CN101776908A - 脱脂机组卷取工艺综合优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种二次冷轧机组轧制模式下工艺润滑制度综合优化方法，其是经过大量的现场试验与理论分析，充分考虑到脱脂机组的设备及生产工艺特点，改变以往脱脂机组卷取张力的设定以表格法为主的思路，首次将脱脂工序与下游罩式退火及平整工序紧密的结合起来，以粘结缺陷最小为优化目标函数、将不出现松卷与心型卷缺陷作为约束条件，提出一套新的脱脂机组卷取张力综合优化方法，并以二次曲线的形式给出了卷取张力随半径的变化曲线，操作简单、实用。通过本项技术可以使得钢卷内部应力分布更趋合理，最大限度的降低粘结、松卷以及心型卷缺陷发生的概率，提高下游机组的生产效率、产品质量与成材率。

Description

脱脂机组卷取工艺综合优化方法

技术领域

本发明涉及一种脱脂生产工艺技术，特别涉及一种脱脂机组卷取工艺综合优化方法。

背景技术

脱脂机组作为板带生产的一个重要辅助机组，介于连轧机组与退火生产线之间，其作用是清洗带钢表面上的油污或者其它有机物质，使得带钢在进入退火前保持良好的表面清洁度，为生产出合格的产品奠定基础。在脱脂生产过程中，卷取工艺作为脱脂机组的核心工艺，其设定的优劣直接影响到后道工序的运行稳定性与产品质量，与下游罩式退火工序中钢卷的粘结缺陷以及平整工序的“芯形卷”及松卷等缺陷密切相关。纵观国内外钢带处理线，对于卷取张力的设定，要么采用恒张力控制，要么采用多点控制方法。典型的有三段张力四点控制方法(如附图1所示)。上述卷取张力设定方法主要存在以下问题：(1)恒张力设定方法不能实现卷取过程中内部应力随着卷径的变化而及时调整，使得卷取过程中内部张力越来越大，在后步工序中问题最大，最常见的是粘结、心型卷问题。(2)三段四点控制张力法相对恒张力设定法而言是一个大的进步，该方法考虑到内部应力随着卷径的变化而及时调整卷取张力，但是该方法由于可以控制的点只有四个，所以很死板，使用起来并不方便，同时对于四点的控制采用的是固定的表格，可调范围很小，不能实现卷取张力的精细控制。(3)由于现场产品刚种、规格多样，上述表格方法只能合并规格分段处理，显得过于死板，不能根据实际特定来料情况进行卷取张力优化设定，因此心型卷、松卷、粘结缺陷问题仍然存在。为了解决上述问题，本发明经过大量的现场试验与理论分析，充分考虑到脱脂机组的设备及生产工艺特点，改变以往脱脂机组卷取张力的设定以表格法为主的思路，首次将脱脂工序与下游罩式退火及平整工序紧密的结合起来，以粘结缺陷最小为优化目标函数、将不出现松卷与心型卷缺陷作为约束条件，提出了一套新的脱脂机组卷取张力综合优化方法，并以二次曲线的形式给出了卷取张力随半径的变化曲线，操作简单、实用。通过本项技术可以使得钢卷内部应力分布更趋合理，最大限度的降低粘结、松卷以及心型卷缺陷发生的概率，提高下游机组的生产效率、产品质量与成材率。本发明所述方案简单明了，适合于在线使用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种脱脂机组的卷取工艺综合优化方法，替代古板的表格设定方法，并能够充分考虑下游机组的粘结、心型卷以及松卷等缺陷的治理，提高下游机组的生产效率、产品质量与成材率。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种脱脂机组卷取工艺综合优化方法，包括以下可由计算机执行的步骤：

(1)收集脱脂机组卷取机的设备参数，主要包括：卷取机的类型、卷筒外径R；

(2)收集待卷取带材的工艺参数，主要包括：钢种、带材的宽度B、厚度h，最大卷径r_max、幅度变化系数α、带材的板形值I_max、板形系数a_I1，a_I2，a_I3，a_I4、带材的板凸度值Δ_max、板凸度系数a_Δ1，a_Δ2，a_Δ3，a_Δ4；

