一種適合於八輥冷軋機組的板形預報方法與流程
2023-06-14 08:57:36 1
本發明屬於軋鋼技術領域，特別涉及一種軋制板形的預報方法。
背景技術：
近年來，隨著國民經濟的快速發展，用戶對板帶產品的需求越來越多。與之對應，各種機型的冷連軋機組、可逆軋機紛紛上馬。與投資大、生產效率高、板形控制能力強的五機架ucm或cvc機型的冷連軋機組相比，我國自主研發的高剛度八輥機型[1-3]的五機架冷連軋機組雖然生產效率較低，但具備投資少、建設周期短、操作簡單的優點，且成材率遠高於可逆軋機，因此得到了越來越多的中小型民營鋼鐵企業的青睞。與四輥或者六輥機型的軋機相比，八輥機型的軋機由於開發時間較短，國內外學者對其研究主要偏重於摩擦係數[4]、壓下控制[5]、輥型配置[6]等方面，而對板形研究方面則較少，至今為止尚未發現有關八輥軋機板形模型方面的研究見諸於文獻。而在實際生產過程中，由於缺乏板形模型，現場只能依靠操作工的生產經驗來調整與控制板形，板形控制精度及穩定程度往往不佳。這樣，如何結合八輥軋機的設備與生產工藝特點，建立相應的適合於八輥機型軋機的板形模型就成為現場技術攻關的重點。
(參考文獻：[1]韓志勇,陳南寧,胡曉軍.八輥軋機：中國,cn200820182588.7[p].2008-12-30.[2]欒紹鈞,賈慶春,江東海.新型8輥軋機:中國,cn200620121169.3[p].2006-07-21.[3]賈大朋,季安珊,沈志前,等.八輥五機架冷連軋機組的設計及應用[j].軋鋼,2008,25(6):34-36；[4]賈大朋,季安珊,沈志前,等.八輥冷連軋機軋制過程中摩擦係數的分析[c].2008年全國軋鋼生產技術會議論文集,2008；[5]王曉晨,楊荃,彭鵬,等.八輥五機架冷連軋機液壓壓下控制系統控制效能的提高[j].冶金自動化,2009,33(5):22-27；[6]張世權,賈大朋,季安珊,等.八輥冷連軋機的一種輥型曲線設計[c].第七屆中國鋼鐵年會論文集,2009.)
技術實現要素：
本發明的目的是針對在八輥軋機軋制過程中，現場只能依靠操作工的生產經驗來調整與控制板形，板形控制精度及穩定程度往往不佳的問題，提供一種可以定量預報八輥軋機在彎輥力、對稱竄輥、傾輥、張力、軋制力、不同輥型等因素作用下的出口板形值的適合於八輥冷軋機組的板形預報方法。
本發明包括以下由計算機執行的步驟：
(a)八輥軋機基本設備參數的收集：工作輥的輥身長度lw，中間輥的輥身長度lm，支撐輥的輥身長度lb，工作輥的輥徑dw，中間輥的輥徑dm，支撐輥的輥徑db，上工作輥竄輥量δc1，下工作輥竄輥量δc2，傾輥量η，上工作輥操作側彎輥力到軋制中心線的距離上工作輥傳動側彎輥力到軋制中心線的距離下工作輥操作側彎輥力到軋制中心線的距離下工作輥傳動側彎輥力到軋制中心線的距離支承輥背襯軸承中心距lbf，支承輥背襯軸承寬度bz，其中一支承輥上背襯軸承個數(m-1)個，上、下工作輥輥型分布值分別為上、下中間輥輥型分布值分別為支承輥b1、b2、b3、b4的輥型分布值分別為左側支承輥和中間輥的軸心連線與垂直方向的夾角
(b)收集典型規格產品的軋制工藝參數，主要包括帶材來料厚度h，寬度b，彈性模量e，泊松比υ，變形抗力k，軋制速度v，壓下率ζ，工作輥操作側彎輥力fwl，工作輥傳動側彎輥力fwr，平均後張力t0，平均前張力t1；
(c)單元劃分與影響係數的求解，包括以下步驟：
c1)將中間輥輥身長度分成(2n+1)等份，帶材分成(2n′+1)段，背襯軸承分成(2n″+1)段，計算出每份的寬度
c2)計算上、下工作輥的竄動對中間輥和工作輥之間輥間壓力分布的影響，例如上工作輥的竄輥量為δc1，令
