CN112131528B - 一种钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于轧制生产技术领域，具体涉及一种钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法，解决了现有技术中缺少异步冷连轧过程的张力分配的数学模型和计算方法的问题。根据常规轧制实验获得冷连轧变形抗力数学模型中的与钢带材料相关的回归系数，根据冷连轧过程中各机架处轧辊的半径、轧辊的线速度、带材轧制前后的厚度等参数和回归系数，计算张力分配设定值，以实现对钢带异步轧制过程张力参数进行精准设定，调节各机架的负荷，稳定轧制过程的目的。
Description
技术领域
本发明属于轧制生产技术领域，具体涉及一种钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法。
背景技术
张力轧制是冷连轧过程的主要特点。张力的主要作用有：防止带材在轧制过程中跑偏；使带材保持良好的板形；降低轧制力，便于轧制更薄的带材；适当调整主电机的负荷。为了对钢带异步轧制过程参数进行精准设定，亟须建立一种钢带异步冷连轧过程的张力分配设定方法。
申请号为201910642699.4的中国发明专利公开了“一种高硅钢的带张力连续轧制方法”。通过带张力温轧或冷轧，制备出厚度为0.1-1.0mm的高硅钢薄带。该专利中张力的设定值是凭经验获得的且范围较大(0.2-2kN)。
申请号为201910560400.0的中国发明专利公开了一种“用于极薄带轧制的原料的制造方法及其制造的原料”。通过对工作辊面粗糙度、轧制速度、张力的合理设定，制备出极薄带轧制的原料。该专利中，张力设定值根据经验确定为400～500N/mm2。
申请号为201910405531.1的中国发明专利公开了一种“用于轧制铁素体不锈钢的六辊连轧机张力设定方法”。该专利中根据带材的变形抗力确定连轧机各机架的张力，给出了带材变形抗力计算模型。
综上所述专利给出的是常规轧制过程张力分配设定方法，而针对钢带异步冷连轧过程的张力分配设定方法目前尚无报道。
发明内容
本发明提出了一种钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法，根据冷连轧过程中各机架处轧辊的半径、轧辊的线速度、带材轧制前后的厚度等参数和钢带材料性能参数，计算张力分配设定值，以实现对钢带异步轧制过程张力参数进行精准设定，调节各机架的负荷，稳定轧制过程的目的。
本发明中的钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法如图1所示，可根据本发明的方法确定异步冷连轧过程中所计算的相应道次的张力分配设定值，具体步骤如下：
步骤1、获得钢带材料冷轧变形抗力模型中的回归系数。冷轧变形抗力模型按式(1)：
式(1)中，σS为冷轧变形抗力，σ0为未变形钢带材料室温时的变形抗力，a1，a2为与钢带材料有关的回归系数，为应变速率，m为应变速率敏感指数，m＝0.009823。
ε为真应变，对于常规冷轧过程，按照公式ε＝ln(H/h)计算，式中H为轧前厚度，h为轧后厚度。
对于常规冷轧，当轧制速度较低时(0-500m/min)，(1)式中应变速率的影响项可以忽略，可用式(2)直接计算变形抗力：
步骤1.1、采用拉伸实验机进行常温单向拉伸实验测得未变形钢带材料试样室温时的屈服强度，作为式(1)和式(2)中的σ0。
步骤1.2、采用实验冷轧机，通过不同的冷轧压下率分别将多个钢带材料试样进行常规单机架冷轧实验，试样数量优选10个以上，轧制速度为1～5m/s，将冷轧后的钢带材料试样分别进行常温单向拉伸实验，得到不同冷轧压下率钢带材料的屈服强度，所述的不同的冷轧压下率优选采用10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％。将不同冷轧压下率的钢带材料屈服强度作为对应压下率下的冷轧变形抗力σS；根据公式ε＝ln(H/h)计算不同冷轧压下率的钢带材料试样的真应变ε，H为轧前厚度，h为轧后厚度。
步骤1.3、根据步骤1.1、1.2中得到的σ0和不同冷轧压下率下的ε和σS，代入上述低轧制速度下的冷轧变形抗力计算公式(2)中，利用origin软件回归得到钢带材料的冷轧变形抗力计算公式中的回归系数a1，a2。a1，a2也是所述钢带材料对应的式(1)中的回归系数。
