梯形寬度鋼板的軋制方法

2023-06-01 18:57:01

專利名稱：梯形寬度鋼板的軋制方法
技術領域：
本發明涉及軋鋼技術領域，具體涉及一種梯形寬度鋼板的軋制方法。
背景技術：
常規的鋼板在長度方向上寬度是基本不變的，但是對於結構件而言，在很多情況下其沿長度方向寬度並不一樣，為此需要將同一寬度的板材進行剪切，使其寬度發生變化，這會減少鋼板的利用效率，減少成材率，如圖1所示。所以如果能在軋制過程中直接生產梯形寬度鋼板是非常有用的。

發明內容
針對現有梯形寬度鋼板加工方法的不足之處，本發明提供一種梯形寬度鋼板的軋制方法。
首先中厚板的軋制策略採用縱橫縱策略，如圖2(a)所示縱一橫一縱軋制策略表示坯料先進行成形軋制，然後轉鋼90度進行展寬軋制，使得W2(展寬階段目標長度)與最終產品寬度基本相等，最後轉鋼90度進行伸長軋制，直至軋件厚度與最終產品厚度相等。本發明就是利用中厚板縱橫縱的軋制策略來生產變寬度鋼板，如圖2(b)。具體步驟如下(1)首先在成形階段最後一個道次，將鋼板軋製成變厚度鋼板。
如圖3所示。在軋制前應確定變厚度鋼板的尺寸(1.1)計算成形階段階梯板較薄部分的厚度根據體積不變條件，可知公式(1)成立L0W0H0=12(H11+H12)L1W1---(1)]]>式中，L0，W0，H0分別為成形階段軋制前的坯料長、寬、厚；L1，W1分別為成形階段軋制完成後得到的變厚度鋼板的長和寬，H11，H12分別為變厚度鋼板兩端的厚度。
由於軋制過程的展寬量較小，可以近似認為W1≈W0，所以公式(1)可變為L0H012(H11+H12)L1---(2)]]>L1，H11，H12的確定方法如下由於變厚度鋼板的體積分別等於成品變寬度板的體積，根據體積不變原理，有式(3)、(4)成立12(H11+H12)L1W1=12(W31+W32)L3H3---(3)]]>
(H11+H12)L1=(W31+W32)L3H3W0---(4)]]>式中，H3，L3是成品板厚度和長度，W31，W32是成品梯形寬度板頭尾部分對應的寬度。根據公式(3)還無法確定具體的H11，H12和L1，必須結合下面分析進行最後確定。
成形軋制的作用，一般是消除板坯表面不平或由於剪斷引起的端部壓扁的影響，使得展寬軋制前獲得準確的坯料厚度。而且成形階段道次不宜過多，一般2個道次。所以影響該階段目標厚度的因素主要有以下幾條a、最大可軋寬度的限制；b、轉鋼輥道最大開口度的限制；c、成形階段最大壓縮比不超過2.5；d、成形階段最小壓縮比不小於1.05；e、展寬階段後的轉鋼限制；f、道次壓下量不超過最大壓下量許可值；g、軋制力矩不超過最大許可軋制力矩；h、咬入角不超過最大咬入角限制；假定最大可軋寬度為Wmax，轉鋼輥道最大開口度為Wturn，最大壓縮比為Emax，最小壓縮比為Emin，坯料厚、寬、長分別為hs，ws，ls，終軋厚、寬、長分別為hf，wfmax，lfmax，wfmin，lfmin(wfmax，lfmax為較寬部分對應的寬度和長度，wfmin，lfmin為較窄部分對應的寬度和長度)，成形階段目標厚度為hts展寬階段目標厚度為htb。
對應最大可軋寬度，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts1hts1=hslsWmax---(5)]]>對應轉鋼輥道最大開口度的限制，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts2hts2=hslsWturn2-ws2---(6)]]>對應最大壓縮比，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts3hts3=hsEmax---(7)]]>對應最小壓縮比，可以得到成形階段目標厚度的最大值hts4hts4=hsEmin---(8)]]>對應展寬階段後的轉鋼限制，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts5
htb=hswslsWturn2-wfmax2wfmax---(9)]]>hts5=htbwfmaxws---(10)]]>另外成形階段不希望壓下量過大，道次壓下量一般不超過20mm，這樣軋制力矩、最大咬入角都不會超限。根據這個條件，可知hts6＝hs-40 (11)hts6為按道次壓下量限制確定的成形階段目標厚度；則許可的最小成形階段目標厚度為hts＝max(hts1，hts2，hts3，hts5，hts6)(12)要求梯形板厚度H11和H12都大於等於hts，於是可以令H12＝hts(13)而H11和對應的長度L1需要在展寬階段目標厚度確定後才能計算出來。
