本發(fā)明屬于冷軋技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種軋制速度變化的預(yù)報(bào)方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代板材加工工業(yè)向高度自動(dòng)化方向的發(fā)展以及冷軋帶材使用范圍的日益廣泛，用戶對(duì)冷軋帶材的板形與厚度精度提出了越來(lái)越高的要求。與此同時(shí)，軋制壓力作為冷連軋過(guò)程中的一個(gè)重要軋制工藝參數(shù)，與輥縫的大小及形狀密切相關(guān)，其波動(dòng)情況直接影響到成品帶材的板形與板厚精度，是現(xiàn)場(chǎng)必須精確控制的核心工藝參數(shù)之一。在冷連軋生產(chǎn)過(guò)程中，刨除來(lái)料性能與厚度波動(dòng)等因素的影響，在工藝潤(rùn)滑制度及張力穩(wěn)定的情況下，軋制速度的波動(dòng)是造成軋制壓力波動(dòng)的主要原因。軋制速度對(duì)軋制壓力的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面：(1)隨著軋制速度的提高，潤(rùn)滑油膜厚度增加、摩擦系數(shù)變小、軋制壓力變小；(2)隨著軋制速度的提高，軋制變形熱增加，如果乳化液流量較少冷卻跟不上，此時(shí)軋制溫度會(huì)升高，潤(rùn)滑油的粘度會(huì)減少，從而導(dǎo)致潤(rùn)滑油膜的厚度減小，摩擦系數(shù)變大，軋制壓力變大，使得軋制壓力與軋制速度之間關(guān)系出現(xiàn)反常。

對(duì)于冷軋升降速過(guò)程中軋制壓力的變化問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者雖然進(jìn)行了較多的研究，如專利^[1]《一種冷軋軋制升降速過(guò)程中板帶厚度補(bǔ)償控制方法》(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201510685156.2)，是控制傳動(dòng)系統(tǒng)并記錄實(shí)際輸出速度、軋制力、厚度偏差數(shù)據(jù)，獲得軋機(jī)速度-軋制力補(bǔ)償系數(shù)曲線，提高升降速軋制過(guò)程中厚度控制精度并提高軋制過(guò)程穩(wěn)定性；專利^[2]《一種單機(jī)架冷軋軋制力模型和前滑模型調(diào)試方法》(申請(qǐng)?zhí)枺篊N201510765325.3)，通過(guò)對(duì)變形抗力模型的參數(shù)和摩擦系數(shù)模型的參數(shù)的調(diào)整，根據(jù)采集的實(shí)際軋制工藝數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行軋制力模型和前滑模型的調(diào)試；專利^[3]《冷連軋高速軋制過(guò)程中摩擦系數(shù)預(yù)報(bào)與設(shè)定方法》(申請(qǐng)?zhí)枺篊N200710061619.3)，是得到冷連軋高速軋制過(guò)程中摩擦系數(shù)的在線預(yù)報(bào)與設(shè)定，所建立的摩擦系數(shù)模型最大的優(yōu)點(diǎn)是通用性強(qiáng)，不但在同一機(jī)組內(nèi)不同機(jī)架之間可以互相通用，而且不同冷連軋機(jī)組之間也可以互相參考；專利^[4]《一種平整軋制壓力設(shè)定、預(yù)報(bào)及自學(xué)習(xí)方法》(申請(qǐng)?zhí)枺篊N200710185706.X)，通過(guò)對(duì)鋼種與工況影響系數(shù)的不斷自學(xué)習(xí)在不損害摩擦系數(shù)及變形抗力等關(guān)鍵軋制參數(shù)物理意義的前提下有效的保證軋制壓力模型的計(jì)算精度。比較典型的論文有楊廣科^[5]通過(guò)分析軋制過(guò)程中軋制力以及軋制后板形的變化，定量計(jì)算出前后張力對(duì)軋制壓力的影響關(guān)系；薛濤^[6]采用彈塑性有限元法對(duì)冷軋帶鋼軋制過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬，得到摩擦因數(shù)、壓下率、前后張應(yīng)力和變形抗力等對(duì)冷軋軋制力的影響規(guī)律；李長(zhǎng)生^[7]分析比較了相同軋制條件、不同軋制潤(rùn)滑工藝和油品下軋制力和軋制速度的關(guān)系；張朝磊^[8]通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)不同潤(rùn)滑條件下冷軋時(shí)的軋制壓力變化進(jìn)行分析，此發(fā)明方法的原理清晰明了，計(jì)算速度快，適于在線使用。但上述研究大部分是以單因素分析為主，未能綜合軋制工藝參數(shù)與潤(rùn)滑工藝參數(shù)之間的交叉影響、建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型展開(kāi)多維度的研究。這樣，如何定量分析冷軋升降速過(guò)程中軋制壓力的變化規(guī)律，最終實(shí)現(xiàn)有意識(shí)的控制軋制壓力的波動(dòng)依然是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)攻關(guān)的焦點(diǎn)。