步骤2、根据钢带异步冷连轧过程中的异步比得到所计算道次的剪切应变。所计算道次的异步比r与剪切应变的关系如式(3)所示：
式中，εxz为钢带异步冷连轧中所计算道次的剪切应变，R为对应的工作轧辊半径。其中vb为下辊线速度，vu为上辊线速度。H为道次轧前厚度，h为道次轧后厚度。
步骤3、计算钢带异步冷连轧所计算道次的等效应变如式(4)所示：
式中，垂直方向应变
步骤4、计算钢带异步冷连轧所计算道次的等效应变速率，按式(5)：
式中，为钢带异步冷连轧所计算道次的等效应变速率。
步骤5、将按式(4)得到的作为ε、按式(5)得到的/>作为/>步骤1.3中得到的回归系数a1，a2代入式(1)中，建立钢带异步冷连轧过程变形抗力σS的数学模型，计算所计算道次的变形抗力σS。
步骤6、根据步骤5中得到的钢带异步冷连轧变形抗力σS，按照式(6)计算钢带异步冷连轧过程所计算道次的张力分配设定值：
σT＝λ·σS (6)
式(6)中，σT为钢带异步冷连轧过程所计算道次的张力分配的设定值，λ为根据钢带边部质量，机型，品种规格等确定的张力设定系数，λ＝0.1～0.5。其中，边部质量差的、厚度较薄的产品容易发生断带，故λ的取值应小一些。
按上述方法，通过代入所计算道次的轧辊半径R、下辊线速度vb、上辊线速度vu、道次轧前厚度H，道次轧后厚度h等参数，即可通过计算得到钢带异步冷连轧各道次的张力分配设定值σT，可用于相应的钢带异步冷连轧过程中机架间张力值的精确分配设定。
本发明的有益效果：本发明提供了一种钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法，可以通过对钢带材料性能的实验获得的参数和异步冷连轧机架轧辊的半径、线速度、轧制前后钢带的厚度等参数，获得合理的张力分配设定值，以实现对钢带异步冷连轧轧制过程张力参数进行精准设定，调节各机架的负荷，稳定轧制过程的目的。数学模型公式所用参数通过多次实验回归得出，计算准确度高。
附图说明
图1为本发明中钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法的流程图。
具体实施方式
实施例1
以2150mm五机架六辊冷连轧机组为例，该机组的工作辊径430～570mm、中间辊径580～650mm、支撑辊径1325～1485mm，机组最大轧制力为32MN。设定钢带异步冷连轧第一机架前张力。其中，钢带的化学成分按重量百分比(≤，％)为：C：0.15、Si：0.63、Mn：1.66、Cr：0.57、P：0.014、S：0.008，异步比为1.3，轧制速度为vu＝1.8m/s，vb＝2.34m/s，热轧原料4mm，第一机架入口厚度4mm，第一机架出口厚度2.8mm。
(1)采用实验冷轧机，将钢带材料试样按照10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％的压下率进行冷轧，冷轧轧制速度为1m/s。分别对冷轧后的实验钢进行常温单向拉伸实验，测得的变形抗力如表1所示。
表1实施例1中不同压下率下钢带的变形抗力值
| 压下率,％ | 变形抗力,MPa | 压下率,％ | 变形抗力,MPa | 压下率,％ | 变形抗力,MPa |
| 10 | 613 | 40 | 768 | 70 | 890 |
| 15 | 645 | 45 | 778 | 75 | 950 |
| 20 | 688 | 50 | 815 | 80 | 988 |
| 25 | 688 | 55 | 865 | 85 | 1055 |
| 30 | 700 | 60 | 880 | 90 | 1145 |
| 35 | 708 | 65 | 872 |
(2)采用拉伸实验机进行常温单向拉伸实验，测得未变形钢带材料式(1)中σ0＝380MPa。
(3)根据表1中的实验数据，利用Origin软件通过式(2)回归得到钢带材料变形抗力模型式(2)和式(1)中的回归系数a1＝883.69，a2＝0.4044。
(4)将异步比，入口厚度，出口厚度和轧辊半径带入式(3)计算第一机架处的剪切应变εxz＝-4.017。
(5)将εxz＝-4.017，带入式(4)，求出异步冷连轧过程中第一机架处的等效应变/>
(6)将上、下辊线速度，入口厚度，出口厚度和轧辊半径带入式(5)，计算异步冷连轧第一机架处等效应变速率
