1420六辊UCM冷连轧机板形控制性能分析与应用

以某1420六辊UCM冷连轧机为研究对象,利用Marc大型有限元软件平台建立了六辊UCM轧机辊系变形三维非线性仿真模型。通过数值模拟对各种板形调节量作用下的带钢弹塑性变形和轧辊弹性变形进行耦合分析,并深入研究了六辊UCM轧机工作辊弯辊、中间辊弯辊和中间辊横移等板形调控手段对带钢出口横向厚差、带钢金属横向位移和轧机辊系弯曲的调控效果,从而为辊型优化设计和板形在线控制提供了理论基础和参考依据。     

1420HC轧机中间辊抽动量对板形的影响

在综合分析1420HC轧机板形控制的基础上，采用了M．D．Stone的解析法、K．N．Shohet的影响函数法以及三维光弹性分析相结合的方法，研究了轧机中间辊的抽动量对平整轧制带钢的横向厚度差和板形的影响，并确定出中间辊的最佳抽动位置，使得轧机平整轧件的横向厚度差下降幅度达到50％～80％、轧件的板形明显改善，同时平整的轧制压力下降8％～10％，取得明显的实效。     

光整机张力变化对板形影响的仿真分析

带钢生产过程中,调整张力是控制产品板形、抑制板形缺陷、保证轧制过程顺利进行的重要手段。光整轧制过程中张力的加载有着两个重要的职能:实现微调带厚和拉伸矫正板形。文章以光整机为研究对象,基于ABAQUS建立四辊光整机轧制过程仿真模型,并进行一定长度带钢段的匀速连续轧制(即稳定态)过程模拟,研究了板带平整轧制过程中张力设定值与板形之间的关系以及张力大小对板形的影响效果。结果表明:张力增大可以促进轧件金属的纵向流动,加大轧件的厚向变形,减小出口轧件的凸度,且后张力的作用效果比前张力更显著,影响能力约为前张力的2.4倍。当张力增大时,带钢边部与中部延伸差在不断地减小,与前后张力对轧件厚向变形的影响趋势一致,带钢向良好板形方向发展。     

基于弹塑性有限元的板形控制机理研究现状与展望

带钢冷连轧过程中的板形控制问题因具有多变量、多控制回路、非线性和强耦合等特征，是工业控制领域最为复杂的控制过程之一。精准的板形预测模型是提高板形控制水平的重要保证。当前，弹塑性有限元法能够耦合分析轧制过程中带钢的弹塑性变形、轧后的残余应力以及轧辊的弹性挠曲、弹性压扁，因此在带钢轧制领域有很广泛的应用。介绍了现代板形控制系统的工作原理，以及当前弹塑性有限元法关于板形控制问题分析的研究进展。同时，采用显式动态有限元建立了六辊UCM轧机的三维数值仿真模型，研究了不同板形调节机构对带钢板形的调控特性及其最优调节量，并采用实际轧制试验对模型进行了验证。结合带钢保持良好板形的几何条件，利用所建立的UCM轧机模型，分析了中间辊轴向横移、工作辊与中间辊弯辊对带钢横截面形状、凸度、边降及平直度的影响。最后，对有限元法应用于分析板形控制问题的方向进行了展望。     

四辊平整机轧制过程辊系变形有限元分析

针对1800mm四辊平整机板形控制的弯辊力预设定问题,采用非线性弹塑性有限元法,建立四辊平整机轧制过程三维计算模型。模型将辊系弹性变形与轧件弹塑性变形耦合在一起,进行统一建模与分析,研究了不同轧制工艺下轧辊压扁、辊系弯曲变形及辊缝形状的分布规律,得出了工作辊弯辊力对辊系变形和辊缝变化的影响关系。计算结果可为建立平整机板形控制的弯辊力精确预设定模型提供理论依据。     

