进入工业社会以来,钢铁一直是人类最重要的基础原材料。目前,中国钢铁销售额约占全国GDP的8%,年产量约占全球总产量的50%,是我国最重要的支柱产业之一。但是,当前钢铁生产的利润微薄,降低制造成本成为钢铁企业生死存亡的关键所在。与此同时,用户需求越来越多样化,对产品品种、规格、质量的要求也越来越严。于是,能同时满足低成本和多样化要求的柔性化生产模式,成为钢铁企业的必然选择。在这种背景下,自由程序轧制技术(Schedule-Free Rolling, SFR)应运而生。SFR是带钢热轧中实现柔性生产组织的有效途径,它是指在一个换辊周期内,钢种、厚度、宽度几乎可以不受限制地自由过渡的轧制技术,能有效提高生产组织的自由度、降低生产成本。但是,受制于硬件设备条件和优化控制技术等因素,SFR目前在国内并未得到普遍推广。近年,随着热轧设备不断进步,国内部分热轧生产线开始具备实施SFR的设备条件,但优化控制技术的缺失反而成为制约SFR实施的瓶颈。SFR优化控制技术的困难在于：一是过程建模复杂：优化目标的精度要求为微米级,且受到轧制规格、工艺参数、设备状态等众多因素的影响；二是优化算法困难,SFR问题是多目标优化问题,计算过程非常复杂、耗时较长,难以用于实时控制。近年来,随着计算机性能的不断提升,使得对SFR的综合优化成为可能。结合宝钢1880热轧在SFR实施过程中存在的问题,本文进行了轧辊横移与负荷分配的建模与优化研究。通过研发SFR优化控制技术,克服轧制过程中不断增长变化的局部不均匀轧辊磨损与热凸度,保持精轧过程的轧制稳定性。主要研究内容及进展如下：1、在对轧辊磨损影响因素进行详细分析的基础上,采用“切片法”,建立考虑横移影响的轧辊磨损模型。采用逐步累计一叠加方法,对一个换辊周期内的轧辊磨损进行分析计算,发现实施轧辊横移后,轧辊磨损在带钢宽度方向趋于均匀,消除了轧件边端部的局部严重磨损造成的猫耳现象,有利于实施自由程序轧制。2、通过对轧辊温度场的数值模拟,建立高精度的轧辊热变形模型。考虑轧辊横移对轧辊热凸度的影响,提出模拟轧辊温度场PR格式的差分方法,指出轧件对轧辊温度场的影响存在“浅层效应”。对一个换辊周期内的轧辊热变形进行数值模拟,发现实施轧辊横移后,轧辊热膨胀的范围向辊身边部区域扩展,起到分散热凸度作用,使热辊型曲线更为光滑平缓。3、提出轧辊横移策略的多目标优化方法。开发基于分解的多目标差分进化算法(MODE/D),它使用差分进化算法代替遗传算法作为搜索引擎；提出变行程横移策略及其递推算法,通过横移步长、横移行程等决策变量来控制横移策略；通过数值模拟,分析横移策略对轧辊综合辊型的影响,给出两个平滑指标,用来评价横移对轧件接触部位辊缝形状的影响,以轧制计划带钢的平均边部平滑指标、平均中部平滑指标为目标函数,建立横移策略的多目标优化模型。在此基础上,提出交叉轧制横移策略的两阶段优化法。4、提出精轧负荷分配的多目标优化方法。开发高精度轧制力与轧制力矩的一体化模型,为负荷分配计算提供力能参数；提出轧制力模式负荷分配的CLAD算法,用于在线实现负荷分配计算；提出确定负荷分配系数的多目标优化模型,考虑能耗最小、负荷均衡和板形良好等优化目标,分析了不同目标间的矛盾关系。本文的研究内容,为轧辊横移策略与精轧负荷分配的优化设计提供了理论依据,同时面向自由程序轧制的在线控制,具有很强的实用性。相关成果应用到宝钢1880热连轧机组,大幅度拓展产线的自由轧制能力,同宽轧制长度从30km提高到60kmm,集批轧制总长度从70公里提高到100公里,实现复杂、难轧产品在大生产条件下的自由轧制。