一种热轧带钢开卷张力综合优化计算方法
【专利摘要】一种热轧带钢开卷张力综合优化计算方法，它主要包括以下可由计算机执行的步骤：1、收集开卷机的设备工艺参数；2、收集带钢的品种规格及工艺参数；3、收集过程参数；4、给定张力的优化步长和优化过程；5、依次求开卷第k层时钢卷内任意第i层第s条的半径rsi、第s条第i层与第i-1层间钢卷内部径向应力psi、周向应力qsi、层间摩擦力τsi，开卷松卷及层间滑移的控制目标函数6、输出最终确定的最优张力值。本发明能够预报张力综合优化后的开卷周向应力、开卷径向应力、开卷层间摩擦应力分布情况，有效防止带钢在开卷过程中出现松卷、层间滑移划伤带钢现象的发生。
【专利说明】一种热轧带钢开卷张力综合优化计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于热轧领域，特别涉及一种热轧钢卷开卷张力综合优化计算方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着板带工业的发展与用户需求的不断扩大，对热轧带钢的质量要求也 越来越高。以往现场对于热轧过程辅助工序的研究主要集中在卷取领域，而对带钢卸卷、冷 却以及下游开卷过程的缺陷及工艺研究则较少，影响了热轧成品带钢质量的提高。实际生 产过程中，热轧带钢钢卷在开卷时也经常会遇到一些现象，影响带钢表面质量，主要集中在 开卷松卷，开卷层间滑移等。开卷松卷特指开卷过程中钢卷内层带钢的角速度大于最外层 一层或多层带钢角速度的现象，严重时将导致开卷张力急剧下降，迫使开卷过程停止，影响 生产效率。开卷层间滑移特指开卷过程中钢卷内层带钢的角速度小于最外层一层或多层带 钢角速度的现象，严重时将导致带钢表面划伤。开卷工序中的主要任务就是选取合适的恒 定开卷张力，它是开卷段工序的核心部分，开卷张力的设定作为开卷工序中的重要环节，它 实现的好坏直接关系到产品的生产效率的高低和质量。近年来，随着人们对产品质量要求 的进一步提高，开卷张力的优化越来越引起人们的注意，但是在热轧带钢开卷过程中，国内 外学者的研究主要集中在开卷恒张力控制方面 [1_6]，很少关注在开卷过程中钢卷自身一些 边界条件的改变以及内部应力的改变，大部分学者忽视了这些改变可能对带钢生产表面质 量控制的影响，这直接导致了相关理论研究的缺失。
[0003] (参考文献：[1]于贤朝，杨晓明，黄庆学.热轧带钢生产状况分析及发展趋势预测 [J].机械工程与自动化，2006. [2]姜世平，焦时光，张娜.卷取机主机结构及运动，动力参 数分析[J].机械设计，2007. [3]熊盛涛，陈志鹏，夏悦.开卷机钢卷直径计算优化算法在带 钢纵剪生产线中的应用[J].自动化技术与应用，2009. [4]付艳鹏，金晓宏.开卷张力控制 中钢卷直径的获取[J].武汉科技大学学报：自然科学版，2005. [5]白振华.钢卷卷取及卸 卷过程中内部应力分布的研究[J].中国机械工程，2004. [6]白振华，连家创，吴彬等.冷轧 钢卷卷取过程内部应力三维分布的研究[J].钢铁，2001.)
【发明内容】
[0004] 针对现场容易出现的钢卷松卷和层间滑移等问题，本发明以实现防止钢卷松卷、 最大限度地减少层间滑移带钢层数为目的，建立了一种热轧带钢开卷张力综合优化计算方 法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种热轧带钢开卷张力综合优化计算方法，包括以下由计算机执行的步骤：
[0007] (a)收集开卷机的设备工艺参数，主要包括：开卷最大线速度Vmax、最大开卷张力 Tmax、最小开卷张力Tmin、卷筒内半径ra、卷筒外半径rb、卷筒最大涨径rmax、卷筒最小涨径1·^、 卷筒宽度Bjt、允许钢卷最大重量Gmax、卷筒的弹性模量E1、卷筒的泊松比V1 ;
[0008] (b)收集带钢的品种规格范围及工艺参数，主要包括：带钢钢种、带钢平均厚度h、 带钢厚度分布hs、带钢宽度B、钢卷卷重G、带钢表面粗糙度Ra、带钢摩擦系数μ、带钢的泊 松比V2、带钢的弹性模量E2、带钢的密度P、钢卷外半径和内半径RpR2、带材的周向弹性模 量Ε、带材的径向弹性模量民、带钢的板凸度Ah、来料钢卷的温度t、来料钢卷的层数C;
[0009] (c)收集过程参数，主要包括：带材表面不平度的最大值δ_、考虑理论与实际存 在差别的修正系数IV加权系数α、带钢横向条元数m、钢卷层数η;
[0010] (d)给定张力的优化步长ΛΤ，张力优化过程参数Lj2、jly，开卷松卷及层间滑移 的控制目标函数初始值％ =Ws,计算过程的收敛极限ε;