當時，輥間壓力分布區域為[nc1+1,nc2]；當時，輥間壓力分布區域為[nc1+1,2n+1]；當時，輥間壓力分布區域為[1,nc2]；
c3)計算上工作輥撓度影響係數，下工作輥撓度影響係數上中間輥撓度影響係數下中間輥撓度影響係數支承輥撓度影響係數(四個支承輥分別為b1、b2、b3、b4)，上工作輥操作側彎輥力撓度影響係數上工作輥傳動側彎輥力撓度影響係數下工作輥操作側彎輥力撓度影響係數下工作輥傳動側彎輥力撓度影響係數上支承輥b1上各支承力撓度影響係數上支承輥b2上各支承力撓度影響係數下支承輥b3上各支承力撓度影響係數下支承輥b4上各支承力撓度影響係數
(d)給定帶鋼出口厚度分布初始值h′1i；
(e)根據金屬變形模型計算出當前帶材出口厚度分布下的前張力橫向分布值σ1i、後張力橫向分布值σ0i；
(f)根據軋制壓力模型計算出當前帶材出口厚度橫向分布、前後張力橫向分布下的軋制壓力橫向分布值qi′；
(g)設定過程參數其中表示支承輥b1上的各支承力，表示支承輥b2上的各支承力，表示支承輥b3上的各支承力，表示支承輥b4上的各支承力，表示上工作輥與上中間輥在第j單元內集中力，表示下工作輥與下中間輥在第j單元內集中力，表示上中間輥與上左支承輥b1在第j單元內集中力，表示上中間輥與上右支承輥b2在第j單元內集中力，表示下中間輥與下左支承輥b3在第j單元內集中力，表示下中間輥與下右支承輥b4在第j單元內集中力，上工作輥剛性轉角下工作輥剛性轉角上中間輥剛性轉角下中間輥剛性轉角
(h)根據上下工作輥、上下中間輥和上下支承輥的撓度變形，對輥系進行力學分析，可以給出以及工作輥操作側彎輥力fwl、工作輥傳動側彎輥力fwr、上工作輥剛性轉角下工作輥剛性轉角上中間輥剛性轉角下中間輥剛性轉角等設備及工藝參數之間的關係(其它相關軋輥的撓曲方程與之類似)：
式中：xi為第i單元到軋制中心線的距離；分別為上工作輥左、右側撓度分布；分別為上中間輥左、右側在垂直方向的撓度分布；分別為上中間輥左、右側和支承輥b1中心連線方向上的撓度分布；為上左支承輥b1在上中間輥和上支承輥b1中心連線方向上的撓度分布；分別為對支承力的影響係數，且
(i)通過對八輥軋機輥系之間的軋輥幾何變形進行分析，可列出上下中間輥與上下工作輥的變形協調方程、上下支承輥b1、b2、b3、b4與上下中間輥的變形協調方程:
式中：分別為上工作輥與上中間輥、下工作輥與下中間輥的輥間壓扁係數；分別為上支承輥b1、b2、b3、b4與相接處的中間輥的輥間壓扁係數；分別為上、下工作輥垂直方向撓度分布；分別為上、下中間輥垂直方向撓度分布；分別為上中間輥在其與相接處的上支承輥b1、b2軸心連線方向的撓度分布；分別為下中間輥在其與相接處的下支承輥b3、b4軸心連線方向的撓度分布；
(j)根據軋輥的力和力矩平衡，可以分別列出中間輥、支撐輥的力平衡方程，工作輥、支撐輥的力矩平衡方程，如下所示：
(k)由(h)、(i)、(j)中方程聯立計算出輥間壓力的橫向分布值
(l)根據輥間壓力的橫向分布值以及軋制壓力的橫向分布值qi′計算出當前軋制工藝參數下的上、下工作輥撓度分布
(m)根據上、下工作輥的撓度分布值，由下面的公式計算出帶材出口厚度分布值h1i；
(n)判斷不等式是否成立？如果成立，則轉入步驟(o)，否則，令h′1i＝h1i，轉入步驟(e)；
(o)輸出八輥軋機軋制時的帶材前張力橫向分布值σ1i；
(p)根據帶材前張力橫向分布值σ1i，由下面的公式計算出八輥軋機軋制此帶材時的板形分布
