CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法.pdf

本发明公开了一种对CSP生产线无取向电工钢在七机架连轧过程中产生的变形抗力进行修正的方法，属于轧制技术领域。该方法包含有下列步骤：1)采集实际检测的轧制力数据；2)把实际检测的轧制力数据带入西姆斯单位轧制力公式推出变形抗力初始值，3)对变形抗力初始值进行修正。由于本发明方法在有限元模型中以现场实际生产工艺参数作为输入值，所以贴近实际生产环境，能真实反映变形抗力在连轧各个机架的变化情况；本方法可优化二级系统变形抗力模型；用修正过的变形抗力值来优化轧制力设定值，提高轧制力的预设精度，保证轧制过程稳定，改善产品质量。

1.  一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，该方法包含有下列步骤：
1)采集实际检测的轧制力数据；
2)把实际检测的轧制力数据带入西姆斯单位轧制力公式推出变形抗力初始值；
西姆斯单位轧制力公式为：
PBR(h0-h)=(p21-hepshepsarctanheps1-heps-p4-1-hepshepsRhlnhrh+121-hepshepsRhln11-heps)K]]>
其中，heps=h0-hh0]]>
hr＝h+Rr²
r=hRtan12arctanheps1-heps+p8hRln(1-heps)]]>
上述式中，P为总轧制力；B为带钢宽度；R为工作辊半径；h₀为入口厚度；h为出口厚度；h_eps为相对压下量；h_r为中性角对应高度；K为变形抗力；r为中性角。
3)对变形抗力初始值进行修正：
①采用三维实体有限元模拟的方法，把需要修正的变形抗力初始值、生产过程中实际的窜辊量和弯辊力及轧辊辊径等几何参数带入有限元模型模拟计算，得出板凸度值，因模拟计算中只有变形抗力是变数，所以可得到变形抗力和板凸度的线性关系式；
②通过迭代的方法以保证模拟计算出的板凸度和生产设定的每个机架的板凸度误差在5％以内，完成变形抗力的修正。

2.  根据权利要求1所述的一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，其特征是：步骤3-①中所述的有限元模型的建模步骤为：
1)定义模型几何参数、材料属性、单元类型，由西姆斯单位轧制力公式推出的变形抗力；
2)定义CVC辊型曲线系数；
3)建立关键点，由点生成线，再由线生成面，最后由面旋转生成体，完成单元体的建模过程；
4)网格划分；
5)定义工作辊和支承辊、工作辊和带钢的接触，定义边界条件；
6)在工作辊辊颈处加载弯辊力，在工作辊和带钢接触处按前后滑分别加载轧制力；
7)求解；
8)后处理得到求解后的板凸度值。

3.  根据权利要求2所述的一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，其特征是：步骤3-①中所述的有限元模型的建模步骤4的网格划分是指在工作辊和支撑辊接触处及带钢和工作辊接触处每隔20mm划分一个网格。

4.  根据权利要求1所述的一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，其特征是：步骤3-②中所述的迭代的方法是：
1)当有限元模拟计算的板凸度和生产设定的板凸度误差＜5％时，接受此变形抗力；
2)当有限元模拟计算的板凸度和生产设定的板凸度误差≥5％时，则将板凸度改变值代入由步骤3-①得到的变形抗力和板凸度的线性关系式中计算出新的变形抗力，然后按照步骤3-①重新进行板凸度计算，当板凸度误差＜5％时，接受此变形抗力；如果板凸度误差≥5％，再重复步骤3-①，直到板凸度误差＜5％结束。

5.  根据权利要求1所述的一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，其特征是：步骤3-①得到的变形抗力和板凸度的线性关系式是：
VC＝0.032*VK
其中：VC为板凸度改变值；VK为变形抗力改变值。

CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法
技术领域
本发明涉及一种对CSP生产线无取向电工钢在七机架连轧过程中产生的变形抗力进行修正的方法，属于轧制技术领域。
背景技术
金属的变形抗力是表征钢材压力加工性能的一个基本量，正确确定不同变形条件下金属的变形抗力，是提高连轧机控制精度的必要条件。以往在建立变形抗力与变形量、变形速度及温度的关系模型时，通常采用多元非线性回归方法对实测的数据进行处理后，得到相应的变形抗力模型结构。采用该方法建模时，要对变形抗力模型的函数类型做出假设(如通常采用指数型函数)，而实际上变形抗力的变化规律并不能在大范围内与所选择的函数类型完全一致，特别是考虑到静态再结晶、应变积累、动态再结晶、相变等因素对变形抗力的影响时，变形抗力模型更是难以用所选定的函数来描述，因而采用这种方法计算变形抗力势必带来较大的计算误差。另外，常规品种带钢在热连轧过程，其变形抗力主要集中在奥氏体区，因此轧制数学模型，特别是变形抗力模型，通常只是考虑奥氏体区的变形对变形抗力的影响，而无取向电工钢，由于碳含量低而硅含量高，且相变温度点高，热连轧过程中的变形不仅在奥氏体中进行，而且还在两相区和铁素体区中进行，而在铁素体区变形时的流变应力和奥氏体区变形时的流变应力显著不同，因此在轧制无取向电工钢时，变形抗力模型计算出的变形抗力不准确，导致变形抗力带入到轧制力模型进行预设定计算时，计算结果与实际轧制力几乎相差一倍，给无取向电工钢的稳定生产增加了难度，严重影响了无取向电工钢的生产质量。因此有必要对无取向电工钢的变形抗力模型进行修正，从而保证轧制力计算的准确度。
在轧制过程中，轧制力是通过辊系变形、轧辊的扰度、轧辊压扁等表现出对板凸度的影响，在忽略对板凸度影响缓慢的扰动因素外，板凸度的变化主要受轧制力的影响。在保证良好的板凸度指标的前提下，可以通过板凸度修正变形抗力初始理论计算值，进而通过轧制力设定模型，保证轧制力的设定精度，提高板带的加工质量。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种无取向电工钢变形抗力的有限元修正法，它修正了无取向电工钢变形抗力的理论计算值，提高了轧制力的预设精度，从而保证了无取向电工钢的生产质量。
本发明的一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，该方法包含有下列步骤：
1)采集实际检测的轧制力数据；
2)把实际检测的轧制力数据带入西姆斯单位轧制力公式推出变形抗力初始值；
其中的西姆斯单位轧制力公式为
PBR(h0-h)=(p21-hepshepsarctanheps1-heps-p4-1-hepshepsRhlnhrh+121-hepshepsRhln11-heps)K]]>
其中，heps=h0-hh0]]>
h_r＝h+Rr²
r=hRtan12arctanheps1-heps+p8hRln(1-heps)]]>
上述式中，P为总轧制力；B为带钢宽度；R为工作辊半径；h₀为入口厚度；h为出口厚度；h_eps为相对压下量；h_r为中性角对应高度；K为变形抗力；r为中性角。
3)对变形抗力初始值进行修正：
①采用三维实体有限元模拟的方法，把需要修正的变形抗力初始值、生产过程中实际的窜辊量和弯辊力及轧辊辊径等几何参数带入有限元模型模拟计算，得出板凸度值，因模拟计算中只有变形抗力是变数，所以可得到变形抗力和板凸度的线性关系式；
②通过迭代的方法以保证模拟计算出的板凸度和生产设定的每个机架的板凸度误差在5％以内，完成变形抗力的修正。
本发明CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法的方法是把变形抗力理论计算和有限元模拟修正相结合，同时考虑影响变形抗力的众多因素，对CSP生产无取向电工钢的变形抗力进行了动态研究，得到变形抗力的理论计算修正值。