(1.2)計算展寬階段目標厚度展寬階段的目標厚度的計算可以採用如下方法，展寬階段軋制開始前的鋼板體積等於展寬階段軋制結束後的鋼板體積，所以有H12HtbW1H12HtbW0=W32---(14)]]>Htb=H12W32W0---(15)]]>其中Htb為展寬階段目標厚度，H12為變厚度鋼板較薄端的厚度，W32是成品梯形寬度板尾部分對應的寬度，W1為成形階段軋制完成後得到的變厚度鋼板的寬度，W0為成形階段軋制前的坯料寬。
(1.3)計算成形階段階梯板較厚部分的厚度以及梯形板長度。
其中厚度的計算採用如下公式H11HtbW1H11HtbW0=W31---(16)]]>H11=HtbW0W31---(17)]]>然後結合公式(4)和(17)即可得到對應的長度L1。其中Htb為展寬階段目標厚度，H11為成形階段階梯板較厚部分的厚度，H12為成形階段階梯板較薄部分的厚度，W1為成形階段軋制完成後得到的變厚度鋼板的寬度，W31為成品梯形寬度板頭部分對應的寬度，W32是成品梯形寬度板尾部分對應的寬度，I1為成形階段階梯板較厚部分的長度，H3和L3為是成品板厚度和長度，W0為成形階段軋制前的坯料寬。
成形階段尺寸計算完成後，按照常規軋制方法進行成形軋制，將鋼板軋制到計算得到的較厚尺寸H11以上2～10mm，然後按照變厚度鋼板的軋制方法，附加一個道次，將鋼板軋製成符合尺寸要求的變厚度鋼板。
變厚度鋼板的軋制方法介紹如下(a)由於中厚板軋制過程鋼板橫向流動不均勻，易造成鋼板頭尾凸出或凹進去，如圖4(b)，為保證變厚度鋼板頭尾不出現不齊的現象，鋼板頭尾各留出一定的裕量，如圖4中的L10和L11其中L10為頭部，L11為尾部。軋件的初始厚度為H0。
(b)為軋出最小厚度h0，根據軋制力模型算出軋件預計算塑性曲線，然後結合軋機彈跳曲線可以確定軋輥的輥縫s0，此時軋制力為F0，然後在該輥縫下進行軋制。
熱軋板帶材常用Sims公式計算軋制力，如公式(18)，其所確定的塑性曲線表示軋制力和出口厚度的關係，如圖5F=1.15WRhQp---(18)]]>R=R0(1+CFhW)]]>Qp=0.8049+0.2488lchc+0.0393lchc-0.3393+0.0732lchc2]]>式中W是軋件寬度、R′是考慮彈性壓扁的軋輥半徑、Δh是壓下量、Qp是應力狀態影響函數、σ是平均變形抗力，F是軋制力、R0是軋輥初始半徑、Δh是壓下量、W是軋件寬度、C=16(1-v2)E=2.210-2mm2/kN,]]>v是軋件波松比，近似等於0.3、E是軋輥彈性模量，=H-hH,]]>lc=Rh,hc=H+h2.]]>軋機彈跳方程採用公式(19)的簡單型式，它表示軋機彈性變形和輥縫的關係，如圖5所示。
S=h0-F-F0K---(19)]]>式中S是輥縫值，mm；F0是調零壓力，kN；K是軋機縱剛度，kN/mm，h0為最小厚度。
塑性曲線和軋機彈跳方程的交點可以確定軋件出口厚度。因為預計算塑性曲線與實際塑性曲線有一定偏差，所以在軋制過程中，可以根據實測軋制力F0′，根據軋機彈跳方程反算出鋼板實際計算出口厚度h0′(或根據專利200310119005.8的方法計算得到)，如果實際出口厚度h0′和h0有差別，則通過調整輥縫的位置到S0′，消除厚度偏差。
S0′的調整方法可以根據圖5的幾何關係式得到S0=S0+S=S0+K+MKh---(20)]]>
式中，Δh是實際出口厚度h0′和h0的差值，M是軋件塑性係數，即塑性曲線的導數。
(c)在頭部軋制過程中計算軋出長度，直至軋出長度等於L10。軋出長度的計算方法如下在工作輥主電機軸上安裝編碼器，將編碼器的讀數變化轉化為工作輥的轉速ω，軋輥的半徑R是已知的，所以根據軋制時間t和前滑值f，就可以指導軋出部分的長度。
L＝(1+f)·vR·t(21)vR＝2πRω (22)f={tg[8hRln(hH)+12arctg(Hh-1)]}2---(23)]]>式中vR是軋輥線速度，H是軋件入口厚度，h是軋件出口厚度。
(d)頭部過渡階段軋制完成後，繼續進行變厚度軋制，變厚度部分的斜率為=h1-h0L,]]>所以隨著軋制長度的變化，軋輥的輥縫也相應的調整。這個過程首先需要確定變厚度過程不同的軋制長度對應的軋制時間，其計算方法如下變厚度部分軋件的出口厚度h為軋件完成長度l的函數，h＝h0+α·l(24)式中α為變厚度部分的斜率。
