CN102672003A - 不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法，其特征在于：采用有限元软件建立仿真模型，再运用逐步回归原理来对拉矫机的1#辊、2#辊及3#辊的插入深度及张力值等工艺参数进行设定，确立了一套系统的不锈钢拉矫机工艺参数设定方法，并结合实际生产的应用效果进行优化。本发明能较好地消除较薄不锈钢带钢生产中易出现的浪形和翘曲板形缺陷，为不锈钢拉矫提供了理论指导和技术支持，大大提高了带钢质量，同时，在工艺参数查询和添加系统界面具有较强的可视性，使生产更具科学性和系统性，解决了操作工因个人经验因素导致的各工作班次采用的工艺参数不一致的问题；添加系统又保证了技术人员可根据实际情况，经过一系列统计，添加可使带钢获得很好板形的工艺参数，使数据库时常保持更新，不断完善和优化工艺参数的设定，具有广阔的应用前景。

Description

不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法

技术领域

本发明涉及不锈钢带钢冷轧后处理的冷轧板板形的矫正，更具体地是指一种用于较薄不锈钢带材矫正的拉矫机机组的工艺参数设定方法。

背景技术

在不锈钢带钢连续加工的最后一道工序往往设有拉矫机来改善带钢的板型质量，如图6所示意，为本发明涉及到的不锈钢带钢拉矫机机组原理图，其中第1段机架由一对弯曲辊系组成，由图中的1、4组弯曲辊组组成，第2、3段机架由两组矫平辊系上下分布组成：

1)第一辊系1(下压辊称1#辊)与第四辊系4作为第一组弯曲辊系，初步认为在实际拉矫过程中完成带钢的大部分延伸任务，实现消除和改善浪形的目的；

2)第二辊系2(下压辊称2#辊)与第五辊系5作为第二组弯曲辊系，在实际拉矫过程中完成带钢的补充延伸任务和矫平任务，

3)第三辊系3(下压辊称3#辊)和第六辊系6组成第三组弯曲辊系，在实际拉矫过程中也起到带钢的补充延伸任务和矫平任务，并最终实现消除和改善L翘与C翘的目的，

所以拉矫工艺关键是控制1#辊、2#辊及3#辊，它主要作用是通过使带钢在长度方向产生延伸，从而矫正、消除在冷轧、退火、平整等拉矫前道加工工序中产生的浪形、翘曲等各种板形缺陷，减小残余应力，消除屈服平台以及对不锈钢带钢进行分卷，切边，使最终的产品符合质量规定并达到客户的要求。

由于实际不锈钢材质力学性能的特点和实际拉矫来料规格、板形、表面质量等方面的特点，使得不锈钢及不锈钢拉矫具有变形抗力大、延伸难、塑性变形难等特点。因而由于以上特点，使得实际拉矫机组采用碳钢拉矫机组不同的结构设计。实际现场生产中，对上述特点有一些认识，并采用一些定性的工艺参数制定方法，但都为经验数据，对张力、工作辊压下量等重要的生产工艺参数缺少必要的理论和技术指导，对带钢延伸率缺少精确的控制手段和有效的测量方法，从而在面对不同来料的板形问题或其他问题时缺少有针对性的解决方法，在一定程度上对带钢的生产质量造成了影响。通过调研发现在薄料的拉矫生产中，板形普遍存在浪形和翘曲缺陷，有部分板形甚至不能达到出厂要求。

因此，针对目前在不锈钢拉矫生产过程中出现的问题，必须设计了一种新的不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法，根据不同的带钢参数，设定1#辊、2#辊及3#辊的不同插入深度及张力值，从而改善带钢板形，适应机组生产的要求，能较好地提高产品质量，有效减少薄带不锈钢出现的浪型和翘曲缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法，对带钢延伸率提供较为精确的控制手段和有效的测量方法，有效减少薄带不锈钢出现的浪型和翘曲缺陷，提高产品质量。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法，其特征在于采用有限元软件建立仿真模型，再运用逐步回归原理来对各工艺参数进行设定，具体包括以下步骤：

A、根据拉矫机的具体结构和尺寸参数，运用有限元软件进行建模，包括前处理及对大量不同带钢规格、带钢材料参数、工艺参数、网格大小参数和其他参数下的工况数据进行计算分析，运用逐步回归原理得到带钢出口延伸率与各工艺参数的关系，即基于浪形缺陷的拉矫工艺参数预测模型，确定1#辊插入深度及张力值的大小，并初步确定2#、3#辊插入深度；

