CN102294364A - 极薄板平整机的轧制力预设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种极薄板平整机的轧制力预设定方法，该预设定方法的具体步骤为：首先建立轧制力的计算模型；接着现场多次采集实际平整轧制参数并将采集的数据带入轧制力的计算模型，根据均方差最小的原则获得修正系数的值；最后将修正系数值代入轧制力的计算模型获得的轧制力的确定计算模型。本发明的轧制力预设定方法针对极薄板带钢平整轧制的特点，计算速度快，适用性强，特别适用于极薄板平整机轧制压力的预设定上。

Description

极薄板平整机的轧制力预设定方法

技术领域

本发明涉及轧制压力设定技术，更具体地说是涉及一种极薄板平整机的轧制力预设定方法。

背景技术

极薄板平整机在生产0.18mm～0.4mm的极薄板过程中，大多数没有适用的轧制力设定模型，轧制力设定值的给定在实际生产中通常由人工给出，存在着随意性和欠严谨性。而中国专利申请号200510029206.8发明名称为“平整机轧制压力设定方法”的专利申请中揭示了轧制压力主要与轧辊的弹性压扁变形、轧件变形区长度内的摩擦系数以及水平边界应力有关，在计算摩擦力时首先将轧件塑性变形区分为粘着摩擦区和库仑摩擦区分别计算，然后再将轧件按厚度分为极薄带材、一般薄带和较厚带材三种类型，并分别计算这三种类型下的摩擦力和相应的入、出口边界应力，从而最终得到平整轧制压力。该专利申请是一种基于轧制变形理论的计算方法，其主要特征是将轧制变形区的带钢分成若干个区，分别计算各个区的轧制力，然后将各个区的轧制力相加。这种计算方法适合厚度范围0.5mm～1.0mm的冷轧带钢，且延伸率较大可至1％，比如热镀锌平整机，作为一种典型工况，0.8mm的带钢在1％延伸率作用下，其厚度差为8微米，此时采用该专利所示的方法可以得到较好的轧制力计算精度。但是当该专利运用于极薄带钢的平整时，例如对于厚度0.2mm的带钢，此时在0.7％的延伸率作用下，带钢前后的厚差仅为1.4微米，由于厚度减薄量过小，现有的厚度检测仪表，例如X测厚仪就很难检测出来。此时带钢的分区计算误差很大，根据这种方法计算得到的轧制力和实际误差会很大。另外，中国专利申请号200710185706.X发明名称为一种平整轧制压力设定、预报及自学习方法的专利申请中揭示了通过收集n组实际平整轧制工艺参数及与之对应的n组实际轧制压力数据，并引入平整机钢种与工况影响系数a0，a1，最终构造出轧制压力模型，实现平整轧制压力的设定与预报。该专利申请是一种基于统计的方法，即根据某一条实际生产线，基于采集的实际数据(包括设定的输入参数和得到的结果参数)，对这些数据进行统计建模。由这样的方法得到的模型的优点是适用于该机组，但是这种模型的推广性很差，应用于其它类似机组时精度不能达到要求。

发明内容

针对现有技术中存在的极薄板平整机没有适用的轧制力设定模型，导致轧制力设定值的给定在实际生产中不精确的问题，本发明的目的是提供一种极薄板平整机的轧制力预设定方法，使轧制力设定值的给定精确。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种极薄板平整机的轧制力预设定方法，该预设定方法的具体步骤为：

A.建立轧制力的计算模型；

B.现场多次采集实际平整轧制参数并将采集的数据带入轧制力的计算模型，根据均方差最小的原则获得修正系数的值；

C.将修正系数值代入轧制力的计算模型获得的轧制力的确定计算模型。

所述步骤A中的轧制力P的计算公式为：

p＝wσL

其中：w为带钢宽度；σ为带钢平均压缩变形抗力；L为平整轧制变形区等效长度。

所述带钢平均压缩变形抗力σ的计算公式为：

$\mathrm{\σ}=1.15k_1\·{\mathrm{\σ}}_s-\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}{2}$

