一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法
【专利摘要】一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法，其主要包括以下由计算机执行的步骤：1、收集连退机组的关键设备与工艺参数；2、收集带钢的参数；3、定义相关参数；4、计算带钢临界失稳应力σh?cr(x)；5、计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σν(x)、热应力σT(x)、摩擦力τd(x)以及向心力τz(x)；6、计算带钢局部失稳区域所受横向压应力σh(x)；7、计算带钢瓢曲指数分布λ(x)；8、判断λ(x)＜λ*是否成立；9、输出预报结果。本发明实现了对带钢通板过程中瓢曲缺陷的预报，降低了事故发生率，提高了生产效率。
【专利说明】
一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法
技术领域
[0001] 本发明属于冶金乳钢技术领域，特别涉及一种带钢瓢曲的预报方法。
【背景技术】
[0002] 连续退火由于采用了快速加热、高温退火、快速冷却、过时效处理等技术，能够将 清洗、退火、平整、精整等工序合而为一，具有生产周期短、效率高、适合大批量生产等一系 列优点而得到了广泛的应用。但在连退生产过程中，带钢在纵向经常会出现一条或数条不 同程度的褶皱现象，现场称之为"瓢曲"。瓢曲现象对机组的稳定通板和产品质量危害极大， 轻则出现数十米的褶皱，导致对机组采取降速措施，影响生产效率;重则造成炉内断带，导 致机组停产。瓢曲现象作为连退领域的重大技术难题，严重阻碍了连退工艺的进一步发展， 已经成为现场技术攻关的焦点。
[0003] 带钢瓢曲主要受到来料板形、工艺段设定张力、带钢横向温差、炉辊辊型、通板速 度及摩擦系数等因素的影响，尤其是来料板形不良的影响较为严重。以往学者大多是基于 对带钢由弹性失稳至瓢曲的研究 [14]，抑或是带钢总的设定张力对瓢曲的影响，没有对带钢 内部单元的受力进行深入的研究，不但无法实现对瓢曲的在线预报，且不能定量的给出不 同工况下带钢的瓢曲趋势。这样，如何综合考虑来料板形、辊型、温差、设定张力、摩擦系数 及通板速度等因素，从带钢内部张力分布角度出发，建立带钢发生瓢曲可能性的量化指标， 及时发现甚至预测出带钢的瓢曲趋势，并能够对其实现在线预报，进而指导生产，成为现场 攻关的重点。
[0004] 参考文献：
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[0006] [2]N.Jacques,A.Elias,M.Potier-Ferry,H.Zahrouni.Buckling and wrinkling during strip conveying in processing lines[J].Journal of Materials Processing Technology·2007，190:33-40
[0007] [3]张清东，常铁柱，戴江波.带钢高温态横向瓢曲的理论与试验[J].机械工程学 报·2008,44(8):219-225
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[0009] [5]张利祥，李俊，张理扬.连续退火机组带钢瓢曲临界张力的研究[J].钢铁 .2012,47(6):42-45
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于提供一种能及时对带钢瓢曲做出预报、有效避免事故发生、提 高生产效率的适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法。
[0011] 本发明主要是根据带钢瓢曲机理，在已知带钢张力分布的基础上，从带钢受到的 内力(热应力、泊松应力)及外力(摩擦力、向心力)入手建立预报模型，制定评判带钢瓢曲趋 势的量化指标，提出了适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法。
[0012] 本发明包括以下由计算机执行的步骤：
