[发明专利]一种热轧带钢轧制力的优化设定方法

摘要

一种热轧带钢轧制力的优化设定方法，涉及热轧板带钢生产过程控制技术领域，解决现有技术中没有同时利用实验室热模拟试验和轧钢生产实绩数据对轧制力进行优化设定的问题。本发明提出通过实验室热模拟单道次试验测得材料的应力应变曲线，并回归成为单向压缩状态的变形抗力模型，然后根据实际轧制过程参数修正实际轧制状态下的变形抗力模型系数，用于以后的轧制力设定计算，从而提高了热轧板带钢轧制力模型的设定精度，避免出现负荷超载等现象。本发明适用于当轧制力模型中的变形抗力模型来自实验室热模拟机测的数据回归所得，而且已经获得热轧板带钢多道次的实际轧制过程数据条件下的轧制力优化设定计算。

主权项

一种热轧带钢轧制力的优化设定方法，其特征在于包括以下步骤：S1、对不同钢种的金属材料，根据实验室热模拟试验测得的应力应变曲线，回归得到该金属材料的单向压缩状态的变形抗力模型；通过实验室Gleeble热模拟机对金属材料进行单道次试验，测得单向压缩状态下的不同变形温度T和应变速率下的应力应变曲线，应力应变曲线为在一定温度和一定应变速率下应力k_f随着应变的变化而变化的曲线，根据测得的应力应变曲线，回归得到单向压缩状态的变形抗力模型：式中，a为基准变形抗力，m₁为温度的影响系数，m₂与m₃为应变的影响系数，m₄为应变速率的影响系数；g(T)为事先指定的温度函数；k_f、T、均为试验过程测得数据；通过这些试验数据，根据最小二乘法回归得到变形抗力模型中的5个系数a，m₁～m₄；S2、根据热模拟试验回归得到的单向压缩状态的变形抗力模型，计算板带钢在轧钢生产状态下轧制变形区内的平均变形抗力，用于轧制力在线设定计算；S21，平均变形抗力计算：根据实验室热模拟机测得的变形抗力模型，以及轧钢生产中板带钢轧制过程参数，计算板带钢在轧制变形区内的平均变形抗力k_fm；在板带钢轧制过程中，变形区内任意位置的变形抗力均为角度θ的函数，对整个变形区的变形抗力积分求得轧制过程的平均变形抗力k_fm：式中，θ为变形区轧件与轧辊接触面上任意位置的角度，θ₀为咬入角，为应变，为应变速率；要利用式(2)计算轧件在轧制变形区内的平均变形抗力，需要把轧制过程参数转换为k_f所需的参数，包括应变和应变速率；角度θ可以表示为变形区每个厚度位置h的函数关系，应变和应变速率是钢板出口厚度、入口厚度、轧辊转速以及厚度位置h之间的函数关系，也就是说可以表达为角度θ的函数，计算公式：$\mathrm{\θ}=\arccos (1-\frac{h_0-h}{2R})---\left(5\right)$${\mathrm{\θ}}_0=\arccos (1-\frac{h_0-h_1}{2R})---\left(6\right)$式中，h为变形区轧件与轧辊接触面上任意位置的轧件厚度；h₀为轧件入口厚度；h₁为轧件出口厚度；R为轧辊半径；v为轧辊转速；S22，轧制力计算：变形区内轧件的平均变形抗力得到后，根据SIMS轧制力公式进一步计算热轧板带钢的轧制力，SIMS轧制力公式为：F＝B·l_d·Q_p·k_fm         (7)式中，k_fm为平均变形抗力；Q_p为外摩擦应力状态系数，l_d为接触弧长度，B为带钢宽度；S3、采集板带钢轧制完成后的轧制过程数据，通过实际轧制过程参数反向计算等效实际变形抗力；每卷板带钢轧制完成后，采集实际轧制过程数据；根据实测轧制力F_act、板带钢宽度B、接触弧长度l_d和外摩擦应力状态系数Q_p等轧制实绩数据，反向计算得到等效实际变形抗力计算公式为：$k_m^{\mathrm{act}}=\frac{F_{\mathrm{act}}}{B\·l_d\·Q_p}---\left(8\right)$要注意的是，求解接触弧长度时要用到轧辊压扁半径，在已知带钢实测轧制力情况下，根据Hitchcock公式直接求得轧辊压扁半径；S4、利用计算获得的等效实际变形抗力，对轧制状态下的变形抗力模型系数进行修正，得到适合于轧制状态的变形抗力模型，用于以后的轧制力在线设定计算：在每卷板带钢轧制前，轧件在变形区内的平均变形抗力记为在每卷板带钢轧制完成后，轧件在变形区内等效实际变形抗力记为并且二者关系满足：$\ln (k_m^{\mathrm{cal}}/k_m^{\mathrm{act}})=\ln (a/a^{\′})+(m_1-m_1^{\′})\·g\left(T\right)---\left(9\right)$其中，a′和m′₁为修正后的适合于实际轧制状态的变形抗力模型系数；当存在n组轧制过程数据时，满足式(10)的函数关系：$\ln {(k_m^{\mathrm{cal}}/k_m^{\mathrm{act}})}_j=\ln (a/a^{\′})+(m_1-m_1^{\′})\·g\left(T_j\right),j=\mathrm{1,2},~n---\left(10\right)$通过n组的和轧制温度函数g(T_j)进行线性回归，可以得到系数A和M，即$\ln {(k_m^{\mathrm{cal}}/k_m^{\mathrm{act}})}_j=A+M\·g\left(T_j\right),j=\mathrm{1,2},~n---\left(11\right)$式中，A和M分别为A＝ln(a/a′)       (12)M＝(m₁‑m′₁)      (13)修正后的系数a′和m′₁为a′＝a/exp(A)     (14)m′₁＝m₁‑M       (15)利用等效实际变形抗力对轧制状态下的变形抗力模型系数进行修正，得到适合于轧制状态的变形抗力模型，将其用于以后的热轧板带钢轧制力在线设定计算。