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        冷軋軋制模型變形抗力優(yōu)化實(shí)踐

        2020-11-10 08:24:12王衛(wèi)遠(yuǎn)孟慶軍范啟慶
        山東冶金 2020年5期
        關(guān)鍵詞:鋼種抗力機(jī)架

        王衛(wèi)遠(yuǎn),孟慶軍,范啟慶

        (馬鞍山鋼鐵股份有限公司 制造部,安徽 馬鞍山243000)

        1 前 言

        在冷連軋軋制過程中,二級模型的精準(zhǔn)設(shè)定是實(shí)現(xiàn)軋鋼過程高質(zhì)、高效、穩(wěn)定生產(chǎn)的前提和保障,熱軋來料特性、設(shè)備工裝磨損狀況、儀表數(shù)據(jù)漂移、工藝潤滑條件和其他環(huán)境條件的變化等各方面影響二級模型的計(jì)算精度,引起壓下、張力、速度、軋制力等基本設(shè)定精度惡化,最終導(dǎo)致產(chǎn)品厚度超差長度增加、軋制失穩(wěn)等后果。

        某產(chǎn)線DP780 在生產(chǎn)過程中受各種因素的影響,軋制力模型精度無法保證,導(dǎo)致軋制困難、質(zhì)量不穩(wěn)定等情況。本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,采用離線模擬工具展開對DP780 鋼種的軋制力模型優(yōu)化,優(yōu)化后該鋼種軋制力計(jì)算模型精度大大提高,軋制穩(wěn)定。冷連軋采用日立計(jì)算模型“經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)”“迭代及目標(biāo)值修正”“校核”“經(jīng)驗(yàn)系數(shù)”等完成模型的計(jì)算及設(shè)定輸出,通過自學(xué)習(xí)模型完成模型精度的動(dòng)態(tài)修正。

        2 軋制力模型計(jì)算

        冷連軋生產(chǎn)過程控制二級模型基本計(jì)算中,所采用的軋制力計(jì)算模型考慮了變形抗力、摩擦系數(shù)、張力、接觸弧長等因素[1],其計(jì)算公式如下:

        式中:Pca為計(jì)算軋制力;Pa為實(shí)際軋制力;b為帶鋼寬度;Kp為動(dòng)態(tài)變形抗力;K為張力影響系數(shù);Dp為摩擦力影響系數(shù);R'為帶鋼壓扁半徑;H為帶鋼入口厚度;h為帶鋼出口厚度;Zp為軋制力自適應(yīng)系數(shù);tb為后張力;tf為前張力;r為總壓下率。

        軋制力模型計(jì)算時(shí),通過預(yù)設(shè)軋輥壓扁半徑,利用公式計(jì)算軋制力,再利用計(jì)算得出的軋制力反算軋輥壓扁,再利用反算過來的軋輥壓扁計(jì)算軋制力,如此反復(fù)迭代,直到軋制壓力不斷收斂,末端兩次軋輥壓扁計(jì)算得出的軋制力相差小于某限定值時(shí)得出二級設(shè)定軋制力,系統(tǒng)認(rèn)為此時(shí)計(jì)算的軋制力與軋輥壓扁半徑最接近真實(shí)值。通過采用爬山法獲取新的軋制力值,使用新的軋制力計(jì)算軋輥壓扁半徑[2],重新對計(jì)算軋制力Pca計(jì)算,該計(jì)算過程可用圖1表示。

        圖1 軋制力計(jì)算流程

        系統(tǒng)引入了軋制力自適應(yīng)系數(shù)概念,軋制力自適應(yīng)系數(shù)為實(shí)際軋制力與計(jì)算軋制力之比[3],表征軋制力計(jì)算模型的精度水平。軋制力自適應(yīng)系數(shù)合理的控制范圍為0.9~1.1[4],即偏差在±10%內(nèi),某系統(tǒng)自適應(yīng)系數(shù)存在0.75~1.40 的“窗口限制”,如果實(shí)際生產(chǎn)過程中突破了這個(gè)“窗口”,軋制力自學(xué)習(xí)模型將停止自適應(yīng)。