(參考文獻(xiàn)：[1]孫杰；胡云建；陳樹(shù)宗等.一種冷軋軋制升降速過(guò)程中板帶厚度補(bǔ)償控制方法:中國(guó),ZL CN201510685156.2[P].2015-12-30.[2]劉海超；劉超；何緒鈴等.一種單機(jī)架冷軋軋制力模型和前滑模型調(diào)試方法:中國(guó),ZLCN201510765325.3[P].2016-03-23.[3]白振華.冷連軋高速軋制過(guò)程中摩擦系數(shù)預(yù)報(bào)與設(shè)定方法:中國(guó),ZL CN200710061619.3[P].2007-08-29.[4]白振華.一種平整軋制壓力設(shè)定、預(yù)報(bào)及自學(xué)習(xí)方法:中國(guó),ZL CN200710185706.X[P].2008-07-09.[5]楊廣科,趙春江,陳今良,等.張力在軋制過(guò)程中對(duì)軋制力影響的有限元模擬[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2013(4):7-8.[6]薛濤,杜鳳山,孫靜娜,等.基于FEM-ANN的冷軋帶鋼軋制力預(yù)報(bào)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2013(11):4456-4460.[7]李長(zhǎng)生,李有元,余濤,等.四輥可逆冷軋機(jī)軋制潤(rùn)滑工藝實(shí)驗(yàn)研究[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,31(08):1117-1120.[8]張朝磊,孫建林,張軍,等.金屬薄板冷軋工藝潤(rùn)滑基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究[J].潤(rùn)滑與密封,2007,32(10):112-114.)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)升降速過(guò)程軋制壓力變化的在線預(yù)報(bào)、實(shí)時(shí)監(jiān)控升降速過(guò)程軋制壓力變化情況、減輕軋制壓力波動(dòng)程度、保了帶鋼的表面質(zhì)量與板形精度的適用于冷軋過(guò)程軋制壓力隨軋制速度變化預(yù)報(bào)方法。

本發(fā)明包括以下由計(jì)算機(jī)執(zhí)行的步驟：

(a)收集冷連軋機(jī)組的主要設(shè)備與工藝參數(shù)，主要包括以下步驟：

a1)收集冷連軋機(jī)組的軋輥工藝參數(shù)，主要包括：工作輥半徑R、表面粗糙度Ra_r、工作輥的楊氏模量E、工作輥的泊松比ν；

a2)收集冷連軋機(jī)組主要軋制工藝參數(shù)，主要包括帶材的平均變形抗力K_m、帶材的寬度B、來(lái)料的厚度h₀、壓下率ε_i、軋制速度數(shù)據(jù)V_j、前張力和后張力σ₁、σ₀；

a3)收集工藝潤(rùn)滑制度參數(shù)，主要包括乳化液流量w_i、乳化液濃度C、乳化液初始溫度t₀、乳化液的粘度壓縮系數(shù)θ；

(b)計(jì)算工作輥的彈性壓扁半徑

(c)計(jì)算當(dāng)前工況下生產(chǎn)該典型規(guī)格產(chǎn)品時(shí)軋制過(guò)程的乳化液溫度T。其計(jì)算模型為：

式中：α_B為換熱系數(shù)；A為接觸面積，m²；t₀為乳化液初始溫度，℃；η_p為塑性變形功轉(zhuǎn)化為熱的分配系數(shù)，一般取0.9；η_f為摩擦熱的分配系數(shù)，一般為0.32～0.6；為軋輥與軋件相對(duì)速度絕對(duì)值的平均值，若將軋件咬入處的相對(duì)速度近似為線性，則由下式表示其中，e＝1-(1+f)(1-ε)，式中的f、e和V_r分別為前滑率、后滑率和軋輥速度；α_B0為噴嘴形狀、噴射角度影響系數(shù)；

