CN105916603A - 热轧方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于对通过辊轧机的辊的至少一个机架对半成品金属产品进行热轧制的方法的参数中的至少一个参数(α)进行校准的方法，辊轧机包括至少两个工作辊，该校准方法包括下述步骤：使用以下公式FWS＝(a)来计算前滑比(FWS)，其中，v出是半成品产品离开所述机架的速度，并且v架是工作辊的线速度；根据机架中的所述工作辊的夹紧力(F)的测量值以及先前计算的前滑比(FWS)计算摩擦系数(μ实)的估算值；以及基于所计算的摩擦系数(μ实)的估算值对参数中的所述至少一个参数(α)进行校准。本发明还涉及一种相关的轧制方法，一种相关的辊轧机，以及一种相关的计算机程序产品。

Description

热轧方法
技术领域
本发明涉及冶金产品的热轧。更具体地，本发明涉及用于校准热轧过程的至少一个参数的方法。
下文以钢带的热轧作为示例，尽管如此，本发明可应用于其他冶金产品——特别是铝或其合金——的热轧。
通常根据下面描述的方法来制造热轧钢带：
-连续铸造厚度范围为200mm至260mm的板坯；
-将板坯重新加热至大约1100℃至1200℃的温度；
-使板坯穿过粗辊轧机——该粗辊轧机包括单个可逆机架或相继布置在生产线中的多个独立机架(例如，五个)——以获得厚度大约为30mm至50mm的带材；
-使带材穿过精辊轧机——该精辊轧机包括带材同时存在于其中的多个机架(例如，六个或七个)，以使带材具有大约1.5mm至10mm的厚度，接着进行带材的卷绕。
如此获得的热轧带材随后可以经受将使其具有规定的属性的热处理或机械处理，或者其可以在进行最终的热处理或机械处理之前经历将进一步减小其厚度的冷轧。
在钢带的热轧期间，在精整线的每个机架中，钢带经受精确的确定序列的热和机械操作(减少量(reduction)、温度)，所述精确的确定序列的热和机械操作受工作辊与位于辊之间的辊缝中的带材之间的摩擦影响。该序列的操作对带材的质量(表面外观和冶金性能)有重大影响。
因此，首要的是能够测量和控制辊缝中的摩擦。摩擦系数太高导致过量的能量消耗和辊的迅速裂化以及带材上的表面缺陷。反之，摩擦系数太低会导致滑动问题、带材的导引问题以及带材在机架中的穿带问题。
摩擦系数的校准特别地通过润滑过程得以保证。
目前，润滑通常在辊轧机的每个机架的水平高度处通过将由水和润滑流体——通常为油——构成的乳液在辊缝的水平高度处注射在辊上而执行。例如，参见US-A-3605473。
对于轧制新的VHS(非常高的强度，通常在450Mpa与900MPa之间)或UHS(超高强度，通常大于900MPa)等级的钢和/或新的规格，例如，带材厚度小于3mm的钢对有效润滑的需求更大。这些钢比如或双相钢通常更硬并且需要施加更大的轧制力，这降低了辊轧机的生产力。这些钢也可以具有带有较少的菱锌矿的表面组合物，该表面组合物通常用作第一润滑成分。
此外，在当前的轧制方法中，为了避免因摩擦系数太高而使得带材无法穿过辊缝的风险，在带材的轧制开始期间停止润滑乳液的注射。以相同的方式，为了防止由于辊上的润滑乳液的存在而使得下一个带材无法恰当地穿过，在前一个带材的尾端的轧制期间停止润滑乳液的注射。这两个部分——所述两个部分因此在没有润滑剂的情况下被轧制——必须被废弃，原因在于它们不具有所需的厚度，这使得浪费了若干米的带材(每个机架从5米至10米的带材)并且因此就生产力方面造成显著损失。
已经提出了多种解决方案来确保有效润滑，并且因此校准摩擦系数以防止轧制事故，比如滑动或者带材未能恰当地穿带。
JP-A-2008264828描述了一种热轧方法，在该热轧方法中，工作辊覆盖有具有特殊成分的涂层以保证一定值的摩擦系数。
JP-A-2005146094描述了一种热轧方法，在该热轧方法中，通过使用具有特定成分的润滑油而防止带材滑动。