其中：σ_s为带钢的屈服强度；σ₁和σ₂分别为带钢平整轧制时带钢的前、后张应力；k₁为带钢压缩变形抗力的修正系数。

所述平整轧制变形区等效长度L的计算公式为：

$L=k_2[\mathrm{\μR\ϵ}+\sqrt{{\left(\mathrm{\μR\ϵ}\right)}^2+4\mathrm{RH\ϵ}}]$

其中：R为轧辊半径；μ为摩擦系数；ε为带钢延伸率；H为带钢的入口厚度；k₂为平整轧制变形区等效长度的修正系数。

所述摩擦系数μ＝0.10。

所述步骤B中采集实际平整轧制参数的次数N为：

50≤N≤100。

所述带钢压缩变形抗力的修正系数k₁＞1。

所述平整轧制变形区等效长度的修正系数k₂＜7。

与现有技术相比，本发明是一种极薄板平整机的轧制力预设定方法，该预设定方法的具体步骤为：首先建立轧制力的计算模型；接着现场多次采集实际平整轧制参数并将采集的数据带入轧制力的计算模型，根据均方差最小的原则获得修正系数的值；最后将修正系数值代入轧制力的计算模型获得的轧制力的确定计算模型。本发明的轧制力预设定方法针对极薄板带钢平整轧制的特点，计算速度快，适用性强，特别适用于极薄板平整机轧制压力的预设定上。

附图说明

图1是本发明的极薄板平整机的轧制力预设定方法的流程示意图；

图2是本发明的轧制力预设定方法的实施例的流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示的一种极薄板平整机的轧制力预设定方法10，该预设定方法的具体步骤为：

11.建立轧制力的计算模型；

12.现场多次采集实际平整轧制参数并将采集的数据带入轧制力的计算模型，根据均方差最小的原则获得修正系数的值；

13.将修正系数值代入轧制力的计算模型获得的轧制力的确定计算模型。

所述步骤11中的轧制力P的计算公式为：

p＝wσL

其中：w为带钢宽度；σ为带钢平均压缩变形抗力；L为平整轧制变形区等效长度。

所述带钢平均压缩变形抗力σ的计算公式为：

$\mathrm{\σ}=1.15k_1\·{\mathrm{\σ}}_s-\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}{2}$

其中：σ_s为带钢的屈服强度；σ₁和σ₂分别为带钢平整轧制时带钢的前、后张应力；k₁为带钢压缩变形抗力的修正系数。

所述平整轧制变形区等效长度L的计算公式为：

$L=k_2[\mathrm{\μR\ϵ}+\sqrt{{\left(\mathrm{\μR\ϵ}\right)}^2+4\mathrm{RH\ϵ}}]$

其中：R为轧辊半径；μ为摩擦系数；ε为带钢延伸率；H为带钢的入口厚度；k₂为平整轧制变形区等效长度的修正系数。

所述摩擦系数μ＝0.10。

所述步骤12中采集实际平整轧制参数的次数N为：

50≤N≤100。

所述带钢压缩变形抗力的修正系数k₁＞1。

所述平整轧制变形区等效长度的修正系数k₂＜7。

根据冷轧薄带钢在平整轧制时带钢薄、变形小的特点，轧制压力按照平板压缩变形理论计算，轧制力主要与带钢宽度、带钢平均压缩变形抗力以及平整轧制变形区等效长度有关，即p＝f(w，σ，L)。其主要特征是带钢平均压缩变形抗力σ＝f(k₁，σ_s，σ₁，σ₂)、平整轧制变形区等效长度L＝f(k₂，μ，R，H，ε)分别通过修正系数k₁和k₂来修正；然后根据统计学方法，求出k₁和k₂的值，最终得到完整的平整轧制压力预设定公式。

下面结合工作原理对本发明进行分析：

1)由于在极薄板平整轧制时带钢的变形量很小(1～4微米)，因此可以把工作辊与带钢之间的接触变形区近似看作平板压缩变形，并假设沿接触弧长度方向的轧件压缩变形抗力呈均匀分布，并以此来计算极薄板的平整轧制压力，即p＝wσL，式中w为带钢宽度；σ为带钢平均压缩变形抗力；L为平整轧制变形区等效长度。这里，带钢宽度w为已知量，而带钢平均压缩变形抗力σ和平整轧制变形区等效长度L均为未知量，需要提供单独的模型来求解。

2)在极薄板平整生产中，由于轧制力较大，带钢薄而变形小，所以带钢变形中的弹性部分占据相当大的比重，这和大塑性变形的常规冷轧不同。因此，从工程实践的角度出发，采用小压下率的带钢冷轧轧制压缩变形抗力公式，在此基础上，结合极薄板平整的实际工况，计算出变形抗力，即

