本發(fā)明涉及板帶軋制技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種軋制過程帶鋼表面粗糙度的預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

表面形貌是冷軋帶鋼最重要的表面質(zhì)量指標(biāo)之一，對高檔汽車面板和家電面板的沖壓性能、輥涂或噴涂后漆面與基體結(jié)合力有重要影響。為實現(xiàn)我國高檔汽車面板和家電面板的全面自主化和國產(chǎn)化，鋼鐵下游行業(yè)主要鋼材產(chǎn)品升級中，對汽車業(yè)和家電業(yè)的帶鋼明確提出了“提高產(chǎn)品表面質(zhì)量和質(zhì)量穩(wěn)定性”的要求。

根據(jù)帶鋼軋制過程的生產(chǎn)特點，軋制工藝參數(shù)主要根據(jù)軋件的材料、力學(xué)性能和板形等的需求由計算機(jī)最佳設(shè)定并加以控制，在軋制工藝參數(shù)的設(shè)定和調(diào)整中，而尚未考慮到對帶鋼表面形貌的控制。目前，鋼鐵企業(yè)主要通過控制冷軋和平整工序中毛化工作輥的初始表面形貌來控制帶鋼表面形貌。然而帶鋼表面形貌的生成還受到軋制工藝參數(shù)和帶鋼來料特征等因素的影響，這些因素在軋制過程中往往會發(fā)生較大的變化，使得帶鋼的表面粗糙度無法滿足質(zhì)量要求。

文獻(xiàn)1(白振華，王駿飛.冷連軋機(jī)成品板面粗糙度控制技術(shù)的研究[J].鋼鐵，2006，41(11)：46-49)和文獻(xiàn)2(周慶田，白振華，王駿飛.冷連軋過程板面粗糙度模型及其應(yīng)用的研究[J].中國機(jī)械工程，2007，18(14)：1743-1746)中，在經(jīng)過大量現(xiàn)場試驗和理論研究的基礎(chǔ)上，各建立了一套冷連軋機(jī)成品板面粗糙度模型，將其應(yīng)用到寶鋼2030五機(jī)架冷連軋機(jī)板面粗糙度的控制中。但是兩種模型的基本原理類似，對于冷連軋生產(chǎn)過程中工作輥的表面粗糙度的衰減，均認(rèn)為主要與工作輥的原始粗糙度與換輥后的軋制公里數(shù)有關(guān)，忽略了軋制工藝參數(shù)、帶鋼材質(zhì)和規(guī)格等因素的影響。

在軋制過程中，帶鋼表面形貌受多種因素的影響，使軋輥與鋼板表面形貌之間并不具備嚴(yán)格傳遞的關(guān)系，在不同的軋制條件和軋制不同鋼板的情況下，表面形貌的傳遞效率不同，這使鋼板表面形貌的預(yù)報存在很大的困難。如果忽略某些因素對表面形貌的影響，將引起預(yù)報模型對真實值的預(yù)報失真。因此，有必要在分清這些因素對表面粗糙度影響程度的基礎(chǔ)上，建立鋼板表面形貌的回歸模型，使得預(yù)測結(jié)果更為準(zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種軋制過程帶鋼表面粗糙度的預(yù)測方法，該方法在對相關(guān)工藝參數(shù)進(jìn)行因變量和自變量構(gòu)建的基礎(chǔ)上，通過多元線性回歸和顯著性檢驗的方法，依次剔除掉對因變量影響不顯著的自變量，保留對因變量影響顯著的因素，最終得到帶鋼表面粗糙度的預(yù)測數(shù)學(xué)模型，并利用該模型對生產(chǎn)現(xiàn)場的實際生產(chǎn)過程進(jìn)行帶鋼表面粗糙度的預(yù)測計算。

該方法具體步驟如下：

(1)獲得生產(chǎn)現(xiàn)場軋輥服役期內(nèi)的工藝參數(shù)實測數(shù)據(jù)共計n組，n≥1，每組數(shù)據(jù)包括：工作輥的初始表面粗糙度R_a0，單位μm；帶鋼的表面粗糙度R_a，單位μm；帶鋼寬度w，單位mm；帶鋼的厚度h，單位mm；帶鋼的變形抗力q，單位MPa；帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程L，單位m；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量Δh，單位mm；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力F₁，單位kN；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力F₂，單位kN；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制力F，單位kN；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制速度v，單位m·s^-1，然后由帶鋼寬度w和帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制力F計算得到帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的單位寬度軋制力f，單位kN·mm^-1，具體計算方法為：