基于弹塑性有限元的板形控制机理研究现状与展望

带钢冷连轧过程中的板形控制问题因具有多变量、多控制回路、非线性和强耦合等特征，是工业控制领域最为复杂的控制过程之一。精准的板形预测模型是提高板形控制水平的重要保证。当前，弹塑性有限元法能够耦合分析轧制过程中带钢的弹塑性变形、轧后的残余应力以及轧辊的弹性挠曲、弹性压扁，因此在带钢轧制领域有很广泛的应用。介绍了现代板形控制系统的工作原理，以及当前弹塑性有限元法关于板形控制问题分析的研究进展。同时，采用显式动态有限元建立了六辊UCM轧机的三维数值仿真模型，研究了不同板形调节机构对带钢板形的调控特性及其最优调节量，并采用实际轧制试验对模型进行了验证。结合带钢保持良好板形的几何条件，利用所建立的UCM轧机模型，分析了中间辊轴向横移、工作辊与中间辊弯辊对带钢横截面形状、凸度、边降及平直度的影响。最后，对有限元法应用于分析板形控制问题的方向进行了展望。     

在线高精度热轧铝板带横向厚度计算模型

分析了轧件宽度、轧制力、工作辊直径和弯辊力对出口板带厚度分布的影响。将在线横向厚度计算模型看成是有载辊缝和带材出口弹性恢复量的线性组合,利用快速辊系弹性变形的计算方法求得有载辊缝。考虑到在线应用,将大量数据进行分析处理,得到了在线有载辊缝的数学模型。将其与带材出口弹性恢复量的计算模型结合,得到了板带横向厚度计算模型。该模型既考虑了轧制过程中一些不对称工艺参数对轧辊变形的影响,同时也考虑了轧件横向流动对厚度分布的影响。对在线横向厚度计算模型进行了验证。结果表明,在线横向厚度计算模型计算精度高,计算速度快,是在线板形控制的有效方式。     

二十辊森吉米尔轧机板形调控性能仿真研究

为深入研究二十辊森吉米尔轧机的板形调控性能,研究开发了专用于分析二十辊轧机板形控制性能的辊系一轧件一体化仿真模型及软件工具,对国内某厂硅钢和不锈钢轧制用二十辊森吉米尔轧机辊系及轧件的变形行为进行了仿真计算,得到了不同工况下承载辊缝曲线、ASU调节特性、第1中间辊轴向横移对边降的控制能力、第2中间辊随动辊凸度对板形调控性能影响、辊间接触压力分布等结果,进而分析了轧制过程中各板形控制手段的调控能力.     

板带轧制过程的三维耦合有限元分析

对板带轧制过程进行严密的三维分析是研究轧制参数对轧后板带尺寸、板形和机械性能的影响 ,从而实施有效控制的基础。本文简要回顾了板带轧制过程三维数值模拟的研究进展 ,提出了一个分析板带轧制过程的耦合有限元模型 ,其中 ,轧件塑性变形采用刚塑性有限元法计算 ,辊系弹性变形采用弹性有限元法计算。计算实践表明 ,该模型具有良好的精度和较高的效率。     

板带轧制边界元模拟系统的开发和利用

为了促进轧机和轧制技术的进一步发展，进一步研究张力对板形的作用机理，需要结合轧件三维变形分析来进行。建立了三维弹塑性问题的边界元方法，并用此方法模拟了冷轧板带三维轧制过程，讨论了改变前、后张力时，轧件的三维变形特点。结果显示：增加张力可以限制金属横向流动，加大厚向变形，使端面厚度更加均匀。由此证明给出的模拟系统在轧制问题的分析中是有效的。     

工作辊直径对热轧带钢凸度的影响分析及优化

采用变分法求解金属横向流动,得到了考虑金属横向位移的张力分布,结合影响函数法计算辊系弯曲变形,开发了热轧带钢板凸度计算程序。通过模拟计算,得到工作辊挠度、轧制压力、压扁以及出口板厚随工作辊直径的变化规律。工作辊直径的增加虽然有利于提高横向刚度、改善板凸度,但却减小了弯辊力对板凸度的调控范围。该文采用加权的方法,将这种矛盾的因素加以统一,为工作辊直径优化提供了理论依据。通过对比某1250轧线F5机架的模拟结果,优化后的工作辊直径更有利于带钢板形的在线控制。     

弯辊力对带钢凸度影响的有限元分析

应用有限元软件MARC,采用弹塑性有限元法对薄带钢四辊冷轧的轧制过程进行了模拟,并分析了轧后板形.计算模型耦合了支撑辊与工作辊之间受力、工作辊与带钢之间受力及其三者之间的变形问题,减少了计算模型的假设,使计算结果更精确可靠.通过模拟阐述了轧后带钢凸度的特征,得出了弯辊力对轧后带钢凸度的影响,通过对工作辊变形的分析,得出了工作辊变形对带钢凸度的影响.     

