控制轧制节奏的优化

第２４卷第４期　２００４年４月　北京理工大学学报　

Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｖｏ１．２４　Ｎｏ．４　

Ａｐｒ．２００４　

文章编号：１００１—０６４５（２００４）０４—０３２７　０４　控制轧制节奏的优化　

姚小兰，　梁启宏，　张迪生　（北京理工大学信息科学技术学院自动控制系，北京　１０００８１）　

摘要：针对单机架中厚板轧制过程中，不同轧制及控制轧制方式下轧机的利用率等问题进行分析．在一组组板坯　轧制生产方式的基础上，提出了板坯交替轧制的生产方式，并在此基础上，进一步研究了根据不同的轧制时间、待　温时间等条件优化控制轧制节奏的方法．该方法可以有效地提高中厚板轧机的利用率．　

关键词：中板轧制；控制轧制；节奏控制　中图分类号：ＴＰ　２７３　文献标识码：Ａ　

Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｒｈｙｔｈｍｓ　ｉｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　Ｒｏｌｌｉｎｇ　ＹＡＯ　Ｘｉａｏ—ｌａｎ，　ＬＩＡＮＧ　Ｑｉ—ｈｏｎｇ，　ＺＨＡＮＧ　Ｄｉ—ｓｈｅｎｇ　（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ａ　ｐｌａｔｅ　ｍｉｌｌ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ，ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｎｏｒｍａｌ　ｒｏｌｌｉｎｇ，ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｏｆ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ｍｉｌｌ　ｌｉｎｅ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｂａｔｃｈ　ｂｙ　ｂａｔｃｈ，ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｉｔｈ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｓｌａｂ　ｗａｓ　ｔａｋｅｎ　ｉｎ　ｔｕｒｎ　ｉｎ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｈｙｔｈｍｓ　ｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｗａｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ａｃｃｏｒｄａｎｃｅ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｗａｉｔｉｎｇ　ｔｉｍｅ，ｅｔｃ．Ｉｔ　ｉｓ　ｓｅｅｎ　ｔｈａｔ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｌａｔｅ　ｍｉｌｌ　ｃａｎ　ｂｅ　ｇｒｅａｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　ａｄｏｐｔｉｎｇ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｌａｔｅ　ｒｏｌｌｉｎｇ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ；ｒｈｙｔｈｍ　ｃｏｎｔｒｏｌ　

在中厚板生产过程中，生产线上轧机类型和布　置各有不同．对于无缓冲区的轧制生产线，控制轧制　只能以牺牲轧机的利用率为代价获取较好的钢板质　量；对于某些带有并行缓冲区的轧制生产线，在实现　控制轧制生产时，可以将待温钢板移入并行缓冲区，　以保证主轧制生产线的效率；对于中厚板轧制生产　线，通常只有一条带有串行缓冲区的生产线，在实现　控制轧制生产时，必须进行控制轧制节奏的优化设　计，以提高设备利用率．　１　中厚板生产过程控制　就单机架轧机生产线而言，由于生产线状况、轧　制过程中参数及条件的变化等，都可能造成生产过　程的变化『１　］．过去人们在研究控制轧制时，大多数　只研究一组组的轧制方式，但是，在实际生产过程中　组组的轧制方式并不是唯一的．　①Ｉ块钢板控制轧制的生产方式　１块钢板控制轧制相对比较简单，其轧制过程　为首先进行第１轧程的轧制，然后待温，最后进行第　２轧程的轧制．　②２块钢板控制轧制时的生产方式　２块钢板的控制轧制相对１块要复杂，除采用　组组的轧制方式外，还可以采用交替轧制方式．图　１是一组组控制轧制的生产方式．图２是交替控制　

收稿日期：２００３—１２—０４　基金项且：国家自然科学基金资助项目（６９８７４０４０）　作者简介：姚小兰（１９６４一），女，副教授，博士，Ｅ　ｍａｉｌ：ｙａｏｘｉａｏｌａｎ＠ｂｉｔ．ｅｄｕ．Ｃｎ　

维普资讯 http://www.cqvip.com 北京理工大学学报　第２４卷　轧制的生产方式，在交替情况下，除第１块钢板外，　其余各块钢板都需要分别在机前和机后待温摆动．　图２所示为第２轧程钢板均在机前开轧．　

