热轧平整是决定热轧成品带钢板形的最后一道成形工序,通过对热轧后冷却至室温的带钢施加小的变形(大约1%～4%)来保证成品带钢的板形质量,同时一定程度上改善力学性能和表面质量。在“以热带冷”和“节能减排”的大趋势下,国内外热轧薄规格带钢的市场空间巨大,尤其是对2.0 mm以下规格带钢的需求旺盛。但是,目前热轧薄规格带钢的生产,无论采用常规热连轧机组还是CSP机组,轧制后都存在不同程度的板形缺陷,需要在出厂前进行平整工序以保证最终成品的板形质量。由于辊系结构以及工作状况的特殊性,热轧平整机工作辊的不均匀磨损非常严重,这不仅将严重恶化平整后带钢的板形质量,而且会大大降低平整机的板形调控能力。然而,目前对工作辊磨损规律的理论研究较为匮乏,并且作为改善工作辊不均匀磨损主要手段的工作辊窜辊技术及工艺参数优化主要依靠现场经验,缺乏理论支撑。本文针对国内某厂1580 mm单机架四辊热轧平整机展开研究工作,主要内容和研究成果如下:(1)以弹塑性力学理论为基础,运用弹塑性有限元法建立了四辊热轧平整机辊系-带钢耦合三维有限元模型。模型中采用有限长的带钢模型,并将带钢模型沿平整方向划分为平整轧制段、长度很长但不进行平整轧制的头尾稳定段,以更准确地模拟带钢在线平整时的状态。所建有限元模型具有高效性和通用性,能真实反映轧辊的弹性挠曲和弹性压扁,以及带钢的弹塑性变形。(2)从热轧平整机工作辊的磨损特点出发,结合现场大量实测磨损数据,分析了工作辊磨损的形成与发展机理;运用所建立的辊系-带钢耦合有限元模型,分析了不同磨损阶段的工作辊辊形对工作辊和带钢之间接触应力的影响,揭示了热轧平整过程中工作辊的磨损演变规律;对磨损演变规律进行定量化表示,并将其加入到磨损预报模型中,构建了符合热轧平整机实际生产状况的工作辊磨损预报模型,并对模型的计算精度进行了现场试验验证。(3)采用已建立的辊系-带钢耦合有限元模型定量分析了工作辊磨损条件下窜辊值对平整过程稳定性的影响,结合现场等参数窜辊策略不能充分利用辊身长度来均匀化工作辊磨损的问题,提出了一种兼顾平整稳定性和磨损均匀性的常规曲线工作辊变行程余弦窜辊策略,并采用兼具全局收敛性与局部搜索能力的Thr-PSODE算法进行窜辊策略参数的优化计算。长期的工业现场应用验证了变行程余弦窜辊策略在改善工作辊不均匀磨损和轧制不稳定性方面的优势。(4)提出了一种包括轧辊辊形优化和平整工艺参数优化的热轧平整工艺参数综合优化计算方法。在已建立的工艺参数综合优化数学模型的基础上,采用基于Thr-PSODE算法的满意度优化方法对轧辊辊形参数进行兼顾在工作辊辊形为初始磨削辊形和不同磨损阶段辊形时平整后带钢板形质量最优以及辊间接触压力横向分布最优的多目标优化设计。在轧辊辊形优化的基础上,采用Thr-PSODE算法对轧制力和带钢前后张力进行兼顾平整过程稳定性最优、工作辊辊耗最小以及平整后带钢板形质量最优的多目标优化设计。