CN117324426A - 一种中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属多辊矫直技术领域，特别是涉及一种中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法，通过量化波峰和波距计算轧后钢板原始曲率Ko，确定钢板规格、物理属性、矫直机参数和矫直工艺，计算模型调用的相关参数，确定模型需要使用的修正参数，最后建立七辊预矫直机矫直工艺模型，通过本发明提供的方法，能够准确计算出不同钢种经过7辊预矫直机矫直力、摩擦扭矩及电机功率，适用于中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测，大大提高了板形的合格率。

Description

一种中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法
技术领域
本发明涉及金属多辊矫直技术领域，特别是涉及一种中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法。
背景技术
厚板板形是衡量厚板产品质量的重要指标之一，生产中矫直力能参数的预测对厚板矫直工艺调整具有重要作用。而5000mm中厚板产线随着50mm以上厚板品种比例不断提升，在线板形一次合格率不断下降，预矫作为轧制后第一道板形平整工序，对最终板形是否合格具有重大意义，但是由于钢板规格偏厚，工艺调整对矫直力能参数十分敏感，需要建立一种可预测矫直力能参数模型，为此本发明提供了一种中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法。
发明内容
本发明针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种中厚板7辊预矫直机矫直力能预测方法，包括以下步骤：
S1.通过量化波峰W_cre(mm)和波距W_dis(mm)计算轧后钢板原始曲率Ko(m-1)；
S2.确定钢板规格、物理属性、矫直机参数和矫直工艺；
S3.计算模型调用的相关参数；
S4.确定模型需要使用的修正参数；
S5.建立七辊预矫直机矫直工艺模型。
本发明进一步限定的技术方案是：
进一步的，步骤S1中，通过以下方法确定轧后钢板原始曲率：
Ko＝8·W_cre/(W_dis2+4·W_cre2)·Dw，其中，Ko为钢板原始曲率m-1，W_cre为纵向板形缺陷波峰高度，单位mm，W_dis为纵向板形缺陷波宽，单位mm，Dw为波浪弯方向，方向向上其值为-1，相反为1。
进一步的，步骤S2中，确定钢板规格、物理属性、矫直机参数和矫直工艺：规格包括钢板的厚度(T：mm)和宽度(W：mm)；物理属性包括不同钢级、不同温度下钢板的屈服强度(MPa)和弹性模量(GPa)；矫直机参数包括工作辊边辊距L_side_dis(mm)，工作辊辊距L_dis(mm)，工作辊直径workro_dia(mm)，工作辊轴颈直径workro_joudia(mm)，最大矫直速度V(m/s)；矫直工艺包括塑性变形比OVS、使用矫直速度υ和第6辊压弯挠度，为了使其出口端部产生弹性变形，第6辊压弯挠度一般设置为0.001mm。
进一步的，步骤S3中，通过如下方法计算模型调用的相关参数：
S3A1.通过钢板厚度、宽度、屈服强度和弹性模量求得该矫直温度下钢板弹性内力矩M_el_gr＝W·T2·σ/600000，最大塑性变形内力矩M_pl_gr＝W·T2·σ/400000，截面惯性矩I＝W·T3/12，弹性极限曲率K_el_gr＝2·σ/(E·T)；
S3A2.通过S3A1中计算得到的参数与辊距的关系得到钢板的弹性极限挠度其中，T为钢板厚度，W为钢板宽度，E为弹性模量，其中β与钢板的厚度有关，具体参考值见步骤S4。
进一步的，步骤S4中，确定模型需要使用的修正参数：
1)边辊距和中间辊距折中修正系数β＝0.943；
2)确定不同厚度压入挠度计算修正系数γ；