然而，这些解决方案并不能在轧制期间连续校准摩擦系数。此外，摩擦系数是下述各者的函数：构成待轧制的带材的材料类型、工作辊的状态(粗糙度、磨损、规模等)、轧制速度以及待实现的减少量的百分比。另外，润滑的效果在运行的开始与结束之间会非常不同，并且甚至从一个生产线至另一生产线以及从相同生产线上的一个机架至另一机架也会不同。然而，所提出的解决方案均不能够在过程期间将这些参数的变化考虑在内。
JPH-A-1156410描述了一种方法，在该方法中，通过传感器来测量由辊轧机辊施加的挤压力，并且然后调节所注射的润滑油的量使得测量的轧制力等于目标值。
该解决方案的目的是在过程期间调节摩擦系数，但是并没有考虑影响摩擦系数的所有参数，这使得该解决方案不那么有效。此外，该解决方法引起轧制过程期间的不稳定性——比如在添加大量的润滑剂以实现所需的力的情况下的速度或牵引力的变化——的显著风险。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种这样的轧制方法：在该轧制方法中，摩擦系数在生产期间被可靠且有效地校准，以防止轧制事故并且实现最佳输出。本发明的目的还优选地在于提供一种降低轧制过程的不稳定性并且使得能够在带材的整个长度上润滑带材的方法。
为了实现该目的，本发明的第一目的是根据权利要求1所述的校准方法。
该校准方法也可以包括在权利要求2至7中所描述的被单独地或以组合的方式考虑的特征。
本发明的另一目的是根据权利要求8的轧制方法。
该轧制方法也可以包括权利要求9至13的被单独地或以组合的方式考虑的特征。
本发明的另一目的是根据权利要求14的热辊轧机。
该辊轧机也可以包括权利要求15的特征。
本发明的另一目的是根据权利要求16的计算机程序。
附图说明
通过阅读下面的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显。
为了说明本发明，已经进行了测试并且将通过非限制性示例的方式——特别地参照附图——对所述测试进行描述，在附图中：
-图1示出了配备有根据本发明的校准装置的一个实施方式的双机架辊轧机，
-图2示出了在根据本发明的校准方法的一个实施方式中使用的不同变量，
-图3示出了根据本发明的第一实施方式的控制图，
-图4示出了根据本发明的第二实施方式的控制图，
-图5示出了在使用根据本发明的校准方法的测试期间作为时间的函数的马达扭矩和油的注射开始，
-图6示出了在使用根据本发明的校准方法的测试期间作为时间的函数的轧制带材在机架的出口处的厚度。
具体实施方式
图1示出了正在辊轧机中轧制的金属带材B，该辊轧机包括两个机架1、2，在所述两个机架1、2中，带材B例如被用于钢带的热轧的精辊轧机同时接合。该类型的辊轧机通常包括5个机架、6个机架或7个机架。机架1、2中的每一者通常包括两个工作辊1a、1a’和2a、2a’以及两个支承辊1b、1b’和2b、2b’。每个机架通过一对马达C1、C2(未示出)启动。两个工作辊之间的距离——分别为1a-1a’和2a-2a’——被称为辊缝S(未示出)并且该距离借助于压下机构7来调节。
辊在每个机架的水平高度处通过注射装置3——诸如例如使得能够喷射油和水乳液的喷射喷嘴——来润滑。
根据本发明的一个实施方式，速度测量装置4在带材的行进方向上定位在第一机架的出口处，该装置4使得能够在带材离开机架时测量带材的速度v出。该装置可以是例如光学测量装置比如激光测速仪。该速度测量使得能够基于以下公式来实时计算FWS(前滑)比：
其中：
-v出是例如借助于装置4测量的带材在机架的出口处的速度。
-v架根据以下公式计算出的工作辊的线速度：
v架＝ωR (公式2)
其中，R是工作辊的半径，ω是例如由脉冲发生器测量到的工作辊的角速度)
