CN106055870A - 一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法 - Google Patents

Abstract

一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法，其主要包括以下由计算机执行的步骤：1、收集连退机组的关键设备与工艺参数；2、收集带钢的参数；3、定义相关参数；4、计算带钢临界失稳应力σ_h‑cr(x)；5、计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)、热应力σ_T(x)、摩擦力τ_d(x)以及向心力τ_z(x)；6、计算带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)；7、计算带钢瓢曲指数分布λ(x)；8、判断λ(x)＜λ^*是否成立；9、输出预报结果。本发明实现了对带钢通板过程中瓢曲缺陷的预报，降低了事故发生率，提高了生产效率。

Description

一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法

技术领域

本发明属于冶金轧钢技术领域，特别涉及一种带钢瓢曲的预报方法。

背景技术

连续退火由于采用了快速加热、高温退火、快速冷却、过时效处理等技术，能够将清洗、退火、平整、精整等工序合而为一，具有生产周期短、效率高、适合大批量生产等一系列优点而得到了广泛的应用。但在连退生产过程中，带钢在纵向经常会出现一条或数条不同程度的褶皱现象，现场称之为“瓢曲”。瓢曲现象对机组的稳定通板和产品质量危害极大，轻则出现数十米的褶皱，导致对机组采取降速措施，影响生产效率；重则造成炉内断带，导致机组停产。瓢曲现象作为连退领域的重大技术难题，严重阻碍了连退工艺的进一步发展，已经成为现场技术攻关的焦点。

带钢瓢曲主要受到来料板形、工艺段设定张力、带钢横向温差、炉辊辊型、通板速度及摩擦系数等因素的影响，尤其是来料板形不良的影响较为严重。以往学者大多是基于对带钢由弹性失稳至瓢曲的研究^[1-5]，抑或是带钢总的设定张力对瓢曲的影响，没有对带钢内部单元的受力进行深入的研究，不但无法实现对瓢曲的在线预报，且不能定量的给出不同工况下带钢的瓢曲趋势。这样，如何综合考虑来料板形、辊型、温差、设定张力、摩擦系数及通板速度等因素，从带钢内部张力分布角度出发，建立带钢发生瓢曲可能性的量化指标，及时发现甚至预测出带钢的瓢曲趋势，并能够对其实现在线预报，进而指导生产，成为现场攻关的重点。

参考文献：

[1]Tetsu Matoba，Matsuo Ataka，Itaru Aoki，Takashi Jinma.Effect of Crownon Heat Buckling in Continuous Annealing and Processing Line[J].Iron andSteel.1994，80(8)：61-66

[2]N.Jacques，A.Elias，M.Potier-Ferry，H.Zahrouni.Buckling and wrinklingduring strip conveying in processing lines[J].Journal of Materials ProcessingTechnology.2007，190：33-40

[3]张清东，常铁柱，戴江波.带钢高温态横向瓢曲的理论与试验[J].机械工程学报.2008，44(8)：219-225

[4]张清东，白剑，常铁柱，等.连续退火炉内带钢张力设定模型研究[J].钢铁.2006，41(2)：42-45

[5]张利祥，李俊，张理扬.连续退火机组带钢瓢曲临界张力的研究[J].钢铁.2012，47(6)：42-45

发明内容

本发明的目的在于提供一种能及时对带钢瓢曲做出预报、有效避免事故发生、提高生产效率的适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法。

本发明主要是根据带钢瓢曲机理，在已知带钢张力分布的基础上，从带钢受到的内力(热应力、泊松应力)及外力(摩擦力、向心力)入手建立预报模型，制定评判带钢瓢曲趋势的量化指标，提出了适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法。

本发明包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：炉辊半径R，炉辊平直段长度S，炉辊锥度γ，临界锥度γ_c，机组速度V，速度影响系数κ，带钢与炉辊的摩擦系数μ；

(b)收集带钢的参数，主要包括：带钢宽度B，带钢厚度h，当前工艺段的张力分布σ_j(x)，上一工艺段的张力分布σ_j-1(x)，当前工艺段的温度分布T(x)，当前工艺段与上一工艺段的温度变化ΔT(x)，带钢线膨胀系数β，带钢泊松比ν、带钢局部失稳区域宽度b，带钢受力范围L，带钢临界瓢曲指数λ*；

(c)定义相关参数，主要包括：带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)，带钢局部失稳区域所受热应力σ_T(x)，带钢局部失稳区域所受摩擦力τ_d(x)，带钢局部失稳区域所受向心力τ_z(x)，失稳区域中心坐标x₀，带钢在当前温度下的弹性模量E(x)，带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)，带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)，带钢瓢曲指数分布λ(x)，过程调整参数j、i；