將式(23)代入(24)中，軋件的出口速度v可以表示為軋制完成變厚度段長度l的函數v=vR(1+[tg[8h0+lRln(h0+lH)+12arctg(Hh0+l-1)]]2)---(25)]]>在軋制l長度的楔形段時，軋制時間t的計算如下t=0ldlv(l)---(26)]]>將式(25)代入式(26)，得到t=1vR0ldl1+[tg[8h0+lRln(h0+lH)+12arctg(Hh0+l-1)]]2---(27)]]>求解出口厚度h與時間t的關係，由式(26)可以得到l=h-h0---(28)]]>代入(27)得到t=1vR0h-h0dh1+[tg[8hRln(hH)+12arctg(Hh-1)]]2---(29)]]>使用式(29)計算過程複雜，實際應用時可以考慮通過離散化，求得該公式的數值解。如圖7所示，將變厚度段離散成n段，總軋制時間的計算如下t=i=1nlnv(inl)---(30)]]>即t=1vR1ni=1n11+[tg[8h0+(in)Rln(h0+(inl)H)+12arctg(Hh0+(inl)-1)]]2---(31)]]>(e)根據變厚度軋制長度的變化，輥縫進行相應的調整，調整方法如下由於當前時刻t到下一時刻t+T的過程中，軋件厚度的調節量由兩部分組成①當前時刻t對應的預設定厚度ht和下一時刻t+T對應的預設定厚度ht+T的差值；②當前時刻t對應的預設定厚度ht和實際計算厚度的差值。
首先根據當前時刻t實測軋制力F和輥縫St計算鋼板出口厚度ht′(或根據專利200310119005.8的方法計算得到)，然後計算當前時刻t對應的實際厚度ht′與設定出口厚度ht的偏差Δh，這樣根據圖8的PH圖(軋機剛度曲線和軋件塑性曲線的關係圖)，可以得到消除當前厚度偏差需要的輥縫調節量S1=M+KKh---(32)]]>M=Fhh--(33)]]>K=FsS---(34)]]>式中，ΔS1為出口厚度變化Δh時產生的輥縫調節量，M是軋件塑性係數，K是軋機剛度，ΔFh為軋件厚度變化Δh時產生的軋制力變化，ΔFs為輥縫變化ΔS時產生的軋制力變化。
軋制過程的輥縫控制周期T是固定不變，然後根據下一時刻t+T軋件的軋出長度lt+T，計算軋件目標出口厚度ht+T，根據預計算軋件塑性曲線和軋機彈跳曲線，計算出目標出口厚度ht+T對應的輥縫設定值St+T，以及目標出口厚度ht對應的輥縫設定值St，這樣可以得到為消除預計算的厚度變化量所需要的輥縫調節量ΔS2＝St+T-St(35)於是當前時刻t到下一時刻t+T所需要的總的輥縫調節量為ΔS＝ΔS1+ΔS2(36)(f)上述軋制過程持續進行，直至變厚度段軋出長度等於L1。此時軋件的厚度已經過渡到最大厚度h1，之後進行尾部軋制。與頭部軋制類似，由於預計算塑性曲線與實際塑性曲線有一定偏差，所以在尾部軋制過程中，可以根據實際計算出口厚度h1′和h1有差別，則根據公式(20)，通過調整輥縫的位置，消除尾部厚度偏差。直至尾部軋制完成。
(2)將軋件轉鋼90度進行展寬軋制，直至軋件厚度達到展寬階段目標厚度。
(3)展寬階段軋制完成後，轉鋼90度，進行伸長階段的軋制。由於鋼板沿長度方向寬度連續變化，各道次對應的軋制力和輥縫也不一樣，所以需要針對這種情況進行特殊控制。
首先需要精確計算鋼板軋制長度的變化，便於調整軋輥輥縫，長度計算方法可以採用公式(21)～(23)。然後根據寬度和軋制長度的關係，計算鋼板寬度，根據寬度計算軋制力和輥縫，並進行相應的輥縫調整。寬度確定方法如下因為軋件寬度隨軋制長度變化而變化，首先需要精確定位當前時刻鋼板的寬度，鋼板的寬度與軋制長度密切相關，然後計算對應的寬度，如圖9所示，L31=HtbHcL10---(37)]]>L32=HtbHcL11---(38)]]>L3=HtbHcL1---(39)]]>Wc=W31+LcL3(W32-W31)LcL3]]>Wc＝W32Lc≥L3(40)其中W31為成品梯形寬度板頭部分對應的寬度，W32是成品梯形寬度板尾部分對應的寬度，L31為成品梯形寬度板頭部分對應的長度，L32是成品梯形寬度板尾部分對應的長度，L10為頭部裕量，L11為尾部裕量，L1為成形階段階梯板較厚部分的長度，L3是成品板厚長度，Wc、Hc、Lc分別為第c道次鋼板的寬度、厚度和長度，Htb為展寬階段目標厚度。
由於軋件厚度維持不變，因此軋制力與寬度的大小基本成正比，所以軋機的彈跳也隨著軋制長度的變化而變化。當前時刻t到下一時刻t+T的過程中，軋輥輥縫的調節量由兩部分組成①當前時刻t對應的預設定寬度Wt所得到的軋機彈跳St和下一時刻t+T對應的預設定寬度Wt+T所對應的軋機彈跳St+T的差值；②當前時刻t對應的預設定厚度和實際計算厚度的差值。
首先根據當前時刻t實測軋制力F和輥縫St計算鋼板出口厚度ht′，然後計算當前時刻t對應的實際厚度ht′與設定出口厚度ht的偏差Δh，這樣根據圖8的PH圖，可以得到消除當前厚度偏差需要的輥縫調節量S1=M+KKh---(37)]]>
M=Fhh---(38)]]>K=FsS---(39)]]>式中，ΔS1為出口厚度變化Δh時產生的輥縫調節量，M是軋件塑性係數，K是軋機剛度，ΔFh為軋件厚度變化Δh時產生的軋制力變化，ΔFs為輥縫變化ΔS時產生的軋制力變化。