[0013] (a)收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括:炉辊半径R，炉辊平直段长度 S，炉辊锥度γ，临界锥度γ。，机组速度V，速度影响系数κ，带钢与炉辊的摩擦系数μ;
[0014] (b)收集带钢的参数，主要包括:带钢宽度Β，带钢厚度h，当前工艺段的张力分布Oj (X)，上一工艺段的张力分布，当前工艺段的温度分布T(X)，当前工艺段与上一工艺 段的温度变化A T(X)，带钢线膨胀系数β，带钢泊松比V、带钢局部失稳区域宽度b，带钢受力 范围L，带钢临界瓢曲指数λ*;
[0015] (c)定义相关参数，主要包括:带钢局部失稳区域所受泊松应力σν(χ)，带钢局部失 稳区域所受热应力στ(Χ)，带钢局部失稳区域所受摩擦力Td(X)，带钢局部失稳区域所受向心 力τζ(χ)，失稳区域中心坐标xo,带钢在当前温度下的弹性模量EU)，带钢局部失稳区域所受 横向压应力〇h(x)，带钢临界失稳应力〇h- CT(x)，带钢瓢曲指数分布λ(χ)，过程调整参数j、i; [0016] (d)计算带钢临界失稳应力O h-CT(X);
[0017]
[0018] E(x) =208570-0.20986T(x)2
[0019] (e)计算带钢局部失稳区域所受泊松应力^⑴、热应力στ( χ)、摩擦力Td(x)以及向 心力τζ(Χ)，包括以下步骤；
[0020] (el)相关参数赋初值，令j = l;
[0023] (e4)判断Λ·,, <_y-y是否成立?若不等式成立，则令j = j+1，转入步骤(e2);若不等 式不成立，则转入步骤(f);
[0024] (f)计算带钢局部失稳区域所受横向压应力Oh(X)，包括以下步骤；
[0025] (Π)相关参数赋初值，令i = l;
[0026]
[0027] (f3)判断σν(χ〇)+στ(χ())彡〇是否成立?若不等式成立，转入步骤(f4);若不等式不 成立，转入步骤(f 6);
[0028] (€4)判断1：2(1())+1(](1())<〇 ￥(1())+〇1'(1())是否成立？若不等式成立，贝1|〇11(1()) = 1：2 (xo)+Td(xo)，转入步骤(f7);若不等式不成立，转入步骤(f5);
[0029] (作)判断1：2(兀())-1(^())^^(兀())+〇1^())<1： 2(兀())+1(^())是否成立?若不等式成立， 则〇^〇) = 〇^())+〇心()），转入步骤(1；7);若不等式不成立，贝1|〇11(叉()）=1： 2(叉())-1：心()），转入 步骤(f7);
[0030] (f6)判断τζ(χ〇)彡Td(Xo)是否成立?若不等式成立，贝lj〇h(x〇) = Tz(XQ)-Td(Xo)，转入 步骤(f7);若不等式不成立，则〇h(x Q)=〇,转入步骤(f7);
[0031] (f7)判断\ 是否成立?若不等式成立，则令i = i+l，转入步骤(f2);若不等 式不成立，则转入步骤(g);
[0032] (g)计算带钢瓢曲指数分布λ(χ);
[0033]
[0034] (h)判断λ(χ)<λ*是否成立?若不等式成立，则带钢不发生瓢曲，转入步骤（i);否 贝IJ，带钢发生瓢曲，转入步骤(i);
[0035] (i)输出预报结果。
[0036] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0037] 1、本发明所采用的预报方法充分考虑到了连退机组内炉辊辊型、来料板形、横向 温差、设定张力、通板速度及摩擦系数等因素对带钢瓢曲的影响，实现了对带钢瓢曲的预 报，并可以此作为现场调节的依据，从而最大程度保证连退过程的高速、稳定运行。
[0038] 2、实现了在线预报，工作量小，能够及时根据预报结果对连退过程工艺采取相应 的控制措施，有效的避免了断带事故的发生，极大的提高了生产效率。
【附图说明】
[0039]图1为本发明的总计算流程图；
[0040]图2为本发明步骤e的计算流程图；
[0041]图3为本发明步骤f的计算流程图
[0042]图4为本发明实施例1的当前工艺段的张力分布图；
[0043]图5为本发明实施例1的上一工艺段的张力分布图；
[0044] 图6为本发明实施例1的当前工艺段的温度分布图；
[0045] 图7为本发明实施例1的当前工艺段与上一工艺段的温度变化图；
[0046] 图8为本发明实施例1的带钢临界失稳应力曲线图；
