一种基于前滑的轧机稳定性判别方法与流程

本发明涉及轧钢工艺应用的技术领域，特别是涉及一种基于前滑的轧机稳定性判别方法。

背景技术：

板带钢是钢铁工业的主干产品，其生产技术水平和质量精度水平标志着一个国家的钢铁工业的技术发展水平。冷轧钢板以其优异的可加工性能，被广泛应用于汽车、家电、轻工、建筑等国民经济的各主要部门，成为一种重要的工业原材料。

随着市场需求的改变，薄规格(厚度≤0.5mm)带钢的产量逐步提高。薄规格带钢宽厚比大，压下率大，生产速度高。在轧制过程中，轧件的出口速度稍大于轧辊圆周速度的现象称作前滑现象。前滑是轧制过程中的重要工艺参数，在轧制过程控制中同样也发挥着重要作用。近年来，随着冷连轧向高速化、极薄化发展以及激光测速仪的投入使用，在冷连轧的末机架或后两机架实测结果显示带钢出现了“负前滑”这一现象，即轧件的出口速度小于轧辊的圆周速度。针对实际冷轧生产中广泛存在带钢“负前滑”，而目前各种前滑计算模型都不能给出负前滑值，“负前滑”时带钢易发生打滑影响表面质量和前滑值太大时易引起轧机振动。在实际生产过程中尤其高速状态上易发生轧机打滑或振动出现失稳现象，影响正常生产，导致产品质量不合格，严重情况下容易造成生产事故危及人身安全。

因此，为了保证薄规格带钢在冷连轧机组的稳定通板，需结合机组生产特点，提出一种提高轧机轧制过程稳定性的方法。

技术实现要素：

本发明为了克服上述现有技术的不足，提供了一种基于前滑的轧机稳定性判别方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于前滑的轧机稳定性判别方法，包括以下步骤：

s1、采用bland-ford轧制力公式，得到用于冷连轧的前滑dresden公式：式中r′为工作辊半径；为中性角大小；hout为出口带钢厚度；fout为前滑值。

s2、对dresden公式进行修正。

假设有一个与工作辊对称的“凹形辊”继续轧制出口带钢，当“凹形辊”与带钢速度相同时，此时“凹形辊”与带钢的包角定义为新的中性角且认为找到假设的中性角后即可计算此时的前滑值，推导过程与前面一致，可以得到修正后的dresden公式：

式中r′为工作辊半径；为中性角大小；hout为出口带钢厚度；fout为前滑值；

s3、对前滑模型对中性角进行修正：

修正后的前滑计算公式如下：

式中r′为工作辊半径；为中性角大小；为修正后的中性角；hout为出口带钢厚度；fout′为中性角修正后的前滑值；为中性角修正量大小；δl为接触弧长度变化量。

s4、轧机稳定性判别标准为：当fout′＜1时，轧机不稳定，发生前滑。

s5、异常工况下报警输出并提供解决对策以避免前滑现象发生。

作为上述技术方案的改进，在实际轧制过程中，由于轧制中性区的存在，导致即使实测得到的前滑值小于1时也不一定会发生打滑现象，只有当前滑值小到一定程度时才会发生打滑，因此考虑轧制过程中性区的存在，计算打滑临界前滑值。

式中r′为工作辊半径；为中性角大小；为临界打滑中性角；l为接触弧长度；fout″为打滑临界前滑值；

轧机稳定性判别标准为：当fout″＜1时，轧机不稳定，发生打滑。

作为上述技术方案的改进，通过稳定性准则计算出辊系振动失稳的临界速度，再通过前滑模型计算出对应的临界前滑，即可以作为轧机振动的判别条件。

式中r′为工作辊半径；是临界轧制速度vrc时对应的中性角；hout为出口带钢厚度；临界轧制速度vrc时对应的前滑值；

轧机稳定性判别标准为：当时，轧机不稳定，发生振动。

本发明的有益效果：一种基于前滑的轧机稳定性判别方法，通过对冷轧轧制区内外带钢的塑性和弹性变性的建模与理论分析，推导建立了新的前滑模型，该模型可计算包括“负前滑”在内的轧制区前滑值。基于该新前滑模型，建立了前滑值与轧制区打滑判别关系式和前滑值与轧机振动判别关系式，从而可以较好的判断轧机的稳定性问题。