(d)计算带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)；

${\mathrm{\σ}}_{h-cr}\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\π}}^{2}E\left(x\right)}{3(1-v^2)}{\left(\frac{h}{b}\right)}^2$

E(x)＝208570-0.20986T(x)²

(e)计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)、热应力σ_T(x)、摩擦力τ_d(x)以及向心力τ_z(x)，包括以下步骤；

(e1)相关参数赋初值，令j＝1；

(e2)令

(e3)判断是否成立？

若不等式成立，则 转入步骤(e4)；若不等式不成立，则τ_d(x₀)＝0，转入步骤(e4)；

(e4)判断是否成立？若不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤(e2)；若不等式不成立，则转入步骤(f)；

(f)计算带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)，包括以下步骤；

(f1)相关参数赋初值，令i＝1；

(f2)令

(f3)判断σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)≥0是否成立？若不等式成立，转入步骤(f4)；若不等式不成立，转入步骤(f6)；

(f4)判断τ_z(x₀)+τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)+τ_d(x₀)，转入步骤(f7)；若不等式不成立，转入步骤(f5)；

(f5)判断τ_z(x₀)-τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)＜τ_z(x₀)+τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)，转入步骤(f7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(f7)；

(f6)判断τ_z(x₀)≥τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(f7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝0，转入步骤(f7)；

(f7)判断是否成立？若不等式成立，则令i＝i+1，转入步骤(f2)；若不等式不成立，则转入步骤(g)；

(g)计算带钢瓢曲指数分布λ(x)；

$\mathrm{\λ}\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_h\left(x\right)}{{\mathrm{\σ}}_{h-cr}\left(x\right)}$

(h)判断λ(x)＜λ^*是否成立？若不等式成立，则带钢不发生瓢曲,转入步骤(i)；否则，带钢发生瓢曲，转入步骤(i)；

(i)输出预报结果。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明所采用的预报方法充分考虑到了连退机组内炉辊辊型、来料板形、横向温差、设定张力、通板速度及摩擦系数等因素对带钢瓢曲的影响，实现了对带钢瓢曲的预报，并可以此作为现场调节的依据，从而最大程度保证连退过程的高速、稳定运行。

2、实现了在线预报，工作量小，能够及时根据预报结果对连退过程工艺采取相应的控制措施，有效的避免了断带事故的发生，极大的提高了生产效率。

附图说明

图1为本发明的总计算流程图；

图2为本发明步骤e的计算流程图；

图3为本发明步骤f的计算流程图

图4为本发明实施例1的当前工艺段的张力分布图；

图5为本发明实施例1的上一工艺段的张力分布图；

图6为本发明实施例1的当前工艺段的温度分布图；

图7为本发明实施例1的当前工艺段与上一工艺段的温度变化图；

图8为本发明实施例1的带钢临界失稳应力曲线图；

图9为本发明实施例1的带钢局部失稳区域所受泊松应力、热应力、摩擦力以及向心力曲线图；

图10为本发明实施例1的带钢局部失稳区域所受横向压应力曲线图；

图11为本发明实施例1的带钢瓢曲指数分布图；

图12为本发明实施例2的当前工艺段的张力分布图；

图13为本发明实施例2的上一工艺段的张力分布图；

图14为本发明实施例2的当前工艺段的温度分布图；

图15为本发明实施例2的当前工艺段与上一工艺段的温度变化图；

图16为本发明实施例2的带钢临界失稳应力曲线图；

图17为本发明实施例2的带钢局部失稳区域所受泊松应力、热应力、摩擦力以及向心力曲线图；

图18为本发明实施例2的带钢局部失稳区域所受横向压应力曲线图；

图19为本发明实施例2的带钢瓢曲指数分布图。

具体实施方式

实施例1

根据图1所示的适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法的总计算流程图，选取钢种为CQ、规格0.50mm×1500mm的带钢，以国内某厂连退机组均热段某一道次为例：

首先，在步骤1中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：炉辊半径R＝450mm，炉辊平直段长度S＝600mm，炉辊锥度γ＝0.002rad，临界锥度γ_c＝0.004rad，机组速度V＝6m/s，速度影响系数κ＝0.12，带钢与炉辊的摩擦系数μ＝0.15；

随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括：带钢宽度B＝1500mm，带钢厚度h＝0.5mm，当前工艺段的张力分布σ_j(x)(如图4所示)，上一工艺段的张力分布σ_j-1(x)(如图5所示)，当前工艺段的温度分布T(x)(如图6所示)，当前工艺段与上一工艺段的温度变化ΔT(x)(如图7所示)，带钢线膨胀系数β＝1.2×10^-5，带钢泊松比ν＝0.3、带钢局部失稳区域宽度b＝60mm，带钢受力范围L＝600mm，带钢临界瓢曲指数λ*＝0.92；