[0047]图9为本发明实施例1的带钢局部失稳区域所受泊松应力、热应力、摩擦力以及向 心力曲线图；
[0048]图10为本发明实施例1的带钢局部失稳区域所受横向压应力曲线图；
[0049] 图11为本发明实施例1的带钢瓢曲指数分布图；
[0050] 图12为本发明实施例2的当前工艺段的张力分布图；
[0051]图13为本发明实施例2的上一工艺段的张力分布图；
[0052]图14为本发明实施例2的当前工艺段的温度分布图；
[0053]图15为本发明实施例2的当前工艺段与上一工艺段的温度变化图；
[0054]图16为本发明实施例2的带钢临界失稳应力曲线图；
[0055]图17为本发明实施例2的带钢局部失稳区域所受泊松应力、热应力、摩擦力以及向 心力曲线图；
[0056]图18为本发明实施例2的带钢局部失稳区域所受横向压应力曲线图；
[0057]图19为本发明实施例2的带钢瓢曲指数分布图。
【具体实施方式】
[0058] 实施例1
[0059] 根据图1所示的适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法的总计算流程图，选取钢种 为CQ、规格0.50_X 1500mm的带钢，以国内某厂连退机组均热段某一道次为例：
[0060] 首先，在步骤1中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括：炉辊半径R = 450mm，炉辊平直段长度S = 600mm，炉辊锥度γ = 0.002rad，临界锥度γ。= 0.004rad，机组 速度V = 6m/s，速度影响系数κ = 〇. 12，带钢与炉辊的摩擦系数μ = 0.15;
[0061] 随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括:带钢宽度B = 1500mm，带钢厚度h = 0.5mm，当前工艺段的张力分布A(x)(如图4所示），上一工艺段的张力分布〇h(x)(如图5所 示），当前工艺段的温度分布T(X)(如图6所示），当前工艺段与上一工艺段的温度变化Δ T (4(如图7所示），带钢线膨胀系数0=1.2\1〇-5，带钢泊松比￥ = 〇.3、带钢局部失稳区域宽 度b = 60mm，带钢受力范围L = 600mm，带钢临界瓢曲指数λ* = 〇. 92;
[0062] 随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢局部失稳区域所受泊松应力〇v (X)，带钢局部失稳区域所受热应力στ(χ)，带钢局部失稳区域所受摩擦力Td(X)，带钢局部失 稳区域所受向心力Tz (X )，失稳区域中心坐标XQ，带钢在当前温度下的弹性模量E (X )，带钢局 部失稳区域所受横向压应力Oh(X)，带钢临界失稳应力Ohi(X)，带钢瓢曲指数分布λ(χ)，过 程调整参数j、i;
[0063] 随后，在步骤4中，计算带钢临界失稳应力(X)(如图8所示）；
[0064]随后，如图2所示，在步骤5中，计算带钢局部失稳区域所受泊松应力σν(χ)、热应力 στ(χ)、摩擦力Td(X)以及向心力τζ(χ)(计算结果如图9所示），包括以下步骤；
[0065] 5-1、相关参数赋初值，令j = 1;
[0066]
[0067] 是否成立？显然不等式不成立，则σν(Χ〇) = 2.55,στ(χ) = 7.04, Td(x〇) = 0, τζ(χ) = 〇 · 14,转入步骤(5-4);
[0068] 5-4、判断-720 ^是否成立？显然不等式成立，则令j = l + l，转入步骤(5- ?L· Zn 2);若不等式不成立，则转入步骤(6);
[0069] 随后，如图3所示在步骤6中，计算带钢局部失稳区域所受横向压应力〇h(X)(计算 结果如图10所示），包括以下步骤；
[0070] 6-1、相关参数赋初值，令i = 1;
[0071]
[0072] 6-3、判断2.55+7.04彡0是否成立?显然不等式成立，转入步骤(6-4);
[0073] 6-4、判断0+0.14彡2.55+7.04是否成立?显然不等式成立，则Oh(Xo)=O. 14,转入步 骤(6-7);
