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板厚与板形是决定带钢几何尺寸精度的两大质量指标。板厚设定和弯辊设定都离不丌轧制力计算,因而轧制力模型是过程控制数学模型的核心,其计算精度直接影响着各道辊缝设定和凸度控制设定。轧制力本身受变形区形状、材料初始抗力、变形速度、摩擦状态、流变应力、前后张力等多种轧制因素影响。这些影响因素不但本身呈高度非线性关系,而且还有相互耦合影响。
目前有很多计算轧制压力的方法,但一般都有一些边界条件忽略或近似,造成使用的局限性,导致轧制力预报不很准确,影响高精度产品的生产。有限元方法在理论上比较严密,但边界条件设定不确切,也难以得到期望的结果;回归法利用现场数据进行多元回归,确定系数建立模型,但是回归的前提是需要进行试轧,需要时间;许多常规理论方法(如采利科夫、西姆斯等)计算结果误差较大。自适应方式需要轧制头几块坯的数据;这些试坯成为非目标规格,几近浪费,故生产现场仍然希望寻找一些计算方法快速,而结果可靠且准确的算法。
通过研究轧制变形区的金属变形规律,建立了轧制变形区分段轧制力数学模型算法。这种分段模型是采用分段的以弦代弧来解单位压力微分方程,达到几何接近的效果。此外还考虑到影响轧制力的主要因素如摩擦分布,轧辊压扁,变形抗力的变化(流变应力),使模型误差大大减小。通过对照现场实测数据分析表明,对弧长分段并考虑多种因素模型的算法,使热连轧轧制力的预报精度得到较大提高,大部分误差在7﹪以内。
新模型可以适用于多种热轧板带轧机,为合理制定压下规程、设定辊缝、控制厚度、控制板形提供有效的计算方法,为制作通用计算模块奠定基础。