[发明专利]一种热轧精轧板带材生产过程中轧制力的预测方法

说明书

本发明公开了一种热轧精轧板带材生产过程中轧制力的预测方法，属于轧制技术领域。针对目前热轧精轧生产过程中对轧制力预测时间长，预测精度低的问题，本发明按照热轧精轧某道次工艺规程数据确定板坯入口厚度、出口厚度、入口宽度以及入口温度；检测轧辊速度，板坯入口速度和出口速度，获取轧辊原始半径以及轧辊与板坯的摩擦因子；根据轧制变形区总功率泛函最小化，预测热轧精轧板带材生产过程中的轧制力；根据轧制力与轧辊压扁半径相互耦合，通过迭代运算，计算出符合收敛条件的轧制力。本发明安全可靠，计算准确，能够在线实时计算得到连续轧制过程中的轧制力，在节约了生产投资成本的同时，提高了产品厚度的控制精度。

技术领域

本发明属于轧制技术领域，特别涉及一种热轧精轧板带材生产过程中轧制力的预测方法。

背景技术

热轧精轧板带材具有强度高、韧性好、易加工成型及良好的可焊接性等优良性能，因而广泛应用于船舶、汽车、机械、桥梁等制造领域。随着经济的发展和社会的进步，汽车、船舶、桥梁等制造业迅速发展，市场对热轧精轧板带材的需求量不断增加，热轧精轧板带材的产量不断提高。随着热轧精轧板带才产量的提高，下游行业对热轧精轧板带材的要求也不断提高，尺寸精度和板形质量等成为产品的重要指标。

轧制力是轧机最重要的设备参数和工艺参数，轧制力模型的计算精度直接影响轧制规程的设定精度、板厚精度和板形质量，轧制力模型是轧制过程控制的基础。在钢铁厂日益激烈的全球竞争环境下，由于对生产成本、灵活性、操纵安全性和熟练工人的需求，自动控制系统已成为大规模制造的重要工具。准确预测轧制力和转矩是带钢热轧精轧生产线自动化控制的主要问题。

目前对轧制力的研究主要采用工程法和有限元法，工程法采用近似计算的方法，对数学模型进行简化处理，预测精度有待提高；研究复杂变形时，有限元法是最好的方法，但有限元法计算量大、时间长，每次计算只能对一个具体工艺的结果进行显示。因此在实际热轧精轧生产中迫切需要一种计算时间短、精度高的预测方法。

发明内容

针对目前热轧精轧生产过程中对轧制力预测时间长，预测精度低的问题，本发明提供了一种热轧精轧板带材生产过程中轧制力的预测方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种热轧精轧板带材生产过程中轧制力的预测方法，包括以下步骤：

步骤1：按照热轧精轧某道次工艺规程数据确定板坯入口厚度2h₀、出口厚度2h₁、入口宽度2b₀以及入口温度T；

步骤2：检测轧辊速度v_R，板坯入口速度v₀和出口速度v₁，获取轧辊原始半径R₀以及轧辊与板坯的摩擦因子m；

步骤3：根据轧制变形区总功率泛函最小化，预测热轧精轧板带材生产过程中的轧制力；

步骤3.1：根据板带轧制变形区速度边界条件、体积不变条件和几何方程，建立满足运动许可条件的轧制变形区的速度场和应变速度场；

步骤3.2：利用轧制变形区中性面处的速度、中性角和板坯与轧辊的几何尺寸来表示单位秒流量U；

步骤3.3：根据热轧精轧板坯的入口温度和现场轧制的实际材料及轧制规程，从而计算热轧精轧板坯的变形抗力；

步骤3.4：根据速度场、应变速度场、板坯的变形抗力，计算热轧精轧板坯变形区的内部变形功率、摩擦功率和剪切功率，得到总功率泛函；

步骤3.5：根据不同的中性角对应的总功率泛函，得到总功率泛函的最小值，然后计算力臂系数χ，根据总功率泛函与轧制力之间的关系，计算出轧制力F_min；

步骤4：根据轧制力与轧辊压扁半径相互耦合，通过迭代运算，计算出符合收敛条件的轧制力。