冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法技术

本发明专利技术是一种冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法，包括：首先采用有限差分法建立轧辊二维温度场计算模型；再利用弹塑性力学的方法求解出轧辊热凸度的动态变化；最后实现原始辊缝的设定。其中，建立轧辊二维温度场计算模型包括获取相关参数、参数赋初值。求解出轧辊热凸度的动态变化包括确定各机架工作辊热凸度。其中，获取相关参数包括：收集3+2型五机架冷连轧机组的主要设备与工艺参数、定义热凸度计算过程中所涉及的相关过程参数。本发明专利技术通过准确的回归出轧辊的动态热凸度，实现原始辊缝的精确设定，提高机组的板形板厚控制精度,降低了不合格产品出现的概率，提高了机组成品带钢的质量，给现场带来了较大的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法
本专利技术涉及一种冷连轧机组极薄带轧制过程中原始辊缝设定方法。
技术介绍
采用四辊轧机的前三个机架和采用六辊轧机的后两个机架组成的五机架冷连轧机组(以下简称3+2型五机架冷轧机组)，与全部是六辊轧机的机组相比，3+2型五机架冷轧机组节约了投资成本，比较经济，而与全部是4辊轧机的机组相比，3+2型五机架冷轧机组的板形控制能力更加强大，轧薄能力也更为突出。然而，随着带钢厚度不断变小，对机组板形板厚控制精度的要求也逐渐提高。在板形板厚控制过程中，除了需要精确计算出辊系的弹性变形之外，轧辊的热凸度对板形板厚的控制精度也起着决定性的作用。一方面，在带钢和冷却介质的综合作用下，轧辊沿辊身方向产生不均匀热膨胀，改变了原始设定的辊缝形状，直接影响出口带钢的板形板厚控制；另一方面，轧辊的不均匀变形又能补偿轧制过程中辊系弹性变形和轧辊磨损的影响。此外，工作辊的热凸度变化除了对该机架带材的板形板厚产生影响外，还会直接影响到后续轧机相关参数的设定，如果前面机架由于热凸度的变化，导致板形与板凸度的偏差超出了后续机架辊系参数对板形与板凸度的调控能力，则机组很难生产出合格的产品，这就需要现场对所有机架热凸度的影响进行综合防治。这样，在极薄带钢轧制过程中，如何精确回归出各机架工作辊热凸度的变化情况，实现对原始辊缝的准确设定，提高成品带钢的板形板厚控制精度就成为现场技术攻关的焦点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法,可有效实现原始辊缝的设定，以提高出口带材板形板厚控制精度。本专利技术的冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法，包括：首先采用有限差分法建立轧辊二维温度场计算模型；再利用弹塑性力学的方法求解出轧辊热凸度的动态变化；最后实现原始辊缝的设定。其中，建立轧辊二维温度场计算模型包括获取相关参数、参数赋初值。求解出轧辊热凸度的动态变化包括确定各机架工作辊热凸度。其中，获取相关参数包括：收集3+2型五机架冷连轧机组的主要设备与工艺参数、定义热凸度计算过程中所涉及的相关过程参数；其中，收集3+2型五机架冷连轧机组的主要设备与工艺参数包括：收集相关辊系参数、给定待生产带钢的规格特征与工艺参数、收集主要工艺润滑制度参数、收集热传导计算过程中涉及到的相关参数；其中，定义热凸度计算过程中所涉及的相关过程参数包括：带钢轧制时间t、轧辊沿辊身方向分段数M、轧辊沿辊径方向分段数N、过程变量m＝1,2,…M,n＝1,2,…N、第i机架工作辊稳定轧制时的热凸度分布第i机架工作辊温度分布初始值t时刻第i机架工作辊温度分布第i机架工作辊达到稳定状态时的温度分布时间搜索步长Δt、过程变量j、第i机架的摩擦系数μi、第i机架的变形热第i机架的摩擦热第i机架带钢在变形区的温度工作辊热膨胀系数βt、工作辊材料的泊松比ν、各机架原始辊缝设定值Hi、各机架最佳原始辊缝设定值参数赋初值为对各机架原始辊缝的设定值Hi赋初值。其中，确定各机架工作辊热凸度包括：(d)令代表机架号的过程变量i＝1；(e)取各机架工作辊的模型进行单元划分，建立径向与轴向的二维单元模型，沿辊身方向各等分段宽度沿辊径方向各等分段宽度(f)给定时间搜索步长Δt、轧辊初始温度过程变量j＝0，其中根据二维不稳定导热的限制条件时间搜索步长Δt应满足不等式(g)运用有限差分法计算第i机架工作辊温度分布运用有限差分法计算第i机架工作辊温度分布包括以下由计算机执行的步骤：g1)令带钢轧制时间t＝jΔt；g2)以带材的初始强度σs0、加工硬化系数ks、带材的宽度B、入口厚度为hi-1、出口厚度为hi、入口张力为Ti-1、出口张力为Ti、出口速度为vi、乳化液浓度C、乳化液初始温度设定值TB、第i机架乳化液流量设定值Wi为初始条件，计算出当前工况下，第i机架的摩擦系数μi、轧制过程中因抵抗变形而产生的变形热由于带钢与轧辊的相对滑动而产生的摩擦热g3