$\mathrm{\σ}=1.15k_1\·{\mathrm{\σ}}_s-\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}{2}---\left(1\right)$

在(1)式中，σ_s为带钢的屈服强度；σ₁和σ₂分别为带钢平整轧制时带钢的前、后张应力；k₁为带钢压缩变形抗力的修正系数。

3)在极薄板平整轧制过程中，平整轧制变形区等效长度不能简单的理解为辊缝变形区的实际长度，而应该是由摩擦力所引起并包括附加压扁变形等在内的等效长度。这里从实用的角度出发，采用以下公式来计算，即

$L=k_2[\mathrm{\μR\ϵ}+\sqrt{{\left(\mathrm{\μR\ϵ}\right)}^2+4\mathrm{RH\ϵ}}]---\left(2\right)$

上式中：R为轧辊半径；μ为摩擦系数；ε为带钢延伸率；H为带钢的入口厚度；k₂为平整轧制变形区等效长度的修正系数。另外，在稳态平整生产中，摩擦系数μ的变化相对较小。因此，为了使计算简单，在已经引入平整轧制变形区等效长度修正系数的前提下，将摩擦系数视为常量处理。对于极薄板平整，摩擦系数可以取为μ＝0.10。

4)将带钢的压缩变形抗力公式和平整轧制变形区的等效长度公式代入到平整轧制压力公式，则可得

$P=w\·k_2\·[1.15k_1\·{\mathrm{\σ}}_s-\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}{2}][\mathrm{\μ}\·R\·\mathrm{\ϵ}+\sqrt{{(\mathrm{\μ}\·R\·\mathrm{\ϵ})}^2+4R\·H\·\mathrm{\ϵ}}]---\left(3\right)$

5)在(3)式中，采用统计方法来决定两个系数k₁、k₂的取值。方法如下，在实际平整生产线上采集N组实际平整轧制参数{w_i，H_i，σ_si，σ_1i，σ_2i，R_i，ε_i＝1，2，...，N}及与之对应的N组实际平整轧制压力Pi(i＝1，2，...，N)。将这N组数据代入到前述的轧制压力计算公式(3)中，根据实际轧制力和理论计算轧制力之间的误差的均方差最小的原则，可以得到带钢压缩变形抗力的修正系数k₁和平整轧制变形区等效长度的修正系数k₂的取值。通常，N的取值不宜过小，但也不宜多大，通常取50～100之间即可。由这种方法得到的k₁、k₂的取值范围一般为1＜k₁，k₂＜7。

6)将求得的带钢压缩变形抗力的修正系数k₁和平整轧制变形区等效长度的修正系数k₂重新代入到平整轧制压力计算公式(3)，得到适用于极薄板平整机轧制压力的预设定模型，之后可以将该模型运用到极薄板平整机的实际生产中。这种模型由于采用了平板压缩变形的基本原理，模型的推广性较好。对类似机组的轧制力设定具有较好的指导意义。

退火后带钢的屈服强度大小对平整轧制负荷大小有着直接的影响。在实际生产中常用术语“软钢”，“高强钢”等区分也是依据其屈服强度的大小。本专利中，将退火后的普通碳钢按照其屈服强度范围划分为以下四类：

类-1：最软钢屈服强度范围，130＜σ_s≤150；

类-2：较软钢屈服强度范围，150＜σ_s≤250；

类-3：中强钢屈服强度范围，250＜σ_s≤400；

类-4：高强钢屈服强度范围，400＜σ_s≤600。

在实际生产中，每类带钢中个子产量最大的分别为DC06，SPCC，BLCJD3，B410LA。其四种典型带钢的屈服强度的大生产统计值见表1的四种典型牌号带钢的屈服强度统计分析结果。

表1

通过对上述这四种带钢中的三种为研究对象，根据给定的带钢规格(宽、厚)和设定工艺参数(张应力，延伸率设定值)，然后由本发明所提出的模型计算相应案例的理论值，再和连退平整生产线的实际的稳态轧制力的均值进行计算。

