一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取方法及裝置與流程
2023-06-06 04:52:36 1
本發明涉及冶金技術，尤其涉及一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取方法及裝置。
背景技術：
輥式拉彎矯直機機組是銜接熱軋和冷軋工序的關鍵設備，具有帶鋼矯直和破鱗的雙重功能。該機組主要由兩組張力輥以及位於中間的上下兩排交替布置的矯直輥等部件組成，其中下排輥水平布置且位置固定，上排輥可整體傾斜調整。圖1為十七輥拉彎矯直機機組示意圖，如圖1所示，帶鋼依次通過入口張力輥組18、上下17個矯直輥(其中上排輥8個，下排輥9個)以及出口張力輥組19，在張力輥組18、19施加的張力和矯直輥1～17彎曲的共同作用下完成矯直和破鱗過程。
生產實踐表明，利用輥式拉彎矯直機實現帶鋼矯直和破鱗的關鍵在於確定合理的輥式拉彎矯直機上排矯直輥的壓下量，以達到合適的帶鋼延伸率。然而目前還沒有簡便實用的輥式拉矯帶鋼延伸率的在線計算模型，這使得常常要依靠經驗給定上排矯直輥的壓下量值，由此帶來的問題是：在輥式拉彎矯直機機組實際應用時不能正確匹配上排輥壓下量與入口張力輥組和出口張力輥組的速度差，而使帶鋼打滑，導致帶鋼表面擦傷並使帶鋼板形惡化。這是由於當機組入口張力和出口張力確定時，輥式拉彎矯直機可提供的帶鋼延伸率是由上排矯直輥的壓下量決定的，而帶鋼實際延伸率是由入口張力輥組和出口張力輥組的速度差決定的，當上排矯直輥的壓下量參數與入口張力輥組、出口張力輥組的速度差不能正確匹配時將導致輥式拉彎矯直機可提供的帶鋼延伸率與實際延伸率相差較大，此時帶鋼將相對矯直輥打滑。
另外，輥式拉彎矯直機在實際應用時也不能較好的兼顧帶鋼矯直和破鱗的功能，經常遇到的問題是帶鋼破鱗效果很好，但是經輥式拉矯後帶鋼的板形卻較差。這是由於要達到良好的破鱗效果，需要較大的帶鋼延伸率(一般大於1％)來實現，而該延伸率需分配到各矯直輥處，若上排輥的壓下量設置不合理，則各矯直輥將不能較好的適應帶鋼變形，不利於改善帶鋼板形，甚至會使帶鋼板形惡化。
因此需要進一步開發簡便實用的輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的的計算模型，這對輥式拉彎矯直機的應用具有非常重要的工程意義。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題在於針對現有技術中的缺陷，提供一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取方法及裝置。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取方法，包括以下步驟：
(1)從生產計劃表中獲取輥式拉彎矯直機工藝參數及帶鋼參數，所述的矯直機工藝參數包括矯直輥輥數n、矯直輥直徑d(單位mm)及輥距t(單位mm)，入口張力輥組線速度v0及出口張力輥組線速度v1，所述的帶鋼參數包括鋼種類別、帶鋼厚度h(單位mm)、帶鋼寬度B(單位mm)、帶鋼屈服強度σs(單位MPa)、帶鋼入口張力T0(單位KN)、出口張力Tn(單位KN)及帶鋼延伸率設定值δ；
(2)預設定矯直輥壓下量，具體為：計算矯直輥最大壓下量lmax(單位mm)；預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量(單位mm)和最後一個上排輥(即第n-1個矯直輥)的壓下量(單位mm)；
所述的矯直輥最大壓下量lmax計算公式為：
所述的預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量和最後一個上排輥(即第n-1個矯直輥)的壓下量
(3)依次計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi，其中，i＝2、3、4、…、n-1；
所述的第i個矯直輥處的帶鋼相對彎曲曲率Ki由以下公式計算：
其中，E為帶鋼的彈性模量，單位MPa
第i個矯直輥處的帶鋼相對張應力ξi由以下公式計算：
(4)判斷第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri及帶鋼延伸率
所述判斷第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri，具體為：
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層為塑性變形狀態，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri的計算公式為：
<![CDATA[ r i = σ s E ( ξ i K i 1 + η ( K i - 1 ) - 1 ) ( 1 - η ) ; ]]>
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層不是塑性變形狀態，帶鋼在第i輥處只產生彈性變形，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri＝0。
其中η為強化係數，當帶鋼為碳鋼時取值為0.01～0.03；當帶鋼為合金鋼時取值為0.1～0.25。