(3)收集套筒的参数，主要包括：套筒的内径r₀、套筒的外径r₁、套筒长度L

(4)计算出套筒临界破坏变形应力即心型卷缺陷的触发应力σ₀；

(5)设定卷取张力综合优化目标设定曲线：T(r)＝a₀+a₁r+a₂r²(式中：r为卷取半径，a₀，a₁，a₂为优化系数)；

(6)给定卷取张力搜索步长ΔT＝0.1Mpa，定义中间参数i；

(7)令i＝1；

(8)T_max＝ΔT*i；

(9)给定系数a₂的搜索步长Δa₂＝0.1e-9，定义中间参数j；

(10)令j＝0；

(11)a₂＝Δa₂*j；

(12)计算优化系数 $a_1=\frac{(\mathrm{\α}-1)T_{\max }-{\left(r_{\max }\right)}^2{a}_2}{r_{\max }};$

(13)计算出带材的卷取张力T(r)＝T_max+a₁r+a₂r²；

(14)利用文献1与文献2所述卷取及卸卷过程钢卷内部应力计算方法计算出当前状态下钢卷卸卷后内部各个部位的压应力p(r)、摩擦应力τ(r)(参考文献1：白振华，连家创，吴彬，等.冷轧钢卷卷取过程内部应力三维分布的研究.钢铁.2001年第9期；参考文献2：白振华.钢卷卷取及卸卷过程中内部应力分布的研究.中国机械工程，2004年第15期，增刊)；

(15)判断钢卷内部各个部位不等式

(式中：μ为带钢与带钢间的摩擦系数；ξ₁为考虑到带钢表面特性、卷取工况等因素的保险系数)是否都成立。如果都成立，说明在该卷取张力T(r)条件下，带材层间不会发生滑移，因此不会出现松卷问题。转入步骤(16)。如果不等式不成立，说明松卷条件不满足，令j＝j+1，转入步骤(11)，调整优化系数a₂；

(16)判断不等式

是否成立。如果成立，转入步骤(17)。如果不成立，令i＝i+1，转入步骤(8)，调整优化系数T_max；

(17)判断不等式p(r₁)≤ξ₂σ₀(式中：ξ₂为考虑到套筒材质不均匀、钢卷内部热应力释放等因素影响的保险系数)是否成立，如果都成立，说明在该卷取张力T(r)条件下，钢卷不可能发生心型卷缺陷，转入步骤(18)。如果不等式不成立，说明钢卷有可能出现心型卷缺陷，该卷取张力T(r)的设定不合理，令j＝j+1，转入步骤(11)，调整优化系数a₂；

(18)判断不等式

是否成立。如果成立，令a₀＝T_max，转入步骤(19)。如果不成立，令i＝i+1，转入步骤(8)，调整优化系数T_max；

(19)定义优化目标函数 $F(a_0,a_1,a_2)=\max \left\{p\left(r\right){|}_{r=r_1}^{r=R_0}\right\};$

(20)判断powell条件是否成立，如果成立，则表明优化目标函数 $F(a_0,a_1,a_2)=\max \left\{p\left(r\right){|}_{r=r_1}^{r=R_0}\right\}$ 最小，即钢卷内部最大压应力最小，退火过程中粘结缺陷发生的概率最小，输出最佳优化系数a_0y，a_1y，a_2y，转入步骤(21)。否则，说明当前卷取张力的设定不是最优，令j＝j+1，转入步骤(8)，调整优化系数a₀，a₁，a₂，重复上述步骤，直到不等式成立为止。

(21)输出最优卷取张力设定曲线T_y(r)＝a_0y+a_1yr+a_2yr²。

(22)结束计算。

附图说明

以下结合附图对本发明较佳实施例进行进一步详细具体的说明。

图1是卷取张力采用三段张力四点控制方法的控制图；

图2(a)、图2(b)是脱脂机组卷取工艺综合优化的总体框图；

图3是本发明一个较佳实施例中来料板形分布曲线图；

图4是本发明一个较佳实施例中来料板凸度分布曲线图；

图5是本发明一个较佳实施例中步骤13中卷取张力曲线图；

图6是本发明一个较佳实施例中步骤14中钢卷卸卷后内部各个部位的压应力分布曲线图；

图7是本发明一个较佳实施例中中步骤14中钢卷卸卷后内部各个部位的摩擦应力分布曲线图；

图8是本发明一个较佳实施例中卷取张力优化目标曲线图。

具体实施方式

实施例

附图2是脱脂机组卷取工艺综合优化的总体框图。现以规格为0.17mm×730mm、钢种为MR-T2.5A的带钢为例，借助特定的脱脂卷取机组来描述卷取工艺综合优化实现过程。

