基于軋制變形抗力回歸計算進(jìn)行鋼種家族分類的優(yōu)化策略

杜黎明 任延慶

摘 要：冷連軋帶鋼軋制控制過程復(fù)雜，產(chǎn)品要求的精度高，軋制力計算是過程控制的核心，由于鋼種的數(shù)量多達(dá)百種，有的屈服及抗拉強度都非常的相近，但是軋制時加工硬化不盡相同，所以需要對鋼種的家族進(jìn)行細(xì)化，保證軋制設(shè)定值的精確和不同鋼種之間互不影響。

關(guān)鍵詞：軋制力；變形抗力；回歸

本鋼冷軋廠過程控制系統(tǒng)軋制模型由美國TMEIC公司研發(fā)，經(jīng)過一段時間的調(diào)試初步具備生產(chǎn)常規(guī)鋼種的能力。軋制力計算由變形抗力、摩擦系數(shù)、軋輥壓扁以及張力等多種因素決定，現(xiàn)場存在部分軋制力計算不精確的情況。經(jīng)過分析，導(dǎo)致軋制力模型不精確的主要因素是軋材的變形抗力參數(shù)設(shè)計與實際不符。由于該物理參數(shù)無法直接測量，因此不易精確確定。變形抗力預(yù)設(shè)定參數(shù)選定和優(yōu)化主要依賴于模型人員現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，本鋼冷軋廠產(chǎn)品主要定位于高檔汽車面板、高強超高強汽車用鋼、高檔家電板等，這就對控制精度提出了更高的要求，這就需要對各個鋼種的預(yù)設(shè)定參數(shù)優(yōu)化。

1 問題的提出

由于冷軋鋼種數(shù)量較多，使用的熱軋原料在煉鋼和熱軋工藝也不完全相同，導(dǎo)致在冷軋過程中，尤其是新產(chǎn)品開發(fā)過程中，基于經(jīng)驗給定的變形抗力常量不能完全準(zhǔn)確使用，二級計算的預(yù)設(shè)定參數(shù)與最終的實際數(shù)值存在偏差，導(dǎo)致軋制過程不穩(wěn)定甚至發(fā)生斷帶等事故。

因此為了精確設(shè)定不同鋼種的參數(shù)需要明確每個鋼種的變形抗力常量。在實際應(yīng)用中希望達(dá)到兩個目的。第一，對于牌號不同，但在機械性能上一致的鋼種，在二級常數(shù)表中使用同一參數(shù)，即對應(yīng)同一個家族。這樣可以節(jié)約程序資源，并且可以使鋼種的分類更加清晰。第二，針對新產(chǎn)品尤其是高強鋼產(chǎn)品的開發(fā)，能夠通過預(yù)設(shè)定配合小批量計算得到更加精確的常量模型。

2 變形抗力回歸軟件簡介

該軟件利用最小二乘法為算法，取現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)為采樣值，創(chuàng)建一個配置文本文件，根據(jù)需要進(jìn)行手動選擇變量，最終根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合出變形抗力曲線及自動生成理想的變形抗力常量。該功能開發(fā)并應(yīng)用于二級系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行計算。

3 對牌號分類的應(yīng)用

3.1 回歸每個鋼種

由于靜態(tài)變形抗力模型是比較理想化的計算方法，而且不同組織和化學(xué)成分的鋼種加工硬化程度以及摩擦力計算不可能與軋制力公式計算的完全吻合，因此為了盡可能提高軋制力的計算精度，首先需要通過提高變形抗力參數(shù)的準(zhǔn)確度來提高變形抗力的計算精度。

為了優(yōu)化變形抗力參數(shù)，采集實際數(shù)據(jù)，回歸已經(jīng)軋制過的所有鋼種，選取其中某一鋼種為例，生成靜態(tài)變形抗力對比圖、實際變形抗力分布圖、優(yōu)化后的變形抗力對比圖及生成優(yōu)化后的靜態(tài)變形抗力參數(shù)值。根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，可以回歸得到實際變形抗力分布圖。優(yōu)化前的靜態(tài)變形抗力參數(shù)值采樣數(shù)據(jù)偏離中心線很大，經(jīng)過軟件回歸優(yōu)化后數(shù)據(jù)集中在控制線附近。見右圖。

如右圖所示，根據(jù)實際反饋的數(shù)據(jù)軟件計算出理想的擬合曲線，并計算生成變形抗力模型參數(shù)值，得到了新的變形抗力常量c、n、m，偏差量由6.3%下降到4.6%。這時將該參數(shù)維護到模型變形抗力計算的常數(shù)表內(nèi)，減輕了模型及工藝人員的工作量，精準(zhǔn)的確定了變形抗力參數(shù)值的大小，保證軋制的設(shè)定值與實際值的偏差在可控的范圍內(nèi)。

3.2 相似鋼種的歸并

根據(jù)以上的方法對每個軋制的鋼種都用該工具進(jìn)行回歸分析，由于在模型表中只有36個鋼種的家族，而鋼種牌號卻有多達(dá)200多種，所以很多的相近的鋼種可以合并到一個家族當(dāng)中，在優(yōu)化前36個家族都已經(jīng)用完；優(yōu)化后僅僅使用了26個家族，將很多相似的鋼種合并到一個家族里，剩余的10個家族可以為以后的新品種開發(fā)做好準(zhǔn)備，這樣既縮減了鋼種家族的數(shù)量同時保證了同家族的鋼種之間軋制時互不影響，同時也提高了模型設(shè)定的準(zhǔn)確性。

4 對新鋼種的開發(fā)的應(yīng)用

隨著市場需求的不段提升，需要我們在新品種開發(fā)方面不斷跟進(jìn)，同時也要求我們的模型不斷的更新參數(shù)，在新品種開發(fā)過程中，我們根據(jù)熱軋原料實際測量的屈服強度及抗拉強度的大小按照經(jīng)驗把新鋼種歸到相近家族，賦予使用的變形抗力常量，之后通過進(jìn)行小批量的試制，采集實際的數(shù)據(jù)，進(jìn)行回歸分析，得到變形抗力參數(shù)c、m、n的值。通過變形抗力常量與現(xiàn)有家族的對比，進(jìn)一步分類或重新歸并。進(jìn)行多次的回歸反復(fù)優(yōu)化參數(shù)，保證模型設(shè)定的軋制力精確到我們需要的一定范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

通過數(shù)據(jù)對比以及實際生產(chǎn)檢驗，采用該方法可以精確的將同類型的鋼種進(jìn)行模型合并，有效的保證鋼種管理的合理分類。當(dāng)開發(fā)新鋼種時，在熱軋后狀態(tài)不清晰的條件下，可以利用該功能準(zhǔn)確判斷新鋼種所屬家族類型，給予準(zhǔn)確的預(yù)設(shè)定計算。

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作者簡介：杜黎明（1981-），男，漢族，工程碩士，中級工程師，本鋼冷軋生產(chǎn)技術(shù)室主任；任延慶（1978-），男，漢族，遼寧本溪人，學(xué)士，計算機工程師，冷軋模型專責(zé)，本鋼冷軋廠計算機室。