[0074] 6-5、判断1：2(1())-1(^())^^(1())+〇 1'(1())<1：2(1())+1(^())是否成立?若不等式成立， 则〇h(X() ) =Ov(XQ)+σΤ( XQ)，转入步骤(6-7);若不等式不成立，贝lj〇h( XQ) =Tz(XQ)-Td(XQ)，转入 步骤(6-7);
[0075] 6-6、判断τζ(χ〇)彡Td(XQ)是否成立?若不等式成立，贝lj〇h(XQ) = Tz(Xo)-Td(XQ)，转入 步骤(6-7):若不等式不成立，则〇h(x Q)=〇,转入步骤(6-7);
[0076]
是否成立？显然不等式成立，则令i = 1+1，转入步骤(6-2)；
[0077] 随后，在步骤7中，计算带钢瓢曲指数分布λ(χ)(如图11所示）；
[0078]随后，在步骤8中，判断λ(χ) <0.92是否成立？显然，不等式成立，则带钢不发生瓢 曲，转入步骤(9);
[0079]随后，在步骤9中，输出预报结果。
[0080] 实施例2
[0081] 选取钢种为CQ、规格0.50mmX 1500mm的带钢，以国内某厂连退机组缓冷段某一道 次为例：
[0082] 首先，在步骤1中，收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括:炉辊半径R = 450mm，炉辊平直段长度S = 400mm，炉辊锥度γ = 0 · 003rad，临界锥度γ。= 0 · 004rad，机组 速度V = 6m/s，速度影响系数κ = 〇. 12，带钢与炉辊的摩擦系数μ = 0.15;
[0083] 随后，在步骤2中，收集带钢的参数，主要包括:带钢宽度B = 1500mm，带钢厚度h = 0.5mm，当前工艺段的张力分布A(x)(如图12所示），上一工艺段的张力分布〇h(x)(如图13 所示），当前工艺段的温度分布T(X)(如图14所示），当前工艺段与上一工艺段的温度变化Δ 1'&)(如图15所示），带钢线膨胀系数0=1.2\1〇-5，带钢泊松比￥ = 〇.3、带钢局部失稳区域 宽度b = 60mm，带钢受力范围L = 600mm，带钢临界瓢曲指数λ* = 〇. 92;
[0084] 随后，在步骤3中，定义相关参数，主要包括：带钢局部失稳区域所受泊松应力〇v (X)，带钢局部失稳区域所受热应力στ(χ)，带钢局部失稳区域所受摩擦力Td(X)，带钢局部失 稳区域所受向心力Tz (X )，失稳区域中心坐标XQ，带钢在当前温度下的弹性模量E (X )，带钢局 部失稳区域所受横向压应力Oh(X)，带钢临界失稳应力Ohi(X)，带钢瓢曲指数分布λ(χ)，过 程调整参数j、i;
[0085] 随后，在步骤4中，计算带钢临界失稳应力Otra(X)(如图16所示）；
[0086]随后，在步骤5中，计算带钢局部失稳区域所受泊松应力Ov(X)、热应力στ(χ)、摩擦
[0088] 力Td(x)以及向心力τζ(χ)(计算结果如图17所示），包括以下步骤；[0087] 5-1、相关参数赋初倌，令i = l:
[0089] 是否成立？显然不等式不成立，则〇彳如）=-3.6,〇丁(叉）=-303.24，丁(](叉〇)=0，1： 2(叉）=〇，转入步骤(5-4);
[0090] 5-4、判I
是否成立？显然不等式成立，则令j = l+l，转入步骤(5-2);若不等式不成立，则转入步骤(6);
[0091] 随后，在步骤6中，计算带钢局部失稳区域所受横向压应力〇h(x)(计算结果如图18 所示），包括以下步骤；
[0092] 6-1、相关参数赋初值，令i = 1;
[0093]
[0094] 6-3、判断-3.6-303.24彡0是否成立?显然不等式不成立，转入步骤(6-6);
[0095] 6-4、判断τζ (XQ)+Td(XQX σν(XQ)+στ(χ〇)是否成立？若不等式成立，贝lJ〇h(XQ) = τζ (xo)+Td(xo)，转入步骤(6-7);若不等式不成立，转入步骤(6-5);
[0096] 6-5、判断1：2(叉())-1(^())^^(叉())+〇 1^())<1：2(叉())+1(^())是否成立?若不等式成立， 则〇h(X() ) =Ov(XQ)+σΤ( XQ)，转入步骤(6-7);若不等式不成立，贝lj〇h( XQ) =Tz(XQ)-Td(XQ)，转入 步骤(6-7);
[0097] 6-6、判断0彡0是否成立?显然不等式成立，则〇h(XQ)=〇,转入步骤(6-7);