首先，在步骤1中，收集脱脂机组卷取机的设备参数，卷取机为普通四棱锥卷取机，卷筒辊径R＝254mm；

随后，在步骤2中，收集待卷取带材的工艺参数，带材的钢种为MR-T2.5A，宽度B＝730mm；厚度h＝0.17mm，最大卷径r_max＝858mm，幅度变化系数α＝0.85；带材的板形值I_max＝5，板形系数a_I1＝1.25，a_I2＝-0.0781，a_I3＝0，a_I4＝0；带材的板凸度值Δ_max＝5，板凸度系数a_Δ1＝1.25，a_Δ2＝-0.0781，a_Δ3＝0，a_Δ4＝0，有关板形与板凸度所对应的曲线如附图3、附图4所示；

随后，在步骤3中，收集套筒的参数，套筒的内径r₀＝254mm；套筒的外径r₁＝259mm；套筒长度L＝1.05m；

随后，在步骤4中，计算出套筒临界破坏变形应力即心型卷缺陷的触发应力σ₀＝920.4Mpa，计算公式如下：

式中：σ₀-套筒临界破坏力；

R-套筒平均半径，取 $R=\frac{r_0+r_1}{2}=513\mathrm{mm},;$

E-材料弹性模数，取E＝2.1×10¹¹Mpa；

n-套筒失稳时沿横向形成的整波数，取n＝1；

m-壳失稳时沿纵向形成的半波数，取m＝1；

μ-材料泊松比，取μ＝0.3；

$\mathrm{\β}=\frac{\mathrm{\πR}}{L}.$

随后，在步骤5中，设定卷取张力综合优化目标设定曲线：T(r)＝a₀+a₁r+a₂r²；

随后，在步骤6中，给定卷取张力搜索步长ΔT＝0.1Mpa，定义中间参数i；

随后，在步骤7中，令i＝1；

随后，在步骤8中，令T_max＝ΔT*i＝0.1Mpa；

随后，在步骤9中，给定系数a₂的搜索步长Δa₂＝0.1e-9，定义中间参数j；

随后，在步骤10中，令j＝0；

随后，在步骤11中，令a₂＝Δa₂*j＝0；

随后，在步骤12中，计算优化系数 $a_1=\frac{(\mathrm{\α}-1)T_{\max }-{\left(r_{\max }\right)}^2{a}_2}{r_{\max }}=-0.0971;$

随后，在步骤13中，分别将中间系数T_max、a₁、a₂代入公式T(r)＝T_max+a₁r+a₂r²，计算出带材的卷取张力T(r)，相关曲线如附图5所示；

随后，在步骤14中，利用文献1与文献2(参考文献1：白振华，连家创，吴彬，等.冷轧钢卷卷取过程内部应力三维分布的研究.钢铁.2001年第9期；参考文献2：白振华.钢卷卷取及卸卷过程中内部应力分布的研究.中国机械工程，2004年第15期，增刊)所述卷取及卸卷过程钢卷内部应力计算方法计算出当前状态下钢卷卸卷后内部各个部位的压应力p(r)、摩擦应力τ(r)分布曲线如附图6、附图7所示；

随后，在步骤15中，判断钢卷内部各个部位不等式

(式中：μ为带钢与带钢间的摩擦系数，取0.05；ξ₁为考虑到带钢表面特性、卷取工况等因素的保险系数，取2.75)；是否都成立。经过判断，此不等式成立，说明在该卷取张力T(r)条件下，带材层间不会发生滑移，因此不会出现松卷问题。转入步骤16；

随后，在步骤16中，判断不等式

是否成立。显然成立，转入步骤17；

随后，在步骤17中，判断不等式p(r₁)≤ξ₂σ₀(式中：ξ₁为考虑到套筒材质不均匀、钢卷内部热应力释放等因素影响的保险系数，取5.0)是否成立，如果都成立，说明在该卷取张力T(r)条件下，钢卷不可能发生心型卷缺陷。对照附图6可以看出，在初始值下此不等式成立，转入步骤18；

随后，在步骤18中，判断不等式

是否成立？初始值a₂＝0，不等式成立，令a₀＝T_max，转入步骤19；

随后，在步骤19中，定义优化目标函数 $F(a_0,a_1,a_2)=\max \left\{p\left(r\right){|}_{r=r_1}^{r=R_0}\right\};$