(5)判斷延伸率計算值δ′與延伸率設定值δ的偏差是否小於設定精度λ，即具體的：
當不滿足且延伸率計算值δ′大於延伸率設定值δ時，則將第2個矯直輥向上移動一定距離N為分步段數，第n-1個矯直輥的位置不變，即此時第2個矯直輥的壓下量為第n-1個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數；然後轉入步驟(3)；
當不滿足且延伸率計算值δ′小於延伸率設定值δ時，則將第n-1個矯直輥向下移動一定距離第2個矯直輥的位置不變，即此時第n-1個矯直輥的壓下量為第2個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數；然後轉入步驟(3)；
當滿足則說明由該拉伸彎曲矯直工藝參數提供的帶鋼延伸率與由入口出口張力輥組速度差設定的帶鋼延伸率值是相符的，因此滿足條件的第2個矯直輥的壓下量滿足條件的第n-1個矯直輥的壓下量其中，r為滿足條件時矯直輥調整的次數。
(6)根據滿足條件的第2個矯直輥壓下量l2和第n-1個矯直輥的壓下量ln-1計算其它各上排輥的壓下量li，所述的其它各上排輥壓下量li採用以下公式計算：
本發明還提供一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取裝置，包括：
參數獲取模塊，用於從生產計劃表中獲取輥式拉彎矯直機工藝參數及帶鋼參數，所述的矯直機工藝參數具體包括矯直輥輥數n、矯直輥直徑d(單位mm)及輥距t(單位mm)，入口張力輥組線速度v0及出口張力輥組線速度v1，所述的帶鋼參數具體包括鋼種類別、帶鋼厚度h(單位mm)、帶鋼寬度B(單位mm)、帶鋼屈服強度σs(單位MPa)、帶鋼入口張力T0(單位KN)、出口張力Tn(單位KN)及帶鋼延伸率設定值δ。
預設定模塊，用於根據計算獲得矯直輥最大壓下量lmax(單位mm)來預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量(單位mm)和最後一個上排輥(即第n-1個矯直輥)的壓下量(單位mm)；
所述的矯直輥最大壓下量lmax計算公式為：
所述的預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量和最後一個上排輥(即第n-1個矯直輥)的壓下量
帶鋼彎曲計算模塊，用於依次計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi，i＝2、3、4、…、n-1；
所述的第i個矯直輥處的帶鋼相對彎曲曲率Ki由以下公式計算：
其中，E為帶鋼的彈性模量，單位Mpa；
所述的第i個矯直輥處的帶鋼相對張應力ξi由以下公式計算：
塑性變形判斷模塊，用於判斷第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri及帶鋼延伸率δ′，其中
所述的判斷第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri，具體為：
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層為塑性變形狀態，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri的計算公式為：
<![CDATA[ r i = σ s E ( ξ i K i 1 + η ( K i - 1 ) - 1 ) ( 1 - η ) ; ]]>
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層不是塑性變形狀態，帶鋼在第i輥處只產生彈性變形，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri＝0；
其中η為強化係數，當帶鋼為碳鋼時取值為0.01～0.03；當帶鋼為合金鋼時取值為0.1～0.25。
延伸率偏差判斷模塊，用於判斷延伸率計算值δ′與延伸率設定值δ的偏差是否小於設定精度λ，即具體的：
當不滿足且延伸率計算值δ′大於延伸率設定值δ時，則將第2個矯直輥向上移動一定距離N-分步段數，第n-1個矯直輥的位置不變，即此時第2個矯直輥的壓下量為第n-1個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數。然後調用帶鋼彎曲計算模塊重新計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi；
當不滿足且延伸率計算值δ′小於延伸率設定值δ時，則將第n-1個矯直輥向下移動一定距離第2個矯直輥的位置不變，即此時第n-1個矯直輥的壓下量為第2個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數。然後調用帶鋼彎曲計算模塊重新計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi；
當滿足則說明由該拉伸彎曲矯直工藝參數提供的帶鋼延伸率與由入口出口張力輥組速度差設定的帶鋼延伸率值是相符的，因此滿足條件的第2個矯直輥的壓下量滿足條件的第n-1個矯直輥的壓下量r為滿足條件時矯直輥調整的次數。