表1不同厚度压入挠度计算修正系数γ
3)弹性约束系数θ，一般取值为0.75；
4)钢板与工作辊摩擦系数ψ，一般取值0.1201。
进一步的，步骤S5中，建立七辊预矫直机矫直工艺模型：
S5A1：确定2、4、6辊矫直压弯挠度Wi＝2、4、6和1、3、5、7辊矫直相对压弯挠度Wi＝1、3、5、7；
S5A2：通过S5A1确定1-7辊的反弯曲率Kw[i]，i＝1～7；
S5A3：通过K∑[i]＝Kw[i]-Ko[i]计算每辊矫直总曲率，其中K0[i]＝Kc[i-1]，同时根据与弹性极限曲率关系，得到每辊矫直时的总曲率比CΣ[i]；
S5A4：通过S5A3计算不同矫直辊矫直后的弹复曲率比Cf[i]比及弹复曲率Kf[i]；
S5A5：通过对CΣ[i]值的判别确定该辊下钢板是否发生塑性变形(是否大于1是判断i辊下是否发生弹塑性变形的依据)来计算不同矫直单元后钢板残余曲率Kc[i]，当|CΣ[i]|＞1，该辊下残余曲率Kc[i]＝Kw[i]-Kf[i]，当|CΣ[i]|≤1，Kc[i]＝θ·Kw[i]；
S5A6：通过对CΣ[i]值的判别确定该辊下钢板是否发生塑性变形(是否大于1是判断i辊下是否发生弹塑性变形的依据)来计算不同矫直单元钢板内力矩，当|CΣ[i]|＞1，该辊下内力矩My[i]＝Melgr·Kf[i]，i＝2～6，当|CΣ[i]|≤1，My[i]＝E·I·KΣi；
S5A7：利用连续梁三弯矩方程逐步推导各钢种任意辊矫直力为：
FSUM＝∑i＝2、4、6Fi；
S5A8：Torque[i](frcition)＝Fi·(ψ/1000)·(2·v*1000/workro_dia)；
S5A9：通过S5A7和步骤S3中获得的参数得到板与工作辊的摩擦扭矩需要功率：
Power[i](friction)＝Torque[i](frcition)·V/(workro_dia/2000)。
本发明的有益效果是：
本发明提供的中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法能准确计算出不同钢种不同矫直工艺下各辊弯矩、矫直力、摩擦扭矩和电机功率等力能参数，适用于7辊预矫直机矫直力能参数预测，大大提高了板形的合格率。
附图说明
图1为本发明中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法的流程图。
具体实施方式
本实施例以NM450E、Q690-QT-2、S355J-2、Q345R、A40-T、S355G9-2和N610CF-3等钢种为例，说明实施过程。
1.通过查询不同钢级在不同温度下的屈服强度和杨氏模量材料库，通过拟合得到对应钢级不同温度下屈服强度和杨氏模量，矫直机为四重式七辊液压热矫直机。(参数见下表2)
表2四重式七辊液压热矫直机技术参数
2.由于钢板板中间段决定钢板最终平均矫直力，选取轧件中段板形，尾部波浪的波峰W_cre(mm)和波距W_dis(mm)分别0mm和1000mm，通过Ko＝8·W_cre/(W_dis2+4·W_cre2)·Dw，计算钢板原始曲率；
3.确定钢板规格、物理属性、矫直机参数和矫直工艺：NM450E、Q690-QT-2、S355J-2、Q345R、A40-T、S355G9-2和N610CF-3的厚度和宽度(见表3)，以及物理属性包括不同钢级、不同温度下钢板的屈服强度(MPa)和弹性模量(GPa)(见表3)；矫直机参数包括工作辊边辊距L_side_dis为380mm，工作辊辊距L_dis为320mm，工作辊直径workro_dia为285mm，工作辊轴颈直径workro_joudia为200mm，最大矫直速度V为2.5m/s；矫直工艺包括塑性变形比OVS(见表3)，使用矫直速度υ和第6辊压弯挠度W6，使其产生弹性变形，一般设置为W6＝0.001mm。
4.通过输入相关数据计算模型调用的相关参数：
