冷连轧机制规程优化模型的研究 Microsoft Word 文档.doc

冷连轧机轧制规程优化模型的研究 学 院: 材料科学与工程 专 业: 材料成型与控制 班 级: 0601 学 生: 陈永 学 号: 指导教师: 洪慧平 简述：轧制规程的制定是冷连轧生产中的重要一环，对轧制速度、成品质量以及产能效率等都有着直接的影响。以往轧制规程的制定中没有充分考虑到各机架的功率分配、划痕的防治与预防问题，往往不能保证连轧机组发挥最大效能,成品带材的表面质量也得不到保证。如何兼顾这些因素的综合作用，使得各机架的负荷分配更趋于合理，带钢表面质量更加良好，是现代冷连轧生产工艺中轧制规程制定的趋势。 1.以功率为优化目标的压下制度设定 1.1 负荷分配与轧制规程设定关系研究 轧制负荷包括轧制压力P、轧制力矩N和轧制功率W。对于单机架而言，轧制负荷满足下面的条件即可： 然而，在冷连轧过程中，功率的分配对轧制过程起着重要的影响。如果功率分配不合理，在轧制过程中可能会出现个别机架的电机功率出现超限情况，此时虽然其它机架的电机功率还有很大的余量，但轧制将无法进行，另外，由于整个机组的轧制速度受限于电机功率最小的机架，因此功率的不合理分配也将会限制整个机组的轧制速度，无法最大限度地发挥机组的轧制能力，降低了生产效率。可见，在连轧机轧制规程的优化设定中，除了满足式(1)的约束条件外，还必须充分的考虑各机架的电机特点，合理的分配各机架的电机功率，这对冷连轧而言是至关重要的。 1.2 轧制工艺条件与功率的关系 根据相关文献可以知道，在轧制过程中所消耗的电机功率可用下式来表示： 由电机功率的表达式可见，功率受轧制力矩和轧辊转速的影响。轧辊转速与带钢出口速度之间又存在下面的关系： 对于连轧机而言，各机架出口带钢速度还必须满足秒流量相等的原则，即有下式成立： 则各机架出口带钢速度可以表示为： 式中：υiυn分别为第i机架和第n机架(即末机架)的出口带钢速度； hi、hn分别为第i机架和第n机架(即末机架)的出口带钢厚度； 如果将式(3)和(5)代入式(2)中，便可以得到第i机架电机功率的另一种表达形式，即： 由公式(6)可以看出，对于五机架冷连轧机而言，当压下制度和张力制度确定的条件下，改变机组的轧制速度(这一过程可以看作是机组由穿带到高速稳定轧制的提速过程)，第i机架和第j机架的电机功率之比可以表示为： 由式(7)可以看出，此时机架间的电机功率之比只与其前滑值有关。由于前滑值与1相差两个数量级，且随速度的变化波动比较小，则可以近似的认为有下式成立： 也就是说，机架间电机功率之比受轧制速度改变的影响很小，基本不变。可见，影响机架间功率比值的只有轧制力矩。轧制力矩的计算方法有很多种，主要包括： (1)按金属作用在轧辊上的总压力计算轧制力矩； (2)按金属作用在轧辊上的切向摩擦力计算轧制力矩； (3)按轧制时的能量消耗确定轧制力矩。 无论是哪一种轧制力矩的确定方法，究其根本条件都是相同的，即受道次压下量和前后张力的影响由hill公式表示的轧制力矩为： 由公式(9)可以看出，提高入口厚度或后张力值均可增加轧制力矩；提高出口厚度或前张力值均可降低轧制力矩。另外，需要指出的是，在连轧机组中，改变任何一个量都会影响到前后两个机架的轧制力矩，从而前后两个机架的电机功率都会发生改变。可见，在设计机架间功率比例的时候，必须把所有机架作为一个整体来综合考虑，整体优化设定。 1.3 以功率为优化目标的压下制度设定 对于五机架冷连轧而言，在设定轧制规程的时候，总是希望各机架的相对负荷尽可能均匀，各机架电机功率在升速的过程中能够同比例的增加，而不会出现个别机架的电机功率超限情况。据此提出了各机架电机功率相对余量差值最小的优化原则。所谓的相对余量差值最小是指各机架的负荷余量占该机架须用负荷的比例与五个机架的相对余量均值之差最小。在轧制规程设定中，在各约束条件的可行域内，如果保证了各机架功率的相对余量差值最小，则可以使机组整体的轧制速度达到最大的可能值。对于五机架连轧机而言，在以各机架电机功率相对余量差值最小为优化目标的压下制度设定中，由于根据工艺要求入口和出口处的厚度值及张力值已经给出，假定机架间的张力值也已知,即首先设定张力值。这样就只剩下中间厚度共4个未知参数，而5个机架提供了5个功率方程，多了一个约束条件，无法得到解。因此只能在各机架联立的可能解区间内寻求一个最优值，采用最小二乘法构造目标函数如下： 式中：Pi第i机架的轧制压力； N