B、在步骤A的基础上提取数据，建立延伸率差和3#辊插入深度之间的关系，即基于翘曲缺陷的参数预测模型，由此确定3#辊插入深度；

C、将上述确定的工艺参数代入总延伸率求解模型，即步骤A得到的预测模型，若总延伸率符合矫正浪形缺陷的要求，则可确定最后工艺参数，若不符合，重新调整1#辊插入量，重复B步骤，将确定的工艺参数再次代入总延伸率求解模型，直到符合要求为止；

D、对工艺参数进行后续优化，建立查询系统。

所述步骤A中建模的前处理中包括几何模型、有限元网格划分、约束边界条件以及载荷及材料性能；

所述带钢规格包括带钢宽度和厚度；

所述带钢材料参数包括弹性模量、泊松比、屈服极限、强度极限；

所述工艺参数包括1#辊插入深度、2#辊插入深度、3#辊插入深度和张力值；

所述网格参数包括单元密度和网格细分区数目；

所述其他参数包括采用的高斯积分点数目。

所述步骤A运用逐步回归原理得到带钢出口延伸率与各工艺参数的关系式为：

$\mathrm{\ϵ}=a_0+a_1{I}_1+a_2{I}_3^3+a_3{\mathrm{\σ}}_1^3+a_4{\mathrm{\σ}}_1^{-0.5}+a_5{H}^2+a_6{H}^{-5}$

式中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆分别表示各次数项的系数；

I₁为1#辊的插入深度，单位mm；

I₂为2#矫直辊组设定的插入深度，单位mm；

I₃为3#辊组的插入深度，单位mm；

σ₁为带钢的张力值，单位Mpa；

H为带钢厚度，单位mm。

所述步骤B的具体过程为：保持1#辊插入深度、2#辊插入深度和张力值不变，分析上下表面延伸率差在不同的工况下，与3#辊插入深度之间的关系，计算公式为：

$\mathrm{\Δ\ϵ}=a_0+a_1{I}_3+a_2{I}_3^2+a_3{I}_3^3...+a_n{I^N}_3$

其中a₀、a₁、a₂、a₃...a_n

分别表示各次数项的系数，n为自然数，Δε表示带钢上下表面的延伸率差值，I₃表示3#辊的插入深度大小；

令Δε等于零时，可得I₃的值，此时带钢上下表面的延伸率差为零，带钢无翘曲缺陷，达到矫直的目的。

由于A步骤只考虑了浪形的消除，对于翘曲的消除还需建立基于翘曲缺陷的拉矫工艺参数预测模型，而带钢的翘曲的产生是由于上下表面的塑性延伸率差引起的，因此通过步骤B确定3#辊插入深度。

所述步骤D的查询系统分为登录窗口、参数查询窗口和数据添加窗口三个窗口，其中登录窗口为工艺参数查询主页面，从该窗口可进入另外二个子窗口，参数查询窗口包括查询条件、查询结果和调整方案；数据添加窗口是用来不断更新最优化的工艺参数。

最后，所述查询条件包括带钢来料的钢种、板形、表面、厚度和宽度；查询结果为优化后的工艺参数，包括1#辊的插入深度、2#辊的插入深度、3#辊的插入深度、张力值和延伸率大小。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明可以基于大量实测数据的计算分析，采用有限元软件建立仿真模型，再运用逐步回归原理来对各工艺参数进行设定，确立了一套系统的不锈钢拉矫机工艺参数设定方法，并结合实际生产的应用效果进行优化，为不锈钢拉矫提供了理论指导和技术支持，用本发明设定的工艺参数能较好地消除了浪形和翘曲板形缺陷，提高了带钢质量。同时，在工艺参数查询和添加系统界面具有较强的可视性，使生产更具科学性和系统性，解决了操作工因个人经验因素导致的各工作班次采用的工艺参数不一致的问题；添加系统又保证了技术人员可根据实际情况，经过一系列统计，添加可使带钢获得很好板形的工艺参数，使数据库时常保持更新，不断完善和优化工艺参数的设定，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明的不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法流程示意图；