f＝F/w；

(2)計算回歸分析的因變量和自變量，因變量Y為根據(jù)步驟(1)中得到的帶鋼的表面粗糙度R_a與工作輥的初始表面粗糙度R_a0計算得到的比值Y＝R_a/R_a0；自變量為由步驟(1)中得到的帶鋼的厚度h、帶鋼的變形抗力q、帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程L、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量Δh、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力F₁、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力F₂、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的單位寬度軋制力f和帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制速度v，進(jìn)行計算得到的41個自變量，依次表示為X₁，X₂，……，X₄₁，且X₁，X₂，……，X₄₁依次等于h、h²、h³、lnh、(ln h)²、(ln h)³、L、ln(L+1)、[ln(L+1)]²、[ln(L+1)]³、Δh、Δh²、Δh³、ln(Δh+1)、[ln(Δh+1)]²、[ln(Δh+1)]³、hΔh、(hΔh)²、(hΔh)³、f、f^0.5、f²、f³、v、v²、v³、ln(v+1)、[ln(v+1)]²、[ln(v+1)]³、1000f/q、(1000f/q)²、(1000f/q)³、F₂/F₁、(F₂/F₁)²、(F₂/F₁)³、ln(F₂/F₁+1)、ln(F₂/F₁+1)²、ln(F₂/F₁+1)³、Δh·F₂/F₁、v·F₂/F₁和f·F₂/F₁；

(3)回歸方程的數(shù)學(xué)表達(dá)形式為：

Y_i＝A₀+A₁X_1i+A₂X_2i+L+A₄₁X_41i，

其中，下標(biāo)i代表利用步驟(1)中的第i組實測數(shù)據(jù)，1≤i≤n；Y_i為第i組數(shù)據(jù)的因變量R_a/R_a0；X_1i，X_2i，……，X_41i為第i組實測數(shù)據(jù)的41個自變量具體數(shù)值；A₀，A₁，A₂，…A_j，…，A₄₁是42個待定參數(shù)，0≤j≤41；

(4)將n組實測數(shù)據(jù)代入步驟(3)中的回歸方程，利用最小二乘法計算得到待定參數(shù)A₀，A₁，A₂，…A_j，…，A₄₁的具體數(shù)值，即為回歸系數(shù)；

(5)利用F檢驗法對回歸方程的自變量進(jìn)行顯著性檢驗，從非顯著的自變量中剔除F_j最小的一個自變量，然后重新建立余下自變量的回歸方程并進(jìn)行顯著性檢驗和F_j最小的自變量剔除，重復(fù)構(gòu)建方程、顯著性檢驗和非顯著的自變量剔除過程，直到余下的所有自變量都顯著為止；

(6)得到帶鋼表面粗糙度的預(yù)測數(shù)學(xué)模型為：

R_a＝(a₀+a₁x₁+a₂x₂+…+a_βx_β)R_a0，

其中，β為41個自變量中對因變量影響顯著未被剔除的自變量的個數(shù)，1≤β≤41；x₁，x₂，……，x_β依次等于X₁，X₂，……，X₄₁中對因變量影響顯著未被剔除的自變量；a₀＝A₀，a₁，a₂，……，a_β依次等于A₁，A₂，……，A₄₁中對因變量影響顯著未被剔除的自變量所對應(yīng)的系數(shù)；

(7)利用步驟(6)得到的帶鋼表面粗糙度的預(yù)測數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際生產(chǎn)過程中的工作輥的初始表面粗糙度R_a0、帶鋼的厚度h、帶鋼的變形抗力q、帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程L、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量Δh、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力F₁、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力F₂、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的單位寬度軋制力f、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制速度v，計算帶鋼的粗糙度R_a。

其中，步驟(4)中利用最小二乘法計算得到A₀，A₁，A₂，……，A₄₁和步驟(5)中利用F檢驗法對回歸方程的自變量進(jìn)行顯著性檢驗，是利用EXCEL中的回歸分析模塊，或者利用SPSS中的逐步回歸分析模塊，或者利用Matlab編程進(jìn)行實現(xiàn)。

步驟(1)中帶鋼的表面粗糙度R_a的測量，是沿著帶鋼寬度方向，在上表面和下表面等間距各測k個點，1≤k≤10，R_a取所有測量結(jié)果的平均值。

步驟(1)中獲得生產(chǎn)現(xiàn)場軋輥服役期內(nèi)的工藝參數(shù)實測數(shù)據(jù)共計n組中的n≥20，以保證預(yù)測結(jié)果的可靠性。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案的有益效果如下：

(1)考慮的工藝因素更全面；

(2)原理簡單，利用EXCEL中的回歸分析模塊，或者利用SPSS中的逐步回歸分析模塊，或者利用Matlab編程使得計算過程方便；

(3)充分利用了現(xiàn)場實際工藝參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的軋制過程帶鋼表面粗糙度的預(yù)測方法流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進(jìn)行詳細(xì)描述。

本發(fā)明提供一種軋制過程帶鋼表面粗糙度的預(yù)測方法，具體流程如圖1所示。

(1)獲得生產(chǎn)現(xiàn)場軋輥服役期內(nèi)的工藝參數(shù)實測數(shù)據(jù)共計57組，每組數(shù)據(jù)包括：工作輥的初始表面粗糙度R_a0，單位μm；帶鋼的表面粗糙度R_a，單位μm；帶鋼寬度w，單位mm；帶鋼的厚度h，單位mm；帶鋼的變形抗力q，單位MPa；帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程L，單位m；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量Δh，單位mm；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力F₁，單位kN；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力F₂，單位kN；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制力F，單位kN；帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制速度v，單位m·s^-1，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表1所示。