式中：δσ1i為σ1i的平均值與σ1i之差。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
1、結合了八輥軋機的設備與工藝特點，充分考慮到八輥軋機的輥系成塔形布置，八輥軋機的支承輥與一般四六輥軋機的支承輥不同，其採用背襯軸承多支點支撐，將軋制力經多支點支撐結構的鞍座均勻地傳遞給牢固的機架，具有撓曲變形小的特點。
2、可以定量預報出彎輥力、張力、軋制力、竄輥、傾輥、不同輥型等因素作用下板形分布的板形預報模型，對現場八輥軋機的帶鋼生產起到了指導作用。
附圖說明
圖1是本發明的總計算流程圖；
圖2是本發明實施例1八輥軋機軋制時輥系受力圖；
圖3是本發明實施例1上下工作輥輥凸度分布示意圖；
圖4是本發明實施例1上下中間輥輥凸度分布示意圖；
圖5是本發明實施例1上下支承輥輥輥凸度分布示意圖；
圖6是本發明實施例1來料厚度橫向分布曲線示意圖；
圖7是本發明實施例1帶材出口厚度分布初始值示意圖；
圖8是本發明實施例1帶材出口厚度分布曲線示意圖；
圖9是本發明實施例1板形橫向分布曲線示意圖；
圖10是本發明實施例2來料厚度橫向分布曲線示意圖；
圖11是本發明實施例2帶材出口厚度分布初始值示意圖；
圖12是本發明實施例2帶材出口厚度分布曲線示意圖；
圖13是本發明實施例2板形橫向分布曲線示意圖。
具體實施方式
實施例1：
以某廠八輥冷軋機組為例，按照圖1所示的適合於八輥冷軋機組的板形預報方法總計算流程圖，首先，在步驟(a)中收集八輥軋機基本設備參數：工作輥的輥身長度lw＝1550mm，中間輥的輥身長度lm＝1665mm，支撐輥的輥身長度lb＝1620mm，工作輥的輥徑dw＝290mm，中間輥的輥徑dm＝480mm，支撐輥的輥徑db＝520mm，上工作輥竄輥量δc1＝0，下工作輥竄輥量δc2＝0，傾輥量η＝0，上工作輥操作側彎輥力到軋制中心線的距離上工作輥傳動側彎輥力到軋制中心線的距離下工作輥操作側彎輥力到軋制中心線的距離下工作輥傳動側彎輥力到軋制中心線的距離支承輥背襯軸承中心距lbf＝335mm，支承輥背襯軸承寬度bz＝240mm，其中一支承輥上背襯軸承個數5個，上、下工作輥輥型分別為分布曲線如圖3所示，上、下中間輥輥型分別為分布曲線如圖4所示，支承輥b1、b2、b3、b4的輥型分別為分布曲線如圖5所示，左側支承輥和中間輥的軸心連線與垂直方向的夾角
隨後，在步驟(b)中收集典型規格產品的軋制工藝參數，主要包括帶材來料平均厚度h＝1.00mm，來料厚度分布值hi如圖6所示，寬度b＝948mm，彈性模量e＝2.1×105mpa，泊松比υ＝0.3，變形抗力k＝600mpa，出口速度v＝300m/min，壓下率ζ＝5％，工作輥操作側彎輥力fwl＝245kn，工作輥傳動側彎輥力fwr＝187kn，平均後張力t0＝125kn，平均前張力t1＝80kn；
隨後，在步驟(c)中將中間輥輥身長度分成31等份，計算出每份的寬度則帶材被分成段，背襯軸承分成5段；由於工作輥竄輥量為0，所以對中間輥和工作輥之間的輥間壓力分布無影響。計算上工作輥撓度影響係數下工作輥撓度影響係數上中間輥撓度影響係數下中間輥撓度影響係數支承輥撓度影響係數(四個支承輥分別為b1、b2、b3、b4)，上工作輥操作側彎輥力撓度影響係數上工作輥傳動側彎輥力撓度影響係數下工作輥操作側彎輥力撓度影響係數下工作輥傳動側彎輥力撓度影響係數上支承輥b1上各支承力撓度影響係數上支承輥b2上各支承力撓度影響係數下支承輥b3上各支承力撓度影響係數下支承輥b4上各支承力撓度影響係數
隨後，在步驟(d)中給定帶鋼出口厚度分布初始值h′1i，分布曲線如圖7所示；