机前待温、　机后待温、　出炉区　摆动区　轧制区　摆动区　矫直区等　

图１　２块钢板一组的控制轧制方式　Ｆｉｇ．１　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｔｃｈ　ｂｙ　ｂａｔｃｈ　ｆｏｒ　ｔＷＯ　ｓｌａｂｓ　

机前待温、　机后待温、　出炉区　摆动区　轧制区　摆动区　矫直【ｘ等　

轧件１　ｌ　己　二］Ｉ　轧件２　ｌ　Ｕ　＿　Ｉ．—１　Ｉ——＝＝］　广—Ｊ　

亡＝　，－　

Ｌ—１　广一　Ａｉ　Ｌ

．＿１　Ｌ＿＿１　

广—Ｊ　ｒ—一　

Ｌ＿１　＿＿Ｊ　轧件３　Ｉ　ｖｒ＿．Ｊ　Ｆ

亡＝　ｒ—．．Ｊ　Ｌ—１　

Ｌ．．—，　０　

广—Ｊ　］　Ｌ—１　ＩＩ＝］　

广—Ｊ　

Ｌ．１　

轧件４　Ｉ　广＿Ｊ　

图２　２块钢板相互交替的控制轧制方式　Ｆｉｇ．２　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔａｋｅｎ　ｉｎ　ｔｕｒｎ　ｆｏｒ　ｔＷＯ　ｓｌａｂｓ　③３块钢板控制轧制的生产方式　３块钢板的控制轧制同样可以采用一组组或交　替的控制轧制方式．图３是３块交替控制轧制的生　产方式，在这种情况下，除第１块外，其余各块都需　要分别在机前和机后待温摆动，图中所示为第２轧　程钢板均在机前开轧．　从图３中可以看出，３块交替控制轧制时序比２　块交替控制轧制时序要复杂得多．每块钢板分别需　要在机前和机后待温，从轧机下共通过４次，其中３　次为空走，仅用于机前与机后待温的需要．　

机前待温、　机后待温、　出炉区　摆动区　轧制区　摆动区　矫直区等　

ＳＬ＇ｆ￣ｌ　ｌ　ｕ　Ｉ　Ｌ．．——●·一　轧件１　轧件２　ｌ　Ｏ　＿　＝＝］Ｉ　

Ｌ］　Ｉ一　［　轧件２［一１　

轧件３　ｌ　０　＿　Ｌ］Ｌ＿］　

轧件３　Ｌ．．．●　Ｌ一轧件２　

ｒ－＿Ｊ　Ｌ＿１　０　ｎ　

Ｌ］广＿＿Ｊ　＝］　广一Ｌ］　＝＝］　己　

轧件２　轧件４ｌ　６　ｕ　

ｌ　０—＿－１　

【．．　轧件４　

Ｌ一＿｛Ｕ＇ｔ－３　广－＿Ｊ　Ｌ１　ｏ　ｎ　

＝］　Ｌ＿＿１　

己　广——一　Ｌ一　一轧件３　

￣ＬｇＦ５　ｌ　ｏ——＿１窖　＇－－－ｎ轧件５　［＝＝　

Ｌ轧件４　广＿．Ｊ　Ｌ１　０　

＝＝］　ｒ－ｚ，＝＝］　Ｌ－－－４　

［＝＝［　广——一　『　

轧件１　轧件２　轧件３　图３　３块钢板交替的控制轧制方式　Ｆｉｇ．３　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔａｋｅｎ　ｉｎ　ｔｕｒｎ　ｆｏｒ　ｔｈｒｅｅ　ｓｌａｂｓ　④４块或更多块钢板控制轧制的生产方式　当对４块或更多块钢板进行控制轧制时，同样　可以分为一组组轧制方式和交替轧制方式．但是，对　于交替轧制而言，其控制逻辑比３块钢板还要复杂　得多，将会出现更多次的钢板从轧机下通过的情况，　这将给生产过程控制和板坯跟踪控制带来困难，使　控制逻辑复杂化．因此，当４块或更多块钢板控制轧　制时，建议不使用交替轧制方式．　

２不同控制轧制方式下轧机的利用率　应该选择哪一种控制轧制方式，应以该方式下　设备的利用率最高为依据．为研究轧机的利用率，设　ｔ　为第１轧程的轧制时间；ｔ　为待温时间（待温时间　允许在±　范围内变化，将钢板从待温区返回轧制　区的时间ｔ　融合于待温时间的允许变化范围内，设　为０）；ｔ　为第２轧程的轧制时间．　①１块控制轧制时轧机的利用率　在１块控制轧制时，不论钢板在机前还是在机　