        3 變形抗力系數(shù)優(yōu)化

        3.1 靜態(tài)變形抗力模型

        冷軋帶鋼的變形抗力是軋制力計(jì)算中重要的組成部分,冷軋帶鋼的變形抗力取決于帶鋼的化學(xué)成分以及軋制過程中影響金屬變形的物理?xiàng)l件[5],變形抗力模型計(jì)算如下:

        式中:ks為靜態(tài)變形抗力為計(jì)算應(yīng)變率,ε為軋制時(shí)的平均變形率,ξ為平均總壓下率,l、m、n為靜態(tài)變形抗力計(jì)算參數(shù)。

        在靜態(tài)變形抗力模型l、m、n三個(gè)參數(shù)中,l反映加工硬化曲線的高度,m反映了加工硬化曲線中小變形區(qū)內(nèi)的曲線陡度,n反映曲線的斜率,三者均正向影響曲線走向。m通常取固定值0.01,l、n均為與材料特性相關(guān)的常數(shù),其中n為材料硬化指數(shù),反映帶鋼在冷軋過程中加工硬化能力,由于考慮到針對具體某一鋼種進(jìn)行優(yōu)化,因此變形抗力模型中,僅對靜態(tài)變形抗力模型進(jìn)行研究。

        3.2 靜態(tài)變形抗力模型系數(shù)優(yōu)化

        根據(jù)鋼鐵材料特性及已有l(wèi)、n,可以發(fā)現(xiàn)鋼種優(yōu)化中隨著強(qiáng)度的增加,l逐漸增大,n逐漸減小。

        3.3 靜態(tài)變形抗力模型系數(shù)優(yōu)化過程

        DP780 所在鋼種組是除DP980 外強(qiáng)度最高的一組,設(shè)定軋制力與實(shí)際軋制力相差較大,變形抗力模型系數(shù)優(yōu)化首先針對DP780 所在鋼種組進(jìn)行優(yōu)化。

        變形抗力優(yōu)化的基本思路:首先利用Analys模型優(yōu)化工具初步分析,分析各鋼種分組是否合理,對不合理分組進(jìn)行整理,然后確定l、n值的大概取值可使自學(xué)習(xí)系數(shù)在合理范圍內(nèi);最后,利用模型計(jì)算工具進(jìn)行計(jì)算,根據(jù)計(jì)算軋制力與實(shí)際軋制力之差來確定l、n的值;在l、n值確定后對鋼種組各規(guī)格各鋼種進(jìn)行驗(yàn)算,找出相差較大者,必要時(shí)取樣測量相差較大的鋼種應(yīng)力應(yīng)變曲線,確定最終分組方案,最終給出各組合理的l、n值。

        同時(shí),變形抗力優(yōu)化的需要分步進(jìn)行。對于目前實(shí)際軋制力與預(yù)設(shè)定軋制力相差較大的鋼種組應(yīng)分步進(jìn)行優(yōu)化,如果一次性將l、n值調(diào)整到目標(biāo)值,得到的軋制力需要再乘以目前軋制力自學(xué)習(xí)系數(shù)。由于目前自學(xué)習(xí)系數(shù)普遍偏高(1.2~1.5),會(huì)導(dǎo)致設(shè)定軋制力與實(shí)際軋制力偏差更大,不利于模型優(yōu)化。通過分步調(diào)整l、n值,使設(shè)定軋制力逐漸靠近實(shí)際軋制力,同時(shí)通過二級自學(xué)習(xí),將自學(xué)習(xí)系數(shù)降低,最終使自學(xué)習(xí)系數(shù)穩(wěn)定在0.9 到1.1理想狀態(tài),最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算軋制力與實(shí)際軋制力相差50 t之內(nèi)。

        4 變形抗力模型系數(shù)優(yōu)化具體方案的制定

        2019年7—11月DP780 所在組鋼種生產(chǎn) 276卷,5 497.61 t。通過圖2可以看出,例如1架自學(xué)習(xí)系數(shù)在1.0~1.5,各鋼種自學(xué)習(xí)系數(shù)分布較寬,且在1.28附近可看到一分界線。

