專利名稱：利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提高帶鋼熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，屬于帶鋼熱軋技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)的比較1、一般的軋制力計算方法在熱軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，軋制力預(yù)報精度對于軋機(jī)彈跳量的計算、輥縫設(shè)定精度以及最終的成品厚度有著至關(guān)重要的作用，是精軋數(shù)模的核心。早在1943年奧羅萬通過對板材的軋制過程的研究，考慮到軋件在加工過程中的硬化特性，推出了完善的軋制力計算理論公式。但由于奧羅萬的理論公式非常復(fù)雜，無法應(yīng)用到在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，因此人們在奧羅萬理論公式的基礎(chǔ)上推出了許多經(jīng)簡化的實(shí)用軋制力計算方法。
單位寬度的軋制力基本計算方法一般具有以下形式P=σ‾·Qp·R′Δh...(1)]]>其中P為單位寬度的軋制力；σ為變形抗力；Qp為與軋件變形時的幾何尺寸相關(guān)的因子；其取值因假設(shè)條件不同而不同；R′為軋輥壓扁半徑；Δh＝H-h為厚度壓下量；H，h分別為軋制前后的軋件厚度。
軋件變形時的幾何尺寸相關(guān)因子Qp的計算公式因假設(shè)條件不同而不同。根據(jù)滑移線理論，研究人員DENTON與CRANE得到如下關(guān)系Qp=0.665+0.265R′ΔhHh...(2)]]>當(dāng)R′ΔhHh>2]]>時，按以上公式計算得到的Qp值與其他研究人員在別的不同假設(shè)條件下得出的結(jié)果相比，如EKELUND在增加其它幾何項目時得到的結(jié)果、SIMS在粘著接觸假設(shè)條件下得到的結(jié)果及EL-KALAY與SPARLING在假設(shè)非粘著接觸摩擦?xí)r得到的Qp等，差別很小。與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較(GREEN和WALLACE，BEESE)發(fā)現(xiàn)，實(shí)測數(shù)據(jù)的變化范圍比理論數(shù)據(jù)的范圍更分散。這說明影響軋制力的關(guān)鍵因素是σ而非Qp。
影響σ的主要因素包括以下七個方面
1)材料的化學(xué)成分；2)金相特性；3)材料溫度；4)變形區(qū)的幾何形狀；5)變形區(qū)的外摩擦特性；6)材料的加工硬化特性；7)材料的變形程度。
2、原第一種熱軋軋制力計算方法原第一種熱軋計算方法中軋制力表述為材料硬度與壓下率的函數(shù)關(guān)系RFcalculate＝Θ·γ(3)式中γ=H-hH]]>為相對壓下率，Θ為材料的硬度項。材料硬度Θ與以下幾個部分相關(guān)·材料相關(guān)的修正因子；·機(jī)架相關(guān)的修正因子；·軋輥壓扁的對軋制力的影響系數(shù)；·不考慮軋輥壓扁時的變形抗力。
即Θ＝ΘR·kR·kS·kM(4)其中ΘR為無軋輥壓扁時的變形抗力；kR為軋輥壓扁對軋制力的影響系數(shù)；kS項是與機(jī)架相關(guān)的遺傳系數(shù)；kM為材料相關(guān)的學(xué)習(xí)系數(shù)。無軋輥壓扁時的變形抗力ΘR與軋輥壓扁的對軋制力的影響系數(shù)kR的計算方法分別如下2.1變形抗力計算方法假設(shè)軋輥為剛體條件下的變形抗力ΘR與材料的溫度、厚度等的關(guān)系式為ΘR=kσ·kT·kH·RRBASE·W...(5)]]>其中RBASE為軋輥基準(zhǔn)半徑；kσ＝σ0-(α1·TB+α2·TF)為張力對軋制力的影響項；
kT=exp{α3·[1-(T1000)2]}]]>為溫度對硬度的影響項；kH＝β5·h5+β4·h4+β3·h3+β2·h2+β1·h+β0為厚度影響項；式中σ0為強(qiáng)度基本項，TB為機(jī)架后張力，TF為機(jī)架前張力，α1，α2為張力影響系數(shù)，α3為溫度調(diào)整系數(shù)，β0～β5則為厚度影響系數(shù)，T為帶鋼的絕對溫度，R為工作輥的軋輥半徑，W為帶鋼的入口寬度。
2.2軋輥壓扁計算方法軋輥壓扁半徑(R′)與軋輥原始半徑(R)間的關(guān)系式為R′=R×(1+α4·PW·Δh)...(6)]]>而軋輥壓扁對軋制力的影響系數(shù)按以下方法計算kR=R′R=s+1+s2...(7)]]>其中s=α4·kσ·kT·kH·kS·kM·R2·H·RBASE;]]>R′為軋輥的壓扁半徑；α4為軋輥壓扁調(diào)整系數(shù)。