图2是查询系统的工艺参数查询主页面；

图3是参数查询窗口；

图4是数据添加窗口；

图5是本发明实施例中的工艺参数的查询示意图；

图6是拉矫辊系布置示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

一种不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法，流程图如图1所示，步骤为：

A、根据拉矫机的具体结构和尺寸参数，运用有限元软件进行建模，包括前处理及对大量不同带钢规格、带钢材料参数、工艺参数、网格大小参数和其他参数下的工况数据进行计算分析，运用逐步回归原理得到带钢出口延伸率与各工艺参数的关系，即基于浪形缺陷的拉矫工艺参数预测模型，确定1#辊插入深度及张力值的大小，并初步确定2#、3#辊插入深度；

B、在步骤A的基础上提取数据，建立延伸率差和3#辊插入深度之间的关系，即基于翘曲缺陷的参数预测模型，由此确定3#辊插入深度；

C、将上述确定的工艺参数代入总延伸率求解模型，即步骤A得到的预测模型，若总延伸率符合矫正浪形缺陷的要求，则可确定最后工艺参数，若不符合，重新调整1#辊插入量，重复B步骤，将确定的工艺参数再次代入总延伸率求解模型，直到符合要求为止；

D、对工艺参数进行后续优化，建立查询系统。

其中，在步骤A中对已得工况结果进行分析，数据提取包括在一定工艺参数条件下，带钢各个积分层次的塑性延伸率和内部应力的大小。

运用逐步回归分析的基本原理得到带钢塑性延伸率与各工艺参数的关系，形如：

x_αn＝β₀+β₁x_α1+β₂x_α2+…+β_n-1x_α，n-1+ε_α，α＝1，2，…，N

其中x_αn代表塑性延伸率，x_α1、x_α2、...、x_αn-1等表示n-1个自变量，自变量为1#弯曲辊组设定的插入深度I₁(mm)、2#弯曲辊组设定的插入深度I₂(mm)、3#弯曲辊组设定的插入深度I₃(mm)、带钢张应力σ₁(MPa)、带钢的厚度H(mm)以及变化：I₁，

lnI₁，lgI₁，

，I₂，

lnI₂，lgI₂，

I₃，

lnI₃，lgI₃，

σ₁，

lnσ₁，lgσ，

H，H²，H³，lnH，lgH，

β₀，β₁，β₂，...，β_p是n个待估计参数，ε₁，ε₂，...，ε_N，是N个相互独立且服从同一正态N(0，σ)的随机变量。

由上述公式，使用逐步回归逐步剔除显著性不好的自变量，最后得到与延伸率相关性大的变量为：I₁、

σ³、

H²、H^-5。

通过拟合得到带钢延伸率和其他参数的关系式，也即带钢延伸率的预测模型：

$\mathrm{\ϵ}=a_0+a_1{I}_1+a_2{I}_3^3+a_3{\mathrm{\σ}}_1^3+a_4{\mathrm{\σ}}_1^{-0.5}+a_5{H}^2+a_6{H}^{-5}$

式中a₀、a₁、a₂、a₃...a₄、a₅、a₆分别表示各次数项的系数；

I₁为1#辊的插入深度，mm；

I₂为2#矫直辊组设定的插入深度，mm；

I₃为3#辊组的插入深度，mm；

σ₁为带钢的张应力，Mpa；

H为带钢厚度，单位mm。

下面对工艺参数的设定作举例说明，如表1为两种不同钢种的待定系数值

表1两种不同钢种的待定系数值

通过拟合得到，在一定条件下延伸率差和

辊插入量的关系式：

$\mathrm{\Δ\ϵ}=a_0+a_1{I}_3+a_2{I}_3^2$

式中a₀＝0.0246，a₃＝-0.00299，a₃＝8.76×10⁵

这里的一定条件是指1#辊、2#辊插入量分别为14mm、7mm张应力为77.9MPa，带钢规格为0.40×1080。

有以上两个预测模型，就可以确定各工艺参数。

表2所示的工艺参数是经过设定流程分析，再与实际生产相结合的基础上得到的，并进行了试验，可以看出在设定的工艺参数的情况下拉矫出来的带钢，翘曲值都保持在3mm以下，浪形缺陷也得到了有效的消除。

