CN111036693A

CN111036693A - 一种高速热轧线材的轧制力能校核计算方法

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Publication number: CN111036693A
Application number: CN201911125887.6A
Authority: CN
Inventors: 吴诗阳; 张向军; 张焰; 徐峰; 卢勇; 方实年
Original assignee: Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Current assignee: MCC Huatian Nanjing Engineering Technology Co., Ltd; Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-04-21
Anticipated expiration: 2039-11-15
Also published as: CN111036693B

Abstract

本发明公开一种高速热轧线材的轧制力能校核计算方法。所述的方法包括：1)计算基本参数；2)计算轧件温度；3)计算轧制力能参数；本发明结合已有的理论计算公式和经验公式，通过参数修正，提出一套简便有效的轧制力能计算方法，其计算结果完全满足普通热轧棒材产线轧制力能参数校核的需要，可以为设计规划提供参考。

Description

一种高速热轧线材的轧制力能校核计算方法

技术领域

本发明涉及领域为高速热轧线材生产领域，尤其涉及一种热轧光面线材和热轧螺纹盘卷的轧制力能校核计算方法。

技术背景

目前，高速线材生产技术的发展主要是以增加轧机小时产量、无扭/微张力组合以及提高产品尺寸精度、表面质量和组织性能为突破方向。高速线材的轧线轧机主要由粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、精轧机组以及减定径机组组成，最小可生产Φ4.5mm盘卷。

在高速线材生产线设计规划或改造前期，必须对产线轧机的轧制力能进行校核计算，检验轧机电机是否满足轧制力能的要求，从而对产线进行合理地设计规划或升级改造。但由于高线的轧制速度高，终轧速度可以达到100m/s以上，单纯的理论公式或经验方法无法满足多机架、多孔型连轧过程的轧制力能参数校核。

为此，本发明结合已有的理论计算公式和经验公式，通过参数修正，提出一套简便有效的轧制力能计算方法，其计算结果完全满足高速热轧线材轧制力能参数校核的需要，可以为设计规划提供参考。

发明内容

为克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种高速热轧线材的轧制力能校核计算方法。

为达到上述目的，本发明高速热轧线材的轧制力能校核计算方法，所述的方法包括：

1)计算基本参数；

2)计算轧件温度；

3)计算轧制力能参数；

其中，1)计算基本参数的步骤包括：

(1)从减定径机(n#)到粗轧第一架轧机(1#)，反向计算道次延伸率(μ)，第n机架延伸率μ_n的计算公式为：

(2)根据各道次的延伸率μ，计算各道次轧后的轧件长度L，第n机架轧后的轧件长度 L_n的计算公式为：

L_n＝μL_n-1(mm)

(2)根据平均高度法，即将孔型内轧制条件简化为平板轧制，即用同面积、同宽度的矩形代替曲先边的轧件，获得每道次轧后轧件的平均高度

和平均宽度

第n机架轧后的轧件平均高度

和平均宽度

的计算公式为：

(4)利用轧前和轧后的的平均高度，计算每道次的平均压下量

计算公式为：

对于水平轧机和立轧机交替布置的机列，有以下几点需要说明：

1)第1#轧机的轧前高度(H₁)为坯料高度(H₀)；

2)后续第n#轧机的轧前高度(H_n)为第(n-1)#轧机的轧后平均宽度

3)第n#轧机的轧后高度(h_n)为本道次轧件的轧后平均高度

(5)根据轧件在每一个机架的秒流量相等的原则，从减定径机(n#)到粗轧第一架轧机 (1#)，反向计算各道次的轧制速度(ν_n)：

ν_n-1＝μ_nν_n(m/s)

其中ν₀为坯料在1#轧机的入口速度。

(6)计算各道次工作辊径(D_k)的大小，计算公式为：

无孔型轧制：D_k(n)＝D_n(mm)

孔型轧制：D_k(n)＝D_n-s_n(mm)

(7)轧辊转速(V_n)的大小，计算公式为：

进一步的，步骤2)计算轧件温度的步骤包括：

(1)计算各道次轧后轧件的表面面积(F_s)，计算公式可参考以下公式：

1)无孔型轧制：

F_s(n)＝(2L_n(h_n+b_n)+2S_n)/1000000(m²)

2)箱型孔型：

F_s(n)＝(2L_n(0.9h_n+b_n)+2S_n)/1000000(m²)

3)椭圆孔型、预切分和切分孔型：

4)圆孔型：

F_s(n)＝(πh_nL_n+2S_n)/1000000(m²)