此計算方法中沒有直接考慮化學(xué)成分對軋制力的影響。
3原第二種熱軋的軋制力方法原第二種熱軋精軋軋制力計算方法為RFcalculate=CF·km·QF·10-3·R·(H-h)·W...(8)]]>其中CF為調(diào)整系數(shù)；km為軋制過程中材料的變形抗力；QF為變形過程中幾何尺寸部分對軋制力的影響項，具體采用的表達(dá)式為
QF=q1(γ)+q2(γ)·R′h]]>q1(γ)＝αF1+αF2·γq2(γ)＝αF3+αF4·γ+αF5·γ2(9)αF1～αF5均為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
而變形抗力計算方法km在實(shí)際的計算過程中則采用了依賴于成分、溫度、變形及變形速度的回歸式km=(bk0+bk1·C+bk2·Si+bk3·Mn+bk4·Ni+bk5·Cr+bk6·Ti+bk7·Mo+bk8·V+bk9·Nb)·]]>exp(ak0+ak1·C+ak2·1Tk)·ϵak3·ϵ·ak4]]>(10)其中ε為材料在軋制過程中的變形， 為變形速度，m，n為軋制變形與變形速度的指數(shù)項，N為軋輥轉(zhuǎn)速，C，Si，Mn，Ni，Cr，Ti，Mo，V，Nb為各種化學(xué)元素所占的重量百分比，ak0～ak4，bk0～bk9為成分、溫度等相關(guān)因素的回歸系數(shù)。
4原方法存在的問題原第一種熱軋方法中未直接考慮化學(xué)成分對軋制力的影響，會引起同一鋼種的化學(xué)成分在允許范圍內(nèi)波動時出現(xiàn)軋制力預(yù)報偏差，從而進(jìn)一步影響厚度控制精度。例如對于出鋼記號為AP0740D5帶鋼，如

圖1所示，其中，曲線1和曲線2分別表示硅和碳含量的波動狀況，由于由于該化學(xué)成分變化而導(dǎo)致的軋制力的變化無法進(jìn)行預(yù)報。
而對于第二種熱軋，雖然此方法中考慮了化學(xué)成分對軋制力的影響。但是存在這些影響軋制力方法的化學(xué)成分的選取是否合理，生產(chǎn)新鋼種時方法的參數(shù)如何確定以及方法的參數(shù)如何優(yōu)化的問題。事實(shí)上，由于缺乏分析成分與軋制力之間的手段，也沒有相應(yīng)的分析工具，第二種熱軋方法的參數(shù)自投產(chǎn)以來未能進(jìn)行系統(tǒng)的優(yōu)化。由此導(dǎo)致軋制力方法的預(yù)報精度難以進(jìn)一步提高的問題。
軋制力方法的預(yù)報精度直接影響厚度控制精度的提高，因此有必要研究提高熱軋軋制力預(yù)報精度的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明方法采如下技術(shù)方案，一種利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其包括以下步驟(1)根據(jù)鋼種特性選擇化學(xué)成分影響系數(shù)；(2)選取數(shù)個帶鋼，從過程機(jī)中提取軋制力設(shè)定值數(shù)據(jù)和實(shí)測值數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，計算帶鋼中各種化學(xué)成分影響系數(shù)；(4)根據(jù)各種化學(xué)成分的含量最大值以及相應(yīng)的影響系數(shù)，對變形抗力的影響量大小進(jìn)行排序，選取影響量大的前數(shù)種化學(xué)成份。優(yōu)先的排序方法為，按該種化學(xué)成分含量的最大值與該成分的影響系數(shù)之積的絕對值大小進(jìn)行排序；(5)重復(fù)進(jìn)行步驟(3)的工作內(nèi)容，此時目標(biāo)函數(shù)中只包含選定的所述前數(shù)種化學(xué)成分，計算所述前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù)；(6)將步驟(5)獲得的所述前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù)運(yùn)用于熱軋軋制力精度預(yù)報。
