一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法技术

本发明专利技术公开了一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，涉及钢铁生产技术领域，针对不同翘曲程度的情况进行矫直工艺控制参数的分类细化，使得每一种产品品种、规格、翘曲情况都有对应的矫直控制工艺，然后通过ANSYS虚拟仿真模拟真实生产场景，对工艺设定参数进行验证，确保参数的准确性，通过这种数字孪生的方式，实现精益化地控制，可有效提升矫直效率及板型的合格率。板型的合格率。板型的合格率。

【技术实现步骤摘要】
一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法


[0001]本专利技术涉及钢铁生产
，特别是涉及一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着装备制造、交通运输、石油化工、军工等领域关键钢种的不断开发，高强钢板对装备的大型化、轻量化发展至关重要。此类钢材轧制后需要经过热处理，利用加热控制和淬火控制来调控钢板组织，提高钢板的使用性能。热处理对工艺控制要求较高，在加热及淬火过程中，如果温度控制不均，极容易出现钢板弯曲变形，为保证热处理钢板板形质量，在热处理工序后需要使用矫直机对钢板进行矫直操作，用来保证钢板的板形平直度。目前，矫直机已成为热处理生产线中钢板校正的主要装备，其通过压下量、弯辊量等工艺参数设定，采用多根矫直辊反复弯曲的方式，逐渐消除钢板长度方向的原始曲率，使钢板矫平。矫直机的矫直效果主要取决于矫直参数的设定，目前，多采用人工经验控制或经验规程控制的方式。
[0003]人工经验控制主要是由操作人员目测来料钢板的翘曲程度，结合产品属性，凭借经验手动设定矫直机参数，再根据矫直后钢板平直度情况对矫直机参数进行调整，直到达到满意效果为止。其缺点在于：矫直参数设定缺少统一的、标准的规范，严重依赖操作人员主观的业务经验，各班组操作人员经验不同，直接导致矫直后钢板板形质量参差不齐，产品质量不稳定，且工作效率低下。
[0004]经验规程控制方式是指矫直机控制系统根据钢板厚度、钢种等产品属性，从数据库中调用对应的工艺规程进行矫直，而数据库中的数据来自于用于测试的钢板的矫直参数，由于生产钢板品种繁多，测试用的钢板只能选取有代表性的几种进行，无法覆盖所有生产品种，在这种情况下，测试钢板之外的其他品种多依靠差值补偿等手段，从测试钢板的数据中转换得出，存在一定误差，影响实际矫直的效果。即使是测试钢板得出的数据，也由于翘曲程度各异、使用相同的角之工艺参数难以应对所有情况，同样存在矫直不到位或矫直过度的情况，无法保证矫直工艺的质量稳定性，矫直合格率不高。
[0005]热处理生产线一旦出现矫直平直度问题，都需要返工重新进行矫直，影响了物料的生产节奏，拉低了产能。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对上述技术问题，克服现有技术的缺点，提供一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，包括：
[0007]一、根据钢板和矫直机属性，通过相关算法公式得到仿真预测模型的输入参数
[0008]输入参数包括：入口辊缝G1、出口辊缝G2、各辊压弯量δ
i
、弯辊量δ
B
；
[0009]二、构建基于ANSYS_APDL语言的矫直机仿真模型
[0010]根据生产线矫直机设备参数，通过APDL语言构建设备模型：使用*SET命令对矫直
机设备参数进行定义和赋值，使用*CYL4命令建立空心薄壁矫直辊，使用*MP命令定义矫直辊为刚性材料，使用*ET命令定义矫直辊和钢板的单元类型，选定SOLID164单元，使用*LESIZE命令控制矫直辊的网格尺寸，使用*VSWEEP命令扫掠划分网格；
[0011]根据钢板材料属性，通过APDL语言构建加工板材模型：使用*MP命令定义钢板的材料为双线性随动强化模型，使用*ET命令定义钢板的单元类型，选定SOLID164单元，使用*LESIZE命令控制钢板的几何网格尺寸，使用*VSWEEP命令扫掠划分网格；
[0012]三、基于建立的模型，结合步骤一得到的参数进行矫直仿真预测
[0013]预测的输入变量为：入口辊缝G1、出口辊缝G2、弯辊量δ
B
、各辊压下量δ
i
