沈 麗

（新鄉(xiāng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院數(shù)控技術(shù)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

0 引言

進(jìn)行冷軋?zhí)幚頃r(shí)，需要使用軋輥來實(shí)現(xiàn)壓力與尺寸控制的功能，而軋輥在使用階段會(huì)不斷發(fā)生損耗，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行成本明顯增加。為實(shí)現(xiàn)對(duì)冷軋加工成本的控制，需對(duì)軋輥消耗進(jìn)行有效控制。胡衍生[1]根據(jù)工作輥運(yùn)動(dòng)控制過程構(gòu)建了仿真模型，根據(jù)仿真結(jié)果實(shí)現(xiàn)了對(duì)輥型的優(yōu)化，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，完成輥型改進(jìn)后，輥耗發(fā)生了顯著下降。李碩[2]對(duì)軋輥表面磨損作用機(jī)制進(jìn)行了驗(yàn)證，針對(duì)三種磨損機(jī)制分別構(gòu)建了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。任廣峰[3]則根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程對(duì)軋輥外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，同時(shí)優(yōu)化了加工工藝。胡正超[4]則對(duì)軋輥的斷裂機(jī)制進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，冷軋軋輥產(chǎn)生微裂紋與斷裂現(xiàn)象是由于軋輥同時(shí)受到外部沖擊、熱應(yīng)力作用以及軋輥本身質(zhì)量綜合影響的結(jié)果，因此需要從工藝操作環(huán)節(jié)、制輥技術(shù)、保養(yǎng)方式等方面來考慮。吳志光[5]構(gòu)建了軋制力分析模型，采用有限元分析法完成軋輥應(yīng)力仿真測(cè)試。大部分學(xué)者在控制輥耗與克服軋輥剝落方面基本都是以調(diào)整軋輥輥型、控制參數(shù)或?qū)堓伈僮鬟M(jìn)行優(yōu)化的方式來實(shí)現(xiàn)，很少有學(xué)者采用調(diào)整軋制主工藝的方式來達(dá)到優(yōu)化效果。根據(jù)以上分析，本文從控制軋制主工藝的層面考慮，在確保機(jī)組實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定生產(chǎn)的條件下減少輥耗，同時(shí)有效避免產(chǎn)生爆輥與剝落的情況。

1 輥耗綜合判斷指標(biāo)

進(jìn)行冷軋?zhí)幚頃r(shí)形成較大輥耗的關(guān)鍵因素是軋輥表面受到較大峰值力的長(zhǎng)期作用。當(dāng)產(chǎn)生較大輥間壓力或在輥間壓力發(fā)生橫向不均勻分布時(shí)都會(huì)引起輥間壓力形成較大的峰值。因此，為減小輥耗，分析冷連軋階段機(jī)架軋輥的輥耗狀態(tài)，構(gòu)建了一個(gè)可以對(duì)輥耗程度進(jìn)行表征的參數(shù)——輥耗指標(biāo)γ，該指標(biāo)的計(jì)算式如下：

式中：nmw為工作輥和中間輥存在的輥間條元數(shù)量；nmb為支承輥和中間輥包含的輥間條元數(shù)量；qmw，j為工作輥和中間輥形成的輥間壓力，kN；qmb，j為輥間壓力分布結(jié)果，kN；j 為條元數(shù)量。

以γ 表示各個(gè)機(jī)架輥耗的判斷指標(biāo)，當(dāng)指標(biāo)γ 降低時(shí)，說明軋輥達(dá)到了更小的輥耗程度，而當(dāng)輥耗判斷指標(biāo)γi增大時(shí)，則說明發(fā)生了更大的軋輥輥耗。

軋輥輥耗以及剝落程度受到軋制壓力、輥間壓力與輥身長(zhǎng)度不均勻程度的綜合影響。其中，輥間壓力與軋制壓力提高時(shí)，軋輥輥耗也會(huì)隨之上升。因此在壓力值較大的部位會(huì)產(chǎn)生明顯磨損，從而引起輥耗上升的現(xiàn)象，甚至造成軋輥剝落的問題。