[0098] 6-7、判断-_720<1^-·^是否成立？显然不等式成立，则令i = l + l，转入步骤(6- 2)；
[0099]随后，在步骤7中，计算带钢瓢曲指数分布λ(χ)(如图19所示）；
[0100]随后，在步骤8中，判断λ(χ) <0.92是否成立？显然，不等式成立，则带钢不发生瓢 曲，转入步骤(9);
[0101] 随后，在步骤9中，输出预报结果。
[0102] 根据上述实施结果，可以对带钢的瓢曲趋势做出提前预报，并及时采取措施加以 应对。最后，为了说明本发明所述相关技术的先进性，如表1所示，为采用本发明所述方法后 某机组近三年年产量及瓢曲缺陷量统计数据。
[0103]表1瓢曲缺陷量及年产量统计
[0105] 通过表1可以看出，从2013年至2015年全年年产量由554622t增长到604605t，而因 瓢曲所造成的缺陷量却由0.0642 %降低到0.0023 %，在年产量显著提高的同时，瓢曲缺陷 量得到了有效的控制，为机组创造了较大的经济效益。
【主权项】
1. 一种适合于连退机组的带钢瓢曲预报方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行 的步骤： (a) 收集连退机组的关键设备与工艺参数，主要包括:炉辊半径R，炉辊平直段长度S，炉 辊锥度y，临界锥度y。，机组速度V，速度影响系数k，带钢与炉辊的摩擦系数y; (b) 收集带钢的参数，主要包括:带钢宽度B，带钢厚度h，当前工艺段的张力分布〇j(x)， 上一工艺段的张力分布onU)，当前工艺段的温度分布T(X)，当前工艺段与上一工艺段的 温度变化A T(x)，带钢线膨胀系数0，带钢泊松比V、带钢局部失稳区域宽度b，带钢受力范围 L，带钢临界瓢曲指数A*; (c) 定义相关参数，主要包括:带钢局部失稳区域所受泊松应力〇v(x)，带钢局部失稳区 域所受热应力〇 T(x)，带钢局部失稳区域所受摩擦力Td(x)，带钢局部失稳区域所受向心力^ (X)，失稳区域中心坐标xo,带钢在当前温度下的弹性模量E(x)，带钢局部失稳区域所受横 向压应力〇h(x)，带钢临界失稳应力 〇h-CT(x)，带钢瓢曲指数分布A(x)，过程调整参数j、i; (d) 计算带钢临界失稳应力〇h-CT(x);E(x) = 208570-0.20986T(x)2 (e) 计算带钢局部失稳区域所受泊松应力〇v(x)、热应力〇t(x)、摩擦力W(X)以及向心力 tz(x)，包括以下步骤； (e 1)相关参数赋初值，令j = 1;是否成立?若不等式成立，则令j = j+l，转入步骤(e2);若不等式不 成立，则转入步骤(f); (f) 计算带钢局部失稳区域所受横向压应力〇h(x)，包括以下步骤； (f 1)相关参数赋初值，令i = 1;(f3)判断〇v(XQ)+〇T(XQ)X)是否成立?若不等式成立，转入步骤(f4);若不等式不成立， 转入步骤(f 6); (f4)判断Tz(XQ)+T：d(X()X〇V(X())+〇T(X())是否成立?若不等式成立，贝lj〇h(XQ) = Tz(XO)+T：d (XO)，转入步骤(f7);若不等式不成立，转入步骤(f5); (作)判断1：2(兀())-1：(^())<(^(兀())+〇1^())<1： 2(兀())+1：(^())是否成立?若不等式成立，贝1|〇11 (XO) =〇V(XQ)+〇T(XQ)，转入步骤(f7);若不等式不成立，则〇h(XQ) = Tz(XQ)-Td(XQ)，转入步骤 (f7)； (沉)判断1：2(1())^:1：(：1(1())是否成立?若不等式成立，则(^(1()) = 1：2(1())-1：(：1(1())，转入步骤 (f7);若不等式不成立，贝lj〇h(x〇)=0,转入步骤(f7);是否成立?若不等式成立，则令i = i+l，转入步骤(f2);若不等式不 成立，则转入步骤(g); (g) 计算带钢瓢曲指数分布X(x);(h) 判断A(X)<A*是否成立?若不等式成立，则带钢不发生瓢曲，转入步骤(i);否则，带 钢发生瓢曲，转入步骤(i); (i) 输出预报结果。
【文档编号】C21D1/26GK106055870SQ201610339116
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】白振华, 王云祥, 王瑞, 刘亚星, 周莲莲, 钱承, 崔亚亚
【申请人】燕山大学