以及初始曲率预测的输出结果为：残余曲率，当残余曲率满足目标平直度质量要求时，本次预测的输入变量和预测道次作为最终的工艺设定参数保存到矫直机控制系统的工艺规程库中；
[0014]预测采用单道次矫直模拟，若单道次矫直经过调参后仍不满足平直度要求，且调整的参数已达到矫直机能力上限，则进行第二甚至第三道次矫直，方式及流程与第一道次相同；
[0015]四、各生产品种工艺模型预测积累
[0016]如上步骤三仿真求解过程，得到最终的输出变量作为该规格钢板在该初始曲率、翘曲状态下的矫直工艺设定参数，然后针对热处理生产线产品大纲上的所有各类品种进行模拟仿真，获得的工艺设定参数数据保存到数据库中，供矫直机控制系统调用；当生产线增加新的生产品种时，提前将该品种基础属性录入到矫直机控制系统中，控制系统自动调用APDL仿真预测设定参数，并增加到工艺规程库中。
[0017]本专利技术进一步限定的技术方案是：
[0018]前所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，所述步骤一中，钢板属性包括几何属性和物理特性，几何属性包括：厚度H、宽度B、长度L、原始曲率翘曲类型；物理特性包括：温度T、屈服强度σ
s
、抗拉强度σ
b
、杨氏模量E、延伸率η、切线模量E
b
、密度ρ、泊松比μ；
[0019]矫直机属性包括：辊数N、辊径φ、边辊辊距t1、辊距t2、辊身长度l、辊缝范围值、矫直力范围值、弯辊限制值、矫直速度范围值，其中，辊缝范围值、矫直力范围值、弯辊限制值、矫直速度范围值用于约束参数设定值，避免设定值超出矫直机能力范围。
[0020]前所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，几何属性通过产品大纲遍历确定，原始曲率则进行由小到大各种程度的模拟，通常根据翘曲程度数值的大小分成弱、中、强三个级别，具体分类阈值设定需根据现场情况确定；翘曲类型影响弯辊的设定，钢板中间鼓起、两边下垂的情况称为鼓包，两边翘起、中间凹陷称为船型，这两种情况对于弯辊设定的取值是相反的，因此在实际模拟时，鼓包和船型两种都进行模拟；物理特性作为钢种的固有属性，通过相关钢种的技术说明手册统一获取，均作为常量参与计算。
[0021]前所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，钢板的翘曲类型还包括边浪、中浪、翘头、翘尾，这些类型对于弯辊的影响都归纳到鼓包和船型中。
[0022]前所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，通过如下系列钢板变形公
式，计算得到仿真模型的输入参数：
[0023][0024][0025][0026][0027][0028]其中，原始曲率为板材在初始状态下的曲率；反弯曲率为板材在外力矩M作用下弯曲后的曲率；总变形曲率为原始曲率与反弯曲率之和；弹复曲率为板材卸载阶段的曲率变化量；残余曲率为板材弹复后的曲率，板材被矫平时其值为零；屈服曲率为板材弯曲至表层纤维的应力达到屈服强度时的总变形曲率，此时的弯曲力矩为屈服力矩M
w
；I为板材横断面的惯性矩；
[0029]为分析及书写方便，将各曲率与屈服曲率的比值称为各曲率的相对值，则上述各曲率的相对值分别为：相对原始曲率C0、相对反弯曲率C
f
、相对总变形曲率C
z
、相对弹复曲率C
y
和相对残余曲率C
c
、相对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，其特征在于：包括：一、根据钢板和矫直机属性，通过相关算法公式得到仿真预测模型的输入参数输入参数包括：入口辊缝G1、出口辊缝G2、各辊压弯量δ
i
、弯辊量δ
B
；二、构建基于ANSYS_APDL语言的矫直机仿真模型根据生产线矫直机设备参数，通过APDL语言构建设备模型：使用*SET命令对矫直机设备参数进行定义和赋值，使用*CYL4命令建立空心薄壁矫直辊，使用*MP命令定义矫直辊为刚性材料，使用*ET命令定义矫直辊和钢板的单元类型，选定SOLID164单元，使用*LESIZE命令控制矫直辊的网格尺寸，使用*VSWEEP命令扫掠划分网格；根据钢板材料属性，通过APDL语言构建加工板材模型：使用*MP命令定义钢板的材料为双线性随动强化模型，使用*ET命令定义钢板的单元类型，选定SOLID164单元，使用*LESIZE命令控制钢板的几何网格尺寸，使用*VSWEEP命令扫掠划分网格；三、基于建立的模型，结合步骤一得到的参数进行矫直仿真预测预测的输入变量为：入口辊缝G1、出口辊缝G2、弯辊量δ