表2优化后的工艺参数在实际生产中的应用

通过以上一系列的工艺参数设定技术，得到了带钢拉矫时的工艺参数，将其输入数据库中，可进行相关的查询。

如图5为钢种是240，表面为22，厚度为0.4mm，宽度为1000mm，板形较差时的工艺参数，可以看出查询结果为1#、2#和3#辊压下量分别为13.5mm、7.2mm和16.5mm，张力值为3330kg，延伸率为0.109％，且在实际生产过程，由于各种因素带钢仍存在上翘缺陷且在11～15mm之间，可查得调整方案为3#辊压下量增大0.5～1.0mm。

Claims (7)

1.一种不锈钢带钢拉矫机机组的工艺参数设定方法，其特征在于包括以下步骤：

A、根据拉矫机的具体结构和尺寸参数，运用有限元软件进行建模，包括前处理及对不同带钢规格、带钢材料参数、工艺参数、网格大小参数和其他参数下的工况数据进行计算分析，运用逐步回归原理得到带钢出口延伸率与各工艺参数的关系，获得基于浪形缺陷的拉矫工艺参数预测模型，确定1#辊插入深度及张力值的大小，并初步确定2#、3#辊插入深度；

B、在步骤A的基础上提取数据，建立延伸率差和3#辊插入深度之间的关系，获得基于翘曲缺陷的参数预测模型，由此确定3#辊插入深度；

C、将上述确定的工艺参数代入总延伸率求解模型，即步骤A得到的预测模型，若总延伸率符合矫正浪形缺陷的要求，则可确定最后工艺参数，若不符合，重新调整1#辊插入量，重复B步骤，将确定的工艺参数再次代入总延伸率求解模型，直到符合要求为止。

2.根据权利要求1所述的工艺参数设定方法，其特征在于所述步骤还包括有步骤D、对工艺参数进行后续优化，建立查询系统。

3.根据权利要求1或2所述的工艺参数设定方法，其特征在于所述步骤A中建模的前处理中包括几何模型、有限元网格划分、约束边界条件以及载荷及材料性能；

所述带钢规格包括带钢宽度和厚度；

所述带钢材料参数包括弹性模量、泊松比、屈服极限、强度极限；

所述工艺参数包括1#辊插入深度、2#辊插入深度、3#辊插入深度和张力值；

所述网格参数包括单元密度和网格细分区数目；

所述其他参数包括采用的高斯积分点数目。

4.根据权利要求1或2所述的工艺参数设定方法，其特征在于所述步骤A运用逐步回归原理得到带钢出口延伸率与各工艺参数的关系式为：

$\mathrm{\ϵ}=a_0+a_1{I}_1+a_2{I}_3^3+a_3{\mathrm{\σ}}_1^3+a_4{\mathrm{\σ}}_1^{-0.5}+a_5{H}^2+a_6{H}^{-5}$

式中a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅、a₆分别表示各次数项的系数；

I₁为1#辊的插入深度，单位mm；

I₃为3#辊组的插入深度，单位mm；

σ₁为带钢的张力值，单位Mpa；

H为带钢厚度，单位mm。

5.根据权利要求1或2所述的工艺参数设定方法，其特征在于所述步骤B的具体过程为：保持1#辊插入深度、2#辊插入深度和张力值不变，分析上下表面延伸率差在不同的工况下，与3#辊插入深度之间的关系，计算公式为：

$\mathrm{\Δ\ϵ}=a_0+a_1{I}_3+a_2{I}_3^2+a_3{I}_3^3...+a_n{I^N}_3$

其中a₀、a₁、a₂、a₃...a_n分别表示各次数项的系数，n为自然数，Δε表示带钢上下表面的延伸率差值，I₃表示3#辊的插入深度大小；

令Δε等于零时，可得I₃的值，此时带钢上下表面的延伸率差为零，带钢无翘曲缺陷，达到矫直的目的。

6.根据权利要求2所述的工艺参数设定方法，其特征在于所述步骤D的查询系统分为登录窗口、参数查询窗口和数据添加窗口三个窗口，其中登录窗口为工艺参数查询主页面，从该窗口可进入另外二个子窗口，参数查询窗口包括查询条件、查询结果和调整方案；数据添加窗口是用来不断更新最优化的工艺参数。

7.根据权利要求6所述的工艺参数设定方法，其特征在于所述查询条件包括带钢来料的钢种、板形、表面、厚度和宽度；查询结果为优化后的工艺参数，包括1#辊的插入深度、2#辊的插入深度、3#辊的插入深度、张力值和延伸率大小。

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