(7)将计算得到的带入式(1)中，求出异步冷连轧第一机架处的变形抗力σS＝735.47MPa。
(8)计算第一机架前张力设定值为σT＝0.3·σS＝220.6MPa。
按照计算数据设定第一机架的前张力值，进行异步冷连轧时第一机架处轧制过程稳定，板形良好，未出现跑偏。
实施例2
以2150mm五机架六辊冷连轧机组为例，该机组的工作辊径430～570mm、中间辊径580～650mm、支撑辊径1325～1485mm，机组最大轧制力为32MN。设定钢带异步冷连轧第二机架前张力。其中，钢带的化学成分按重量百分比(≤，％)为：C：0.20、Si：1.82、Mn：2.43、Cr：0.11、P：0.014、S：0.004，异步比为1.18，轧制速度为vu＝4.1m/s，vb＝4.84m/s，热轧原料3mm，入口厚度2.1mm，出口厚度1.3mm。
(1)采用实验冷轧机，将钢带材料试样按照10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％的压下率进行冷轧，冷轧轧制速度为5m/s。分别对冷轧后的实验钢进行常温单向拉伸实验，测得的变形抗力如表2所示。
表2实施例2中不同压下率下钢带的变形抗力值
| 压下率,％ | 变形抗力,MPa | 压下率,％ | 变形抗力,MPa | 压下率,％ | 变形抗力,MPa |
| 10 | 856 | 40 | 1024 | 70 | 1096 |
| 15 | 873 | 45 | 1026 | 75 | 1087 |
| 20 | 865 | 50 | 1010 | 80 | 1107 |
| 25 | 931 | 55 | 1035 | 85 | 1130 |
| 30 | 945 | 60 | 1057 | 90 | 1195 |
| 35 | 986 | 65 | 1098 |
(2)采用拉伸实验机进行常温单向拉伸实验，测得未变形钢带材料式(1)中σ0＝748MPa。
(3)根据表2中的实验数据，利用Origin软件通过式(2)回归得到钢带材料变形抗力模型式(2)和式(1)中的回归系数a1＝1177.89，a2＝0.6499。
(4)将异步比，入口厚度，出口厚度和轧辊半径带入式(3)计算第二机架处的剪切应变εxz＝-2925。
(5)将εxz＝-2.925，带入式(4)，求出异步冷连轧过程中第二机架处的等效应变/>
(6)将上、下辊线速度，入口厚度，出口厚度和轧辊半径带入式(5)，计算异步冷连轧第二机架处等效应变速率
(7)将计算得到的带入式(1)中，求出异步冷连轧第二机架处的变形抗力σS＝997.13MPa。
(8)计算第二机架前张力设定值为σT＝0.2·σS＝199.4MPa。
按照计算数据设定第二机架的前张力值，进行异步冷连轧时第二机架处轧制过程稳定，板形良好，未出现跑偏。
实施例3
以2150mm五机架六辊冷连轧机组为例，该机组的工作辊径430～570mm、中间辊径580～650mm、支撑辊径1325～1485mm，机组最大轧制力为32MN。设定钢带异步冷连轧第四机架前张力。其中，钢带的化学成分按重量百分比(≤，％)为：C：0.15、Si：0.7、Mn：0.8、Ni：0.35、P：0.04、S：0.03，异步比为1.07，轧制速度为vu＝5m/s，vb＝5.35m/s，热轧原料3.5mm，入口厚度1.2mm，出口厚度0.8mm。
(1)采用实验冷轧机，将钢带材料试样按照10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％的压下率进行冷轧，冷轧轧制速度为3m/s。分别对冷轧后的实验钢进行常温单向拉伸实验，测得的变形抗力如表3所示。
表3实施例3中不同压下率下钢带的变形抗力值
| 压下率,％ | 变形抗力,MPa | 压下率,％ | 变形抗力,MPa | 压下率,％ | 变形抗力,MPa |
| 10 | 525 | 40 | 673 | 70 | 850 |
| 15 | 580 | 45 | 713 | 75 | 890 |
| 20 | 598 | 50 | 728 | 80 | 915 |
| 25 | 598 | 55 | 778 | 85 | 965 |
| 30 | 633 | 60 | 758 | 90 | 1045 |
| 35 | 658 | 65 | 820 |
