中厚板軋制節(jié)奏控制技術(shù)的研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著中厚板行業(yè)的快速發(fā)展，中厚板的生產(chǎn)趨勢也逐漸向高質(zhì)量、高效率和低能耗的方向發(fā)展。在保證鋼板的組織性能、表面質(zhì)量和尺寸精度的基礎(chǔ)上，盡量縮短其在生產(chǎn)線上的停留時間，并協(xié)調(diào)軋線上各區(qū)域的設(shè)備之間的加工速度，以使鋼板的加工過程實現(xiàn)無阻塞最優(yōu)控制。
　　基于此，本文從鋼板的宏觀和微觀軋制節(jié)奏控制兩方面進行闡述。宏觀軋制節(jié)奏的控制內(nèi)容主要包括考慮庫存和訂單的坯料生產(chǎn)分配、軋制任務(wù)的制定及排序;微觀節(jié)奏的控制內(nèi)容包括軋制待溫模式的選取、出

2、爐時間的計算以及軋制節(jié)奏的自修正策略。其中，在對微觀節(jié)奏問題進行討論時，建立了可用于優(yōu)化微觀節(jié)奏的負荷分配和軋制速度計算模型。同時，它們也為微觀節(jié)奏控制中的時間預(yù)測模型和待溫模式選取模型提供了必需的原始計算參數(shù)。本論文的主要創(chuàng)新性工作如下:
　　(1)建立了基于優(yōu)化軋制節(jié)奏的中厚板軋制負荷分配模型。首先提出了進行負荷分配計算的兩個關(guān)鍵預(yù)設(shè)定參數(shù)——轉(zhuǎn)鋼厚度和軋制力的計算方法。推導(dǎo)出轉(zhuǎn)鋼厚度的計算公式，從小變形條件和全階段大變形條件

3、出發(fā)，討論了展寬比β、金屬橫向流動系數(shù)kβ等參數(shù)的確定機理。介紹了軋制力的傳統(tǒng)預(yù)計算模型及其局限性，在此基礎(chǔ)上提出一種新型的軋制力自學(xué)習(xí)方法，該方法按照鋼種、目標厚度、開軋溫度等軋件信息對自學(xué)習(xí)系數(shù)進行層別劃分。依據(jù)負荷分配理論中最大限度利用軋機能力法中的思想，為后續(xù)負荷分配的優(yōu)化提供了迭代初值的算法，分別使用最優(yōu)化方法中的序列二次規(guī)劃法和外部罰函數(shù)法對負荷分配進行進一步的優(yōu)化，逐步令設(shè)定厚度逼近目標厚度。分別討論了輻射傳熱、自然對流和

4、與軋輥間的熱傳導(dǎo)中換熱系數(shù)和熱流密度以及定壓比熱容Cp的算法，并據(jù)此建立待溫時間計算模型。
　　(2)建立了以優(yōu)化軋制節(jié)奏和控制軋件終軋溫度為目標的中厚板軋制速度設(shè)定模型。列舉了軋制過程中軋輥設(shè)定速度的曲線形狀，分為水平線、三角形和梯形，分析了選取曲線形狀的原則。討論了影響軋輥速度設(shè)定的各種因素，分別利用咬入和穩(wěn)定軋制條件、軋機扭振、動壓軸承的最小油膜厚度等限制條件推導(dǎo)出咬入速度、穩(wěn)定軋制速度和拋鋼速度的臨界值計算方法。其中，在討

5、論咬入和穩(wěn)定軋制條件時，著重分析了軋輥與軋件間摩擦系數(shù)的確定原則。建立了以控制鋼板終軋溫度為主要目標，縮短全道次軋制時間為次要目標的多目標函數(shù)，并將三個速度變量的臨界值作為目標函數(shù)的約束條件。
　　(3)進行了單機架待溫最優(yōu)模式的討論。列舉了同規(guī)格軋件待溫時的模式，先粗略劃分為單坯待溫軋制、成組待溫軋制和交叉待溫軋制，進一步根據(jù)同時可待溫的塊數(shù)以及出爐間隔時間的不同，細分為更多的種類。以固定塊數(shù)的一批軋件為例，在假設(shè)它們滿足不同待

6、溫模式的前提下，分別對它們在不同模式下的軋制總時間、占機率以及出爐時間進行計算，從而對比并篩選出最優(yōu)的待溫模式。對變規(guī)格軋件的待溫問題進行數(shù)學(xué)建模，將該問題轉(zhuǎn)化為加工最優(yōu)路徑的TSP問題，分析了基于蟻群算法的加工最優(yōu)路徑問題的求解步驟。在螞蟻的尋優(yōu)過程中，為減少可能的行進路線和加快算法的收斂，提出了基于優(yōu)先邀請策略的螞蟻行進方向的判別方法。
　　(4)建立了考慮板坯庫存和訂單需求的中厚板宏觀節(jié)奏控制策略。分析了中厚板生產(chǎn)工藝的復(fù)雜

7、性，并對工藝流程中的主要規(guī)則和約束進行了討論。建立了以利潤最大化為優(yōu)先的坯料分配模型，同時該模型也具備多個其它目標函數(shù)，可根據(jù)實際需求在各目標函數(shù)間切換。通過推導(dǎo)證明:由訂單確定的成品結(jié)構(gòu)，可以得到唯一且最優(yōu)的庫存結(jié)構(gòu)。介紹了傳統(tǒng)的軋制任務(wù)排序方法和專家系統(tǒng)的工作原理及其局限性，提出一種新型的軋制任務(wù)排序優(yōu)化方案，為板坯建立排序網(wǎng)絡(luò)圖并利用動態(tài)規(guī)劃法進行求解。
　　(5)研究了基于Petri網(wǎng)論的中厚板微觀軋制節(jié)奏自修正方法。介紹

8、了Petri網(wǎng)的數(shù)學(xué)含義及其有向網(wǎng)的構(gòu)成成分。針對雙機架中厚板生產(chǎn)線的工藝布置狀況，分析了對軋制節(jié)奏進行自修正的必要性以及自修正所采用的基本原理，設(shè)計出雙機架中厚板生產(chǎn)線節(jié)奏受控Petri網(wǎng)模型圖。對軋制節(jié)奏自修正問題進行數(shù)學(xué)建模，根據(jù)對軋線上監(jiān)控庫所工作狀態(tài)的實時掃描反饋數(shù)據(jù)，重構(gòu)各緩存區(qū)的被占用狀態(tài)，從而對加熱爐的出爐時間以及其他所有設(shè)備的加工節(jié)奏進行修正計算。
　　上述研究成果已經(jīng)在我國某中厚板廠得到應(yīng)用，使生產(chǎn)中遇到的一些