矯直輥壓下量計算模塊，用於根據滿足條件的第2個矯直輥壓下量l2和第n-1個矯直輥的壓下量ln-1計算其它各上排輥的壓下量li，所述的其它各上排輥壓下量li採用以下公式計算：
本發明產生的有益效果是：
1.本發明通過理論分析建立了拉伸彎曲時帶鋼中間層殘餘應變與各矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率、各矯直輥處帶鋼的相對張應力的關係表達式。根據給定的輥式拉彎矯直工藝參數計算各矯直輥處帶鋼的殘餘應變，通過各矯直輥處帶鋼的殘餘應變累加計算出帶鋼的延伸率，通過比較延伸率計算值和延伸率實際值對輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量進行優化計算。
2.本發明方法計算簡單快速，計算結果與現場實測值吻合，可以作為輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的在線設定計算模型，以正確匹配上排輥壓下量與入口張力輥組和出口張力輥組的速度差，使輥式拉彎矯直機可提供的帶鋼延伸率與實際延伸率相符，以防止帶鋼打滑。
3.採用本發明方法獲得的輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量可以將帶鋼延伸率合理的分配到各矯直輥處，使帶鋼的延伸主要發生在前幾個矯直輥處，以快速達到良好的破鱗效果，而帶鋼的矯直則發生在後幾個矯直輥處，因此可以同時達到帶鋼矯直和破鱗的目的。
附圖說明
下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：
圖1為十七輥拉彎矯直機的示意圖。
圖2為本發明實施例的一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取方法的流程圖。
圖3為本發明實施例的一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取裝置的結構圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
實施例一：
以某鋼廠的十七輥拉伸彎曲矯直機為例，利用本發明方法對各上排輥的壓下量進行計算，然後將計算結果作為設定值設置各上排輥的壓下位置，通過現場觀測帶鋼運行情況可驗證本發明方法的準確性和可靠性。
圖2為本發明實施例提供的一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取方法的流程，具體包括以下步驟：
(1)從生產計劃表中獲取了5個工況的該十七輥拉彎矯直機參數及帶鋼參數，其中矯直輥輥數n＝17、矯直輥直徑d＝110mm、輥距t＝125mm，鋼種類別均為碳鋼，其他參數如表1所示。
表1 5個工況的該十七輥拉彎矯直機參數及帶鋼參數
(2)預設定矯直輥壓下量：
計算矯直輥最大壓下量lmax＝19.4mm；
預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量和最後一個上排輥(即第16個矯直輥)的壓下量
(3)計算第2個矯直輥到第16個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi，i＝2、3、4、…、16；
第i個矯直輥處的帶鋼相對彎曲曲率Ki由以下公式計算：
<![CDATA[ K i = h σ s 11.3 × ( 16 - i ) l 2 + 0.471 × ( 27 - i ) l 16 , i = 3 , 4 , 5 , ... , 15 ]]>
第i個矯直輥處的帶鋼相對張應力ξi由以下公式計算：
(4)判斷第2個矯直輥到第16個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri及帶鋼延伸率
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層為塑性變形狀態，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri的計算公式為：
<![CDATA[ r i = σ s E ( ξ i K i 1 + η ( K i - 1 ) - 1 ) ( 1 - η ) ; ]]>
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層不是塑性變形狀態，帶鋼在第i輥處只產生彈性變形，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri＝0。
其中彈性模量E取為206000MPa，強化係數η取為0.02。
(5)判斷延伸率計算值δ′與延伸率設定值δ的偏差是否小於設定精度2％，即具體的：
當不滿足且延伸率計算值δ′大於延伸率設定值δ時，則將第2個矯直輥向上移動一定距離第16個矯直輥的位置不變，即此時第2個矯直輥的壓下量為第16個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數。然後轉入第(3)步重新計算。
當不滿足且延伸率計算值δ′小於延伸率設定值δ時，則將第16個矯直輥向下移動一定距離第2個矯直輥的位置不變，即此時第16個矯直輥的壓下量為第2個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數。然後轉入第(3)步重新計算。