S3A1.通过NM450E、Q690-QT-2、S355J-2、Q345R、A40-T、S355G9-2和N610CF-3的厚度、宽度、屈服强度和弹性模量求得该矫直温度下钢板弹性内力矩M_el_gr＝W·T2·σ/600000，最大塑性变形内力矩M_pl_gr＝W·T2·σ/400000，截面惯性矩I＝W·T3/12，弹性极限曲率K_el_gr＝2·σ/(E·H)；
S3A2.通过S3A1中计算得到的参数与辊距的关系得到钢板的弹性极限挠度
5.确定模型中NM450E、Q690-QT-2、S355J-2、Q345R、A40-T、S355G9-2和N610CF-3需要使用的修正参数：
1)边辊距和中间辊距折中修正系数β＝0.943，以上所有钢种均使用此值；
2)确定不同厚度压入挠度计算修正系数γ，以钢板所在厚度区间自动选取对应修正系数；(见表1)
3)弹性约束系数θ，一般取值为0.75，以上所有钢种均使用此值；
4)钢板与工作辊摩擦系数ψ，一般取值0.1201，以上所有钢种均使用此值；
6.通过七辊预矫直机矫直力能参数预测模型计算不同工艺参数：
S5A1：确定NM450E、Q690-QT-2、S355J-2、Q345R、A40-T、S355G9-2和N610CF-3在2、4、6辊矫直压弯挠度Wi＝2、4、6和1、3、5、7辊矫直相对压弯挠度Wi＝1、3、5、7；
表3不同钢种不同矫直辊下压弯挠度Wi/mm
S5A2：通过S5A1确定各钢种1-7辊的反弯曲率Kw[i]，i＝1～7；
表4不同钢种不同矫直辊下反弯曲率Kw/m-1
S5A3：通过KΣ[i]＝Kw[i]-Ko[i]计算各钢种每辊矫直总曲率，其中K0[i]＝Kc[i-1]。同时根据与弹性极限曲率关系，得到每辊矫直时的总曲率比CΣ[i]；
表5不同钢种不同矫直辊下总曲率比C∑/[-]
S5A4：通过S5A3计算各钢种不同矫直辊矫直后的弹复曲率比Cf[i]比及弹复曲率Kf[i]；
表6不同钢种不同矫直辊下弹复曲率比Cf/[-]
表7不同钢种不同矫直辊下弹复曲率Kf/m-1
S5A5：通过对CΣ[i]值的判别确定该辊下各钢种是否发生塑性变形(是否大于1是判断i辊下是否发生弹塑性变形的依据)来计算不同矫直单元后钢板残余曲率Kc[i]，当|CΣ[i]|＞1，该辊下残余曲率Kc[i]＝Kw[i]-Kf[i]，当|CΣ[i]|≤1，Kc[i]＝θ·Kw[i]；
表8不同钢种不同矫直辊下残余曲率KC
S5A6：通过对CΣ[i]值的判别确定该辊下钢板各钢种是否发生塑性变形(是否大于1是判断i辊下是否发生弹塑性变形的依据)来计算不同矫直单元钢板内力矩，当|CΣ[i]|＞1，该辊下内力矩My[i]＝Melgr·Kf[i]，i＝2～6，当|CΣ[i]|≤1，My[i]＝E·I·KΣi；
表9不同钢种不同矫直辊下内力矩My
S5A7：利用连续梁三弯矩方程逐步推导各钢种任意辊矫直力为：
FSUM＝∑i＝2、4、6Fi
表10不同钢种不同矫直辊下矫直力F和总矫直力Fsum_top/KN
S5A8：Torque[i](frcition)＝Fi·(ψ/1000)·(2·v*1000/workr0_dia)
表11不同钢种不同矫直辊下摩擦扭矩Torque[i](frcition)/KN·m
S5A9：通过S5A7和第3步骤中获得的参数得到板与工作辊的摩擦扭矩需要功率：
Power[i](friction)＝Torque[i](frcition)·V/(workro_dia/2000)；
表12不同钢种不同矫直辊下摩擦扭矩需要功率Power[i](friction)/KW
通过计算发现随机选取NM450E、Q690-QT-2、S355J-2、Q345R、A40-T、S355G9-2和N610CF-3的矫直力预测除Q690-QT-2外，误差率≤5.5％；摩擦扭矩预测除Q690-QT-2外，误差率≤3％；电机功率预测除Q690-QT-2外，误差率≤3％。具体矫直工艺和力能参数如表13所示。
表13不同钢种7辊预矫直力能参数与实际结果对比
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种中厚板7辊预矫直机矫直力能参数预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.通过量化波峰W_cre和波距W_dis计算轧后钢板原始曲率Ko；