表1平整帶鋼的部分軋制工藝參數(shù)實測數(shù)據(jù)

然后由帶鋼寬度w和帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制力F計算得到帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的單位寬度軋制力f，單位kN·mm^-1，具體計算方法為：

f＝F/w，

計算得到的f值如表1所示。

(2)計算回歸分析的因變量和自變量，因變量Y為根據(jù)步驟(1)中得到的帶鋼的表面粗糙度R_a與工作輥的初始表面粗糙度R_a0計算得到的比值R_a/R_a0；自變量為由步驟(1)中得到的帶鋼的厚度h、帶鋼的變形抗力q、帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程L、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量Δh、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力F₁、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力F₂、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的單位寬度軋制力f和帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制速度v，進(jìn)行計算得到的41個自變量，依次表示為X₁，X₂，……，X₄₁，并依次等于h、h²、h³、ln h、(ln h)²、(ln h)³、L、ln(L+1)、[ln(L+1)]²、[ln(L+1)]³、Δh、Δh²、Δh³、ln(Δh+1)、[ln(Δh+1)]²、[ln(Δh+1)]³、hΔh、(hΔh)²、(hΔh)³、f、f^0.5、f²、f³、v、v²、v³、ln(v+1)、[ln(v+1)]²、[ln(v+1)]³、1000f/q、(1000f/q)²、(1000f/q)³、F₂/F₁、(F₂/F₁)²、(F₂/F₁)³、ln(F₂/F₁+1)、ln(F₂/F₁+1)²、ln(F₂/F₁+1)³、Δh·F₂/F₁、v·F₂/F₁和f·F₂/F₁。

(3)回歸方程的數(shù)學(xué)表達(dá)形式為：

Y_i＝A₀+A₁X_1i+A₂X_2i+L+A₄₁X_41i

其中，下標(biāo)i代表利用步驟(1)中的第i組實測數(shù)據(jù)，1≤i≤n；Y_i為第i組數(shù)據(jù)的因變量R_a/R_a0；X_1i，X_2i，……，X_41i為第i組實測數(shù)據(jù)的41個自變量具體數(shù)值；A₀，A₁，A₂，…A_j，…，A₄₁是42個待定參數(shù)，0≤j≤41。

(4)將n組實測數(shù)據(jù)代入步驟(3)中的回歸方程，利用EXCEL中的數(shù)據(jù)分析模塊，采用最小二乘法計算得到A₀，A₁，A₂，…A_j，…，A₄₁共42個回歸系數(shù)。

(5)利用EXCEL中的數(shù)據(jù)分析模塊，采用F檢驗法對回歸方程的自變量進(jìn)行顯著性檢驗，從非顯著的自變量中剔除F_j最小的一個自變量，然后重新建立余下自變量的回歸方程并進(jìn)行顯著性檢驗和F_j最小的自變量剔除，重復(fù)構(gòu)建方程、顯著性檢驗和非顯著的自變量剔除過程，共剔除27個自變量，余下14個都為顯著的自變量。

(6)得到帶鋼表面粗糙度的預(yù)測數(shù)學(xué)模型為：

R_a＝[a₀+a₁(ln h)²+a₂(ln h)³+a₃L+a₄ln(L+1)+a₅(Δh)³

+a₆[ln(Δh+1)]³+a₇(hΔh)³+a₈f^0.5+a₉f³+a₁₀ln(v+1)

+a₁₁(1000f/q)²+a₁₂(1000f/q)³+a₁₃(F₂/F₁)³+a₁₄Δh·(F₂/F₁)]R_a0

其中，R_a為帶鋼的表面粗糙度，單位μm；R_a0為工作輥的初始表面粗糙度，單位μm；h為帶鋼的厚度，單位mm；L為帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程，單位m；Δh為帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量，單位μm；f為帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的單位寬度軋制力，單位kN·mm^-1；F₁為帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力，單位kN；F₂為帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力。

a₀，a₁，a₂，……，a₁₄的具體數(shù)值如表2所示。

表2模型中各系數(shù)的值

(7)利用步驟(6)得到的帶鋼表面粗糙度的預(yù)測數(shù)學(xué)模型，根據(jù)實際生產(chǎn)過程中的工作輥的初始表面粗糙度R_a0、帶鋼的厚度h、帶鋼的變形抗力q、帶鋼對應(yīng)的工作輥軋制里程L、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的壓下量Δh、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的入口張力F₁、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的出口張力F₂、、帶鋼的表面形貌控制機(jī)架的軋制速度v，來計算帶鋼的粗糙度R_a。預(yù)測結(jié)果如表3所示，誤差在2％以內(nèi)，可較準(zhǔn)確地預(yù)測帶鋼表面粗糙度。

表3平整帶鋼表面粗糙度預(yù)測結(jié)果

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。