维普资讯 http://www.cqvip.com 第４期　姚小兰等：控制轧制节奏的优化　后待温，轧机利用率都可表示为　

可见ｔ　越大，轧机利用率越低．　②２块一组控制轧制时轧机的利用率　如图１所示，轧机的有效利用时间为２（ｆ　＋ｆｚ），　平均轧机利用率可表示为　２（ｆ１＋ｔ２）　２ｔ１＋ｆ２＋（ｆｈ±△ｆ）一　

ｔ１十ｔ　（ｆ１＋ｆｚ）＋（“－－４－＿Ａｔ—ｆ２）／２’　

可见ｔ　越大，轧机利用率越低．　③２块交替控制轧制时轧机的利用率　如图２所示，为了交替轧制的顺利进行，第１块　钢板不能按正常的待温时间待温，待温时间应小于　规定的时间．在交替轧制过程中，为了简化和计算方　便，假设在轧制状态相同的条件下，每一块钢板由轧　后区进入轧制区开始进行第２轧程前，都需要再等　待一定的时间才能满足待温的要求，设此时间为　，　则第　块钢板在第２轧程前需要等待的时间为　ｚ　—ｔｈ±△ｆ—ｔ２一ｔ１一　一１，　由于　一　一１一　，则　一（ｆｈ±Ａｔ—ｔ２一ｔ１）／２．钢板　从进入轧机到离开轧机所用的时间为　ｔ１＋ｔ２＋ｔ１＋ｔ２＋（ｔｈ±△ｆ—ｔ２～ｔ１）／２—　２（ｆ】＋ｔ２）＋（ｔｈ±Ａｔ—ｔ２～ｔ１）／２．　轧机的有效利用时间为２（ｆ　＋ｆ　），平均轧机利用率　可表示为　２（ｆ１＋ｔ２）　“２（ｆ１＋ｔ２）＋（ｆｈ±Ａｔ—ｆ２一ｆ１）／２　

ｔ】＋ｔ２　（ｆ１＋ｆ２）＋（ｔｈ±Ａｔ一（ｆ２＋ｆ１）／４’　

可见ｔ　越大，轧机利用率越低．　④３块一组控制轧制时轧机的利用率　３块一组控制轧制时，轧机的有效利用时间为　３（ｆ　＋ｆ　），平均轧机利用率为　

轧程前，都需要再等待一定的时间．设此时间为３２，　则第　块钢板在第２轧程前需要等待的时间为　一ｔｈ±Ａｔ一２ｔ２—２ｈ—　一１一　一２．　由一Ｆ　一　一１一　一２一　，则　—Ｅｔａ±Ａｔ一２（ｆ２＋　ｔ　）］／３，钢板从进入轧机到离开轧机所用的时间为　ｔ１＋ｆ２＋２（ｆ１＋ｆ２）＋Ｉ－ｔｈ±△ｆ一２（ｆ２＋ｆ１）］／３：　３（ｆ１＋ｆ２）＋Ｅｔａ±Ａｔ一２（ｆ２＋ｔ１）］／３．　轧机的有效利用时间为３（￡　＋￡　），则平均轧机利用　率为　兰　±　一　３（ｆ１＋ｆ２）＋Ｅｔｈ±△ｆ一２（ｆ２＋ｆ１）］／３一　

！±　一　（ｆ１＋ｆ２）＋Ｅｔｈ±Ａｔ一２（ｆ２＋ｆ１）３／９’　

可见ｔ　越大，轧机利于率越低．　⑥４块或更多块一组控制轧制时轧机的利　用率　假设一组组控制轧制的钢板数为　，轧机的有　效利用时间为Ｍ（ｔ　＋ｆ　），则平均轧机利用率为　

Ｍｔ１＋ｆ２＋（ｆｈ±Ａｔ）’　ｔ　越大，轧机利用率越低．　⑦不同控制轧制方式下轧机利用率的比较　表１列举了采用不同轧制方式时，轧机利用率　的实例数据（假设Ａｔ一０）比较．　

表１轧机利用率的实例数据　Ｔａｂ．１　Ｅｘａｍｐｌｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｖｉｔｙ　ｏｆ　ｐｌａｔｅ　ｍｉｌｌ　利用率　ｔｌ　ｓ　ｔｊｓ　ｔ　３／ｓ　１块　２块　２块　３块　３块　组　一组　交替　·组　交替