隨後，在步驟(e)中根據金屬變形模型計算出當前帶材出口厚度分布下的前張力橫向分布值σ1i、後張力橫向分布值σ0i；
隨後，在步驟(f)中根據軋制壓力模型計算出當前帶材出口厚度橫向分布、前後張力橫向分布下的軋制壓力橫向分布值qi′；
隨後，在步驟(g)中設定過程參數
隨後，在步驟(h)中，根據上下工作輥、上下中間輥和上下支承輥的撓度變形，對輥系進行力學分析，如圖2所示，可以給出以及工作輥操作側彎輥力fwl、工作輥傳動側彎輥力fwr、上工作輥剛性轉角下工作輥剛性轉角上中間輥剛性轉角下中間輥剛性轉角等設備及工藝參數之間的關係：
式中：xi為第i單元到軋制中心線的距離；分別為上工作輥左、右側撓度分布；分別為上中間輥左、右側在垂直方向的撓度分布；分別為上中間輥左、右側和支承輥b1中心連線方向上的撓度分布；為上左支承輥b1在上中間輥和上支承輥b1中心連線方向上的撓度分布；分別為對支承力的影響係數，且
(i)通過對八輥軋機輥系之間的軋輥幾何變形進行分析，可列出上下中間輥與上下工作輥的變形協調方程、上下支承輥b1、b2、b3、b4與上下中間輥的變形協調方程:
式中：分別為上工作輥與上中間輥、下工作輥與下中間輥的輥間壓扁係數；分別為上支承輥b1、b2、b3、b4與相接處的中間輥的輥間壓扁係數；分別為上、下工作輥垂直方向撓度分布；分別為上、下中間輥垂直方向撓度分布；分別為上中間輥在其與相接處的上支承輥b1、b2軸心連線方向的撓度分布；分別為下中間輥在其與相接處的下支承輥b3、b4軸心連線方向的撓度分布。
隨後，在步驟(j)中根據軋輥的力和力矩平衡，可以分別列出中間輥、支撐輥的力平衡方程，工作輥、支撐輥的力矩平衡方程，如下所示
隨後，在步驟(k)中由(h)、(i)、(j)計算出輥間壓力的橫向分布值
隨後，在步驟(l)中根據輥間壓力的橫向分布值以及軋制壓力的橫向分布值qi′計算出當前軋制工藝參數下的上、下工作輥撓度分布
隨後，在步驟(m)中根據上、下工作輥的撓度分布值，由下面的公式計算出帶材出口厚度分布值h1i，具體分布曲線如圖8所示；
隨後，在步驟(n)中判斷不等式是否成立？不等式0.382＜0.02顯然不成立，令h′1i＝h1i，轉入步驟(e)，循環直至不等式0.00896＜0.02成立，轉入步驟(o)；
隨後，在步驟(o)中輸出八輥軋機軋制時的帶材前張力橫向分布值σ1i；
最後，在步驟(p)中根據帶材前張力橫向分布值σ1i，由公式計算出八輥軋機軋制此帶材時的板形分布si，分布如圖9所示。
實施例2
首先，在步驟(a)中收集八輥軋機基本設備參數：工作輥的輥身長度lw＝1550mm，中間輥的輥身長度lm＝1665mm，支撐輥的輥身長度lb＝1620mm，工作輥的輥徑dw＝290mm，中間輥的輥徑dm＝480mm，支撐輥的輥徑db＝520mm，上工作輥竄輥量δc1＝15mm，下工作輥竄輥量δc2＝15mm，傾輥量η＝0，上工作輥操作側彎輥力到軋制中心線的距離上工作輥傳動側彎輥力到軋制中心線的距離下工作輥操作側彎輥力到軋制中心線的距離下工作輥傳動側彎輥力到軋制中心線的距離支承輥背襯軸承中心距lbf＝335mm，支承輥背襯軸承寬度bz＝240mm，其中一支承輥上背襯軸承個數5個，上、下工作輥輥型分別為上、下中間輥輥型分別為支承輥b1、b2、b3、b4的輥型分別為左側支承輥和中間輥的軸心連線與垂直方向的夾角
隨後，在步驟(b)中收集典型規格產品的軋制工藝參數，主要包括帶材來料厚度h＝0.84mm，來料厚度分布值hi如圖10所示，寬度b＝1135mm，彈性模量e＝2.1×105mpa，泊松比υ＝0.3，變形抗力k＝600mpa，出口速度v＝280m/min，壓下率ζ＝4.3％，工作輥操作側彎輥力fwl＝134kn，工作輥傳動側彎輥力fwr＝153kn，平均後張力t4＝90kn，平均前張力t5＝80kn；