(d)計(jì)算潤(rùn)滑劑的動(dòng)力粘度式中：a₁，b₁為表示潤(rùn)滑油大氣壓力下動(dòng)力粘度的參數(shù)，可以根據(jù)潤(rùn)滑油而定；

(e)計(jì)算光輥軋制時(shí)的動(dòng)態(tài)油膜厚度式中：k_c為乳化液濃度影響系數(shù)；θ為潤(rùn)滑劑的粘度壓縮系數(shù)；ψ為潤(rùn)滑油膜速度影響系數(shù)；其中V為軋制速度；

(f)計(jì)算出當(dāng)前工況下，軋制過(guò)程中的摩擦系數(shù)μ，其計(jì)算模型為：式中：a為液體摩擦影響系數(shù)；b為干摩擦影響系數(shù)；B_ξ為摩擦系數(shù)衰減指數(shù)；ξ₀₂為軋輥粗糙度對(duì)潤(rùn)滑油膜厚度影響量，主要取決于軋輥實(shí)際粗糙度；

(g)計(jì)算當(dāng)前工況下的軋制壓力式中：為強(qiáng)度張力規(guī)格系數(shù)為規(guī)格強(qiáng)度系數(shù)為規(guī)格壓下系數(shù)

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

建立了軋制速度與軋制壓力之間關(guān)系的相關(guān)模型，可以預(yù)報(bào)出不同鋼種、規(guī)格的帶鋼在一定的軋制工藝下生產(chǎn)時(shí)軋制速度與軋制壓力關(guān)系，當(dāng)出現(xiàn)升降速過(guò)程軋制壓力變化波動(dòng)較大的現(xiàn)象，及時(shí)調(diào)整相關(guān)工藝，以避免波動(dòng)超差的發(fā)生，為現(xiàn)場(chǎng)人員提供在線、快速的預(yù)警機(jī)制，保證了帶鋼的表面質(zhì)量與板形精度，提高了品牌競(jìng)爭(zhēng)力，給企業(yè)帶來(lái)了效益，具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用價(jià)值。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的總計(jì)算框圖；

圖2是本發(fā)明步驟(a)的計(jì)算流程圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例1軋制壓力預(yù)報(bào)值與軋制壓力實(shí)際值的比較曲線

圖4是本發(fā)明實(shí)施例2軋制壓力預(yù)報(bào)值與軋制壓力實(shí)際值的比較曲線

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明所述相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程，現(xiàn)以某冷軋廠1420冷連軋機(jī)組某典型規(guī)格MRT-5CA為例，詳細(xì)地介紹冷軋過(guò)程軋制壓力隨軋制速度變化預(yù)報(bào)方法的應(yīng)用過(guò)程。

實(shí)施例1

一種適用于冷軋過(guò)程軋制壓力隨軋制速度變化預(yù)報(bào)方法，其計(jì)算步驟如圖1所示：

首先，在步驟a中，收集冷連軋機(jī)組的主要設(shè)備與工藝參數(shù)，如圖2所示，主要包括以下步驟：

在步驟a1中，收集軋輥工藝參數(shù)，工作輥半徑R＝203.43mm、表面粗糙度Ra_r＝0.53μm、工作輥的楊氏模量E＝206GPa、工作輥的泊松比ν＝0.3；

隨后，步驟a2中，收集軋制工藝參數(shù)，帶材的平均變形抗力K_m＝502MPa、帶材的寬度B＝812mm、來(lái)料的厚度h₀＝2.01mm、壓下率ε_i＝{44.3,44.2,38.1,32.5,19.3}％、軋制速度數(shù)據(jù)V_j＝{149.6,292.3,328.3,449.2,585.5,601.2,796.7,833.5,939.2,1087.1,1143.5}m/min、張力值σ_i＝{60.2,129.8,146.4,156.4,164.6,65.0}MPa；

