CN103093093A - 一种适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法 - Google Patents

Abstract

一种适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法，其包括以下可由计算机执行的步骤：1.收集带钢的品种规格及工艺参数；2.计算卸卷和冷却后钢卷第m层带钢第i条处半径；3.计算钢卷第m层带钢宽度方向坐标；4.计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布一次和二次导数；5.计算钢卷第m层宽度方向半径分布曲线曲率；6.计算钢卷开卷后经过弹性回复后对应第m层处带钢宽度方向半径分布曲线曲率；7.计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的横向弯曲挠度；8.计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的翘曲度；完成热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术。本发明操作简单，特别适合热轧生产现场对各个工况下带钢卷取后翘曲预报，为提高钢卷质量、降低带钢翘曲提供理论指导。

Description

一种适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法

技术领域

本发明涉及一种钢卷卷取品质控制技术，特别是一种适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法.

背景技术

在热轧带钢卷取过程中，由于卷取温度比较高，带材变形抗力小，因此很容易发生塑性变形。与此同时，由于板凸度的存在，带钢的边部厚度小于中部，在卷取后期经过逐层累加之后会在宽度方向上呈现中间高、两边向下弯曲的变形。当这种变形超过一定程度时，不但影响下游平整工序的顺利开卷，而且会导致平整工序穿带困难，划伤开卷机夹送辊及带钢表面，甚至是得平整无法进行。以往，现场对于热轧带钢卷取后产生的横向翘曲问题仅仅停留在定性分析的阶段，缺少对带钢横向翘曲的定量分析，对翘曲缺陷的防治几乎完全依赖于现场操作工的经验，防治效果的波动性较大。这样，如何定量分析热轧带钢卷取后的翘曲程度，并提出相应的防治措施就成为现场攻关的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对各个工况下带钢卷取后翘曲进行定量分析并做出预报的适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法。本发明主要是根据来料规格、板凸度以及上游卷取、卸卷、冷却过程对带钢翘曲的影响，结合钢卷内部应力与钢卷层间半径分布相关的特点，运用多项式拟合钢卷冷却之后钢卷某一层带钢宽度方向半径分布，利用弹性力学的基本原理，通过从开卷前钢卷任一层半径横向曲率计算模型到开卷后对应层带材发生弹性回复其横向曲率的变化，建立相关计算模型，对热轧带钢卷取后翘曲度进行预报。

本发明的技术方案如下：

一种适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法，包括以下可由计算机执行的步骤：

（a）收集带钢的品种规格及工艺参数，主要包括：带钢宽度B、带钢厚度H、带钢材料泊松比v、带钢弹性模量E、带钢板凸度Δ、带钢屈服极限σ_s、钢卷层数n、钢卷宽度方向条元数z，带钢卷取张力T；

（b）计算卸卷后钢卷第m层带钢第i条处半径rx_mi，i＝0,1,2,…,z；

（c）在步骤（b）计算钢卷半径基础上，计算冷却之后钢卷第m层带钢第i条处半径分布r_mi，i＝0,1,2,…,z；

（d）计算钢卷第m层带钢宽度方向坐标

i=0,1，2,…,z；

（e）设钢卷第m层宽度方向半径分布为z次多项式

其中a_i为待求解多项式系数，i＝0,1,2,…,z；

（f）将步骤（c）计算所得到钢卷第m层带钢宽度方向z+1个半径值代入半径多项式，求解a_i，i＝0,1,2,…,z；

（g）计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布一次导数

i=1,2,…,z；

（h）计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布二次导数

i=2,…,z；

（i）计算钢卷第m层宽度方向半径分布曲线曲率

（j）计算钢卷开卷后经过弹性回复后对应第m层处带钢宽度方向半径分布曲线曲率 ${K_m}^{\′}\left(x\right)=K_m\left(x\right)+\frac{{{4\mathrm{\σ}}_s}^3}{E^3{H}^3{K}_m{\left(x\right)}^2}-\frac{{3\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{EH}}$

（k）计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的横向弯曲挠度

${\mathrm{\δ}}_m={\∫}_0^{\frac{B}{2}}{K_m}^{\′}\left(x\right)(\frac{B}{2}-x)\mathrm{dx};$

（l）计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的翘曲度

（m）完成热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术。

本发明的优点是：操作简单、实用，特别适合热轧生产现场对各个工况下带钢卷取后翘曲预报，为提高钢卷质量、降低带钢翘曲提供理论指导。

附图说明

图1是本发明总计算程图；

图2是本发明实施例1带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图3是本发明实施例1不同厚度带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图4是本发明实施例1不同宽度带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图5是本发明实施例1不同板凸度带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图6是本发明实施例1不同卷取张力带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图7是本发明实施例2带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图8是本发明实施例2不同厚度带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图9是本发明实施例2不同宽度带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图10是本发明实施例2不同板凸度带钢卷取后的翘曲度径向分布图；

