一、研究的背景與問題

熱連軋高強鋼因其高強度、優韌性、良焊接性能、出色耐腐蝕性和高生產效率等優勢，成為建筑、汽車、航空等行業的重要材料。當前，隨著高強鋼在國民經濟建設中應用領域不斷拓展，產品定制化生產特征日益增強，對質量一致性要求不斷提高。熱連軋過程是高強鋼制造過程中的關鍵工序，軋件在生產過程中時變、非線性的特點，由單一品種批量化生產向多品種個性化生產轉型遇到瓶頸，在頻繁規格切換時質量一致性和軋制穩定性差，具體表現為過渡材消耗大、板形效果差、模型精度低、薄規格軋機振動頻發，制約了熱連軋高強鋼產品高效制造。

山東鋼鐵集團日照有限公司2050mm熱連軋產線2017年引進日本TMEIC新一代模型控制系統，但在高強鋼熱連軋過程中，多品種多規格頻繁切換時模型快速適應難度較大，主要存在個技術瓶頸：一是靜態模型精度低導致尺寸控制誤差大，二是快速過渡適應困難導致產品質量一致性差，三是薄硬規格振動頻發導致軋制穩定性差。當前，業內大多以實際穩態數據進行高強鋼軋制工藝優化，對于非穩態過程的管控的手段和能力不足。因此，以品規快速過渡過程的精準建模和軋制工藝規程動態優化為基礎，實現高強鋼軋制品種規格切換時的快速精準過渡和機架的協調穩定控制，是高強鋼小批量多規格生產穩定性和質量一致性提升的必然選擇。

項目圍繞行業領域內重大共性技術需求，依托山鋼日照2050mm熱連軋產線，由山鋼集團日照公司、東北大學、北京科技大學、山鋼股份和北京科技大學設計研究院有限公司組成的研發團隊，依托國家重點研發計劃、國家自然科學基金及校企合作項目，開展了數據機理驅動的多模態融合控制大模型開發、軋制狀態綜合診斷分析、穩定軋制協同管控和軋機振動抑制技術個方面的創新性研究，解決了高強鋼熱連軋多品種多規格頻繁切換時的軋制不穩定和質量波動大的難題。項目研究成果實現了智能化技術在熱連軋高強鋼的落地示范和引領，支撐下游行業高質量發展。

二、解決問題的思路與技術方案

項目采取的總體思路是突破高強鋼規格頻繁切換過程中質量穩定性和質量一致性差的技術瓶頸，開發熱連軋高強鋼品規快速過渡與穩定軋制智能優化控制技術。基于高強鋼熱軋生產大數據平臺，融合軋制機理模型建立機理數據多模態融合大模型，提高模型設定精度。基于大模型研發品規快速過渡協同管控技術和穩定軋制工藝方案，縮短高強鋼規格切換過程的過渡時間，保證質量一致性。解析加熱除鱗軋制工序遺傳效應，優化液壓和傳動系統，研發數據驅動的抑振器自抗擾技術和工序遺傳的振動抑制技術，解決品規快速過渡引起的軋機振動難題。項目技術路線如圖所示。

總體技術路線

三、主要創新性成果

(1) 面向快速過渡的機理數據多模態融合控制大模型開發

研究了高強鋼快速過渡軋制存在問題，特別是規格切換后首支鋼和換輥后首支鋼的偏差較大，分析出主要原因是工藝控制模型的適應性整體較差，表現為浪形等板形問題較多、頭尾和全長命中率偏低、頭尾寬度控制水平低等，針對具體問題以機理模型作為機器學習不可測輸入節點，工程法模型作為多層架構中間節點，輔以專家知識約束，研發了機理數據多模態融合大模型， 成功替代進口模型并應用于高強鋼三維尺寸控制。同時，對新開發產品的三維尺寸大模型進行遷移學習，二級品率下降26.98%。研發了基于概念漂移檢測的在線滾動優化方法，解決了三維尺寸控制過程中因數據漂移而產生的模型精度下降的問題，并對模型參數進行實時更新優化，從而保證模型的預測穩定性。

2 “機理數據多模態融合控制大模型開發

(2) 高強鋼品規快速過渡與穩定軋制協同管控技術

項目開發了質量診斷系統，建立了模型參數誤差貢獻率評價模型，獲得了尺寸精度、板形等關鍵參數評分指標，通過品規分檔優化，解決了快速過渡自學習跳變引起的質量缺陷，突破了高強鋼熱軋變形抗力切換跨度<200MPa的局限。研發了輥系參數調優技術，通過集合輥系軋件耦合變形、磨損輥形、熱輥形等模型，對疑難板形進行多機架協調優化。開發了基于輥系優化的排產優化策略，系統可批量導入排產計劃并給出換品規時風險系數，為排產系統提供優化依據，高強鋼品規過渡速度提升了28.6% 。建立了軋制規程的多目標動態優化策略，實現了不同工況下規程的動態優化，開發了品規快速過渡與穩定軋制協同管控軟件，生產效率提高5.02%，質量異議減少12.4%，實現了普碳鋼向1000MPa級高強鋼極薄規格的快速過渡。

品規快速過渡與穩定軋制協同管

基于工序遺傳的高強鋼熱連軋過程振動抑制技術

項目研發了數據驅動的抑振器自抗擾技術，根據異常振動數據生成反向抑制信號，參與AGC調節，抵消系統的扭振、垂振和耦合振動。同時，研發了工序遺傳的振動抑制技術，采集上下游工序軋制力、傳動力矩、軋機垂振等信號，調整液壓油阻尼狀態和傳動系統控制頻率，減輕軋機振動能量。針對二維軋制界面特性及三維軋機振動進行分析，提出了多尺度多維度振動機理模型，融合振動數據，建立了軋機振動能量預測模型，給出軋機振動能量判據，振動預測精度達到92.3%。抑振技術實施后，扭振由異常振動時的幅值30.1t?m減小到5.7t?m;工作輥垂振加速度由0.147g減小到0.0025g，減少了軋機振動能量、降低了振動發生頻率，抑振效果明顯。

高強鋼熱連軋過程振動抑制技術

四、應用情況與效果

該項目首次開發了熱連軋高強鋼品規快速過渡與穩定軋制關鍵技術，成功應用于山東鋼鐵集團日照有限公司2050mm熱連軋產線。典型規格高強熱軋過程的軋制力設定精度由93.4%提升至95.8%，厚度命中率達到97.5%。寬度命中率由92.3%提高至96.5% 。板凸度偏差在±15μm命中率達到97.3%，平直度偏差在±20IU命中率達到96.8%。規格切換效率提高了28.6%實現了1000 MPa級高強鋼1.5mm產品的快速過渡。本項目相關技術還推廣應用到首鋼、鞍鋼、馬鋼、本鋼等熱連軋產線，在汽車鋼、管線鋼、建筑用鋼等典型產品實現了品規快速過渡與穩定軋制，直接經濟效益顯著。項目形成的系列技術具有很強的應用示范作用，極大提升了產線效率和效益，可以在行業內進行廣泛推廣應用。

應用效果

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