自由程序軋制中軋輥橫移與負荷分配的建模與優(yōu)化研究.pdf

1、進入工業(yè)社會以來，鋼鐵一直是人類最重要的基礎原材料。目前，中國鋼鐵銷售額約占全國GDP的8％，年產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的50％，是我國最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是，當前鋼鐵生產(chǎn)的利潤微薄，降低制造成本成為鋼鐵企業(yè)生死存亡的關鍵所在。與此同時，用戶需求越來越多樣化，對產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量的要求也越來越嚴。于是，能同時滿足低成本和多樣化要求的柔性化生產(chǎn)模式，成為鋼鐵企業(yè)的必然選擇。在這種背景下，自由程序軋制技術(Schedule-Free Rol

2、ling，SFR)應運而生。
　　SFR是帶鋼熱軋中實現(xiàn)柔性生產(chǎn)組織的有效途徑，它是指在一個換輥周期內(nèi)，鋼種、厚度、寬度幾乎可以不受限制地自由過渡的軋制技術，能有效提高生產(chǎn)組織的自由度、降低生產(chǎn)成本。
　　但是，受制于硬件設備條件和優(yōu)化控制技術等因素，SFR目前在國內(nèi)并未得到普遍推廣。近年，隨著熱軋設備不斷進步，國內(nèi)部分熱軋生產(chǎn)線開始具備實施SFR的設備條件，但優(yōu)化控制技術的缺失反而成為制約SFR實施的瓶頸。
　　SF

3、R優(yōu)化控制技術的困難在于:一是過程建模復雜:優(yōu)化目標的精度要求為微米級，且受到軋制規(guī)格、工藝參數(shù)、設備狀態(tài)等眾多因素的影響;二是優(yōu)化算法困難，SFR問題是多目標優(yōu)化問題，計算過程非常復雜、耗時較長，難以用于實時控制。
　　近年來，隨著計算機性能的不斷提升，使得對SFR的綜合優(yōu)化成為可能。結合寶鋼1880熱軋在SFR實施過程中存在的問題，本文進行了軋輥橫移與負荷分配的建模與優(yōu)化研究。通過研發(fā)SFR優(yōu)化控制技術，克服軋制過程中不斷增長

4、變化的局部不均勻軋輥磨損與熱凸度，保持精軋過程的軋制穩(wěn)定性。主要研究內(nèi)容及進展如下：
　　1、在對軋輥磨損影響因素進行詳細分析的基礎上，采用“切片法”，建立考慮橫移影響的軋輥磨損模型。采用逐步累計—疊加方法，對一個換輥周期內(nèi)的軋輥磨損進行分析計算，發(fā)現(xiàn)實施軋輥橫移后，軋輥磨損在帶鋼寬度方向趨于均勻，消除了軋件邊端部的局部嚴重磨損造成的貓耳現(xiàn)象，有利于實施自由程序軋制。
　　2、通過對軋輥溫度場的數(shù)值模擬，建立高精度的軋輥熱變

5、形模型?？紤]軋輥橫移對軋輥熱凸度的影響，提出模擬軋輥溫度場PR格式的差分方法，指出軋件對軋輥溫度場的影響存在“淺層效應”。對一個換輥周期內(nèi)的軋輥熱變形進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)實施軋輥橫移后，軋輥熱膨脹的范圍向輥身邊部區(qū)域擴展，起到分散熱凸度作用，使熱輥型曲線更為光滑平緩。
　　3、提出軋輥橫移策略的多目標優(yōu)化方法。開發(fā)基于分解的多目標差分進化算法(MODE/D)，它使用差分進化算法代替遺傳算法作為搜索引擎;提出變行程橫移策略及其遞推算法

6、，通過橫移步長、橫移行程等決策變量來控制橫移策略;通過數(shù)值模擬，分析橫移策略對軋輥綜合輥型的影響，給出兩個平滑指標，用來評價橫移對軋件接觸部位輥縫形狀的影響，以軋制計劃帶鋼的平均邊部平滑指標、平均中部平滑指標為目標函數(shù)，建立橫移策略的多目標優(yōu)化模型。在此基礎上，提出交叉軋制橫移策略的兩階段優(yōu)化法。
　　4、提出精軋負荷分配的多目標優(yōu)化方法。開發(fā)高精度軋制力與軋制力矩的一體化模型，為負荷分配計算提供力能參數(shù);提出軋制力模式負荷分配的

7、CLAD算法，用于在線實現(xiàn)負荷分配計算;提出確定負荷分配系數(shù)的多目標優(yōu)化模型，考慮能耗最小、負荷均衡和板形良好等優(yōu)化目標，分析了不同目標間的矛盾關系。
　　本文的研究內(nèi)容，為軋輥橫移策略與精軋負荷分配的優(yōu)化設計提供了理論依據(jù)，同時面向自由程序軋制的在線控制，具有很強的實用性。相關成果應用到寶鋼1880熱連軋機組，大幅度拓展產(chǎn)線的自由軋制能力，同寬軋制長度從30km提高到60km，集批軋制總長度從70公里提高到100公里，實現(xiàn)復雜、