)以第i机架的摩擦系数μi、轧制过程中因抵抗变形而产生的变形热由于带钢与轧辊的相对滑动而产生的摩擦热为初始条件，调用带钢温升计算模型，确定第i机架带钢在变形区的温度g4)忽略轧辊的周向导热，并将变形热和摩擦热传到工作辊的部分和冷却液带走的热量看作边界条件，根据轧辊的二维导热方程，可以列出工作辊热平衡方程的差分表达式为：式中为第i机架工作辊第m,n个单元所对应的半径；g5)根据能量平衡原理，和牛顿冷却定律得到轧辊各部分边界条件的的差分方程，对于辊身轧制部分而言将轧辊的表面的单元节点(m,n+1)不再看作是内部节点之间的热传导，而是由牛顿冷却定律代替，对辊身非轧制部分而言，没有带钢与轧辊间的传热，对于辊肩部分而言，辊肩部分的单元节点(m+1,n)不再当做是内部节点之间的热传导，而是由牛顿冷却定律代替；对于对称边界，其温度梯度应当为零，即g6)根据g2)-g5)，确定第i机架工作辊t+Δt时刻的温度场分布g7)判断不等式是否成立，如果不等式成立，说明此时工作辊的温度场分布已达到稳定状态，令转入步骤(h)；如果不等式不成立，则令j＝j+1，转入步骤g1)；(h)运用弹塑性理论所述的相关方法，求解稳定状态下第i机架工作辊的热凸度分布(i)判断不等式i＜6是否成立，如果不等式成立，则令i＝i+1，转入步骤(d)，计算下一机架的热凸度分布；如果不等式不成立，则转入步骤(j)。其中，实现原始辊缝的设定包括：(j)结合轧辊的原始辊型、各机架轧辊的热凸度分布以及轧机的弹跳方程、轧机的弹性变形模型，求解出当前辊缝设定情况下，末机架带钢的出口厚度分布hin′和板形分布σ5n′(n′为条元数)；(k)求解辊缝设定的目标函数，其中板凸度相对偏差余量，目标板凸度相对偏差余量越小，板凸度越好；是板形相对偏差余量，目标板形相对偏差余量越小，板形越好；α1为功板形板凸度的加权系数，一般α1＝0.3-0.7；(l)判断Powell条件是否成立(也就是判断目标函数F是否最小)，如果Powell条件成立，则令最佳辊缝设定值转入步骤(m)，否则重新对原始辊缝进行设定，转入步骤(c)；(m)输出当前工况下各机架工作辊的热凸度分布以及各机架最佳原始辊缝设定值完成于3+2型五机架冷连轧机组极薄带轧制过程中的原始辊缝设定。本专利技术的有益效果是：通过准确的回归出轧辊的动态热凸度，实现原始辊缝的精确设定，提高机组的板形板厚控制精度,可使板形封闭率从应用前的1.32％下降到0.68％，同时，板凸度合格达到98.5％以上，降低了不合格产品出现的概率，提高了机组成品带钢的质量，给现场带来了较大的经济效益。附图说明图1是本专利技术一个实施例的冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法的总流程图；图2是图1实施例的方法在3+2型五机架冷连轧机组极薄带轧制过程中的热凸度预报主计算流程图；图3是图2的热凸度预报主计算流程图中工作辊单元划分图；图4图1的方法的确定各机架工作辊热凸度步骤中工作辊温度场计算框图；图5是第一机架工作辊热凸度实测值与采用本专利技术方法的计算值对比曲线图；图6是第二机架工作辊热凸度实测值与采用本专利技术方法的计算值对比曲线图；图7是第三机架工作辊热凸度实测值与采用本专利技术方法的计算值对比曲线图；图8是第四机架工作辊本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法，其特征在于，包括：首先采用有限差分法建立轧辊二维温度场计算模型；再利用弹塑性力学的方法求解出轧辊热凸度的动态变化；最后实现原始辊缝的设定。

【技术特征摘要】
1.一种冷连轧机组极薄带轧制中基于热凸度的原始辊缝设定方法，其特征在于，包括：首先采用有限差分法建立轧辊二维温度场计算模型，建立轧辊二维温度场计算模型包括获取相关参数、参数赋初值；再利用弹塑性力学的方法求解出轧辊热凸度的动态变化；所述获取相关参数包括：(a)收集3+2型五机架冷连轧机组的主要设备与工艺参数，(b)定义热凸度计算过程中所涉及的相关过程参数；所述收集3+2型五机架冷连轧机组的主要设备与工艺参数包括：收集相关辊系参数、给定待生产带钢的规格特征与工艺参数、收集主要工艺润滑制度参数、收集热传导计算过程中涉及到的相关参数；最后实现原始辊缝的设定；其中，定义热凸度计算过程中所涉及的相关过程参数包括：带钢轧制时间t、轧辊沿辊身方向分段数M、轧辊沿辊径方向分段数N、过程变量m＝1,2,…M,n＝1,2,…N、第i机架工作辊稳定轧制时的热凸度分布第i机架工作辊温度分布初始值t时刻第i机架工作辊温度分布第i机架工作辊达到稳定状态时的温度分布时间搜索步长Δt、过程变量j、第i机架的摩擦系数μi、第i机架的变形热第i机...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑涛，王康健，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31