當滿足則說明由該拉伸彎曲矯直工藝參數提供的帶鋼延伸率與由入口出口張力輥組速度差設定的帶鋼延伸率值是相符的，因此滿足條件的第2個矯直輥的壓下量滿足條件的第16個矯直輥的壓下量r為滿足條件時矯直輥調整的次數。
(6)根據滿足條件的第2個矯直輥壓下量l2和第16個矯直輥的壓下量l16計算其它各上排矯直輥的壓下量li，所述的其它各上排矯直輥壓下量li採用以下公式計算：
5個工況各上排輥壓下量li計算值及對應的帶鋼延伸率計算值分別如表2、表3所示。
表2 5個工況各上排輥壓下量li計算值
表3 5個工況的帶鋼延伸率計算值與設定值比較
經現場觀測可知，採用表2中的上排輥壓下量時，5種工況下帶鋼都能運行平穩，無打滑現象，而且帶鋼矯直效果和破鱗效果都很好，說明由該上排輥壓下量可提供的帶鋼延伸率與由入口張力輥組和出口張力輥組的速度差產生的帶鋼延伸率實際值是接近的。而由表3可知，採用本發明方法計算出的各工況下帶鋼延伸率與帶鋼延伸率實際值都很接近，偏差都在2％以內，說明本發明方法計算結果與實際情況是吻合的，利用本發明方法獲得的各上排輥壓下量可以很好的用於實際生產。
實施例二：
圖3為本發明實施例提供的一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取裝置的結構圖。本實施例提供的一種輥式拉彎矯直機的上排輥壓下量的獲取裝置包括：
參數獲取模塊，用於從生產計劃表中獲取輥式拉彎矯直機工藝參數及帶鋼參數，所述的矯直機工藝參數具體包括矯直輥輥數n、矯直輥直徑d(單位mm)及輥距t(單位mm)，入口張力輥組線速度v0及出口張力輥組線速度v1，所述的帶鋼參數具體包括鋼種類別、帶鋼厚度h(單位mm)、帶鋼寬度B(單位mm)、帶鋼屈服強度σs(單位MPa)、帶鋼入口張力T0(單位KN)、出口張力Tn(單位KN)及帶鋼延伸率設定值δ。
預設定模塊，用於計算矯直輥最大壓下量lmax(單位mm)；預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量(單位mm)和最後一個上排輥(即第n-1個矯直輥)的壓下量(單位mm)；
所述的矯直輥最大壓下量lmax計算公式為：
所述的預設定第一個上排輥(即第2個矯直輥)的壓下量和最後一個上排輥(即第n-1個矯直輥)的壓下量
帶鋼彎曲計算模塊，用於依次計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi，i＝2、3、4、…、n-1；
所述的第i個矯直輥處的帶鋼相對彎曲曲率Ki由以下公式計算：
其中，E為帶鋼的彈性模量，單位MPa
所述的第i個矯直輥處的帶鋼相對張應力ξi由以下公式計算：
塑性變形判斷模塊，用於判斷第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri及帶鋼延伸率
所述的判斷第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼中間層是否為塑性變形狀態，並相應計算各矯直輥處的帶鋼殘餘應變εri，具體為：
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層為塑性變形狀態，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri的計算公式為：
<![CDATA[ r i = σ s E ( ξ i K i 1 + η ( K i - 1 ) - 1 ) ( 1 - η ) ; ]]>
若滿足則說明第i輥處帶鋼中間層不是塑性變形狀態，帶鋼在第i輥處只產生彈性變形，所述的帶鋼經第i輥彎曲後的殘餘應變εri＝0。
其中η為強化係數，當帶鋼為碳鋼時取值為0.01～0.03；當帶鋼為合金鋼時取值為0.1～0.25。
延伸率偏差判斷模塊，用於判斷延伸率計算值δ′與延伸率設定值δ的偏差是否小於設定精度λ，即具體的：
當不滿足且延伸率計算值δ′大於延伸率設定值δ時，則將第2個矯直輥向上移動一定距離N-分步段數，第n-1個矯直輥的位置不變，即此時第2個矯直輥的壓下量為第n-1個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數。然後調用帶鋼彎曲計算模塊重新計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi。
當不滿足且延伸率計算值δ′小於延伸率設定值δ時，則將第n-1個矯直輥向下移動一定距離第2個矯直輥的位置不變，即此時第n-1個矯直輥的壓下量為第2個矯直輥的壓下量為m為矯直輥調整的次數。然後調用帶鋼彎曲計算模塊重新計算第2個矯直輥到第n-1個矯直輥處帶鋼的相對彎曲曲率Ki和相對張應力ξi。
當滿足則說明由該拉伸彎曲矯直工藝參數提供的帶鋼延伸率與由入口出口張力輥組速度差設定的帶鋼延伸率值是相符的，因此滿足條件的第2個矯直輥的壓下量滿足條件的第n-1個矯直輥的壓下量r為滿足條件時矯直輥調整的次數。
矯直輥壓下量計算模塊，用於根據滿足條件的第2個矯直輥壓下量l2和第n-1個矯直輥的壓下量ln-1計算其它各上排矯直輥的壓下量li，所述的其它各上排矯直輥壓下量li採用以下公式計算：
應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬於本發明所附權利要求的保護範圍。