S2.确定钢板规格、物理属性、矫直机参数和矫直工艺；
S3.计算模型调用的相关参数；
S4.确定模型需要使用的修正参数；
S5.建立七辊预矫直机矫直工艺模型。
2.根据权利要求1所述的矫直力能参数预测方法，其特征在于，步骤S1中，通过以下方法确定轧后钢板原始曲率Ko：
Ko＝8·W_cre/(W_dis2+4·W_cre2)·Dw，其中，Ko为钢板原始曲率，W_cre为纵向板形缺陷波峰高度，W_dis为纵向板形缺陷波宽，Dw为波浪弯方向，方向向上其值为-1，相反为1。
3.根据权利要求1所述的矫直力能参数预测方法，其特征在于，步骤S2中，确定钢板规格、物理属性、矫直机参数和矫直工艺中，钢板规格包括钢板的厚度T和宽度W；物理属性包括不同钢级、不同温度下钢板的屈服强度σ和弹性模量E；矫直机参数包括工作辊边辊距L_side_dis，工作辊辊距L_dis，工作辊直径workro_dia，工作辊轴颈直径workro_joudia，最大矫直速度V；矫直工艺包括塑性变形比OVS、使用矫直速度v和第6辊压弯挠度，第6辊压弯挠度使其出口端部产生弹性变形。
4.根据权利要求3所述的矫直力能参数预测方法，其特征在于，步骤S3中，通过如下方法计算模型调用的相关参数：
S3A1.通过钢板厚度、宽度、屈服强度和弹性模量求得该矫直温度下钢板弹性内力矩M_el_gr＝W·T2·σ/600000，最大塑性变形内力矩M_pl_gr＝W·T2·σ/400000，截面惯性矩I＝W·T3/12，弹性极限曲率K_el_gr＝2·σ/(E·T)；
S3A2.通过S3A1中计算得到的参数与辊距的关系得到钢板的弹性极限挠度其中，T为钢板厚度，W为钢板宽度，E为弹性模量，σ为屈服强度，β为边辊距和中间辊距折中修正系数。
5.根据权利要求4所述的矫直力能参数预测方法，其特征在于，步骤S4中，确定模型需要使用的修正参数：
1)边辊距和中间辊距折中修正系数β＝0.943；
2)确定不同厚度压入挠度计算修正系数γ，γ＝0.8-1.5；
3)弹性约束系数θ，取值0.75；
4)钢板与工作辊摩擦系数ψ，取值0.1201。
6.根据权利要求5所述的矫直力能参数预测方法，其特征在于，步骤S5中，建立七辊预矫直机矫直工艺模型：
S5A1：确定2、4、6辊矫直压弯挠度Wi，i＝2、4、6和1、3、5、7辊矫直相对压弯挠度Wi，i＝1、3、5、7；
S5A2：通过S5A1确定1-7辊的反弯曲率Kw[i]，i＝1～7；
S5A3：通过KΣ[i]＝Kw[i]-Ko[i]计算每辊矫直总曲率，其中K0[i]＝Kc[i-1]，同时根据与弹性极限曲率关系，得到每辊矫直时的总曲率比CΣ[i]；
S5A4：通过S5A3计算不同矫直辊矫直后的弹复曲率比Cf[i]比及弹复曲率Kf[i]；
S5A5：通过对CΣ[i]值的判别确定该辊下钢板是否发生塑性变形来计算不同矫直单元后钢板残余曲率Kc[i]，当|CΣ[i]|＞1，该辊下残余曲率Kc[i]＝Kw[i]-Kf[i]，当|CΣ[i]|≤1，Kc[i]＝θ·Kw[i]；
S5A6：通过对CΣ[i]值的判别确定该辊下钢板是否发生塑性变形来计算不同矫直单元钢板内力矩，当|CΣ[i]|＞1，该辊下内力矩My[i]＝Melgr·Kf[i]，i＝2～6，当|CΣ[i]|≤1，My[i]＝E·I·KΣi；
S5A7：利用连续梁三弯矩方程逐步推导各钢种任意辊矫直力为：
FSUM＝∑i＝2、4、6Fi；
S5A8：Torque[i](frcition)＝Fi·(ψ/1000)·(2·v*1000/workro_dia)；
S5A9：通过S5A7和步骤S3中获得的参数得到板与工作辊的摩擦扭矩需要功率：
Power[i](friction)＝Torque[i](frcition)·V/(workro_dia/2000)。
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