[發(fā)明專利]一種基于數字孿生的帶鋼熱軋板形控制方法和系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113333474B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發(fā)明（設計）人: 董強;李朝陽;張樂辰;何毅;文雄
• 申請（專利權）人: 山東鋼鐵股份有限公司
• 主分類號: B21B37/28
• 分類號: B21B37/28
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

本發(fā)明提出了一種基于數字孿生的帶鋼熱軋板形控制方法和系統(tǒng)，該方法包括：采集不同鋼種歷史生產數據，建議生產數據庫；所述數據包括各機架軋制工藝參數、板坯狀態(tài)參數和精軋出口板形數據；通過歷史生產數據、現場測試數據和實驗數據建立軋制過程各板形影響因素的物理模型；以及通過所述物理模型求解所述有限元仿真模型的輸入參數；建立有限元仿真結果數據庫；以生產數據庫和有限元仿真結果數據庫為基礎，建立數字孿生體，通過數字孿生體調整各機架軋制工藝參數以達控制板形。基于該方法還提出控制系統(tǒng)。本發(fā)明軋機與孿生體之間進行數據交互，可實現對板形的預測，根據板形預測結果和軋機出口板形測量結果調整板形控制手段提高板形質量。

技術領域

本發(fā)明屬于熱軋帶鋼技術領域，特別涉及一種基于數字孿生的帶鋼熱軋板形控制方法和系統(tǒng)。

背景技術

板形問題是制約板熱軋帶鋼產品質量的主要問題，也是當前軋制領域難度高、影響大的研究前沿和熱點問題。現代板帶軋制工業(yè)正在向高精度和自動化方向發(fā)展，用戶對板帶質量的要求也越來越高。為提高帶鋼板形質量，板形控制理論不斷完善，新的機型、輥形技術、軋制工藝和板形檢測技術大量涌現，板形控制技術取得了很大進步。但是，板帶軋制過程尤其是熱軋過程是一個復雜的金屬加工過程，板形質量的影響因素繁多復雜。板帶特別是寬幅、極薄、超強或超軟規(guī)格帶鋼軋制過程容易出現板形缺陷，多表現為有些機架彎輥力和竄輥量處于極限值而同時有些機架板形調節(jié)能力還比較富余。由于不同鋼種其高溫組織及變形特性存在差異，平直度死區(qū)范圍各有不同，而軋機控制模型在板形控制過程中未充分考慮不同鋼種的組織、變形行為和平直度死區(qū)范圍的差異，現場技術人員一般對各鋼種的高溫組織和力學特性的認識也不夠充分，因此無論采用反饋控制還是通過控制臺進行人工干預，對出現的板形缺陷時常不能有效控制。

為提高板形質量，一般在現場數據采集、熱模擬實驗、本構建模等分析的基礎上，建立軋制過程有限元模型，進行有限元仿真分析，查找板形缺陷產生的原因，分析各調控手段作用下的板形控制效果，根據仿真結果可制定板形控制策略，從而達到消除板形缺陷，提高板形質量的目標。然而有限元計算和結果分析過程比較耗時，難以將有限元仿真結果直接應用于生產現場進行在線板形控制。

發(fā)明內容

為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出了一種基于數字孿生的帶鋼熱軋板形控制方法和系統(tǒng)。軋機與孿生體之間進行數據交互，可實現對板形的預測，根據板形預測結果和軋機出口板形測量結果調整板形控制手段，提高板形質量。

為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

一種基于數字孿生的帶鋼熱軋板形控制方法，包括以下步驟：

采集不同鋼種歷史生產數據，建議生產數據庫；所述數據包括各機架軋制工藝參數、板坯狀態(tài)參數和精軋出口板形數據；

通過歷史生產數據、現場測試數據和實驗數據建立軋制過程各板形影響因素的物理模型；以及通過所述物理模型求解所述有限元仿真模型的輸入參數；所述物理模型包括板坯熱塑性本構模型、工作輥熱膨脹模型、工作輥磨損模型和支撐輥磨損模型；

借助歷史生產數據和有限元仿真模型的輸入參數，通過有限元仿真計算，分析各規(guī)格帶鋼在不同輸入下的板形變化趨勢，提取各輸入參數影響作用下的輸出參數，建立有限元仿真結果數據庫；

以所述生產數據庫和有限元仿真結果數據庫為基礎，建立數字孿生體，通過所述數字孿生體調整生產各機架軋制工藝參數，以達控制板形。

進一步的，所述建立有限元仿真結果數據庫時還包括：對于不在有限元結果數據庫中的輸入參數，采用線性差值方法計算出輸出參數。

進一步的，所述通過所述數字孿生體調整各機架軋制工藝參數，以達控制板形的過程包括：