速度v出和速度v架可以以速度的任何单位来表示，尽管速度v出和速度v架两者都必须以同一单位来表示。同样地，表示角速度ω的单位必须与表示v架的单位相一致。
此外，根据本发明的一个实施方式，在每个机架的水平高度处还设置有使得能够实时测量工作辊的压下力F的力测量装置5。这些装置——其对本领域技术人员而言是众所周知的——例如可以是安装在机架的立柱上或安装在压下机构7下面的应变计。
所测得的压下力F和带材在出口处的速度v出的数据被传输至处理单位6，该处理单位6然后可以根据这些测量值和其他先前记录的参数将设置例如发送至润滑剂乳液注射喷嘴3或者发送至压下机构7。
下面参照图3对使得能够执行根据本发明的校准方法的一个实施方式的处理单位6进行描述。
带材在机架的出口处的速度v出以及工作辊的角速度ω在生产线中测量并且它们的值被发送至第一计算机8。该第一计算机8包括存储有工作辊的半径R的值的至少一个内部存储器，这使得能够计算工作辊的线速度v架并且随后根据公式1计算前滑比FWS的值。
计算出的FWS值随后被传输至第二计算机9，该第二计算机9还接收由传感器5实时测量的压下力F的值作为输入数据。该第二计算机包括存储有参数P1的至少一个内部存储器。这些参数P1是选择用于计算摩擦系数μ实的模型(model)的函数。
不同的简化模型可以适于根据前滑FWS的值和压下力F的值来进行摩擦系数μ实的计算。这些模型在其总体概述方面是已知的，但在其如本发明中所描述的特定应用中是未知的。
通过示例的方式，下面将描述出于本发明的目的对Orowan模型以及对本领域技术人员而言已知的其他模型比如SIMS模型或Bland&Ford模型的使用。在下述文献中对这三种模型中的每种模型的一般理论进行了描述，例如，针对Orowan模型而言，在1943年6月的《Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers》第150卷第1号第140-167页中E.Orowan的“The calculation of roll pressurein hot and cold flat rolling,”；针对Sims模型而言，在1954年6月的《Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers》第168卷第1号第191-200页中R.B.Sims的“The calculation of roll force andtorque in hot rolling mills,”；针对Bland&Ford模型而言，在1948年6月的《Proceedings of the Institute of Mechanical Engineers》第149卷第144页中D.R.Bland和H.Ford的“The Calculation of RollForce and Torque in Cold Strip Rolling with Tensions,”。
为了使用Orowan模型实时计算摩擦系数μ实，参数P1是带材的入口厚度e入和出口厚度e出，带材的入口张力σ入和出口张力σ出，其中，在该示例中，这些参数在轧制开始就被设定，但是这些参数也可以被实时估算或测量。在图2中图示了这些参数。
基于该数据，第二计算机9还计算摩擦系数μ实，该数据被传输至处理器10。μ实的计算时间小于等于100ms并且优选地小于等于50ms。
处理器10的输入数据有μ实、基于图表或建模所确定的摩擦系数的目标值μ目，根据轧制的带材的钢的等级，在所考虑的设备上轧制的带材的千米数、辊的磨损、所使用的油的类型等、以及参数α0。该参数是将被用于校准摩擦系数μ实的过程参数α的初始值。
例如，该参数可以是润滑油的注射流量Q油。可以例如借助于图表或通过建模来确定初始值。