计算方法优劣的评价标准

由于平整轧制力的计算模型涉及众多的参数，例如，除了带钢的规格和主要的工艺设定参数外，还有很多因素，例如，轧辊粗糙度、带钢和轧辊的摩擦系数等等。轧制力的精确计算在国内外是个普通难题。实际上，以平整机为例，目前轧制力模型的设定精度普遍很低。从这点上，也反映出本专利的应用价值。本专利认为，轧制力的理论设定值和实际值之间的误差为±20％之内，该模型即被认为有实用价值。即

计算方法的实施例1：

现参照图2所示的平整轧制压力预设定流程图，以最软钢DC06为例来说明平整轧制压力预设定的过程及效果。

首先，在现场采集100组(N＝100)DC06带钢的平整轧制工艺参数及相应的实际平整轧制压力。

随后，确定带钢平均压缩变形抗力修正系数k₁和平整轧制变形区等效长度修正系数k₂的值。对于DC06带钢，k₁＝3.55，k₂＝2.76。

随后，确定摩擦系数常量的值。这里，取μ＝0.10。

最后，根据计算公式(3)，得到平整轧制压力的计算值。将其与实际值相比较，二者误差小于17％，满足工程实践的要求。

计算方法的实施例2

下面以中强钢BLCJD3为例，并结合本发明所介绍的平整轧制压力预设定的方法，进一步说明平整轧制压力预设定的实现过程。

首先，在现场采集66组(N＝66)BLCJD3带钢的平整轧制工艺参数及相应的实际平整轧制压力。

随后，确定带钢平均压缩变形抗力修正系数k₁和平整轧制变形区等效长度修正系数k₂的值。对于BLCJD3带钢，k₁＝3.5，k₂＝4.73。

随后，确定摩擦系数常量的值。这里，取μ＝0.10。

最后，根据计算公式(3)，得到平整轧制压力的计算值。将其与实际值相比较，二者误差小于12％，满足工程实践的要求。

计算方法的实施例3

下面以高强钢B410LA为例，说明平整轧制压力预设定的实现过程。

首先，在现场采集50组(N＝50)B410LA带钢的平整轧制工艺参数及相应的实际平整轧制压力。

随后，确定带钢平均压缩变形抗力修正系数k₁和平整轧制变形区等效长度修正系数k₂的值。对于B410LA带钢，k₁＝1.6，k₂＝2.60。

随后，确定摩擦系数常量的值。这里，取μ＝0.10。

最后，根据计算公式(3)，得到平整轧制压力的计算值。将其与实际值相比较，二者误差小于15％，满足工程实践的要求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (8)

1.一种极薄板平整机的轧制力预设定方法，其特征在于，

该预设定方法的具体步骤为：

A.建立轧制力的计算模型；

B.现场多次采集实际平整轧制参数并将采集的数据带入轧制力的计算模型，根据均方差最小的原则获得修正系数的值；

C.将修正系数值代入轧制力的计算模型获得的轧制力的确定计算模型。

2.如权利要求1所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述步骤A中的轧制力P的计算公式为：

p＝wσL

其中：w为带钢宽度；σ为带钢平均压缩变形抗力；L为平整轧制变形区等效长度。

3.如权利要求2所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述带钢平均压缩变形抗力σ的计算公式为：

$\mathrm{\σ}=1.15k_1\·{\mathrm{\σ}}_s-\frac{{\mathrm{\σ}}_1+{\mathrm{\σ}}_2}{2}$

其中：σ_s为带钢的屈服强度；σ₁和σ₂分别为带钢平整轧制时带钢的前、后张应力；k₁为带钢压缩变形抗力的修正系数。

4.如权利要求2所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述平整轧制变形区等效长度L的计算公式为：

$L=k_2[\mathrm{\μR\ϵ}+\sqrt{{\left(\mathrm{\μR\ϵ}\right)}^2+4\mathrm{RH\ϵ}}]$

其中：R为轧辊半径；μ为摩擦系数；ε为带钢延伸率；H为带钢的入口厚度；k₂为平整轧制变形区等效长度的修正系数。

5.如权利要求4所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述摩擦系数μ＝0.10。

6.如权利要求1所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述步骤B中采集实际平整轧制参数的次数N为：

50≤N≤100。

7.如权利要求3所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述带钢压缩变形抗力的修正系数k₁＞1。

8.如权利要求4所述的轧制力预设定方法，其特征在于，

所述平整轧制变形区等效长度的修正系数k₂＜7。

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