軋制過程的輥縫控制周期T是固定不變，然後根據下一時刻t+T軋件的軋出長度lt+T，計算軋件目標出口厚度Wt+T，根據預計算軋件塑性曲線和軋機彈跳曲線，計算出目標寬度Wt+T對應的輥縫設定值St+T，以及目標出口厚度Wt對應的輥縫設定值St，這樣可以得到為消除預計算的厚度變化量所需要的輥縫調節量ΔS2＝St+T-St(40)於是當前時刻t到下一時刻t+T所需要的總的輥縫調節量為ΔS＝ΔS1+ΔS2(41)(4)上述軋制過程需要持續多個道次，直至梯形寬度鋼板的厚度等於目標厚度。
本發明的明顯效果是能夠以方便快捷的工藝，連續軋制梯形寬度鋼板。本發明適用於中厚板軋機。


圖1為梯形寬度鋼板幾何尺寸示意圖，(a)為坯料幾何尺寸示意圖，(b)為成品幾何尺寸示意圖；圖2為縱-橫-縱軋制流程示意圖，其中(a)為常規軋制過程尺寸變化示意圖，(b)為梯形寬度板軋制過程尺寸變化示意圖；圖3為成形階段變厚度鋼板尺寸示意圖，(a)變厚度鋼板尺寸示意圖，(b)成品梯形寬度板俯視圖；圖4為變厚度鋼板尺寸示意圖，其中(a)為側視圖，(b)為俯視圖；圖5為頭部軋制過程輥縫設定方法的軋制力-厚度關係曲線；圖6為軋制過程示意圖；圖7為變厚度段軋制時間計算方法厚度變化示意圖；圖8為梯形軋制過程輥縫設定方法的P-H圖；圖9為第c道次梯形寬度板尺寸示意圖。
具體實施例方式
實施例1尺寸厚度180mm×寬1400mm×長2200的坯料，按圖1所示要求軋成18mm×2200mm-2400mm×10000mm的變寬度鋼板，軋機縱剛度為6000kN/mm，調零壓力15000kN，軋輥半徑460mm，最大許可軋制力35000kN，最大許可軋制力矩2750kNm。最大可軋寬度為2800mm，轉鋼輥道最大開口度4000mm，最大壓縮比2.5，最小壓縮比1.05。
(1)首先需要確定成形階段目標階梯厚度的尺寸(1.1)計算成形階段階梯板較薄部分的厚度和長度對應最大可軋寬度，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts1hts1=hslsWmax=18022002800=141.43mm]]>對應轉鋼輥道最大開口度的限制，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts2hts2=hslsWturn2-ws2=180220040002-14002=105.68mm]]>對應最大壓縮比，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts3hts3=hsEmax=1802.5=72mm]]>對應最小壓縮比，可以得到成形階段目標厚度的最大值hts4hts4=hsEmin=1801.05=171.43mm]]>對應展寬階段後的轉鋼限制，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts5htb=hswslsWturn2-wfmax2wfmax=1801400220040002-240022400=72.19mm]]>hts5=htbWfmaxws=72.1924001400=123.72mm]]>另外成形階段不希望壓下量過大，道次壓下量一般不超過20mm，這樣軋制力矩、最大咬入角都不會超限。根據這個條件，可知hts6＝hs-40＝180-40＝140mm許可的最小成形階段目標厚度為hts＝max(hts1，hts2，hts3，hts5，hts6)＝max(141.43，105.68，72，123.75，140)＝141.43＜hts4＝171.43所以有H12＝hts＝141.43mm(1.2)計算展寬階段目標厚度展寬階段軋制開始前的鋼板體積等於展寬階段軋制結束後的鋼板體積Htb=H12W32W1=141.4314002200=90.00mm]]>(1.3)計算成形階段階梯板較厚部分的厚度和長度。
H11=HtbW1W31=90.0024001400=154.29mm]]>
根據公式(4)即可得到變厚度鋼板對應的長度L1。
L1=(W31+W32)L3H3(H11+H12)W0=(2200+2400)1000018(141.43+154.29)1400=1999.96mm]]>然後確定頭尾裕量L10，L11假定頭部裕量L10＝300mm，則尾部裕量為L11=W0L0H0-0.5(H10+H11)W0L1-H10W0300W0H11]]>=2200180-0.5(141.43+154.29)1999.96-141.43300154.29=374.95mm]]>(2)成形階段尺寸計算完成後，按照常規軋制方法進行成形軋制，將鋼板軋制到步驟1中得到的較厚尺寸H11以上2～10mm，即軋制到154.29+5＝159.29mm，然後按照變厚度鋼板的軋制方法，附加一個道次，將鋼板軋製成符合尺寸要求的變厚度鋼板。