隨後，在步驟(c)中將中間輥輥身長度分成31等份，計算出每份的寬度則帶材被分成段，背襯軸承分成5段；由於上工作輥竄輥量為15mm，所以上工作輥與上中間輥之間的輥間壓力分布區域為[2,30]；由於下工作輥竄輥量為15mm，所以下工作輥與下中間輥之間的輥間壓力分布區域為[1,29]；計算上工作輥撓度影響係數下工作輥撓度影響係數上中間輥撓度影響係數下中間輥撓度影響係數支承輥撓度影響係數(四個支承輥分別為b1、b2、b3、b4)，上工作輥操作側彎輥力撓度影響係數上工作輥傳動側彎輥力撓度影響係數下工作輥操作側彎輥力撓度影響係數下工作輥傳動側彎輥力撓度影響係數上支承輥b1上各支承力撓度影響係數上支承輥b2上各支承力撓度影響係數下支承輥b3上各支承力撓度影響係數下支承輥b4上各支承力撓度影響係數
隨後，在步驟d)中給定帶鋼出口厚度分布初始值h′1i，分布曲線如圖11所示；
隨後，在步驟(e)中根據金屬變形模型計算出當前帶材出口厚度分布下的前張力橫向分布值σ1i、後張力橫向分布值σ0i；
隨後，在步驟(f)中根據軋制壓力模型計算出當前帶材出口厚度橫向分布、前後張力橫向分布下的軋制壓力橫向分布值qi′；
隨後，在步驟(g)中設定過程參數
隨後，在步驟(h)中根據上下工作輥、上下中間輥和上下支承輥的撓度變形，可以給出以及工作輥操作側彎輥力fwl、工作輥傳動側彎輥力fwr、上工作輥剛性轉角下工作輥剛性轉角上中間輥剛性轉角下中間輥剛性轉角等設備及工藝參數之間的關係(其它相關軋輥的撓曲方程與之類似)：
式中：xi為第i單元到軋制中心線的距離；分別為上工作輥左、右側撓度分布；分別為上中間輥左、右側在垂直方向的撓度分布；分別為上中間輥左、右側和支承輥b1中心連線方向上的撓度分布；為上左支承輥b1在上中間輥和上支承輥b1中心連線方向上的撓度分布；分別為對支承力的影響係數，且
(i)通過對八輥軋機輥系之間的軋輥幾何變形進行分析，可列出上下中間輥與上下工作輥的變形協調方程、上下支承輥b1、b2、b3、b4與上下中間輥的變形協調方程:
式中：分別為上工作輥與上中間輥、下工作輥與下中間輥的輥間壓扁係數；分別為上支承輥b1、b2、b3、b4與相接處的中間輥的輥間壓扁係數；分別為上、下工作輥垂直方向撓度分布；分別為上、下中間輥垂直方向撓度分布；分別為上中間輥在其與相接處的上支承輥b1、b2軸心連線方向的撓度分布；分別為下中間輥在其與相接處的下支承輥b3、b4軸心連線方向的撓度分布。
隨後，在步驟(j)中根據軋輥的力和力矩平衡，可以分別列出中間輥、支撐輥的力平衡方程，工作輥、支撐輥的力矩平衡方程，如下所示：
隨後，在步驟(k)中由(h)、(i)、(j)中的公式聯立計算出輥間壓力的橫向分布值
隨後，在步驟(l)中根據輥間壓力的橫向分布值以及軋制壓力的橫向分布值qi′計算出當前軋制工藝參數下的上、下工作輥撓度分布
隨後，在步驟(m)中根據上、下工作輥的撓度分布值，由下面的公式計算出帶材出口厚度分布值h1i，具體分布曲線如圖12所示；
隨後，在步驟(n)中判斷不等式是否成立？不等式0.279＜0.02顯然不成立，令h′1i＝h1i，轉入步驟(e)，循環直至不等式0.00934＜0.02成立，轉入步驟(o)；
隨後，在步驟(o)中輸出八輥軋機軋制時的帶材前張力橫向分布值σ1i；
最後，在步驟(p)中根據帶材前張力橫向分布值σ1i，由公式計算出八輥軋機軋制此帶材時的板形分布si，分布如圖13所示。