隨后，步驟a2中，收集工藝潤(rùn)滑制度參數(shù)，乳化液流量w_i＝{1019,1346,1100,1048,1200}L/min、乳化液濃度C＝4.2％、乳化液初始溫度t₀＝58℃、乳化液的粘度壓縮系數(shù)θ＝0.0343m²/N；

隨后，在步驟b中，計(jì)算工作輥的彈性壓扁半徑

隨后，在步驟c中，計(jì)算當(dāng)前工況下生產(chǎn)該典型規(guī)格產(chǎn)品時(shí)軋制過(guò)程的乳化液溫度T＝{58.2,58.9,59.3,59.7,60.2,60.6,61.2,61.7,62.3,62.6,63.2}℃,其中：換熱系數(shù)α_B＝437.2W/(m²·K)；接觸面積A＝0.177m²；塑性變形功轉(zhuǎn)化為熱的分配系數(shù)η_p＝0.9；摩擦熱的分配系數(shù)η_f＝0.453；軋輥速度

V_r＝{147.6,288.2,323.3,442.0,575.5,590.3,781.5,816.8,919.4,1063.2,1117.1}m/min；噴嘴形狀、噴射角度影響系數(shù)α_B0＝0.98；

隨后，在步驟d中，計(jì)算潤(rùn)滑劑的動(dòng)力粘度

η₀＝{5.421,5.330,5.278,5.227,5.164,5.114,5.040,4.979,4.907,4.872,4.801}Pa·s,其中：表示潤(rùn)滑油大氣壓力下動(dòng)力粘度的參數(shù)a₁＝22.3，b₁＝0.0243；

隨后，在步驟e中，計(jì)算光輥軋制時(shí)的動(dòng)態(tài)油膜厚度

ξ₀₁＝{0.924,0.974,1.049,1.098,1.126,1.236,1.297,1.344,1.327,1.423,1.442}μm,乳化液濃度影響系數(shù)k_c＝0.95；

隨后，在步驟f中，計(jì)算出當(dāng)前工況下，軋制過(guò)程中的摩擦系數(shù)μ＝{0.02764,0.02592,0.02370,0.02246,0.02181,0.01965,0.01868,0.01802,0.01825,0.01698,0.01687},其中：液體摩擦影響系數(shù)a＝0.0126；干摩擦影響系數(shù)b＝0.1416；摩擦系數(shù)衰減指數(shù)B_ξ＝-2.4297；軋輥粗糙度對(duì)潤(rùn)滑油膜厚度影響量ξ₀₂＝0.0012；

隨后，在步驟g中，計(jì)算當(dāng)前工況下的軋制壓力

P＝{5079.5,5054.3,5035.1,5022.7,4998.7,4980.1,4944.6,4940.2,4917.7,4898.6,4877.2}kN。

最后，為了方便比較，給出實(shí)施例1由軋制速度得出的軋制壓力預(yù)報(bào)值與現(xiàn)場(chǎng)收集的軋制壓力實(shí)際值及其相對(duì)誤差(如表1所示)，以及軋制壓力預(yù)報(bào)值與軋制壓力實(shí)際值的比較曲線(如圖3所示)。通過(guò)數(shù)據(jù)的比較可以看出，采用本發(fā)明所述的技術(shù)后所得出的軋制壓力平均預(yù)報(bào)精度達(dá)到95％以上，達(dá)到了工程要求，為在線控制軋制壓力波動(dòng)提供了理論基礎(chǔ)。

表1實(shí)施例1軋制壓力預(yù)報(bào)值與軋制壓力實(shí)際值及其相對(duì)誤差

實(shí)施例2

首先，在步驟a中，收集冷連軋機(jī)組的主要設(shè)備與工藝參數(shù)，主要包括以下步驟：

在步驟a1中，收集軋輥工藝參數(shù)，工作輥半徑R＝204.29mm、表面粗糙度Ra_r＝0.52μm、工作輥的楊氏模量E＝206GPa、工作輥的泊松比ν＝0.3；