步驟(3)計算各種化學(xué)成分影響系數(shù)的方法可以采用計算設(shè)定數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)之間差值之和，即f(kchem_i)=Σj=1Num_of_StripsΣk=1Num_of_activestandABS(RFmeasure_j_k-RFcalculate_j_k),]]>或平方和的二次方根，即f(kchem_i)=Σj=1Num_of_StripsΣk=1Num_of_activestand(RFmeasure_j_k-RFcalculate_j_k)2,]]>等方式，其中，f(kchem_i)為非線性目標(biāo)函數(shù)，kchem_i為第i化學(xué)成分影響系數(shù)；j為帶鋼索引號；k為機(jī)架編號；num_of_strips為用于優(yōu)化的帶鋼數(shù)量；num_of_activestand為帶鋼軋制時工作機(jī)架的數(shù)量；RFmeasure_j_k為j塊帶鋼i機(jī)架的實(shí)測軋制力；RFcalculate_j_k為j塊帶鋼i機(jī)架的預(yù)測軋制力，需根據(jù)不同的軋制力方法進(jìn)行計算。對于原第一種熱軋軋制力，具體可以展開為化學(xué)成分影響系數(shù)的函數(shù)
RFcalculate_j_k=kS×kM×[σ0-(α1×TB+α2×TF)+Σi=1N(kchem_i×chemi)]]]>×exp{α3×[1-(T1000)2]}]]>×[β5×h5+β4×h4+β3×h3+β2×h2+β1×h+β0]]]>×[α4×kσ×kT×kH×kS×kM×R2×H×RBASE+1+(α4×kσ×kT×kH×kS×kM×R2×H×RBASE)2]]]>×RRBASE×W]]>本發(fā)明方法中優(yōu)選的計算方法為平方和的二次方根。
在步驟(3)與步驟(4)之間還可包括對化學(xué)成分影響系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的步驟，其優(yōu)化方法為獲取所述目標(biāo)函數(shù)的最小值，即minf(kchem_i)。非線性目標(biāo)函數(shù)f(kchem_i)的優(yōu)化可以使用成熟的通用優(yōu)化軟件包，如MATLAB、SAS軟件包。優(yōu)化的最終結(jié)果就是給出一組化學(xué)成分影響系數(shù) 使f(kchem_i)取最小值。
所述步驟(6)中獲得的所述前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù) 應(yīng)用于熱軋軋制力精度預(yù)報的方法為，將 代入變形抗力計算公式，其中chemi為第i種化學(xué)成分含量，k張為不考慮化學(xué)成份對軋制力影響情況下張力對軋制力的影響項，ktune為調(diào)節(jié)參數(shù)，取值范圍為
。
通過本發(fā)明方法，能夠有效地將化學(xué)成分的波動對變形抗力的影響進(jìn)行分析，并將分析的結(jié)果應(yīng)用于實(shí)際的軋制力預(yù)報。從而有效地提高了軋制力的預(yù)報精度和軋制的穩(wěn)定性以及厚度的控制精度。
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1為AP0740D5出鋼記號帶鋼化學(xué)成分波動2為變形抗力基本項的變化3為軋制力偏差變化趨勢圖
具體實(shí)施例方式
一種利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，該方法針對原第一種熱軋模型進(jìn)行的，其主要的內(nèi)容有新模型的構(gòu)建方案；確定影響熱變形抗力的主要化學(xué)成分的分析工具的開發(fā)；模型參數(shù)的確定；在線投運(yùn)技術(shù)。
1新方法的構(gòu)建方案根據(jù)原第一種熱軋軋制力方法的結(jié)構(gòu)，提出以下考慮化學(xué)成分對材料強(qiáng)度基本項的方法kσ＝σ0-(α1·TB+α2·TF) (11)kσ=σ0-(α1·TB+α2·TF)+Σi=1N(kchem_i×chemi)...(12)]]>其中N為相關(guān)化學(xué)成分的總數(shù)，chemi為各化學(xué)元素所占的比例，kchem_i為相應(yīng)的化學(xué)成分的影響系數(shù)，需要根據(jù)實(shí)測軋制力進(jìn)行分析。
2確定影響熱變形抗力的主要化學(xué)成分的分析工具的開發(fā)建立一個非線性優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)。選取一定數(shù)量的典型帶鋼，提取相關(guān)的設(shè)定數(shù)據(jù)與實(shí)測值數(shù)據(jù)，構(gòu)建方法計算的軋制力及實(shí)測軋制力之間的偏差值的平方和作為參數(shù)優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)f(kchem_i)=Σj=1Num_of_StripsΣk=1Num_of_activestand(RFmeasure_j_k-RFcalculate_j_k)2...(13)]]>其中f(kchem_i)為非線性目標(biāo)函數(shù)，kchem_i為化學(xué)成分影響系數(shù)；j為帶鋼索引號；k為機(jī)架編號；num_of_strips為用于優(yōu)化的帶鋼數(shù)量；num_of_activestand為帶鋼軋制時工作機(jī)架的數(shù)量；RFmeasure_j_k為j塊帶鋼i機(jī)架的實(shí)測軋制力；RFcalculate_j_k為j塊帶鋼i機(jī)架的預(yù)測軋制力。