然后，摩擦系数的值μ实与摩擦系数的目标值μ目进行比较。如果这两个值之间的差异的绝对值|μ目-μ实|大于预定值Δ，则计算参数αn的新的值并且应用该值使得所计算的摩擦系数μ实的值为更接近目标值μ目的值，这样做的目的是防止带材未能恰当地穿过并且在μ实<μ目+Δ的情况下防止滑动或者在不满足μ实<μ目+Δ的情况下防止工作辊过早磨损以及表面缺陷。例如，可以减小或者增大润滑油的注射流量Q油。优选的是，出于在辊的冷却散热方面以及恰当操作方面的考虑，保持乳液中的水流恒定以确保所注射的乳液覆盖辊的大部分。
带材的离开速度v出的测量与收到设定值αn之间所经过的时间小于等于500ms，并且优选地小于等于150ms。
测量、计算和校准的接续也可以被重复直到所考虑的带材的轧制结束为止以及直到轧制运行结束为止。
图4示出了根据本发明的第二实施方式的控制图。
与以上所描述的且在图3中图示的第一实施方式的不同之处在于分别由计算机8和计算机9计算的FWS值和μ实值被传输至第二处理器11。因此，该第二处理器的输入数据为FWS、μ实以及一组参数P2。这些参数P2是选择用于计算摩擦系数μ实的模型的函数。
如果在前述实施方式中使用Orowan模型，则参数P2为带材的入口厚度e入和出口厚度e出，带材的入口张力σ入和出口张力σ出、辊的半径R，其中，在该示例中，这些参数在轧制开始就被设定，但是这些参数也可以被实时估算或测量。P2还包括所考虑的辊轧机机架的变形模量M。该模量——其通常以t/mm表示——的特点在于机架的弹性变形与轧制力关联。
基于该数据，处理器例如计算必须被施加以获得厚度e出的轧制力F’的值。
参数α的新值会导致其他参数的改变，并且因此产生诸如例如机架的出口处的厚度不足的问题。
如果所注射的油流量Q油被改变，则摩擦系数μ实被改变，并且因此由辊在带材上施加的力F被改变。即，进而转变为带材在机架的出口处的厚度e出被改变，如图5中所图示的。因此，可能在机架的出口处获得令人不满意的厚度。如果该问题发生，则可以使用与用于计算μ实的模型相同的模型，但是在相反的方向上。在Orowan模型的这种情况下，参数入口厚度e入、e出；张力σ入、σ出；直径D；目标摩擦系数μ目；以及计算出的前滑比被输入以由此得出待施加至带材的力F’以及根据下面的公式3得出所需的辊缝变化ΔS，并且因此改变限定辊缝的压下机构7的位置。
其中：
-F’是由处理器11计算出的轧制力的值。
-F是由传感器5测量的轧制力的值。
-M是所考虑的机架的变形模量。
这三个变量的单位必须相互一致，并且例如可以是，力F和力F’的单位是牛顿，变形模量M的单位是N/mm。
借助逆模型的相同的计算原理可以用于控制轧制过程的其他参数，比如机架的上游张力σ入和下游张力σ出，以防止正在轧制的带材在出口处的速度中断。
以上参照图3和图4所描述的处理单元包含不同的元件比如计算器或处理器，但还可以设想使得能够执行不同的计算和设定操作的同一个处理器，或者可以执行计算和设定步骤的任何其他可能的构型。测试
根据本发明的热轧方法通过对钢带进行DWI(压薄拉伸)而被执行，其中，所使用的润滑油是标准的市售油。
图5和图6中图示了结果。
如图5中所图示的，注射流量Q油在带材的头端的轧制期间为零。这是慎重的选择，原因在于，该测试主要致力于带材的尾端的润滑。
另一方面，可以看出，油注射流量Q油被调节直到带材的轧制结束为止，这意味着带材的尾端在存在润滑剂的情况下也被轧制，现有技术中并非如此。
图6示出了带材在机架出口处的厚度e出为轧制时间的函数。应当指出的是，在10秒之后该厚度e出下降，该下降对应于以上所解释的。所注射的油流量Q油的改变导致所施加的力F的改变，并且在这种情况下导致了在带材离开机架时带材的厚度e出的很大的减小量。由于图4中图示的校准，新的压下力F’被计算并且辊缝S被改变，由此以获得满足消费者所期望的出口厚度e出。在该图6中能够观察到厚度e出的增加和维持不变。
