 约

9、束条件要使目标达到最优,要求在某些限制范围内选择函数或参数,使目标函数达到极值,这些限制范围就构成了选择这些函数或参数的约束条件。在中厚板轧制负荷优化过程中应用的约束条件一般包括咬入条件、轧辊强度条件、板形良好条件和钢板的组织性能限制条件等3。(1)咬入条件:在中厚板粗轧阶段咬入条件是限制压下量的因素之一,即各道次压下量应小于最大允许压下量 $h$hmax=D(1-cosAmax) 粗轧阶段的最大咬入角Amax可取15b。(2)压下率限制条件:根据实际生产厂的生产经验,各道次压下率须小于道次最大允许压下率Emax,即=h/E(6)(7)第2期 路义山,孙建林:双机架热轧中厚板轧机负荷分配的工艺

10、优化研究 3(3)轧辊的强度条件:为满足轧辊的强度条件,轧制总压力P必须小于由轧辊强度所决定的最大允许轧制压力,轧制力矩M必须小于轧辊转矩和电机系统所决定的最大允许轧制力矩,即P=BlpmPmax MMmax213 轧制力能参数模型计算热轧产品的平均单位压力公式中,使用较多的有A.¿.采利可夫公式,R.B.西姆斯公式的简化式志田茂公式和S.艾克隆德公式,可选用S.艾克隆德公式作为单位轧制压力模型。考虑到计算机编写程序的需要,可选用北京科技大学研究得出的变形抗力数学模型艾克隆德提出计算轧制时的平均单位压力公式为:Pm=(1+m)(k+Gu)G)轧件粘性系数,kg#s/mm2;u)变形速

11、度,s-1。变形抗力数学模型的基本公式为:k=R0#Kt#Ku#KE形阻力,MPa;Kt)变形温度影响系数;Ku)变形速度影响系数;KE)变形程度影响系数。(9)式中 R0)基准变形阻力,即变形温度t=1000e、变形速度u=10s-1、变形程度E=40%时的变4。(8)式中 m)考虑外摩擦对单位压力的影响系数;k)轧制材料在静压缩时的变形阻力,MPa;3 应用效果分析应用VisualBasic6.0软件编制的应用程序在某中厚板厂进行了现场生产试验,效果较好。下面以轧制Q235B普碳钢6mm板为例说明该优化方法的具体应用效果。试验钢种为Q235B,坯料规格为180mm1050mm1600mm,

12、成品规格为6mm2000mm6000mm上,开轧温度为1150e,应用本文介绍的优化系统得到的优化规程如表1和表2所示,轧制力和轧制力矩的分布如图2和图3所示。可以看出,两架轧机的轧制力和轧制力矩的分布较均匀,避免了轧制过程中冲击负荷的产生。在实际生产应用中,设备运行平稳,轧制节奏稳定。从轧制周期上看,轧制6mm钢板利用优化轧制规程计算的轧制周期为41s,实际生产轧制周期约40s,比原轧制规程生产时的49s约缩短9s,在生产能力的提高上比较显著。表1 Q235B6mm板三辊轧机优化轧制规程道 次1234567891011轧后厚度(mm)17010150151331011713102188916

13、77166619571248164110压下量(mm)10101915171515171415131212101017917816716压下率(%)611121212131314141516轧制温度(e)11111111111149149147146145144143141139137134单位轧制压力(MPa)531297217074165771028013383171871629115196175102114108150轧制力(kN)3231615659881304813078130031297712798128831280712788轧制力矩(kN#m)21356152311291094

14、10471005946916868826表2 Q235B6mm板四辊轧机优化轧制规程道 次123456轧后厚度(mm)3013221216121117910712压下量(mm)1017811610415217118压下率(%)262727282320轧制温度(e)单位轧制压力(MPa)轧制力(kN)111111121114102084056015144177166118188118219160235114259146202462022219708199171652014883轧制力矩(kN#m)130911519818725884534 青海大学学报 第23卷图2三辊轧机力能参数分布图3 四辊轧机力能参数分布4 结论(1)由于在中厚板双机架轧机负荷优化系统中采用了最优化方法和一些相关数学模型,并且以轧制力和轧制周期为目标函数,对轧制工艺参数进行了综合优化,所以可得出更合理的轧制规程。(2)该种负荷分配的优化方法在中厚板双机架轧机生产中的作用上是成功的,表明了这种优化方法的可行性。(3)通过中厚板双机架轧机负荷优化系统在现场生产中的试验可知,避