(2)计算轧件在进入第n#架轧机轧制前的行走时间t_n：

t_n＝E_n-1/ν_n-1(s)

其中，E₀为第1#架轧机前高温计至第1#架轧机入口的距离；E_n为第(n-1)#架轧机至第n# 架轧机之间的距离。

(3)计算轧辊冷却水对轧件温度的影响△T_w(n)：

采用经验公式：

式中，系数a为经验值，通常取20～50；l_n为轧制道次的变形区接触弧长度，单位为mm；常数1000是将l_n的单位换算为m。接触弧长度l_n按下式计算：

(4)计算高温轧件在空气中辐射散热导致的温降△T_f(n)：

式中，T_n为第n#机架轧制前轧件的温度，单位为K；系数b为经验值，通常取72.2～75.5。

(5)计算高温轧件在空气中辐射散热导致的温降△T_d(n)：

式中，T_a为环境温度，单位为K；ν_n-1为第n#机架轧制的入口速度，亦即第(n-1)#机架的出口速度；ε_r为轧件表面的相对黑度，此处取0.8。

(6)计算轧件在热轧过程中的温升△T_b(n)：

式中，

为第n#机架轧制的平均单位压力，单位为MPa；系数c为与轧制平均应变速率

相关的系数，表明轧件吸收的变形能的相对部分，平均应变速率

越大，系数c也越大。本发明中，当

时，c取0.12；

时，c取0.15；

时，c取0.2；

时，c取0.3；

时，c取0.4。

(7)计算轧件在进入第n#机架轧制时，轧件的温度变化△T_(n)：

ΔT_(n)＝ΔT_w(n-1)+ΔT_f(n)++ΔT_d(n)-ΔT_b(n-1)

但进入第1#机架轧制时，轧件的温度变化△T₍₁₎须按下式计算：

ΔT₍₁₎＝ΔT_f(1)+ΔT_d(1)

(8)计算轧件在进入第n#机架轧制时，轧件的温度T_(n)：

T_n＝T_(n-1)-ΔT_n

式中，T₀为第1#架轧机前高温计测得的温度，单位为K。此外，为满足轧制工艺要求，可以人工对各道次轧件的温度T_(n)进行调整。

进一步地，步骤3)计算轧制力能参数的步骤包括：

(1)各道次的平均单位压力

参考艾克隆德平均单位压力公式进行计算(本发明对个别参数的计算做了调整)：

式中各参数的计算如下：

1)各道次的外摩擦对

影响的系数m_n的修正：

式中各道次的摩擦系数f_n按下式计算：

f_n＝d(1.05-0.0005(T_n-273)-λν_n)

式中，系数d是与轧辊材质有关的系数，通常钢轧辊取1，铸铁轧辊取0.8；常数273是用于将开式温度(K)转化为摄氏温度(℃)；系数λ为本发明提出的轧制速度对摩擦系数的影响系数，取值范围为0.0001-0.0015。

2)各道次变形抗力K_n值(单位为MPa)的计算：

K_n＝9.8(14-0.01T_n)(1.4+C％+Mn％+0.3Cr％)(MPa)

式中，C％、Mn％、Cr％分别为轧件材质的3种合金元素质量分数。

3)各道次粘性系数η_n的计算：

η_n＝0.1(14-0.01(T_n-273))e

式中，e为决定于轧制速度的系数。本发明中当ν_n<6m/s时，e取1；6<ν_n<10m/s时，c取0.8；10<ν_n<15m/s时，c取0.65；15<ν_n<20m/s时，c取0.6；20<ν_n<30m/s时，c取 0.5；30<ν_n<50m/s时，c取0.4；50<ν_n<100m/s时，c取0.2；ν_n≥100m/s时，c取0.15。

4)各道次平均变形速率

采用下式计算：

(2)各道次轧制的变形区面积F_b的计算：

F_b(n)＝il_n(h_(n-1)+b_n)/2(mm²)

式中，系数i为与孔型类型相关的修正系数。本发明中，对于椭圆孔型、箱型以及平辊轧制时，i取0.84；对于圆孔型及其他孔型，i取0.9。

(3)各道次轧制压力P_n的计算：

式中，常数1000是将P_n的单位换算为kN。

(4)各道次轧制力矩M_n的计算：

M_n＝2ψ_nP_nl_n/1000(kN·m)