图11是本发明实施例2不同卷取张力带钢卷取后的翘曲度径向分布图。

具体实施方式

实施例1

计算80层热轧钢卷翘曲度，即n＝80。现以规格为8mm×1000mm的普通碳素钢为例来描述计算热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术的具体实现过程，其计算流程如图1所示。

首先，在步骤1中，收集带钢的品种规格及工艺参数，主要包括：带钢宽度B＝1000mm、带钢厚度H＝8mm、带钢材料泊松比v＝0.3、带钢弹性模量E=213000MPa、带钢板凸度Δ=30μm、带钢的屈服极限σ_s＝200MPa、钢卷层数n＝100、带钢宽度方向条元数z＝18、带钢卷取张力T＝6MPa；

随后，在步骤2中，计算卸卷后钢卷第m层带钢第i条处半径rx_mi，i=0,1,2,…,18；

随后，在步骤3中，以步骤2计算的钢卷卸卷后半径为基础，计算冷却之后钢卷第m层带钢第i条处半径分布r_mi，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤4中，计算钢卷第m层带钢宽度方向坐标

i=0,1，2,…,18；

随后，在步骤5中，设钢卷第m层宽度方向半径分布为18次多项式

其中a_i为待求解多项式系数，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤6中，将步骤3计算所得到的钢卷第m层带钢宽度方向19个半径值代入半径多项式，求解a_i，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤7中，计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布一次导数

${r^{\′}}_{\mathrm{mi}}=\underset{i=1}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ia}}_i{x}^{(i-1)},$ i=1,2,…,18；

随后，在步骤8中，计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布二次导数

${r^{\′\′}}_{\mathrm{mi}}=\underset{i=2}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}i(i-1)a_i{x}^{(i-2)},$ i=2,…,18；

随后，在步骤9中，求解钢卷第m层宽度方向半径分布曲线曲率

$K_m\left(x\right)=\frac{\left|\underset{i=2}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}i(i-1)a_i{x}^{(i-2)}\right|}{{(1+{\left(\underset{i=1}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}i{a}_i{x}^{(i-1)}\right)}^2)}^{\frac{3}{2}}};$

随后，在步骤10中，求解钢卷开卷后对应第m层处带钢宽度方向半径分布曲线曲率 ${K_m}^{\′}\left(x\right)=K_m\left(x\right)+\frac{{{4\mathrm{\σ}}_s}^3}{E^3{H}^3{K}_m{\left(x\right)}^2}-\frac{3{\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{EH}};$

随后，在步骤11中，计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的横向弯曲挠度

${\mathrm{\δ}}_m={\∫}_0^{\frac{B}{2}}{K_m}^{\′}\left(x\right)(\frac{B}{2}-x)\mathrm{dx};$

随后，在步骤12中，计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的翘曲度

随后，在步骤13中，完成热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术，其翘曲度随钢卷半径变化预报结果如附图2所示，带钢翘曲度是带钢逐层累积的结果，在带材的规格及板凸度不变的条件下，随着钢卷半径的增大而增加。在钢卷最外层处其翘曲度达到最大。

为了进一步说明热轧带钢卷取后翘曲，采用单一变量法，分别分析带钢厚度、宽度、板凸度、卷取张力等因素对翘曲度的影响，其预报结果如附图3、4、5、6所示。如附图3所示，在带材的宽度、板凸度以及钢卷卷径相同的情况下，随着带钢厚度增加钢卷开卷后带钢的翘曲度也增加。如附图4所示，随着带钢宽度的增大，翘曲度减小，其原因是在相同带钢厚度、板凸度条件下，带钢卷横向弯曲程度随着宽度的增加而减小，发生弹塑性变形越小。如附图5所示，来料带钢板凸度对带钢翘曲度有非常大的影响，在带材的规格及卷径相同的情况下，随着带材板凸度的增加钢卷开卷后带钢翘曲度也增大。如附图6所示，卷取张力对带钢翘曲度影响非常小，主要原因是带钢翘曲主要是在板凸度的影响下发生了横向弯曲，在加上钢卷横向冷却不均匀性，横向翘曲加剧，在此过程中，带钢卷取张力的影响对上述两个因素影响有限，故带钢卷取张力对带钢翘曲影响小，这就是说为了治理带钢卷取过程的横向翘曲问题，必须从上游热轧工序入手，主要是控制带材的板凸度。

实施例2

以规格为8mm×1000mm的高强度低合金钢为例，计算80层冷轧钢卷冷却应力场的分布，即n＝80，描述热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术具体实现过程。

首先，在步骤1中，，收集带钢的品种规格及工艺参数，主要包括：带钢宽度B＝1200mm、带钢厚度H＝10mm、带钢材料泊松比v＝0.3、带钢弹性模量E=213000MPa、带钢板凸度Δ=60μm、带钢的屈服极限σ_s=250MPa、钢卷层数n＝80、带钢宽度方向条元数z＝18、带钢卷取张力T＝8MPa；