(2.1)為了得到141.43厚的鋼板，根據軋制力計算公式計算得到軋制力為26000kN，根據彈跳方程求出的輥縫設定值S0=h-F-F0K=141.43-26000-150006000=139.59mm,]]>在軋制過程中檢測到鋼板的實測軋制力F0′＝26700kN，該軋制力與預計算軋制力F0有偏差，根據彈跳方程h=s+F-F0K=139.59+26700-150006000=141.54mm,]]>得到鋼板厚度為141.54mm，此時迅速將軋機輥縫設定值調整為S0′，S0=S0+S=S0+K+MKh=139.59+7000+149570000.11=139.72mm,]]>使得鋼板出口厚度等於141.43mm。
(2.2)軋制過程跟蹤軋件長度，此時軋輥轉速為15轉/分，軋輥圓周的線速度為vR＝2π×460/60×15＝722.57mm/sf={tg[8141.43460ln(141.43159.29)+12arctg(159.29141.43-1)]}2=0.021]]>t=L0(1+f)vR=300(1+0.021)722.57=0.407s]]>(2.3)在頭部軋制0.407s後，就完成頭部過渡段的軋制任務，然後進行變厚度段的軋制，變厚度段的斜率為=154.29-141.431999.96=0.0064.]]>將變厚度段離散成100段，總軋制時間的計算如下t=1vR2000100i=1n11+[tg[8141.43+(i1002000)460ln(141.43+(i1002000)159.29)+12arctg(159.29141.43+(i1002000)-1)]]2]]>(2.4)根據變厚度軋制長度的變化，輥縫進行相應的調整，調整方法如下首先根據當前時刻t實測軋制力F和輥縫St計算鋼板出口厚度ht′，假定當前時刻得到的ht′＝150.2mm，與設定出口厚度ht＝150mm的偏差Δh＝0.2mm，這樣根據圖8的PH圖，可以得到為消除當前厚度偏差需要的輥縫調節量S1=M+KKh=1380+600060000.2=0.246mm]]>假定軋制過程的輥縫控制周期T＝10ms固定不變，然後根據下一時刻t+10ms軋件的軋出長度lt+T，計算軋件目標出口厚度ht+T=150+722.571000.0064=150.0462mm,]]>根據預計算軋件塑性曲線和軋機彈跳曲線，計算出目標出口厚度ht+T對應的輥縫設定值St+T=h-F-F0K=150.0462-13300-150006000=150.3295mm,]]>以及目標出口厚度ht＝150對應的輥縫設定值St＝150.3185mm，這樣可以得到消除預計算的厚度變化量所需要的輥縫調節量ΔS2＝St+T-St＝150.3295-150.3185＝0.011mm於是當前時刻t到下一時刻t+T所需要的總的輥縫調節量為ΔS＝ΔS1+ΔS2＝0.246+0.011＝0.257mm(2.5)上述軋制過程持續進行，直至變厚度段軋出長度等於1999.96mm。此時軋件的厚度已經過渡到最大厚度154.29mm，之後進行尾部軋制。與頭部軋制類似，由於預計算塑性曲線與實際塑性曲線有一定偏差，所以在尾部軋制過程中，可以根據實際計算出口厚度h1′和h1有差別，則通過調整輥縫的位置，消除尾部厚度偏差。
(3)將軋件轉鋼90度進行展寬軋制，直至軋件厚度達到展寬階段目標厚度。
(4)展寬階段軋制完成後，轉鋼90度，進行伸長階段的軋制。由於鋼板沿長度方向寬度連續變化，所以需要計算鋼板寬度與軋制長度的關係。假定當前時刻道次入口厚度為50mm，出口厚度為40mm，軋制長度為3000mm，則根據公式(21)～(23)可以非常方便的計算軋制長度和時間的關係。然後根據鋼板長度計算鋼板的寬度，L31=HtbHcL10=904030=675]]>L32=HtbHcL11=9040374.95=844]]>L3=HtbHcL1=90401999.96=4500]]>Wc=W31+LcL3(W32-W31)=2200+3000-6754500(2400-2200)=2303.3]]>已知入口厚度，出口厚度，軋件寬度，則可以非常方便的根據Sims公式等軋制力模型計算當前時刻t的預設定軋制力，假定預設定軋制力等於30000kN，根據彈跳方程可知預設定輥縫等於St=h-F-F0K=40-3000-150006000=37.5mm,]]>而t+T(T＝10ms)的鋼板長度為3050mm，對應的寬度為Wc=W31+LcL3(W32-W31)=2200+3050-6754500(2400-2200)=2305.6mm]]>對應的軋制力為30030kN,對應的設定輥縫St+T=40-30030-150006000=37.495mm.]]>當前實測厚度為40.1mm，根據公式(37)可得S1=M+KKh=3000+600060000.1=0.15mm]]>所以t+T時刻輥縫的總調節量為0.15+37.495-37.5＝0.145mm。