式中，系数ψ_n为力臂系数；常数1000是将变形区长度l_n的单位换算为m。本发明中，不同孔型轧制道次的ψ_n按下式计算：

式中，系数δ为本发明提出的常数项，通常取0.45～1；系数τ是本发明提出的常数系数，通常取0.05～0.43；系数ξ是本发明提出的常数系数，通常取0.021～0.17。

(5)各道次轧制功率W_n的计算：

本发明结合已有的理论计算公式和经验公式，通过参数修正，提出一套简便有效的轧制力能计算方法，其计算结果完全满足普通热轧棒材产线轧制力能参数校核的需要，可以为设计规划提供参考。

附图说明

图1高速热轧线材生产线的基本布置情况。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

高速热轧线材产线的基本布置如附图1所示，线材经过多机架轧制后，由吐丝机吐丝并进入散卷控冷运输机，最终集卷后进入P/F线。高速热轧线材产线所涉及热轧光面线材和热轧螺纹盘卷的孔系主要由平辊、箱型孔型、椭圆孔型和圆孔型四类孔型组成。

校核计算前，已知数据有：

(1)坯料和各孔型道次轧件的高度(h)、宽度(b)、长度(L)和横截面(S)；

(2)坯料的重量(M)、终轧速度(ν)和目标产品规格(Φ)；

(3)各机架的轧辊直径(D)、辊缝(s)以及机架间距(E)；

(4)轧制温度(T)，包括开轧温度、终轧温度等；

实施例一

以某高速线材厂Φ4.5mm热轧光面线材生产为例进行计算。该厂有共有6架粗轧机、6 架中轧机、6架(5+1)预精轧、10架(2+2+2+2+2)双模块轧机以及4架(1+1+2)减定径机。计算过程分别如下3个表所示，其中红色数字为已知数据。由轧机力能计算表3的结果可知，该厂配备的轧机及电机功率完全满足Φ4.5mm热轧光面线材的生产。

实施例二

进一步的，以该高速线材厂Φ5.5mm热轧光面线材生产为例进行计算。计算过程分别如下3 个表所示，其中红色数字为已知数据。由轧机力能计算表3的结果可知，该厂配备的32架轧机及电机功率完全满足Φ5.5mm热轧光面线材的生产。

Claims

1.一种高速热轧线材的轧制力能校核计算方法，其特征在于：所述的方法包括：

1)计算基本参数；

2)计算轧件温度；

3)计算轧制力能参数；

其中，1)计算基本参数的步骤包括：

(11)从减定径机(n#)到粗轧第一架轧机(1#)，反向计算道次延伸率(μ)，第n机架延伸率μ_n的计算公式为：

(12)根据各道次的延伸率μ，计算各道次轧后的轧件长度L，第n机架轧后的轧件长度L_n的计算公式为：

L_n＝μL_n-1(mm)

(13)根据平均高度法，即将孔型内轧制条件简化为平板轧制，即用同面积、同宽度的矩形代替曲先边的轧件，获得每道次轧后轧件的平均高度

和平均宽度

第n机架轧后的轧件平均高度

和平均宽度

的计算公式为：

(14)利用轧前和轧后的的平均高度，计算每道次的平均压下量

计算公式为：

其中，对于水平轧机和立轧机交替布置的机列：

141)第1#轧机的轧前高度(H₁)为坯料高度(H₀)；

142)后续第n#轧机的轧前高度(H_n)为第(n-1)#轧机的轧后平均宽度

143)第n#轧机的轧后高度(h_n)为本道次轧件的轧后平均高度

(15)根据轧件在每一个机架的秒流量相等的原则，从减定径机(n#)到粗轧第一架轧机(1#)，反向计算各道次的轧制速度(ν_n)：

ν_n-1＝μ_nν_n(m/s)

其中ν₀为坯料在1#轧机的入口速度；

(16)计算各道次工作辊径(D_k)的大小，计算公式为：

无孔型轧制：D_k(n)＝D_n(mm)

孔型轧制：D_k(n)＝D_n-s_n(mm)

(17)轧辊转速(V_n)的大小，计算公式为：

2.如权利要求1所述的高速热轧线材的轧制力能校核计算方法，其特征在于：所述计算轧件温度的步骤包括：

(21)计算各道次轧后轧件的表面面积(F_s)，计算公式可参考以下公式：

211)无孔型轧制：

F_s(n)＝(2L_n(h_n+b_n)+2S_n)/1000000(m²)

212)箱型孔型：

F_s(n)＝(2L_n(0.9h_n+b_n)+2S_n)/1000000(m²)