冷轧板带变形的三维分析

应用三维弹塑性有限元法,在大型商业有限元软件平台上开发了冷轧板带模拟系统,分析了轧件变形情况,考虑了不同厚度,压下率和摩擦系数的影响,并计算了边降及金属向流动的变化规律,计算结果与实验结果吻合情况较好。     

冷轧带钢温度演变及影响因素研究

为了探究冷轧过程及轧制工艺参数对带钢温度的影响及演变规律,采用有限元方法对冷轧带钢进行建模,利用温度场反算的方法确定了带钢和轧辊间的传热热流密度,在此基础上通过改变模型参数对带钢温度场进行了模拟计算。结果表明,带钢温度在前4架轧制区呈阶梯式增长趋势,而在末机架出口呈下降趋势;此外,带钢出口温度随轧制速度、道次压下率、摩擦因数、变形抗力等的增加而升高。     

热轧超薄规格工作辊辊端压靠辊系变形模型

在热轧薄窄料时,工作辊辊端压靠问题十分突出,引起带钢所承受的轧制压力、辊间接触压力和辊缝横向刚度等与非压靠状态有很大不同。文章详细分析压靠工况下的受力和变形特征,建立了工作辊辊端压靠的判别方法,并以影响函数法为基础,研究了压靠工况下的辊系变形模型。并应用该模型对压靠的各工况进行分析,所得结论可用于指导生产。     

冷轧带钢残余应力及其对板形影响的研究

轧制过程中金属的不均匀变形导致了板带中残余应力的存在,残余应力的不均匀分布又是影响板形的根本原因。文章采用小孔应力释放法,对在不同张力条件下冷轧后带钢的残余应力进行测量;建立了四辊轧制过程弹塑性有限元分析模型,并利用该模型对残余应力的分布进行数值模拟,研究了张力对残余应力分布的影响以及残余应力与板形的关系。该研究对制定与完善板带轧制规程、控制板形质量具有重要意义。     

中厚板轧制多参量耦合的数值模拟(Ⅱ)

在采用三维刚塑性有限元法和金属热变形组织演变规律,建立中厚板轧制过程多参量耦合数值仿真模型。在数值模拟(Ⅰ)分析典型工艺下16Mn中厚板显微组织演变规律之后[10],运用该模型对16Mn钢中厚板轧制过程进行了各种工况的有限元模拟,分析了压下量、变形温度及轧制速度对轧件热机械性、组织变化的影响规律。     

四辊轧机辊系压扁的有限元分析

应用非线性有限元软件MSC.Marc,采用三维弹塑性有限元法对四辊轧机轧制薄带钢的过程进行了模拟。计算模型将辊系与带钢作为整体统一考虑,解决了工作辊、支撑辊与带钢之间变形和受力的耦合问题,减少了计算过程中的假设,并采用逐步收敛的求解过程使计算结果精确、可靠。通过对模拟结果的分析,得出了轧制不同宽度带钢时工作辊、支撑辊的压扁分布,分析了带钢宽度对辊系压扁变形的影响。     

UCM轧机中间辊最优轴向横移位置计算

采用有限元法建立了1450mm六辊UCM轧机辊系变形模型,计算了中间辊轴向横移位置对轧机横向刚度的影响。分析了带钢宽度、轧制力、辊径等参数对中间辊最优轴向横移位置的影响规律。结果表明,带钢宽度和工作辊辊径对中间辊最优轴向横移位置影响显著;轧制力、中间辊辊径以及支撑辊辊径对其影响较小。