上述調節過程不斷進行直至本道次軋制完成。
(5)上述軋制過程需要持續多個道次，直至梯形寬度鋼板的厚度等於目標厚度。
實施例2尺寸厚度220mm×寬1600mm×長2400mm的坯料，按圖1所示要求軋成25mm×2300mm-2600mm×10000mm的變寬度鋼板，軋機縱剛度為8000kN/mm，調零壓力25000kN，軋輥半徑500mm，最大許可軋制力55000kN，最大許可軋制力矩5000kNm。最大可軋寬度為3200mm，轉鋼輥道最大開口度4800mm，最大壓縮比2.5，最小壓縮比1.05。
(1)首先需要確定成形階段目標階梯厚度的尺寸(1.1)計算成形階段階梯板較薄部分的厚度和長度對應最大可軋寬度，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts1hts1=hslsWmax=22023003200=158.125mm]]>對應轉鋼輥道最大開口度的限制，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts2hts2=hslsWturn2-ws2=220230048002-16002=111.81mm]]>對應最大壓縮比，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts3hts3=hsEmax=2202.5=88mm]]>對應最小壓縮比，可以得到成形階段目標厚度的最大值hts4hts4=hsEmin=2201.05=209.52mm]]>對應展寬階段後的轉鋼限制，可以得到成形階段目標厚度的最小值hts5htb=hswslsWturn2-wfmax2wfmax=2201600240048002-260022600=80.53mm]]>
hts5=htbwfmaxws=80.5326001600=130.86mm]]>另外成形階段不希望壓下量過大，道次壓下量一般不超過20mm，這樣軋制力矩、最大咬入角都不會超限。根據這個條件，可知hts6＝hs-40＝220-40＝180mm許可的最小成形階段目標厚度為hts＝max(hts1，hts2，hts3，hts5，hts6)＝max(158.13，111.81,88,130.86,180)＝180＜hts4＝209.52所以有H12＝hts＝180mm(1.2)計算展寬階段目標厚度展寬階段軋制開始前的鋼板體積等於展寬階段軋制結束後的鋼板體積Htb=H12W32W1=18016002300=125.22mm]]>(1.3)計算成形階段階梯板較厚部分的厚度和長度。
H11=HtbW1W31=125.2226001600=203.48mm]]>根據公式(4)即可得到變厚度鋼板對應的長度L1。
L1=(W31+W32)L3H3(H11+H12)W0=(2300+2600)1000025(180+203.48)1600=1996.52mm]]>然後確定頭尾裕量L10，L11假定頭部裕量L10＝400mm，則尾部裕量為L11=W0L0H0-0.5(H10+H11)W0L1-H10W0400W0H11]]>=2400220-0.5(180+203.48)1996.52-180400203.48=359.68mm]]>(3)成形階段尺寸計算完成後，按照常規軋制方法進行成形軋制，將鋼板軋制到步驟1中得到的較厚尺寸H11以上2～10mm，即軋制到203.48+2＝205.48mm，然後按照變厚度鋼板的軋制方法，附加一個道次，將鋼板軋製成符合尺寸要求的變厚度鋼板。
(2.1)為了得到180厚的鋼板，根據軋制力計算公式計算得到軋制力為23000kN，根據彈跳方程求出的輥縫設定值S0=h-F-F0K=180-23000-250008000=180.25mm,]]>在軋制過程中檢測到鋼板的實測軋制力F0′＝23700kN，該軋制力與預計算軋制力F0有偏差，根據彈跳方程h=s+F-F0K=180.25+23700-250008000=180.09mm]]>得到鋼板厚度為180.09mm，此時迅速將軋機輥縫設定值調整為S0,S0=S0+S=S0+K+MKh=180.25+8000+92080000.09=180.35]]>mm，使得鋼板出口厚度等於180mm。