[0011] (e)令L= 0,开卷张力T=U1 ·ΔΤ;
[0012] (f)定义开卷时钢卷最外层层数为k;
[0013] (g)$j2 = 〇;
[0014] (h)令k=n-j2;
[0015] (i)依次求开卷第k层时钢卷内任意第i层第s条的半径rsi、第s条第i层与第 i_l层间钢卷内部径向应力Psi、周向应力qsi、层间摩擦力τsi，开卷松卷及层间滑移的控制 目标函数-，主要包括以下步骤：
[0016]il)计算开卷第k层时钢卷内任意第i层第s条的钢卷半径rsi =rb+ihs;
[0017]i2)计算开卷第k层时带钢在第s条、第i层与第i-ι层间钢卷内部径向应力psi， 其中有相关的关系式：
【权利要求】
1. 一种热轧带钢开卷张力综合优化计算方法，其特征在于：它主要包括以下由计算机 执行的步骤： (a) 收集开卷机的设备工艺参数，主要包括：开卷最大线速度，最大开卷张力T_， 最小开卷张力Tmin，卷筒内半径ra，卷筒外半径rb，卷筒最大涨径，卷筒最小涨径rmin，卷 筒宽度Bjt，允许钢卷最大重量G_，卷筒的弹性模量Ei，卷筒的泊松比vi; (b) 收集带钢的品种规格范围及工艺参数，主要包括：带钢钢种，带钢平均厚度h，带钢 厚度分布hs，带钢宽度B，钢卷卷重G，带钢表面粗糙度Ra，带钢摩擦系数y，带钢的泊松比 v2，带钢的弹性模量E2，带钢的密度P，钢卷外半径和内半径&、R2，带材的周向弹性模量E， 带材的径向弹性模量民，带钢的板凸度△h，来料钢卷的温度t，来料钢卷的层数C; (c) 收集过程参数，主要包括：带材表面不平度的最大值，考虑理论与实际存在差 别的修正系数h，加权系数a，带钢横向条元数m，钢卷层数n; (d) 给定张力的优化步长AT，张力优化过程参数j2、jly，开卷松卷及层间滑移的控 制目标函数初始值％ =l〇S,计算过程的收敛极限e; (e) 令1 = 0,开卷张力T=Ui?AT; (f) 定义开卷时钢卷最外层层数为k; (g) 令j2 = 〇 ; (h) 令k=n-j2 ; (i) 依次求开卷第k层时钢卷内任意第i层第s条的半径rsi、第s条第i层与第i-1 层间钢卷内部径向应力Psi、周向应力qsi、层间摩擦力tsi，开卷松卷及层间滑移的控制目标 函数主要包括以下步骤： 11) 计算开卷第k层时钢卷内任意第i层第s条的钢卷半径rsi =rb+ihs ; 12) 计算开卷第k层时带钢在第s条、第i层与 第i_l层间钢卷内部径向应力Psi，其中有相关的关系式：
，式中：
开 卷当前层时第i+1层带钢在第s条处的内半径，psi+1开卷当前层时带钢在第s条、第i+1层 与第i层间钢卷内部径向应力，开卷当前层的前一层时第i层带钢在第s条处的内半 径； 13) 计算开卷第k层时的卷筒位_
； 14) 计算开卷第k层考虑到层间变形时任意第i层第s条的钢卷半径
为极角，g为重力常数； 15) 判断不等式
是否成立，如果不等式不成立则令
，转入 步骤i2)，如果不等式成立，则直接转入步骤i6); 16) 计算开卷第k层时带钢在第s条、第i层与第i-1层间钢卷周向应力qsi =
，式中：
开卷第k层时带钢在第s条、第i+1层与 第i层间钢卷周向应力，tsi+1开卷当前层时第i+1层带钢与第i层带钢在第s条处的摩擦 应力； 17) 计算开卷第k层时第i层带钢与第i-1层带钢在第s条处的紧密系数
18) 计算开卷第k层时带钢在第s条、第i层与第i-1层间钢卷内部层与层间摩擦应力 的
； 19) 求解开卷第k层时的最小摩擦平衡裕量
； il〇)求解开卷第k层时的开卷松卷及层间滑移的控制目标函数
(j) 判断不等式是否成立？如果不等式成立则令◎ =jly = 1，转入步骤（k); 如果不等式不成立，则直接转入步骤（k); (k) 判断不等式k< 2是否成立？如果不等式成立则令i= 1+1，T=Ui?AT, 转入步骤（1);如果不等式不成立则令j2 =j2+l，转入步骤（h); (l) 判断不等式T<T_是否成立？如果不等式成立则转入步骤（f);如果不等式不成 立则转入步骤（m); (m) 输出最优开卷张力值Ty =Tmin+jly ?AT。
【文档编号】B21C47/18GK104275368SQ201410467747
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】白振华, 王瑞, 朱厚鸿, 陈双玉, 陈麒麟, 陈博文 申请人:燕山大学