        圖2 DP780所在鋼種組5機(jī)架自學(xué)習(xí)系數(shù)分布情況

        各機(jī)架隨強(qiáng)度逐漸減小,自學(xué)習(xí)系數(shù)分布情況見圖3。

        從各機(jī)架的自學(xué)習(xí)分布可以看出,以550 MPa為界可分為兩組。550 MPa 以上鋼種有CR780T/420Y,H500LA,HC340/590DPD,HC420/DP780,HC550/980DP,M410LA;550 MPa 以 下 鋼 種 有E390D.R,H380LAD,M380AS,兩組自學(xué)習(xí)系數(shù)沒有相互摻雜,分組特征明顯。通過圖4 可見,分組后,兩組自學(xué)習(xí)系數(shù)分布較為集中,便于優(yōu)化。

        利用Analys 模型優(yōu)化工具對一個(gè)月的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步優(yōu)化,確定l、n的大概取值,優(yōu)化過后的各機(jī)架自學(xué)習(xí)系數(shù)分布情況如圖5所示。

        然后根據(jù)初步確定的l、n值,利用計(jì)算工具來調(diào)整l、n值,當(dāng)計(jì)算軋制力和實(shí)際軋制力在合理范圍內(nèi)時(shí)確定最終的l、n值。根據(jù)得到的l、n值,對鋼種組中其他鋼種及規(guī)格進(jìn)行驗(yàn)算,對于計(jì)算軋制力與實(shí)際軋制力相差較大者進(jìn)行分析,必要時(shí)取樣測量該鋼種的拉伸曲線。

        通過計(jì)算,550 MPa 以上鋼種組l、n值優(yōu)化,同時(shí)利用自己制作計(jì)算工具驗(yàn)算可以發(fā)現(xiàn),新l、n對應(yīng)計(jì)算軋制力與實(shí)際軋制力相差100 t左右??墒棺詫W(xué)習(xí)系數(shù)在合理范圍內(nèi),根據(jù)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)功能,可將計(jì)算中軋制力與實(shí)際軋制力進(jìn)一步縮小,從而保持在50 t之內(nèi)。

        550 MPa以下鋼種1架自學(xué)習(xí)系數(shù)主要分布在1.1~1.2。通過模擬計(jì)算建議l=112,n=0.13。鋼種組l、n值優(yōu)化方案見表1。

        圖3 各機(jī)架隨強(qiáng)度逐漸減小自學(xué)習(xí)系數(shù)分布情況

        圖4 各鋼種5機(jī)架自學(xué)習(xí)系數(shù)分布情況

        圖5 優(yōu)化前后5機(jī)架自學(xué)習(xí)系數(shù)分布情況

        表1 變形抗力參數(shù)優(yōu)化

        5 結(jié) 語

        變形抗力優(yōu)化的基本思路,首先利用Analys模型優(yōu)化工具初步分析,分析各鋼種分組是否合理,對不合理分組進(jìn)行整理,然后確定l、n值大概取值可使自學(xué)習(xí)系數(shù)在合理范圍內(nèi),最后利用模型計(jì)算工具進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算軋制力與實(shí)際軋制力之差確定l、n的值,在l、n值確定后對鋼種組各規(guī)格各鋼種進(jìn)行驗(yàn)算,找出相差較大者,必要時(shí)取樣測量相差較大的鋼種應(yīng)力應(yīng)變曲線,確定最終分組方案,最終給出各組合理的l、n值。

        變形抗力優(yōu)化的需要分步進(jìn)行。對于目前實(shí)際軋制力與預(yù)設(shè)定軋制力相差較大的鋼種組應(yīng)分步進(jìn)行優(yōu)化,如果一次性將l、n值調(diào)整到目標(biāo)值,得到的軋制力需要再乘以目前軋制力自學(xué)習(xí)系數(shù)。由于目前自學(xué)習(xí)系數(shù)普遍偏高(1.2~1.5),會(huì)導(dǎo)致設(shè)定軋制力與實(shí)際軋制力偏差更大,不利于模型優(yōu)化。通過分步調(diào)整l、n值,使設(shè)定軋制力逐漸靠近實(shí)際軋制力,同時(shí)通過二級自學(xué)習(xí),將自學(xué)習(xí)系數(shù)降低,最終使自學(xué)習(xí)系數(shù)穩(wěn)定在0.9~1.1理想狀態(tài),最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算軋制力與實(shí)際軋制力相差50 t之內(nèi)。

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