B
、各辊压下量δ
i
以及初始曲率预测的输出结果为：残余曲率，当残余曲率满足目标平直度质量要求时，本次预测的输入变量和预测道次作为最终的工艺设定参数保存到矫直机控制系统的工艺规程库中；预测采用单道次矫直模拟，若单道次矫直经过调参后仍不满足平直度要求，且调整的参数已达到矫直机能力上限，则进行第二甚至第三道次矫直，方式及流程与第一道次相同；四、各生产品种工艺模型预测积累如上步骤三仿真求解过程，得到最终的输出变量作为该规格钢板在该初始曲率、翘曲状态下的矫直工艺设定参数，然后针对热处理生产线产品大纲上的所有各类品种进行模拟仿真，获得的工艺设定参数数据保存到数据库中，供矫直机控制系统调用；当生产线增加新的生产品种时，提前将该品种基础属性录入到矫直机控制系统中，控制系统自动调用APDL仿真预测设定参数，并增加到工艺规程库中。2.根据权利要求1所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，其特征在于：所述步骤一中，钢板属性包括几何属性和物理特性，几何属性包括：厚度H、宽度B、长度L、原始曲率翘曲类型；物理特性包括：温度T、屈服强度σ
s
、抗拉强度σ
b
、杨氏模量E、延伸率η、切线模量E
b
、密度ρ、泊松比μ；矫直机属性包括：辊数N、辊径φ、边辊辊距t1、辊距t2、辊身长度l、辊缝范围值、矫直力范围值、弯辊限制值、矫直速度范围值，其中，辊缝范围值、矫直力范围值、弯辊限制值、矫直速度范围值用于约束参数设定值，避免设定值超出矫直机能力范围。3.根据权利要求2所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，其特征在于：几何属性通过产品大纲遍历确定，原始曲率则进行由小到大各种程度的模拟，通常根据翘曲程度数值的大小分成弱、中、强三个级别，具体分类阈值设定需根据现场情况确定；翘曲类型影响弯辊的设定，钢板中间鼓起、两边下垂的情况称为鼓包，两边翘起、中间凹陷称为船型，这两种情况对于弯辊设定的取值是相反的，因此在实际模拟时，鼓包和船型两种都进行模拟；物理特性作为钢种的固有属性，通过相关钢种的技术说明手册统一获取，均作为常量参
与计算。4.根据权利要求3所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，其特征在于：钢板的翘曲类型还包括边浪、中浪、翘头、翘尾，这些类型对于弯辊的影响都归纳到鼓包和船型中。5.根据权利要求2所述的一种矫直机板形预测及矫直工艺控制方法，其特征在于：通过如下系列钢板变形公式，计算得到仿真模型的输入参数：计算得到仿真模型的输入参数：计算得到仿真模型的输入参数：计算得到仿真模型的输入参数：计算得到仿真模型的输入参数：其中，原始曲率为板材在初始状态下的曲率；反弯曲率为板材在外力矩M作用下弯曲后的曲率；总变形曲率为原始曲率与反弯曲率之和；弹复曲率为板材卸载阶段的曲率变化量；残余曲率为板材弹复后的曲率，板材被矫平时其值为零；屈服曲率为板材弯曲至表层纤维的应力达到屈服强度时的总变形曲率，此时的弯曲力矩为屈服力矩M
w
；I为板材横断面的惯性矩；为分析及书写方便，将各曲率与屈服曲率的比值称为各曲率的相对值，则上述各曲率的相对值分别为：相对原始曲率C0、相对反弯曲率C
f
、相对总变形曲率C
z
、相对弹复曲率C
y
和相对残余曲率C
c
、相对屈服取率C
w
，有：C
z ＝ C0+C
f
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)C
c ＝ C
f
ꢀ‑ꢀ
C
y
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
E1为硬化模量，无特殊说明E1＝0.2E；在确定矫直辊压弯量时，首先给定的是板材最大塑性变形率，再结合板材在第三辊处弯曲时原始曲率尚未发生变化，因此，根据第二次弯曲即第三辊处的塑性变形率η3来得到总变形曲率C
z3
以及相应挠度，再利用压弯量与挠度之间关系式，首先得到第三辊处的压弯量δ3，然后根据δ3和δ
en
之间的几何关系，求出所需要的δ

【专利技术属性】
技术研发人员：顾小阳，朱美君，曹涛，郭怀兵，杨浩，赵帅朋，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：