(2.2)軋制過程跟蹤軋件長度，此時軋輥轉速為20轉/分，軋輥圓周的線速度為vR＝2π×500/60×20＝1047.20mm/sf={tg[8180500ln(180205.48)+12arctg(205.48180-1)]}2=0.022]]>t=L0(1+f)vR=400(1+0.022)1047.20.374s]]>(2.3)在頭部軋制0.374s後，就完成頭部過渡段的軋制任務，然後進行變厚度段的軋制，變厚度段的斜率為=205.48-1801996.52=0.0128.]]>將變厚度段離散成100段，總軋制時間的計算如下t=1vR1997100i=1n11+[tg[8180+(i1001997)500ln(180+(i1001997)205.48)+12arctg(205.48180+(i1001996)-1)]]2=1.874]]>(2.4)根據變厚度軋制長度的變化，輥縫進行相應的調整，調整方法如下首先根據當前時刻t實測軋制力F和輥縫St計算鋼板出口厚度ht′，假定當前時刻得到的ht′＝190.2mm，與設定出口厚度ht＝190mm的偏差Δh＝0.2mm，這樣根據圖8的PH圖，可以得到為消除當前厚度偏差需要的輥縫調節量S1=M+KKh=920+800080000.2=0.223mm]]>假定軋制過程的輥縫控制周期T＝10ms固定不變，然後根據下一時刻t+10ms軋件的軋出長度lt+T，計算軋件目標出口厚度ht+T=190+1047.21000.0128=190.134mm,]]>根據預計算軋件塑性曲線和軋機彈跳曲線，計算出目標出口厚度ht+T對應的輥縫設定值St+T=h-F-F0K=190.134-13800-250008000=191.534mm,]]>以及目標出口厚度ht＝190對應的輥縫設定值St＝190.519mm，這樣可以得到為消除預計算的厚度變化量所需要的輥縫調節量ΔS2＝St+T-St＝190.534-190.519＝0.015mm於是當前時刻t到下一時刻t+T所需要的總的輥縫調節量為ΔS＝ΔS1+ΔS2＝0.223+0.015＝0.238mm(2.5)上述軋制過程持續進行，直至變厚度段軋出長度等於1996.52mm。此時軋件的厚度已經過渡到最大厚度203.48mm，之後進行尾部軋制。與頭部軋制類似，由於預計算塑性曲線與實際塑性曲線有一定偏差，所以在尾部軋制過程中，可以根據實際計算出口厚度h1′和h1有差別，則通過調整輥縫的位置，消除尾部厚度偏差。
(3)將軋件轉鋼90度進行展寬軋制，直至軋件厚度達到展寬階段目標厚度。
(4)展寬階段軋制完成後，轉鋼90度，進行伸長階段的軋制。由於鋼板沿長度方向寬度連續變化，所以需要計算鋼板寬度與軋制長度的關係。假定當前時刻t，道次入口厚度為80mm，出口厚度為70mm，軋制長度為2500mm，則根據公式(21)～(23)可以非常方便的計算軋制長度和時間的關係。然後根據鋼板長度計算鋼板的寬度，L31=HtbHcL10=125.2270400=715.5]]>L32=HtbHcL11=125.2270359.68=643.4]]>L3=HtbHcL1=125.22701996.52=3571.5]]>Wc=W31+LcL3(W32-W31)=2300+2500-715.53571.5(2600-2300)=2450]]>已知入口厚度，出口厚度，軋件寬度，則可以非常方便的根據Sims公式等軋制力模型計算當前時刻t的預設定軋制力，假定預設定軋制力等於28000kN，根據彈跳方程可知預設定輥縫等於St=h-F-F0K=70-28000-250008000=69.38mm,]]>而t+T(T＝10ms)的鋼板長度為2540mm，對應的寬度為Wc=W31+LcL3(W32-W31)=2300+2540-715.53571.5(2600-2300)=2453]]>對應的軋制力為28034kN，對應的設定輥縫St+T=70-28034-250008000=69.621mm.]]>當前實測厚度為69.8mm，根據公式(37)可得S1=M+KKh=-2800+800080000.2=-0.27mm]]>所以t+T時刻輥縫的總調節量為-0.27+69.621-69.38＝-0.029mm。
上述調節過程不斷進行直至本道次軋制完成。
(6)上述軋制過程需要持續多個道次，直至梯形寬度鋼板的厚度等於目標厚度。
權利要求
1.一種梯形寬度鋼板的軋制方法，其特徵在於中厚板的軋制策略採用縱橫縱策略，具體步驟如下(1)首先在成形階段最後一個道次，將鋼板軋製成變厚度鋼板，在軋制前確定變厚度鋼板的尺寸，計算成形階段階梯板較薄部分的厚度，計算展寬階段目標厚度，計算成形階段階梯板較厚部分的厚度以及梯形板長度；成形階段尺寸計算完成後，按照常規軋制方法進行成形軋制，將鋼板軋制到得到的較厚尺寸以上2～10mm，然後按照變厚度鋼板的軋制方法，附加一個道次，將鋼板軋製成符合尺寸要求的變厚度鋼板；(2)將軋件轉鋼90度進行展寬軋制，直至軋件厚度達到展寬階段目標厚度；(3)展寬階段軋制完成後，轉鋼90度，進行伸長階段的軋制；(4)上述軋制過程持續多個道次，直至梯形寬度鋼板的厚度等於目標厚度。