因此優(yōu)化算法的設(shè)計為minf(kchem_i)。
(14)
利用通用優(yōu)化軟件可以對以上目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。優(yōu)化結(jié)果記為

對于其它形式的軋制力模型參數(shù)的優(yōu)化也完全可以采用同樣的方法加以優(yōu)化。
3方法參數(shù)的確定為了確定對軋制力影響最大的化學(xué)成分，需要對影響變形抗力的化學(xué)成分進(jìn)行篩選。具體的方法是制定以下表格

其中最大含量為相應(yīng)的成分百分比最大值，影響系數(shù)為通過優(yōu)化算法計算得到的相關(guān)性系數(shù)。
通過以上表格，根據(jù)需要選擇對變形抗力最有影響的前幾項化學(xué)成分。如果不選定所有的化學(xué)成分，則要根據(jù)選定的化學(xué)成分，重新進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化，并重新確定新的影響系數(shù)。
4在線投運(yùn)技術(shù)為了避免增加化學(xué)成分對變形抗力影響項后對在線系統(tǒng)的沖擊，需要考慮將新的方法參數(shù)逐步投入的功能。
kσ=σ0-(α1·TB+α2·TF)+ktune×Σi=1N(kchem_i‾×chemi)...(15)]]>其中ktune為調(diào)節(jié)參數(shù)，取值范圍為
。在方法投入初期，適當(dāng)取較小的值。
5與原有技術(shù)的比較對于原第一種熱軋而言，原方法中沒有考慮化學(xué)成分對材料變形抗力的影響。本發(fā)明方法則不僅能夠考慮化學(xué)成分的影響，而且能夠利用開發(fā)的工具對相應(yīng)的化學(xué)成分的影響系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。同時還提出了具體的在線實(shí)現(xiàn)的方法。
對原第一種熱軋廠，根據(jù)所生產(chǎn)帶鋼的硬度組級別的不同，利用本發(fā)明的技術(shù)分析了化學(xué)成分對變形抗力的影響，在原有變形抗力方法的基礎(chǔ)上增加了化學(xué)成分的影響。有效地提高了軋制力方法的預(yù)報精度，相應(yīng)的提高了厚度控制精度。例如，如圖2所示，對于硬度組為1的帶鋼，原有的軋制力方法中的強(qiáng)度基本項為一個常量。考慮了化學(xué)成分影響后，能夠根據(jù)實(shí)際帶鋼的化學(xué)成分的變化計算出更準(zhǔn)確的強(qiáng)度影響量。比較數(shù)據(jù)如圖2所示。其中曲線4為原變形抗力基本項，曲線3為根據(jù)化學(xué)成分計算的變形抗力基本項。
同時，比較了新方法使用前后出鋼記號為AP0740D5帶鋼的軋制力預(yù)報偏差變化情況，預(yù)報偏差如圖3所示。使用本發(fā)明方法前，為軋制力預(yù)報偏差較大，偏差的標(biāo)準(zhǔn)差為57.8噸(圖3中曲線5所示)；使用本發(fā)明方法后，軋制力預(yù)報偏差顯著減少，偏差的標(biāo)準(zhǔn)差為33.85噸，相比提高了近40％(圖3中曲線6所示)。相應(yīng)的，厚度控制精度(±30μm)從2003年的平均89.6％提高到現(xiàn)在的95.0％，得到了顯著的提高。
權(quán)利要求
1.一種利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其包括以下步驟(1)根據(jù)鋼種特性選擇化學(xué)成分影響系數(shù)；(2)選取數(shù)個帶鋼，從過程機(jī)中提取軋制力設(shè)定值數(shù)據(jù)和實(shí)測值數(shù)據(jù)；(3)根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，計算帶鋼中各種化學(xué)成分影響系數(shù)；(4)根據(jù)各種化學(xué)成分的含量最大值以及相應(yīng)的影響系數(shù)，對變形抗力的影響量大小進(jìn)行排序，選取影響量大的前數(shù)種化學(xué)成份；(5)重復(fù)進(jìn)行步驟(3)的工作內(nèi)容，此時目標(biāo)函數(shù)中只包含選定的所述前數(shù)種化學(xué)成分，計算所述前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù)；(6)將步驟(5)獲得的所述前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù)運(yùn)用于熱軋軋制力預(yù)報。