(2)采用拉伸实验机进行常温单向拉伸实验，测得未变形钢带材料式(1)中σ0＝365MPa。
(3)根据表3中的实验数据，利用Origin软件通过式(2)回归得到钢带材料变形抗力模型式(2)和式(1)中的回归系数a1＝806.15，a2＝0.4673。
(4)将异步比，入口厚度，出口厚度和轧辊半径带入式(3)计算第四机架处的剪切应变εxz＝-2.925。
(5)将εxz＝-2.925，带入式(4)，求出异步冷连轧过程中第四机架处的等效应变/>
(6)将上、下辊线速度，入口厚度，出口厚度和轧辊半径带入式(5)，计算异步冷连轧第四机架处等效应变速率
(7)将计算得到的带入式(1)中，求出异步冷连轧第四机架处的σS＝817.13MPa。
(8)计算第四机架前张力设定值为σT＝0.4·σS＝326.9MPa。
按照计算数据设定第四机架的前张力值，进行异步冷连轧时第四机架处轧制过程稳定，板形良好，未出现跑偏。
Claims (2)
1.一种钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、获得钢带材料冷轧变形抗力数学模型中的回归系数：
所述冷轧变形抗力数学模型如下：
式中，σS为冷轧变形抗力，σ0为未变形钢带材料室温时的变形抗力，a1、a2为与钢带材料种类有关的回归系数，为应变速率，m为应变速率敏感指数，m＝0.009823，ε为真应变；
步骤1.1、采用拉伸实验机对钢带材料试样进行常温单向拉伸实验测得未变形钢带材料室温时的屈服强度，作为步骤1中的σ0；
步骤1.2、采用实验冷轧机，通过不同的冷轧压下率分别将10个以上的钢带材料试样进行常规单机架冷轧实验，轧制速度为1～5m/s，将冷轧后的钢带材料试样分别进行常温单向拉伸实验，得到不同冷轧压下率钢带材料的屈服强度，将不同冷轧压下率的钢带材料屈服强度作为对应压下率下的冷轧变形抗力σS，根据公式ε＝ln(H/h)计算不同冷轧压下率的钢带材料试样的真应变ε，H为轧前厚度，h为轧后厚度；
步骤1.3、根据步骤1.1、1.2中得到的σ0和不同冷轧压下率下的ε和σS，代入下式中：
利用origin软件回归得到式中的a1，a2，所得的a1，a2也即为所述钢带材料冷轧变形抗力公式的回归系数a1，a2；
步骤2、根据异步冷连轧过程所计算道次的轧辊异步比计算钢带异步冷连轧过程所计算道次的剪切应变，如下式：
式中，εxz为钢带异步冷连轧过程所计算道次的剪切应变，R为所计算道次的轧辊半径，所计算道次的轧辊异步比其中vb为下辊线速度，vu为上辊线速度，H为钢带道次轧前厚度，h为钢带道次轧后厚度；
步骤3、获得钢带异步冷连轧所计算道次的等效应变计算方法按下式：
式中，垂直方向应变
步骤4、获得钢带异步冷连轧所计算道次的等效应变速率计算方法按下式：
步骤5、将步骤3中得到的作为ε，步骤4中得到的/>作为/>步骤1.3得到的回归系数a1，a2，代入步骤1中所述的冷轧变形抗力数学模型，计算钢带异步冷连轧过程变形抗力σS；
步骤6、根据步骤5中得到的钢带异步冷连轧变形抗力σS，按照下式计算获得钢带异步冷连轧过程所计算道次的张力分配的设定值：
σT＝λ·σS
式中，σT为钢带异步冷连轧过程所计算道次的张力分配的设定值，λ为张力设定系数，λ＝0.1～0.5。
2.根据权利要求1所述的钢带异步冷连轧过程张力分配设定方法，其特征在于，所述步骤1.2中采用17个不同冷轧压下率的钢带材料试样，所述不同冷轧压下率分别取10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％。
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| Multi-Objective Optimization of Intermediate Roll Profile for a 6-High Cold Rolling Mill;Xin Jin等;《Metals》;第10卷(第287期);第1-22页 * |
| 冷轧开卷机张力控制系统分析;游思佳等;《数字化用户》(第07期);第40页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112131528A (zh) | 2020-12-25 |
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