附图说明

图1为工作辊与轧件轧制结构图；

图2为负前滑时的中性角假设定义；

图3为粘滞区(中性区)示意图；

图4为振动临界速度随摩擦系数的变化规律；

图5为振动临界前滑值随摩擦系数的变化规律；

图6为振动临界速度随变形抗力的变化规律；

图7为振动临界前滑值随变形抗力的变化规律。

图8为主流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

具体实施时，结合图8主流程图，一种基于前滑的轧机稳定性判别方法，包括以下步骤：

s1、结合图1工作辊与轧件轧制结构图，采用bland-ford轧制力公式，得到用于冷连轧的前滑dresden公式，计算出轧件的前滑值：

其中r′为工作辊半径；为中性角大小；hout为出口带钢厚度；fout为前滑值。

s2、计算发现用dresden公式计算出的前滑值fout均大于1，这与实际情况不符。所以对dresden公式进行修正。

结合图2负前滑时的中性角假设定义，假设有一个与工作辊对称的“凹形辊”继续轧制出口带钢，当“凹形辊”与带钢速度相同时，此时“凹形辊”与带钢的包角定义为新的中性角且认为

找到假设的中性角后即可计算得到修正后的dresden公式。

其中r′为工作辊半径；为中性角大小；hout为出口带钢厚度；fout为前滑。

s3、根据前滑模型可知咬入角增大，用原模型计算得到的前滑值偏小，所以需进一步对前滑模型中性角进行修正：

为中性角修正量大小；δl为接触弧长度变化量；为修正后的中性角；

修正后的前滑计算公式如下：

式中r′为工作辊半径；为修正后的中性角；hout为出口带钢厚度；fout′为中性角修正后的前滑值。

s4、轧机稳定性判别标准为：当fout′＜1时，轧机不稳定，发生前滑。

s4.1、轧制过程打滑临界前滑值计算。

在实际轧制过程中，由于轧制中性区的存在，导致即使实测得到的前滑值小于1时也不一定会发生打滑现象，只有当前滑值小到一定程度时才会发生打滑，因此考虑轧制过程中性区的存在，结合图3粘滞区(中性区)示意图，计算打滑临界前滑值。

式中l为接触弧长度，为临界打滑中性角，再利用前滑计算公式得到打滑临界前滑值，

式中r′为工作辊半径；为中性角大小；为临界打滑中性角；fout″为打滑临界前滑值；

轧机稳定性判别标准为：当fout″＜1时，轧机不稳定，发生打滑。

s4.2、根据轧制速度的改变影响轧辊和轧件表面摩擦系数和轧件变形抗力的改变，对失稳临界速度和临界前滑的影响进行分析。通过稳定性准则计算出辊系振动失稳的临界速度，再通过前滑模型计算出对应的临界前滑。

式中r′为工作辊半径；是临界轧制速度vrc时对应的中性角；hout为出口带钢厚度；临界轧制速度vrc时对应的前滑值；

轧机稳定性判别标准为：当时，轧机不稳定，发生振动。

s5、异常工况下报警输出并提供解决对策以避免打滑、振动现象发生。

本发明应用于某厂1420冷连轧机组，提高了该冷连轧机轧制过程的稳定性。结合图4振动临界速度随摩擦系数的变化规律、图5振动临界前滑值随摩擦系数的变化规律、图6振动临界速度随变形抗力的变化规律、图7振动临界前滑值随变形抗力的变化规律，具体参数值如下：

某厂冷连轧机f4机架hin4＝0.62mm,hout4＝0.50mm及f5机架hin4＝0.50mm,hout4＝0.42mm为典型压下规程，取摩擦系数μ∈[0.02,0.19]为影响参数，计算f4机架和f5机架在不同摩擦系数下的失稳临界速度及前滑值。在该典型压下规程下，摩擦系数为0.03时，f4机架轧制速度超过 1250m/min、前滑值大于1.053就可能发生振动；f5机架轧制速度超过1680m/min、前滑值大于1.032就可能发生振动。以f4机架为对象，设置相同的轧制压下及张力等工艺参数，改变轧件变形抗力，计算失稳临界速度及临界前滑值。在该典型压下规程下，轧件变形抗力为840mpa时，f4机架轧制速度超过1340m/min、前滑值大于1.0533就可能发生振动。

在该典型压下规程下，f4机架打滑临界前滑值为0.964，即前滑值小于0.964时就可能发生打滑现象，f5机架打滑临界前滑值为0.943，即前滑值小于0.943时就可能发生打滑现象。

将本发明应用于该生产线后，对轧机振动预报准确率为85％以上，对轧机打滑预报准确率为82％以上，有效提高了轧机轧制过程的稳定性，提高了产品质量。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。