随后，在步骤20中，判断powell条件是否成立，如果成立，则表明优化目标函数 $F(a_0,a_1,a_2)=\max \left\{p\left(r\right){|}_{r=r_1}^{r=R_0}\right\}$ 最小，即钢卷内部最大压应力最小，退火过程中粘结缺陷发生的概率最小，输出最佳优化系数a_0y，a_1y，a_2y，转入步骤21。否则，说明当前卷取张力的设定不是最优，令j＝j+1，转入步骤8，调整优化系数a₀，a₁，a₂，重复上述步骤，直到不等式成立为止。最后，根据计算，a_0y＝43.4075，a_1y＝-0.2631e-2，a_2y＝1.8009e-8；

随后，在步骤21中，输出最优卷取张力设定曲线T_y(r)＝43.4075-0.2631×10^-2r+1.8009×10^-8r²，相关卷取张力优化目标曲线如附图8所示。

Claims (4)

1.一种脱脂机组卷取工艺综合优化方法，包括以下可由计算机执行的步骤：

(a)收集脱脂机组卷取机的设备参数；

(b)收集待卷取带材的工艺参数；

(c)收集套筒的参数，主要包括：套筒的内径r₀、套筒的外径r₁、套筒长度L；

(d)计算出套筒临界破坏变形应力即心型卷缺陷的触发应力σ₀；

(e)设定卷取张力综合优化目标设定曲线：T(r)＝a₀+a₁r+a₂r²；

(f)给定卷取张力搜索步长ΔT＝0.1Mpa，定义中间参数i；

(g)令i＝1；

(h)T_max＝ΔT*i；

(i)给定系数a₂的搜索步长Δa₂＝0.1e-9，定义中间参数j；

(j)令j＝0；

(k)a₂＝Δa₂*j；

(l)计算优化系数 $a_1=\frac{(\mathrm{\α}-1)T_{\max }-{\left(r_{\max }\right)}^2{a}_2}{r_{\max }};$

(m)计算出带材的卷取张力T(r)＝T_max+a₁r+a₂r²；

(n)计算出当前状态下钢卷卸卷后内部各个部位的压应力p(r)、摩擦应力τ(r)；

(o)判断钢卷内部各个部位不等式τ(r)＜ξ₁μp(r)是否都成立，如果都成立，转入步骤(p)；如果不等式不成立，令j＝j+1，转入步骤(k)，调整优化系数a₂；

(p)判断不等式a₂＜1是否成立，如果成立，转入步骤(q)；如果不成立，令i＝i+1，转入步骤(h)，调整优化系数T_max；

(q)判断不等式p(r₁)≤ξ₂σ₀是否成立，如果都成立，转入步骤(r)；如果不等式不成立，令j＝j+1，转入步骤(k)，调整优化系数a₂；

(r)判断不等式a₂＜1是否成立，如果成立，令a₀＝T_max，转入步骤(s)；如果不成立，令i＝i+1，转入步骤(h)，调整优化系数T_max；

(s)定义优化目标函数 $F(a_0,a_1,a_2)=\max \left\{p\left(r\right){|}_{r=r_1}^{r=R_0}\right\};$

(t)判断powell条件是否成立，如果成立，输出最佳优化系数a_0y，a_1y，a_2y，转入步骤(u)；否则，令j＝j+1，转入步骤(h)，调整优化系数a₀，a₁，a₂，重复上述步骤，直到不等式成立为止。

(u)输出最优卷取张力设定曲线T_y(r)＝a_0y+a_1yr+a_2yr²；

(v)结束计算。

2.根据权利要求1所述的脱脂机组卷取工艺综合优化方法，其特征是：步骤(a)中脱脂机组卷取机的设备参数主要包括：卷取机的类型、卷筒外径R。

3.根据权利要求1所述的脱脂机组卷取工艺综合优化方法，其特征是：步骤(b)中所述收集待卷取带材的工艺参数主要包括：钢种、带材的宽度B、厚度h、最大卷径r_max、幅度变化系数α、带材的板形值I_max、板形系数a_I1，a_I2，a_I3，a_I4、带材的板凸度值Δ_max、板凸度系数a_Δ1，a_Δ2，a_Δ3，a_Δ4。

4.根据权利要求1所述的脱脂机组卷取工艺综合优化方法，其特征是：步骤(c)中所述收集套筒的参数主要包括套筒的内径r₀、套筒的外径r₁、套筒临界破坏变形应力即心型卷缺陷的触发应力σ₀。

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