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其特征在于步驟(3)計算各種化學(xué)成分影響系數(shù)的方法為計算設(shè)定數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)之間的偏差值的平方和，所述目標(biāo)函數(shù)為f(kchem_i)=Σj=1Num_of_StripsΣk=1Num_of_activestand(RFmeasure_j_k-RFcalculate_j_k)2,]]>其中，f(kchem_i)為非線性目標(biāo)函數(shù)，kchem_i為第i化學(xué)成分影響系數(shù)；j為帶鋼索引號；k為機(jī)架編號；num_of_strips為用于優(yōu)化的帶鋼數(shù)量；num_oF_activestand為帶鋼軋制時工作機(jī)架的數(shù)量；RFmeasure_j_k為j塊帶鋼i機(jī)架的實(shí)測軋制力；RFcalculate_j_k為j塊帶鋼i機(jī)架的預(yù)測軋制力。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其特征在于在步驟(3)與步驟(4)之間還包括一對化學(xué)成分影響系數(shù)的優(yōu)化步驟，優(yōu)化方法為獲取所述目標(biāo)函數(shù)的最小值，即min f(kchem_i)所對應(yīng)的化學(xué)成分影響項
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其特征在于在所述步驟(4)中，按該種化學(xué)成分含量的最大值與該成分的影響系數(shù)之積的絕對值大小進(jìn)行排序。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其特征在于所述步驟(6)中獲得的所述前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù) 應(yīng)用于熱軋軋制力預(yù)報的方法為，將 代入變形抗力計算公式，其中chemi為第i種化學(xué)成分含量，k張為不考慮化學(xué)成份對軋制力影響情況下張力對軋制力的影響項，ktune為調(diào)節(jié)參數(shù)，取值范圍為
。
全文摘要
本發(fā)明提供一種利用帶鋼化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)提高熱軋軋制力預(yù)報精度的方法，其包括以下步驟根據(jù)鋼種特性選擇化學(xué)成分影響系數(shù)；選取數(shù)個帶鋼，從過程機(jī)中提取軋制力設(shè)定值數(shù)據(jù)和實(shí)測值數(shù)據(jù)；根據(jù)設(shè)定數(shù)據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)，構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，計算帶鋼中各種化學(xué)成分影響系數(shù)；根據(jù)各種化學(xué)成分的含量最大值以及相應(yīng)的影響系數(shù)，對變形抗力的影響量大小進(jìn)行排序，選取影響量大的前數(shù)種化學(xué)成分。計算選取的前數(shù)種化學(xué)成分影響系數(shù)，將其運(yùn)用于熱軋軋制力預(yù)報。本發(fā)明方法能夠有效地將化學(xué)成分的波動對變形抗力的影響進(jìn)行分析，提高了軋制力預(yù)報精度和軋制的穩(wěn)定性及厚度的控制精度。
文檔編號B21B38/00GK1814365SQ200510023770
公開日2006年8月9日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月2日
發(fā)明者單旭沂, 葉紅衛(wèi), 周堅剛 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司