随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)，带钢局部失稳区域所受热应力σ_T(x)，带钢局部失稳区域所受摩擦力τ_d(x)，带钢局部失稳区域所受向心力τ_z(x)，失稳区域中心坐标x₀，带钢在当前温度下的弹性模量E(x)，带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)，带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)，带钢瓢曲指数分布λ(x)，过程调整参数j、i；

随后，在步骤4中，计算带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)(如图8所示)；

随后，如图2所示，在步骤5中，计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)、热应力σ_T(x)、摩擦力τ_d(x)以及向心力τ_z(x)(计算结果如图9所示)，包括以下步骤；

5-1、相关参数赋初值，令j＝1；

5-2、令

5-3、判断是否成立？显然不等式不成立，则σ_ν(x₀)＝2.55，σ_T(x)＝7.04，τ_d(x₀)＝0，τ_z(x)＝0.14，转入步骤(5-4)；

5-4、判断是否成立？显然不等式成立，则令j＝1+1，转入步骤(5-2)；若不等式不成立，则转入步骤(6)；

随后，如图3所示在步骤6中，计算带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)(计算结果如图10所示)，包括以下步骤；

6-1、相关参数赋初值，令i＝1；

6-2、令

6-3、判断2.55+7.04≥0是否成立？显然不等式成立，转入步骤(6-4)；

6-4、判断0+0.14≤2.55+7.04是否成立？显然不等式成立，则σ_h(x₀)＝0.14，转入步骤(6-7)；

6-5、判断τ_z(x₀)-τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)＜τ_z(x₀)+τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)，转入步骤(6-7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(6-7)；

6-6、判断τ_z(x₀)≥τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(6-7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝0，转入步骤(6-7)；

6-7、判断是否成立？显然不等式成立，则令i＝1+1，转入步骤(6-2)；

随后，在步骤7中，计算带钢瓢曲指数分布λ(x)(如图11所示)；

随后，在步骤8中，判断λ(x)＜0.92是否成立？显然，不等式成立，则带钢不发生瓢曲，转入步骤(9)；

随后，在步骤9中，输出预报结果。

实施例2

选取钢种为CQ、规格0.50mm×1500mm的带钢，以国内某厂连退机组缓冷段某一道次为例：

首先，在步骤1中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：炉辊半径R＝450mm，炉辊平直段长度S＝400mm，炉辊锥度γ＝0.003rad，临界锥度γ_c＝0.004rad，机组速度V＝6m/s，速度影响系数κ＝0.12，带钢与炉辊的摩擦系数μ＝0.15；

随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括：带钢宽度B＝1500mm，带钢厚度h＝0.5mm，当前工艺段的张力分布σ_j(x)(如图12所示)，上一工艺段的张力分布σ_j-1(x)(如图13所示)，当前工艺段的温度分布T(x)(如图14所示)，当前工艺段与上一工艺段的温度变化ΔT(x)(如图15所示)，带钢线膨胀系数β＝1.2×10^-5，带钢泊松比ν＝0.3、带钢局部失稳区域宽度b＝60mm，带钢受力范围L＝600mm，带钢临界瓢曲指数λ*＝0.92；

随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)，带钢局部失稳区域所受热应力σ_T(x)，带钢局部失稳区域所受摩擦力τ_d(x)，带钢局部失稳区域所受向心力τ_z(x)，失稳区域中心坐标x₀，带钢在当前温度下的弹性模量E(x)，带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)，带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)，带钢瓢曲指数分布λ(x)，过程调整参数j、i；

随后，在步骤4中，计算带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)(如图16所示)；

随后，在步骤5中，计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)、热应力σ_T(x)、摩擦力τ_d(x)以及向心力τ_z(x)(计算结果如图17所示)，包括以下步骤；

5-1、相关参数赋初值，令j＝1；

5-2、令

5-3、判断是否成立？显然不等式不成立，则σ_ν(x₀)＝-3.6，σ_T(x)＝-303.24，τ_d(x₀)＝0，τ_z(x)＝0，转入步骤(5-4)；

5-4、判断是否成立？显然不等式成立，则令j＝1+1，转入步骤(5-2)；若不等式不成立，则转入步骤(6)；

随后，在步骤6中，计算带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)(计算结果如图18所示)，包括以下步骤；

6-1、相关参数赋初值，令i＝1；

6-2、令

6-3、判断-3.6-303.24≥0是否成立？显然不等式不成立，转入步骤(6-6)；

6-4、判断τ_z(x₀)+τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)+τ_d(x₀)，转入步骤(6-7)；若不等式不成立，转入步骤(6-5)；

