带钢热连轧精轧过程轧制力模型研究_李永辉

收稿日期：2012－03－11；修订日期：2012－04－21

作者简介：李永辉（1981－），男，中国重型机械研究院股份公

司，助理工程师。

带钢热连轧精轧过程轧制力模型研究

李永辉1

，王

涛2

，张

磊1

，高

璐1

，郭

琦3

，肖

宏2，马莉莉1

，边

靖

1

（1.中国重型机械研究院股份公司，西安710032； 2.国家冷轧板带装备及工艺

工程技术研究中心，秦皇岛066004； 3.天津辰耀化学工程设计服务有限公司，天津300400）

摘

要：在精轧过程中变形区不仅存在粘着区，而且存在着滑动区，但是大多数轧制力计算模型

都从变形区全粘着出发，采用以西姆斯公式为基础的简化回归公式。本文将轧辊与带钢接触表面分为粘着区和滑动区；考虑了摩擦力在轧制过程不断变化，得出了不同轧制道次下摩擦力影响系数的回归公式；并且考虑了不同钢种轧制时残余应变对变形抗力的影响，建立了精轧轧制力预测模型。通过与某钢厂实测数据对比，该预测模型具有较高的计算精度。

关键词：精轧；轧制压力；摩擦力影响系数；残余应变中图分类号：TG335

文献标识码：A

文章编号：1001－196X （2012）05－0037－04

Research on finish rolling force model in hot strip continuous rolling

LI Yong-hui 1，WANG Tao 2，ZHANG Lei 1，GAO Lu 1，GUO Qi 3，XIAO Hong 2，

MA Li-li 1，BIAN Jing 1

（1.China National Heavy Machinery Research Institute Co．，Ltd．，Xi'an 710032，China ；2.National Engineering Research Center of Cold Strip Rolling Equipment ，Qinhuangdao 066004，China ；

3.Chen Yao Tianjin Chemical Engineering Design Services Ltd．，Tianjin 300400，China ）

Abstract ：The accurate prediction of rolling force is very important for the design and production process of rolling line．At present in the engineering calculations ，most of rolling force calculation models start from the whole adhesion in the deformation zone ，and use the simple regression formula based on the Sims formula．However ，in the finishing process ，there is not only the adhesion zone but also the sliding zone in the deforma-tion zone．In consideration of the constantly changing of friction force in rolling process and the effect of residual strain on the deformation resistance under different kinds of steel rolling ，the regression formula of the friction force influence coefficient under different rolling passes is obtained ，and a prediction model of finish rolling force is established．The comparison of data measured in a steel plant indicates the prediction model has higher calculation accuracy．

Key words ：finish rolling ；rolling pressure ；coefficient influenced by friction ；residual strain

0前言

轧制力是带钢热连轧过程中的重要工艺参数，

不仅广泛应用于机械设备的设计与强度校核，而且是实现生产过程计算机控制的重要原始参数。在现代板带钢生产中，由于对产品厚度和板形的

要求不断提高，轧制力模型作为厚度控制和板形控制的基础，其计算精度更显得尤为重要。

1

轧制力数学模型

1.1

平均单位压力计算模型

目前在热轧中使用较多的轧制力模型是

SIMS 压力公式［2］，其假设条件是变形区全粘着，即单位摩擦力τ=

K

2

，由于这一局限性，在计算

精轧末几道次即薄板坯轧制力时，计算值与实测值误差较大。本文根据燕山大学连家创教授的理论［3］，认为摩擦力随着轧制过程的变化而变化，并把摩擦力在不同的轧制条件下，分成了三种情况，得到了较为准确的轧制力模型。

影响单位压力的大小及分布的主要因素，是变形区长度l c与轧件厚度h（轧件厚度可取代数平均值，或者按积分计算）的比值。在精轧轧

制过程中，l

c

h

＞1此时几乎整个变形区都处于塑

性状态，单位压力的计算，很大程度上决定于接

触表面摩擦力的大小及其分布规律。因此根据l c h

的大小，可分为以下三种情况：

（1）l

c

h

=1 2接触表面都是粘着区，摩擦

力按三角形分布；

（2）l

c

h

=3 4接触表面除粘着区外，还有

滑动区；

（3）l

c

h

＞4由于热轧时摩擦系数较大（μ＞

0.2 0.3），滑动区摩擦力逐渐增大，达到极限值K。因此，在滑动区以内，出现另一个粘着

区，摩擦力恒等于K。

l

c

h

比值增大，则此区域也随之增大。

由于按接触表面摩擦力不同的分布规律来计算单位压力的方法比较复杂，不便于工程中使用。因此，假设接触表面的摩擦力τ=mK，并且当作轧件在两个平行平面中压缩计算，可得下式

P=2K C+C

1

l

c

h

－

σ0+σ2

4

[]

K

－（

σ2－σ0

4K

）2h

ml []

c 式中，2K=

2

槡3

σ，C=

arcsin m

2m

+

1－m

槡2

2

；C

1

=

m

4

；σ

=

T

bh

，单位后张力；σ

1

=

T

1

bl

1

，单位前张力；m为摩擦力影响系数。

摩擦力影响系数m与轧件变形情况、轧件轧辊材质、变形速度、润滑条件、轧制温度等均有联系。其取值直接关系到摩擦力τ的大小，进一步影响平均轧制压力p的计算，对轧制力精确预测起着重要的作用。本文以普碳钢某次精轧第4道次为例，在相同工艺条件下，不同m的取值对轧制力大小的影响，见表1。

表1摩擦力影响系数对轧制力的影响

Tab.1Influence of different friction influence coefficient on rolling force

m0.40.450.50.550.60.650.70.750.8轧制力/kN153051588216448170031754618077185931909419578从表1可以看出，在0.4 0.8的变化范围

内，轧制力计算结果相差了4000kN以上，大

约为实际轧制力的20% 30%，所以建立合理

的摩擦力影响系数模型对轧制力的计算精度至关

重要。由于摩擦力的影响因素较多，且不易通过

试验测定，因此，本文在针对某一钢种的通用轧

制条件下（即假设同一钢种轧制时摩擦系数变

化规律相同），选取轧件变形情况作为主要影响

因素对摩擦力影响系数m进行了非线性回归。

在精轧末几道次的轧制过程中，l

c

h

比较大，属

于第三种情况，但是此时l

c

h

的变化规律并不明显，

不能充分反映摩擦力随轧制过程的变化。因此，本

文以l c

Δh

（即接触弧长与压下量的比值）为变量，以摩擦力影响系数m为因变量，建立了函数关系。根据某钢厂现场数据，进行了高次多顶式回归，得

出了不同情况下m的数值，回归曲线如图1所示。

图1普碳钢摩擦力影响系数回归曲线

Fig.1Regression curves for friction influence coefficient

of normal carbon steel

1.2变形抗力计算模型

北京科技大学管克智、周纪华教授利用自己