自由程序軋制中軋輥橫移與負(fù)荷分配的建模與優(yōu)化研究.pdf

1、進(jìn)入工業(yè)社會(huì)以來(lái)，鋼鐵一直是人類(lèi)最重要的基礎(chǔ)原材料。目前，中國(guó)鋼鐵銷(xiāo)售額約占全國(guó)GDP的8％，年產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的50％，是我國(guó)最重要的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是，當(dāng)前鋼鐵生產(chǎn)的利潤(rùn)微薄，降低制造成本成為鋼鐵企業(yè)生死存亡的關(guān)鍵所在。與此同時(shí)，用戶(hù)需求越來(lái)越多樣化，對(duì)產(chǎn)品品種、規(guī)格、質(zhì)量的要求也越來(lái)越嚴(yán)。于是，能同時(shí)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(shù)(Schedule-Free Rol

2、ling，SFR)應(yīng)運(yùn)而生。
　　SFR是帶鋼熱軋中實(shí)現(xiàn)柔性生產(chǎn)組織的有效途徑，它是指在一個(gè)換輥周期內(nèi)，鋼種、厚度、寬度幾乎可以不受限制地自由過(guò)渡的軋制技術(shù)，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(shè)備條件和優(yōu)化控制技術(shù)等因素，SFR目前在國(guó)內(nèi)并未得到普遍推廣。近年，隨著熱軋?jiān)O(shè)備不斷進(jìn)步，國(guó)內(nèi)部分熱軋生產(chǎn)線開(kāi)始具備實(shí)施SFR的設(shè)備條件，但優(yōu)化控制技術(shù)的缺失反而成為制約SFR實(shí)施的瓶頸。
　　SF

3、R優(yōu)化控制技術(shù)的困難在于:一是過(guò)程建模復(fù)雜:優(yōu)化目標(biāo)的精度要求為微米級(jí)，且受到軋制規(guī)格、工藝參數(shù)、設(shè)備狀態(tài)等眾多因素的影響;二是優(yōu)化算法困難，SFR問(wèn)題是多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，計(jì)算過(guò)程非常復(fù)雜、耗時(shí)較長(zhǎng)，難以用于實(shí)時(shí)控制。
　　近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)性能的不斷提升，使得對(duì)SFR的綜合優(yōu)化成為可能。結(jié)合寶鋼1880熱軋?jiān)赟FR實(shí)施過(guò)程中存在的問(wèn)題，本文進(jìn)行了軋輥橫移與負(fù)荷分配的建模與優(yōu)化研究。通過(guò)研發(fā)SFR優(yōu)化控制技術(shù)，克服軋制過(guò)程中不斷增長(zhǎng)

4、變化的局部不均勻軋輥磨損與熱凸度，保持精軋過(guò)程的軋制穩(wěn)定性。主要研究?jī)?nèi)容及進(jìn)展如下：
　　1、在對(duì)軋輥磨損影響因素進(jìn)行詳細(xì)分析的基礎(chǔ)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(jì)—疊加方法，對(duì)一個(gè)換輥周期內(nèi)的軋輥磨損進(jìn)行分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)實(shí)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(yán)重磨損造成的貓耳現(xiàn)象，有利于實(shí)施自由程序軋制。
　　2、通過(guò)對(duì)軋輥溫度場(chǎng)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(duì)軋輥熱凸度的影響，提出模擬軋輥溫度場(chǎng)PR格式的差分方法，指出軋件對(duì)軋輥溫度場(chǎng)的影響存在“淺層效應(yīng)”。對(duì)一個(gè)換輥周期內(nèi)的軋輥熱變形進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)實(shí)施軋輥橫移后，軋輥熱膨脹的范圍向輥身邊部區(qū)域擴(kuò)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(biāo)優(yōu)化方法。開(kāi)發(fā)基于分解的多目標(biāo)差分進(jìn)化算法(MODE/D)，它使用差分進(jìn)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(guò)橫移步長(zhǎng)、橫移行程等決策變量來(lái)控制橫移策略;通過(guò)數(shù)值模擬，分析橫移策略對(duì)軋輥綜合輥型的影響，給出兩個(gè)平滑指標(biāo)，用來(lái)評(píng)價(jià)橫移對(duì)軋件接觸部位輥縫形狀的影響，以軋制計(jì)劃帶鋼的平均邊部平滑指標(biāo)、平均中部平滑指標(biāo)為目標(biāo)函數(shù)，建立橫移策略的多目標(biāo)優(yōu)化模型。在此基礎(chǔ)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(fù)荷分配的多目標(biāo)優(yōu)化方法。開(kāi)發(fā)高精度軋制力與軋制力矩的一體化模型，為負(fù)荷分配計(jì)算提供力能參數(shù);提出軋制力模式負(fù)荷分配的

7、CLAD算法，用于在線實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配計(jì)算;提出確定負(fù)荷分配系數(shù)的多目標(biāo)優(yōu)化模型，考慮能耗最小、負(fù)荷均衡和板形良好等優(yōu)化目標(biāo)，分析了不同目標(biāo)間的矛盾關(guān)系。
　　本文的研究?jī)?nèi)容，為軋輥橫移策略與精軋負(fù)荷分配的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，同時(shí)面向自由程序軋制的在線控制，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。相關(guān)成果應(yīng)用到寶鋼1880熱連軋機(jī)組，大幅度拓展產(chǎn)線的自由軋制能力，同寬軋制長(zhǎng)度從30km提高到60km，集批軋制總長(zhǎng)度從70公里提高到100公里，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、