一种热轧带钢轧制力的优化设定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及热轧板带钢生产过程控制技术领域，尤其涉及一种热轧带钢轧制力的 优化设定方法。
【背景技术】
[0002] 轧制力是热连轧带钢生产过程中最重要的力能参数。准确预报精轧各机架的轧制 力，对提高带钢板厚板形控制精度、优化负荷分配、保障设备安全等具有重要意义，历来为 人们所关注。
[0003] 在轧制力计算中，要使用到金属的变形抗力模型，变形抗力一般可以表示为化学 成分、温度、应变和应变速率的函数。对于不同钢种的变形抗力模型可以通过实验室的 Gleeble模拟试验机测得。由于试验过程中采用的是较薄的试样，且加热过程中整个试样温 度非常均匀；而实际轧制过程中，钢板厚度较厚，且热量是由钢板内部向外部发生辐射和热 传导，板坯不同厚度位置的温度有一定的差异。因此，很有必要利用轧钢生产实绩数据对试 验测得的变形抗力模型进行修正，以便提高在线用轧制力模型的设定精度。
[0004] 目前，有关热轧带钢轧制力的设定方法也出现一些公开的专利文件，例，名称为 《一种预测热轧过程轧制力的刚塑性有限元方法》（CN101201871)的文件中记载的方法：根 据刚塑性材料变分原理，再根据得到的速度场求解应力场，进而根据轧制条件求解轧制力。 名称为《利用带钢化学成分数据提高热轧轧制力预报精度的方法》(CN1814365)的文件中记 载的方法：根据钢种特性选择化学成分影响系数，能够分析化学成分的波动对变形抗力的 影响，提高轧制力预报精度。名称为《一种提高热轧轧制力设定精度的方法》（CN1887462) 的文件中记载的方法：对精轧阶段发生相变的带钢，通过三段式轧制力设定方法提高轧制 力的设定精度，避免厚度超差和废钢等情况的发生。以上专利的局限在于：没有同时利用实 验室热模拟试验数据与轧钢生产实绩数据对轧制力模型进行综合优化。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提出一种热轧带钢轧制力的优化 设定方法，利用轧钢生产实绩数据对由实验室热模拟试验测得的应力应变曲线回归得到的 变形抗力模型进行修正，有效提高轧制力模型的设定精度，避免出现负荷超载等现象。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] -种热轧带钢轧制力的优化设定方法，包括以下步骤：
[0008]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；
[0009] 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和应变速率少下的应力应变曲线，应力应变曲线为在一定温度和一定应 变速率下应力1^随着应变W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：
【主权项】
1. 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： 51、 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和应变速率卢下的应力应变曲线，应力应变曲线为在一定温度和一定应变速 率下应力1^随着应变P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，nii为温度的影响系数，1112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；kf、T、P、分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，mi~m4; 52、 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kfm; 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0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kfD1:
式中，0为变形区轧件与轧辊接触面上任意位置的角度，0。为咬入角，cp为应变，史为 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kf所需的参数，包括应变和应变速率；角度0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、乳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0的函数，计算公式：
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；&为轧件入口厚度；h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?ld ?Qp ?kfD1 (7) 式中，kfm为平均变形抗力；Qp为外摩擦应力状态系数，1 ,为接触弧长度，B为带钢宽度； 53、 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Fart、板带钢宽度B、 接触弧长度13P外摩擦应力状态系数1等轧制实绩数据，反向计算得到等效实际变形抗力 兑忠' 计算公式为：
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公式直接求得乳棍压扁半径； 54、 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，乳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，乳件在变形区内等效实际变形抗力记为/4f，并且二者关系满足：
其中，a'和m':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：
通过n组的?和轧制温度函数gCTj)进行线性回归，可以得到系数A和 M，即
式中，A和M分别为A=In(a/V) (12) M= (m1-m/x) (13) 修正后的系数a'和m'a' =a/exp(A) (14) m/i=mX-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。
【专利摘要】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。
【IPC分类】B21B38-08, B21B37-28
【公开号】CN104841700
【申请号】CN201510214703
【发明人】李维刚, 周巍
【申请人】武汉科技大学
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年4月28日