6-5、判断τ_z(x₀)-τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)＜τ_z(x₀)+τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)，转入步骤(6-7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(6-7)；

6-6、判断0≥0是否成立？显然不等式成立，则σ_h(x₀)＝0，转入步骤(6-7)；

6-7、判断是否成立？显然不等式成立，则令i＝1+1，转入步骤(6-2)；

随后，在步骤7中，计算带钢瓢曲指数分布λ(x)(如图19所示)；

随后，在步骤8中，判断λ(x)＜0.92是否成立？显然，不等式成立，则带钢不发生瓢曲，转入步骤(9)；

随后，在步骤9中，输出预报结果。

根据上述实施结果，可以对带钢的瓢曲趋势做出提前预报，并及时采取措施加以应对。最后，为了说明本发明所述相关技术的先进性，如表1所示，为采用本发明所述方法后某机组近三年年产量及瓢曲缺陷量统计数据。

表1瓢曲缺陷量及年产量统计

通过表1可以看出，从2013年至2015年全年年产量由554622t增长到604605t，而因瓢曲所造成的缺陷量却由0.0642％降低到0.0023％，在年产量显著提高的同时，瓢曲缺陷量得到了有效的控制，为机组创造了较大的经济效益。

Claims (1)

1.一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：炉辊半径R，炉辊平直段长度S，炉辊锥度γ，临界锥度γ_c，机组速度V，速度影响系数κ，带钢与炉辊的摩擦系数μ；

(b)收集带钢的参数，主要包括：带钢宽度B，带钢厚度h，当前工艺段的张力分布σ_j(x)，上一工艺段的张力分布σ_j-1(x)，当前工艺段的温度分布T(x)，当前工艺段与上一工艺段的温度变化ΔT(x)，带钢线膨胀系数β，带钢泊松比ν、带钢局部失稳区域宽度b，带钢受力范围L，带钢临界瓢曲指数λ*；

(c)定义相关参数，主要包括：带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)，带钢局部失稳区域所受热应力σ_T(x)，带钢局部失稳区域所受摩擦力τ_d(x)，带钢局部失稳区域所受向心力τ_z(x)，失稳区域中心坐标x₀，带钢在当前温度下的弹性模量E(x)，带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)，带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)，带钢瓢曲指数分布λ(x)，过程调整参数j、i；

(d)计算带钢临界失稳应力σ_h-cr(x)；

${\mathrm{\σ}}_{h-cr}\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\π}}^{2}E\left(x\right)}{3(1-v^2)}{\left(\frac{h}{b}\right)}^2$

E(x)＝208570-0.20986T(x)²

(e)计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σ_ν(x)、热应力σ_T(x)、摩擦力τ_d(x)以及向心力τ_z(x)，包括以下步骤；

(e1)相关参数赋初值，令j＝1；

(e2)令

(e3)判断是否成立？

若不等式成立，则 转入步骤(e4)；若不等式不成立，则 转入步骤(e4)；

(e4)判断是否成立？若不等式成立，则令j＝j+1，转入步骤(e2)；若不等式不成立，则转入步骤(f)；

(f)计算带钢局部失稳区域所受横向压应力σ_h(x)，包括以下步骤；

(f1)相关参数赋初值，令i＝1；

(f2)令

(f3)判断σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)≥0是否成立？若不等式成立，转入步骤(f4)；若不等式不成立，转入步骤(f6)；

(f4)判断τ_z(x₀)+τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)+τ_d(x₀)，转入步骤(f7)；若不等式不成立，转入步骤(f5)；

(f5)判断τ_z(x₀)-τ_d(x₀)≤σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)＜τ_z(x₀)+τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝σ_ν(x₀)+σ_T(x₀)，转入步骤(f7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(f7)；

(f6)判断τ_z(x₀)≥τ_d(x₀)是否成立？若不等式成立，则σ_h(x₀)＝τ_z(x₀)-τ_d(x₀)，转入步骤(f7)；若不等式不成立，则σ_h(x₀)＝0，转入步骤(f7)；

(f7)判断是否成立？若不等式成立，则令i＝i+1，转入步骤(f2)；若不等式不成立，则转入步骤(g)；

(g)计算带钢瓢曲指数分布λ(x)；

$\mathrm{\λ}\left(x\right)=\frac{{\mathrm{\σ}}_h\left(x\right)}{{\mathrm{\σ}}_{h-cr}\left(x\right)}$

(h)判断λ(x)＜λ^*是否成立？若不等式成立，则带钢不发生瓢曲,转入步骤(i)；否则，带钢发生瓢曲，转入步骤(i)；

(i)输出预报结果。