在该测试期间既未发生下一个带材的前滑也未发生下一个带材的任何不当穿过，这意味着摩擦系数被可靠且有效地校准。此外，能够在有润滑剂的情况下对带材的端部进行轧制，而不对下一个带材的轧制产生任何的影响。

Claims (16)

1.一种用于对在包括至少两个工作辊的至少一个辊轧机机架中对半成品金属产品的热轧处理的参数中的至少一个参数(α)进行校准的方法，其中，所述校准方法包括下述步骤：
-通过以下公式计算前滑比(FWS)：
其中，v出是所述半成品产品在相应的机架的出口处的速度，并且v架是所述工作辊的线速度；
-根据所述机架中的所述工作辊的压下力(F)的测量值以及先前计算出的所述前滑比(FWS)来计算估算的摩擦系数(μ实)；以及
-基于所计算出的估算的摩擦系数(μ实)对所述参数中的至少一个参数(α)进行校准。
2.根据权利要求1所述的校准方法，其中：
-在计算估算的摩擦系数(μ实)的步骤期间，预设摩擦系数的目标值(μ目)，并且实时计算所述摩擦系数(μ实)；
-在所述校准步骤期间，如果|μ目-μ实|大于预定值(Δ)，则将对应的处理参数(α)调节成使得|μ目-μ实|变得小于等于所述预定值(Δ)。
3.根据权利要求1或2所述的轧制方法，其中，在计算所述前滑比之前，测量所述半成品产品在所述机架的出口处的速度(v出)，并且所述(v出)的测量与所述摩擦系数(μ实)的计算之间的时间小于等于100ms。
4.根据权利要求3所述的轧制方法，其中，所述v出的测量与所述μ实的计算之间的时间小于等于50ms。
5.根据前述权利要求中的一项所述的轧制方法，其中，在所述v出的测量与所述热轧处理的所述参数中的所述至少一个参数(α)的校准之间的时间小于等于500ms。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的校准方法，包括校正步骤，所述校正步骤在对所述处理的所述参数中的至少一个参数(α)进行校准的步骤之后，并且所述校正步骤包括根据所计算出的前滑比(FWS)的值以及所述摩擦系数(μ实)的值对所述压下力F进行校准。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的校准方法，包括校正步骤，所述校正步骤在对所述处理的所述参数中的至少一个参数α进行校准的步骤之后，并且所述校正步骤包括根据所计算出的前滑比(FWS)的值以及所述摩擦系数(μ实)的值对所述带材的入口张力(σ入)和出口张力(σ出)进行校准。
8.一种用于在包括至少两个工作辊的至少一个辊轧机机架中对半成品金属产品进行热轧的方法，其中，所述方法中的参数中的至少一个参数α借助于根据前述权利要求中的任一项所述的校准方法进行校准。
9.根据权利要求8所述的轧制方法，其中，在介于所述工作辊之间的辊缝的水平高度处注射由油和水组成的润滑乳液，并且其中，所述方法的所述参数中的至少一个参数α是所述油的注射流量(Q油)。
10.根据权利要求8或9中的一项所述的轧制方法，其中，轧制的所述金属半成品产品是铝带。
11.根据权利要求8或9中的一项所述的轧制方法，其中，轧制的所述金属半成品产品是钢带。
12.根据权利要求11所述的轧制方法，其中，轧制的钢带是非常高强度或超高强度的钢带。
13.根据权利要求11或12所述的轧制方法，其中，在轧制结束时轧制的钢带具有小于等于3mm的厚度。
14.一种用于执行根据权利要求8至11中的任一项所述的轧制方法的热辊轧机。
15.根据权利要求12所述的热辊轧机，其中，所述半成品产品在所述辊轧机机架的出口处的速度v出借助于激光测速仪进行测量。
16.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括软件指令，在所述软件指令被计算机实施时，所述软件指令执行根据权利要求1至7中的任一项所述的校准方法。
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