2 軋制主工藝優(yōu)化模型

為有效控制軋輥輥耗，根據(jù)以上輥耗判斷指標(biāo)，對(duì)冷連軋機(jī)進(jìn)行整體分析，從而獲得更優(yōu)的軋制主工藝，實(shí)現(xiàn)輥耗的顯著下降。經(jīng)綜合分析可以發(fā)現(xiàn)，針對(duì)特定軋制過程，在保持各項(xiàng)工藝潤(rùn)滑條件一致的條件下，確定鋼種、軋制與軋輥工藝后，機(jī)架輥耗判斷指標(biāo)γ 與機(jī)架壓下量分配ε、張力制度σ 的關(guān)系為：

以上研究結(jié)果表明，利用對(duì)軋制主工藝進(jìn)行優(yōu)化來調(diào)整機(jī)架輥耗判斷指標(biāo)γ，從而形成更均勻分布的冷連軋機(jī)架輥耗判斷指標(biāo)γ。

定義s 為機(jī)架帶鋼出口板形波動(dòng)率：

式中：si為實(shí)際測(cè)量板厚，s0為設(shè)置板厚。

將控制方程表示為如下形式：

式中：F（X）為優(yōu)化后的目標(biāo)函數(shù)；i 為機(jī)架數(shù)量；α 為加權(quán)系數(shù)；kmw為工作輥和中間輥可允許的最大不均勻度；kmb為支承輥與中間輥許可最大不均勻度系數(shù)；smax為末機(jī)架出口許可最大板形波動(dòng)率；ρ 為安全系數(shù)。

通過Powell 法[6]完成求解過程，從圖1 中可以看到具體的計(jì)算框圖[7]。

圖1 基于冷軋輥耗的軋制主工藝優(yōu)化流程圖

3 算例分析

對(duì)某鋼廠的1420 冷連軋機(jī)組進(jìn)行研究，該機(jī)組包含了5 個(gè)機(jī)架，各機(jī)架都是由6 輥軋機(jī)構(gòu)成，為減少輥耗并提升經(jīng)濟(jì)效益，采用上述模型對(duì)2.0 mm×810 mm 的MRT-5CA 帶鋼進(jìn)行軋制工藝優(yōu)化。同時(shí)為便于對(duì)比，依次列出了優(yōu)化前后的張力、壓下制度與輥耗判斷指標(biāo)，之后在之前計(jì)算式中分別代入優(yōu)化前與優(yōu)化后得到的參數(shù)，同時(shí)計(jì)算出目標(biāo)函數(shù)值，最后對(duì)出口帶材板形參數(shù)進(jìn)行分析，得到表1 所示的結(jié)果。對(duì)表1 進(jìn)行分析可知，輥耗程度目標(biāo)值由0.773減小至0.406，降低了近47.5%；用于評(píng)價(jià)末機(jī)架出口板形狀態(tài)的板形波動(dòng)率則由7.2%減小為6.3%，減小幅度為12.5%；優(yōu)化前后的板形曲線如圖2 所示，經(jīng)過優(yōu)化處理獲得更優(yōu)板形結(jié)構(gòu)[8]。以上結(jié)果表明，采用本文優(yōu)化方法，可通過調(diào)整軋制主工藝的方式使軋制階段形成更均勻的輥間壓力，使輥間壓力與輥耗顯著降低，從而使帶鋼獲得更優(yōu)出口表面質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)效益的顯著提升。

表1 優(yōu)化前后指標(biāo)結(jié)果統(tǒng)計(jì)

圖2 優(yōu)化前后出口板形曲線對(duì)比

4 結(jié)論

1）為有效控制軋輥輥耗，根據(jù)以上輥耗判斷指標(biāo)，對(duì)冷連軋機(jī)進(jìn)行整體分析，從而獲得更優(yōu)的軋制主工藝，實(shí)現(xiàn)輥耗的顯著下降。

2）以某鋼廠1420 冷連軋機(jī)組進(jìn)行算例分析，采用本文優(yōu)化方法可通過調(diào)整軋制主工藝的方式使軋制階段形成更均勻的輥間壓力，使輥間壓力與輥耗發(fā)生顯著降低。