213)椭圆孔型、预切分和切分孔型：

214)圆孔型：

F_s(n)＝(πh_nL_n+2S_n)/1000000(m²)

(22)计算轧件在进入第n#架轧机轧制前的行走时间t_n：

t_n＝E_n-1/ν_n-1(s)

其中，E₀为第1#架轧机前高温计至第1#架轧机入口的距离；E_n为第(n-1)#架轧机至第n#架轧机之间的距离；

(23)计算轧辊冷却水对轧件温度的影响△T_w(n)：

采用经验公式：

式中，系数a为经验值，通常取20～50；l_n为轧制道次的变形区接触弧长度，单位为mm；常数1000是将l_n的单位换算为m；接触弧长度l_n按下式计算：

(24)计算高温轧件在空气中辐射散热导致的温降△T_f(n)：

式中，T_n为第n#机架轧制前轧件的温度，单位为K；系数b为经验值，通常取72.2～75.5；

(25)计算高温轧件在空气中辐射散热导致的温降△T_d(n)：

式中，T_a为环境温度，单位为K；ν_n-1为第n#机架轧制的入口速度，亦即第(n-1)#机架的出口速度；ε_r为轧件表面的相对黑度，此处取0.8；

(26)计算轧件在热轧过程中的温升△T_b(n)：

式中，

越大，系数c也越大；当

时，c取0.12；

时，c取0.15；

时，c取0.2；

时，c取0.3；

时，c取0.4；

(27)计算轧件在进入第n#机架轧制时，轧件的温度变化△T_(n)：

ΔT_(n)＝ΔT_w(n-1)+ΔT_f(n)++ΔT_d(n)-ΔT_b(n-1)

在进入第1#机架轧制时，轧件的温度变化△T₍₁₎须按下式计算：

ΔT₍₁₎＝ΔT_f(1)+ΔT_d(1)

(28)计算轧件在进入第n#机架轧制时，轧件的温度T_(n)：

T_n＝T_(n-1)-ΔT_n

式中，T₀为第1#架轧机前高温计测得的温度，单位为K。

3.如权利要求1所述的高速热轧线材的轧制力能校核计算方法，其特征在于：所述计算轧制力能参数的步骤包括：

(1)各道次的平均单位压力

式中各参数的计算如下：

1)各道次的外摩擦对

影响的系数m_n的修正：

式中各道次的摩擦系数f_n按下式计算：

f_n＝d(1.05-0.0005(T_n-273)-λν_n)

式中，系数d是与轧辊材质有关的系数，钢轧辊取1，铸铁轧辊取0.8；常数273是用于将开式温度(K)转化为摄氏温度(℃)；系数λ为轧制速度对摩擦系数的影响系数，取值范围为0.0001-0.0015；

2)各道次变形抗力K_n值(单位为MPa)的计算：

K_n＝9.8(14-0.01T_n)(1.4+C％+Mn％+0.3Cr％)(MPa)

式中，C％、Mn％、Cr％分别为轧件材质的3种合金元素质量分数；

3)各道次粘性系数η_n的计算：

η_n＝0.1(14-0.01(T_n-273))e

式中，e为决定于轧制速度的系数；当ν_n<6m/s时，e取1；6<ν_n<10m/s时，c取0.8；10<ν_n<15m/s时，c取0.65；15<ν_n<20m/s时，c取0.6；20<ν_n<30m/s时，c取0.5；30<ν_n<50m/s时，c取0.4；50<ν_n<100m/s时，c取0.2；ν_n≥100m/s时，c取0.15；

4)各道次平均变形速率

采用下式计算：

(2)各道次轧制的变形区面积F_b的计算：

F_b(n)＝il_n(h_(n-1)+b_n)/2(mm²)

式中，系数i为与孔型类型相关的修正系数；对于椭圆孔型、箱型以及平辊轧制时，i取0.84；对于圆孔型及其他孔型，i取0.9；

(3)各道次轧制压力P_n的计算：

式中，常数1000是将P_n的单位换算为kN；

(4)各道次轧制力矩M_n的计算：

M_n＝2ψ_nP_nl_n/1000(kN·m)

式中，系数ψ_n为力臂系数；常数1000是将变形区长度l_n的单位换算为m；不同孔型轧制道次的ψ_n按下式计算：

式中，系数δ为本发明提出的常数项，通常取0.45～1；系数τ是本发明提出的常数系数，通常取0.05～0.43；系数ξ是本发明提出的常数系数，通常取0.021～0.17；

(5)各道次轧制功率W_n的计算：