本发明的有益效果是：1、由于本发明方法在有限元模型中以现场实际生产工艺参数作为输入值，所以贴近实际生产环境，能真实反映变形抗力在连轧各个机架的变化情况；2、本方法应用了有限元模型修正变形抗力，在解决多道次变形抗力的变化规律这一难题上做了有效的尝试，可优化二级系统变形抗力模型；3、用修正过的变形抗力值来优化轧制力设定值，提高轧制力的预设精度，保证轧制过程稳定，改善产品质量。
本发明方法中的建立的有限元模型可对不同工况进行研究，并可推广到同类轧机不同品种钢的变形抗力修正，具有实际的应用价值。
附图说明：
图1是本发明的有限元模型建模流程图；
图2是本发明的三维实体有限元模型；
图3是本发明的计算流程图；
图4是CSP生产线MGW1300变形抗力曲线图。
具体实施方式
本发明的一种CSP生产线无取向电工钢变形抗力有限元修正法，该方法包含有下列步骤：1)采集实际检测的轧制力数据；2)把实际检测的轧制力数据带入西姆斯单位轧制力公式推出变形抗力初始值；3)对变形抗力初始值进行修正：①采用三维实体有限元模拟的方法，把需要修正的变形抗力初始值、生产过程中实际的窜辊量和弯辊力及轧辊辊径等几何参数带入有限元模型模拟计算，得出板凸度值，因模拟计算中只有变形抗力是变数，所以可得到变形抗力和板凸度的线性关系式；②通过迭代的方法以保证模拟计算出的板凸度和生产设定的每个机架的板凸度误差在5％以内，完成变形抗力的修正。
其中，步骤2中所述的西姆斯单位轧制力公式为
PBR(h0-h)=(p21-hepshepsarctanheps1-heps-p4-1-hepshepsRhlnhrh+121-hepshepsRhln11-heps)K]]>
其中，heps=h0-hh0]]>
h_r＝h+Rr²
r=hRtan12arctanheps1-heps+p8hRln(1-heps)]]>
上述式中，P为总轧制力；B为带钢宽度；R为工作辊半径；h₀为入口厚度；h为出口厚度；h_eps为相对压下量；h_r为中性角对应高度；K为变形抗力；r为中性角。
步骤3-①中所述的有限元模型的建模步骤为：1)定义模型几何参数、材料属性、单元类型，由西姆斯单位轧制力公式推出的变形抗力；2)定义CVC辊型曲线系数；3)建立关键点，由点生成线，再由线生成面，最后由面旋转生成体，完成单元体的建模过程；4)网格划分；5)定义工作辊和支承辊、工作辊和带钢的接触，定义边界条件；6)在工作辊辊颈处加载弯辊力，在工作辊和带钢接触处按前后滑分别加载轧制力；7)求解；8)后处理得到求解后的板凸度值。由于有限元模型的精度是对变形抗力初始计算值修正的关键，所以建模步骤4网格划分在工作辊和支撑辊接触处及带钢和工作辊接触处划分较细，每隔20mm划分一个网格。
步骤3-②中所述的迭代的方法是：1)当有限元模拟计算的板凸度和生产设定的板凸度误差＜5％时，接受此变形抗力；2)当有限元模拟计算的板凸度和生产设定的板凸度误差≥5％时，则将板凸度改变值代入由步骤3-①得到的变形抗力和板凸度的线性关系式中计算出新的变形抗力，然后按照步骤3-①重新进行板凸度计算，当板凸度误差＜5％时，接受此变形抗力；如果板凸度误差≥5％，再重复步骤3-①，直到板凸度误差＜5％结束。步骤3-①得到的变形抗力和板凸度线性关系式是：
VC＝0.032*VK其中：VC为板凸度改变值；VK为变形抗力改变值。
其中，板凸度改变值为设定的板凸度与模拟计算的板凸度差。在选取设定的板凸度值时，综合考虑了各方面的因素，将生产中经过实测，板带凸度满足要求的设定值作为选取条件。
下面以MGW1300无取向电工钢为实施例对本发明作进一步详细的介绍。
按照本发明的方法步骤，先采集F1-F7七个机架的实际检测轧制力数据，把它和辊系、轧件的几何参数代入西姆斯单位轧制力公式算出变形抗力初始值，然后把生产过程中的相关参数带入有限元模型中，并通过迭代的方法可得出修正过的MGW1300变形抗力值，具体数据见表1。
表1  MGW1300变形抗力修正计算