隨后，在步驟a2中，收集主要軋制工藝參數(shù)，帶材的平均變形抗力K_m＝502MPa、帶材的寬度B＝1020mm、來(lái)料的厚度h₀＝2.23mm、壓下率ε_i＝{44.5,44.4,38.3,32.8,20.3}％、軋制速度數(shù)據(jù)V_j＝{146.2,286.7,322.3,444.3,583.2,600.2,792.8,832.2,932.6,1086.2,1142.7}m/min、張力值σ_i＝{57.8,129.0,145.5,155.5,163.8,62.8}MPa；

隨后，在步驟a3中，收集工藝潤(rùn)滑制度參數(shù)，乳化液流量w_i＝{1023,1362,1140,1067,1266}L/min、乳化液濃度C＝4.2％、乳化液初始溫度t₀＝58℃、乳化液的粘度壓縮系數(shù)θ＝0.0343m²/N；

隨后，在步驟b中，計(jì)算工作輥的彈性壓扁半徑

隨后，在步驟c中，計(jì)算當(dāng)前工況下生產(chǎn)該典型規(guī)格產(chǎn)品時(shí)軋制過(guò)程的乳化液溫度T＝{58.3,58.9,59.2,59.9,60.4,60.7,61.4,61.7,62.6,63.6,64.1}℃,其中：換熱系數(shù)α_B＝437.2W/(m²·K)；接觸面積A＝0.204m²；塑性變形功轉(zhuǎn)化為熱的分配系數(shù)η_p＝0.9；摩擦熱的分配系數(shù)η_f＝0.453；軋輥速度

V_r＝{144.3,282.7,317.5,437.2,573.3,589.4,777.7,815.6,913.0,1062.3,1116.4}m/min；噴嘴形狀、噴射角度影響系數(shù)α_B0＝0.98；

隨后，在步驟d中，計(jì)算潤(rùn)滑劑的動(dòng)力粘度

η₀＝{5.408,5.330,5.291,5.202,5.139,5.102,5.016,4.979,4.872,4.754,4.697}Pa·s,其中：表示潤(rùn)滑油大氣壓力下動(dòng)力粘度的參數(shù)a₁＝22.3，b₁＝0.0243；

隨后，在步驟e中，計(jì)算光輥軋制時(shí)的動(dòng)態(tài)油膜厚度

ξ₀₁＝{0.921,0.944,0.972,1.034,1.097,1.136,1.226,1.298,1.312,1.397,1.402}μm,其中：乳化液濃度影響系數(shù)k_c＝0.95；

隨后，在步驟f中，計(jì)算出當(dāng)前工況下，軋制過(guò)程中的摩擦系數(shù)

μ＝{0.02775,0.02693,0.02598,0.02411,0.02248,0.02158,0.01982,0.01866,0.01846,0.01737,0.01731},其中：液體摩擦影響系數(shù)a＝0.0126；干摩擦影響系數(shù)b＝0.1416；摩擦系數(shù)衰減指數(shù)B_ξ＝-2.4297；軋輥粗糙度對(duì)潤(rùn)滑油膜厚度影響量ξ₀₂＝0.00011；

隨后，在步驟g中，計(jì)算當(dāng)前工況下的軋制壓力

P＝{6435.7,6402.1,6392.2,6382.6,6360.7,6342.9,6310.3,6304.5,6286.2,6262.2,6244.2}kN。

最后，為了方便比較，給出實(shí)施例2由軋制速度得出的軋制壓力預(yù)報(bào)值與現(xiàn)場(chǎng)收集的軋制壓力實(shí)際值及其相對(duì)誤差(如表2所示)，以及軋制壓力預(yù)報(bào)值與軋制壓力實(shí)際值的比較曲線(如圖4所示)。通過(guò)數(shù)據(jù)的比較可以看出，采用本發(fā)明所述的技術(shù)后所得出的軋制壓力平均預(yù)報(bào)精度達(dá)到95％以上，達(dá)到了工程要求，為在線控制軋制壓力波動(dòng)提供了理論基礎(chǔ)。

表2實(shí)施例2軋制壓力預(yù)報(bào)值與軋制壓力實(shí)際值及其相對(duì)誤差