[发明专利]一种高速热轧棒材的轧制力能校核计算方法

权利要求书

1.一种高速热轧棒材的轧制力能校核计算方法，其特征在于：所述的方法包括：

1)计算基本参数；

2)计算轧件温度；

3)计算轧制力能参数；

其中，1)计算基本参数的步骤包括：

(11)从减径机出口到粗轧第一架轧机1#入口，反向计算道次延伸率，第n#机架延伸率μ_n的计算公式为：

式中，S_n、S_n-1分别为第n#、(n-1)#机架出口的轧件断面面积；对于预精轧机组二切分轧制的双高棒产线，精轧机机组和减径机机组的延伸率是切分后单根轧件轧前轧后横截面积之比；

(12)根据各道次的延伸率，计算各道次轧后的轧件长度，第n#机架轧后的轧件长度L_n的计算公式为：

L_n＝μ_nL_n-1

式中，L_n-1为第(n-1)#机架轧后的轧件长度，单位为mm；

(13)根据平均高度法，第n#机架轧后的轧件平均高度和平均宽度的计算公式为：

式中，b_n、h_n分别为第n#机架出口的轧件宽度和高度，单位为mm；

(14)利用轧前和轧后的平均高度，计算每道次的平均压下量计算公式为：

式中，H_n为第n#机架入口的轧件轧前高度，对于水平轧机和立轧机交替布置的机列：

141)第1#轧机的轧前高度H₁为坯料高度H₀；

142)后续第n#轧机的轧前高度H_n为第(n-1)#轧机的轧后平均宽度

143)第n#轧机的轧后高度h_n为本道次轧件的轧后平均高度

对于预精轧机组二切分轧制的机列：

141)从预切分机架到最后一架预精轧机，都是水平轧机；

142)切分机架K3出口轧件的轧前高度H_K3为预切分机架K4出口轧件的轧后平均高度

143)K2机架出口轧件的轧前高度H_K2为切分机架K3的轧件轧后平均高度

144)K1机架出口轧件的轧前高度H_K1为K2机架的轧件轧后平均宽度除以切分数N；

145)轧后高度的计算方法不变，第n#轧机出口轧件的轧后高度h_n仍为本道次轧件的轧后平均高度

(15)根据轧件在每一个机架的秒流量相等的原则，从减径机出口到粗轧第一架轧机1#入口，反向计算各道次的轧制速度ν_n，单位为m/s：

ν_n-1＝μ_nν_n

其中ν₀为坯料在1#轧机的入口速度，单位为m/s。

(16)计算各道次工作辊径D_k(n)的大小，计算公式为：

无孔型轧制：D_k(n)＝D_n

孔型轧制：D_k(n)＝D_n-s_n

式中，s_n为第n#机架的辊缝，单位为mm；

(17)轧辊转速V_n的大小，单位为rpm，计算公式为：

所述的步骤3)轧制力能参数的步骤包括：

(31)各道次的平均单位压力计算公式，单位为MPa：

式中各参数的计算如下：

311)各道次的外摩擦对影响的系数m_n的修正：

式中，H_n、h_n、分别为第n#机架入口和出口的轧件高度以及第n道次的平均压下量，单位为mm；l_n为第n#机架轧制道次的变形区接触弧长度，单位为mm；各道次的摩擦系数f_n按下式计算：

f_n＝d(1.05-0.0005(T_n-273)-λν_n)

式中，系数d是与轧辊材质有关的系数，钢轧辊取1，铸铁轧辊取0.8，磨光辊取0.55；常数273是用于将开氏温度转化为摄氏温度；系数λ为轧制速度对摩擦系数的影响系数，取值范围为0.0001-0.0015；T_n为轧件进入第n#机架轧制时的温度，ν_n为第n#机架出口速度；

312)各道次变形抗力K_n值的计算，单位为MPa：

K_n＝9.8(14-0.01T_n)(1.4+C％+Mn％+0.3Cr％)

式中，C％、Mn％、Cr％分别为轧件材质的3种合金元素质量分数；

313)各道次粘性系数η_n的计算：

η_n＝0.1(14-0.01(T_n-273))e

式中，e为决定于轧制速度的系数；当ν_n6m/s时，e取1；6ν_n10m/s时，e取0.8；10ν_n15m/s时，e取0.65；15ν_n20m/s时，e取0.6；20ν_n30m/s时，e取0.5；30ν_n50m/s时，e取0.4；