2.按照權利要求1所述的梯形寬度鋼板的軋制方法，其特徵在於變厚度鋼板的軋制方法如下(1)為保證變厚度鋼板頭尾齊，鋼板頭尾各留出一定的裕量，其中L10為頭部，L11為尾部，軋件的初始厚度為H0；(2)為軋出最小厚度h0，根據軋制力模型算出軋件預計算塑性曲線，然後結合軋機彈跳曲線確定軋輥的輥縫S0，此時軋制力為F0，然後在該輥縫下進行軋制；(3)在頭部軋制過程中計算軋出長度，直至軋出長度等於L10；(4)頭部過渡階段軋制完成後，繼續進行變厚度軋制，這個過程首先確定變厚度過程不同的軋制長度對應的軋制時間；(5)根據變厚度軋制長度的變化，調整輥縫；(6)上述軋制過程持續進行，直至變厚度段軋出長度等於L1，此時軋件的厚度已經過渡到最大厚度h1，之後進行尾部軋制，根據實際計算出口厚度h1′和h1的差別，通過調整輥縫的位置，消除尾部厚度偏差，直至尾部軋制完成。
3.按照權利要求1所述的梯形寬度鋼板的軋制方法，其特徵在於計算成形階段階梯板較薄部分的厚度按下式確定H12＝hts＝max(hts1，hts2，hts3，hts5，hts6)，其中hts1為對應最大可軋寬度，得到的成形階段目標厚度的最小值；hts2為對應轉鋼輥道最大開口度的限制得到的成形階段目標厚度的最小值；hts3為對應最大壓縮比得到的成形階段目標厚度的最小值；hts4為對應最小壓縮比得到的成形階段目標厚度的最大值；hts5為對應展寬階段後的轉鋼限制得到的成形階段目標厚度的最小值；hts6＝hs-40，hs為坯料厚度；hts6為按道次壓下量限制確定的成形階段目標厚度；hts為成形階段目標厚度；H12為成形階段階梯板較薄部分的厚度。
4.按照權利要求1所述的梯形寬度鋼板的軋制方法，其特徵在於步驟(3)中，首先計算鋼板軋制長度的變化，然後根據寬度和軋制長度的關係，計算鋼板寬度，根據寬度計算軋制力和輥縫，調整輥縫；根據當前時刻t實測軋制力F和輥縫St計算鋼板出口厚度h1′，然後計算當前時刻t對應的實際厚度h1′與設定出口厚度ht的偏差Δh，這樣根據軋機剛度曲線和軋件塑性曲線的關係圖，得到消除當前厚度偏差需要的輥縫調節量S1=M+KKh]]>式中，M是軋件塑性係數，K是軋機剛度；軋制過程的輥縫控制周期T固定不變，然後根據下一時刻t+T軋件的軋出長度lt+T，計算軋件目標出口厚度Wt+T，根據預計算軋件塑性曲線和軋機彈跳曲線，計算出目標寬度Wt+T對應的輥縫設定值St+T，以及目標出口厚度Wt對應的輥縫設定值St，得到消除預計算的厚度變化量所需要的輥縫調節量ΔS2＝St+T-St則當前時刻t到下一時刻t+T所需要的總的輥縫調節量為ΔS＝ΔS1+ΔS2。
5.按照權利要求2所述的梯形寬度鋼板的軋制方法，其特徵在於步驟(3)中長度計算方法為在工作輥主電機軸上安裝編碼器，將編碼器的讀數變化轉化為工作輥的轉速ω，軋輥的半徑R已知，根據軋制時間t和前滑值f，計算軋出部分的長度，L＝(1+f)·vR·tvR＝2πRωf={tg[8hRln(hH)+12arctg(Hh-1)]}2]]>式中vR是軋輥線速度，H是軋件入口厚度，h是軋件出口厚度。
6.按照權利要求2所述的梯形寬度鋼板的軋制方法，其特徵在於步驟(5)中根據變厚度軋制長度的變化調整輥縫，首先計算得到消除當前厚度偏差需要的輥縫調節量S1=M+KKh]]>式中，M是軋件塑性係數，K是軋機剛度；軋制過程的輥縫控制周期T固定不變，然後根據下一時刻t+T軋件的軋出長度lt+T，計算軋件目標出口厚度ht+T，根據預計算軋件塑性曲線和軋機彈跳曲線，計算出目標出口厚度ht+T對應的輥縫設定值St+T，以及目標出口厚度ht對應的輥縫設定值St，得到消除預計算的厚度變化量所需要的輥縫調節量ΔS2＝St+T-St則當前時刻t到下一時刻t+T所需要的總的輥縫調節量為ΔS＝ΔS1+ΔS2。
全文摘要
一種梯形寬度鋼板的軋制方法，利用中厚板縱橫縱的軋制策略來生產變寬度鋼板，首先在成形階段最後一個道次，將鋼板軋製成變厚度鋼板，在軋制前確定變厚度鋼板的尺寸，按照常規軋制方法進行成形軋制，將鋼板軋制到得到的較厚尺寸以上2～10mm，然後按照變厚度鋼板的軋制方法，附加一個道次，將鋼板軋製成符合尺寸要求的變厚度鋼板；將軋件轉鋼90度進行展寬軋制，直至軋件厚度達到展寬階段目標厚度；展寬階段軋制完成後，轉鋼90度，進行伸長階段的軋制；上述軋制過程持續多個道次，直至梯形寬度鋼板的厚度等於目標厚度。本發明方法能夠以方便快捷的工藝，連續軋制梯形寬度鋼板。
文檔編號B21B37/64GK1850376SQ200610046458
公開日2006年10月25日 申請日期2006年4月29日 優先權日2006年4月29日
發明者胡賢磊, 劉相華, 何純玉, 矯志傑, 王君, 王昭東, 趙忠 申請人:東北大學