随后，在步骤2中，计算卸卷后钢卷第m层带钢第i条处半径rx_mi，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤3中，以步骤2计算的钢卷卸卷后半径为基础，计算冷却之后钢卷第m层带钢第i条处半径分布r_mi，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤4中，计算钢卷第m层带钢宽度方向坐标

i=0,1,2,…,18；

随后，在步骤5中，设钢卷第m层宽度方向半径分布为18次多项式

其中a_i为待求解多项式系数，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤6中，将步骤3计算所得到的钢卷第m层带钢宽度方向19个半径值代入半径多项式，求解a_i，i＝0,1,2,…,18；

随后，在步骤7中，计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布一次导数

${r^{\′}}_{\mathrm{mi}}=\underset{i=1}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{ia}}_i{x}^{(i-1)},$ i=1,2,…,18；

随后，在步骤8中，计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布二次导数

${r^{\′\′}}_{\mathrm{mi}}=\underset{i=2}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}i(i-1)a_i{x}^{(i-2)},$ i=2,…,18；

随后，在步骤9中，求解钢卷第m层宽度方向半径分布曲线曲率

$K_m\left(x\right)=\frac{\left|\underset{i=2}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}i(i-1)a_i{x}^{(i-2)}\right|}{{(1+{\left(\underset{i=1}{\overset{18}{\mathrm{\Σ}}}i{a}_i{x}^{(i-1)}\right)}^2)}^{\frac{3}{2}}};$

随后，在步骤10中，求解钢卷开卷后对应第m层处带钢宽度方向半径分布曲线曲率 ${K_m}^{\′}\left(x\right)=K_m\left(x\right)+\frac{{{4\mathrm{\σ}}_s}^3}{E^3{H}^3{K}_m{\left(x\right)}^2}-\frac{{3\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{EH}};$

随后，在步骤11中，计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的横向弯曲挠度

${\mathrm{\δ}}_m={\∫}_0^{\frac{B}{2}}{K_m}^{\′}\left(x\right)(\frac{B}{2}-x)\mathrm{dx};$

随后，在步骤12中，计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的翘曲度

随后，在步骤13中，完成热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术。其翘曲度随钢卷半径变化预报结果如附图7所示，带钢翘曲度是带钢逐层累积的结果，在带材的规格及板凸度不变的条件下，随着钢卷半径的增大而增加。在钢卷最外层处其翘曲度达到最大。

同样，为了进一步说明热轧带钢卷取后翘曲，采用单一变量法，分别分析带钢厚度、宽度、板凸度、卷取张力等因素对翘曲度的影响，其预报结果如附图8、9、10、11所示。在以上四种因素的影响下，热轧卷取后带钢翘曲分布规律与实施例1相同。

Claims (1)

1.一种适合于热轧带钢卷取后的翘曲预报方法，其特征在于：包括以下可由计算机执行的步骤：

（a）收集带钢的品种规格及工艺参数，主要包括：带钢宽度B、带钢厚度H、带钢材料泊松比v、带钢弹性模量E、带钢板凸度Δ、带钢屈服极限σ_s、钢卷层数n、钢卷宽度方向条元数z，带钢卷取张力T；

（b）计算卸卷后钢卷第m层带钢第i条处半径rx_mi，i＝0,1,2,…,z；

（c）在步骤（b）计算钢卷半径基础上，计算冷却之后钢卷第m层带钢第i条处半径分布r_mi，i＝0,1,2,…,z；

（d）计算钢卷第m层带钢宽度方向坐标i=0,1，2,…,z；

（e）设钢卷第m层宽度方向半径分布为z次多项式

其中a_i为待求解多项式系数，i＝0,1,2,…,z；

（f）将步骤（c）计算所得到钢卷第m层带钢宽度方向z+1个半径值代入半径多项式，求解a_i，i＝0,1,2,…,z；

（g）计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布一次导数

i=1,2,…,z；

（h）计算钢卷第m层带钢宽度方向半径分布二次导数

i=2,…,z；

（i）计算钢卷第m层宽度方向半径分布曲线曲率

（j）计算钢卷开卷后经过弹性回复后对应第m层处带钢宽度方向半径分布曲线曲率 ${K_m}^{\′}\left(x\right)=K_m\left(x\right)+\frac{{{4\mathrm{\σ}}_s}^3}{E^3{H}^3{K}_m{\left(x\right)}^2}-\frac{{3\mathrm{\σ}}_s}{\mathrm{EH}};$

（k）计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的横向弯曲挠度

${\mathrm{\δ}}_m={\∫}_0^{\frac{B}{2}}{K_m}^{\′}\left(x\right)(\frac{B}{2}-x)\mathrm{dx};$

（l）计算卸卷前钢卷第m层带钢在开卷后的翘曲度

（m）完成热轧带钢卷取后的翘曲度在线预报技术。

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