314)各道次平均变形速率采用下式计算，单位为s^-1：

(32)各道次轧制的变形区面积F_b(n)的计算，单位为mm²：

F_b(n)＝il_n(h_n-1+b_n)/2

式中，系数i为与孔型类型相关的修正系数；对于椭圆孔型、箱型以及平辊轧制时，i取0.84；对于圆孔型及其他孔型，i取0.9；h_n-1、b_n分别为第(n-1)#、n#机架出口的轧件高度和宽度，单位为mm；

对于预精轧机组二切分轧制的机列：

321)从预切分机架到最后一架预精轧机，都是水平轧机；

322)K3机架和K2机架的变形区面积F_b(n)按下式计算：

F_b(n)＝il_n(b_n-1+b_n)/2

323)K1机架的变形区面积F_b(n)按下式计算：

F_b(n)＝il_n(2h_n-1+b_n)/2

(33)各道次轧制压力P_n的计算，单位换算为kN：

式中，常数1000是将P_n的单位换算为kN

(34)各道次轧制力矩M_n的计算，单位为kN·m：

M_n＝2ψ_nP_nl_n/1000

式中，系数ψ_n为力臂系数；常数1000是将变形区长度l_n的单位换算为m；不同孔型轧制道次的ψ_n按下式计算：

式中，系数δ为常数项，取0.6～1；系数τ是常数系数，取0.1～0.7；

(35)各道次轧制功率W_n的计算，单位为kW：

2.如权利要求1所述的高速热轧棒材的轧制力能校核计算方法，其特征在于：所述的步骤2)轧件温度计算的步骤包括：

(21)计算各道次轧后轧件的表面面积F_s(n)，单位为m²。计算公式可参考以下公式：

211)无孔型轧制：

F_s(n)＝(2L_n(h_n+b_n)+2S_n)/1000000

212)箱型孔型：

F_s(n)＝(2L_n(0.9h_n+b_n)+2S_n)/1000000

213)椭圆孔型、预切分和切分孔型：

214)圆孔型：

F_s(n)＝(πh_nL_n+2S_n)/1000000

式中，L_n、h_n、b_n分别为第n#机架轧后的轧件长度、高度和宽度，单位为mm；S_n为第n#机架轧后的轧件断面面积，单位为mm²；对于二切分轧制的K1机架，由于同时轧制出2根切分棒材，因此轧件的表面面积按下式计算：

F_s(n)＝(2πh_nL_n+2S_n)/1000000

(22)计算轧件在进入第n#架轧机轧制前的行走时间t_n，单位为s：

t_n＝E_n-1/ν_n-1

其中，E₀为第1#架轧机前高温计至第1#架轧机入口的距离，单位为m；E_n-1为第(n-1)#架轧机至第n#架轧机之间的距离；ν_n-1第(n-1)#机架的轧制速度，单位为m/s；

(23)计算轧辊冷却水对轧件温度的影响ΔT_w(n)，单位为℃；采用经验公式：

式中，系数a为经验值，取20～50；l_n为轧制道次的变形区接触弧长度，单位为mm；常数1000是将l_n的单位换算为m；接触弧长度l_n按下式计算，单位为mm：

式中，为第n#机架的平均压下量，单位为mm；D_k(n)为第n#机架的工作辊径，单位为mm。

(24)计算高温轧件在空气中辐射散热导致的温降ΔT_f(n)，单位为℃：

式中，T_n为第n#机架轧制前轧件的温度，单位为K；系数β为经验值，取72.2～75.5；

(25)计算高温轧件在空气中对流散热导致的温降ΔT_d(n)，单位为℃：

式中，T_a为环境温度，单位为K；ν_n-1为第n#机架轧制的入口速度，亦即第(n-1)#机架的出口速度；ε_r为轧件表面的相对黑度，此处取0.8；

(26)计算轧件在热轧过程中的温升ΔT_b(n)，单位为℃：

式中，为第n#机架轧制的平均单位压力，单位为MPa；系数c为与轧制平均变形速率相关的系数，表明轧件吸收的变形能的相对部分，平均变形速率越大，系数c也越大；当s^-1时，c取0.12；时，c取0.15；时，c取0.2；时，c取0.3；时，c取0.4；H_n为第n#机架入口的轧件高度，单位为mm；

(27)计算轧件在进入第n#机架轧制时，轧件的温度变化ΔT_n：

ΔT_n＝ΔT_w(n-1)+ΔT_f(n)+ΔT_d(n)-ΔT_b(n-1)

但进入第1#机架轧制时，轧件的温度变化ΔT₁须按下式计算：

ΔT₁＝ΔT_f(1)+ΔT_d(1)

(28)计算轧件在进入第n#机架轧制时，轧件的温度T_n：

T_n＝T_n-1-ΔT_n

式中，T₀为第1#架轧机前高温计测得的温度，单位为K。