CN106269896A - 冷轧单机架可逆轧制控制设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冷轧单机架可逆轧制控制设备，其装备在单机架可逆轧机中，包括设置在工作辊前后两侧的乳化液喷射装置，其喷射乳化液到带钢的上下表面的辊缝区域以进行润滑和冷却，其特征在于，该控制设备还包括分别设置于轧机入口处和出口处的前后两组液体喷射装置，分别对生产时可逆轧制方向上的入口处和出口处的带钢的上下表面喷射液体。本发明还提供了一种冷轧单机架可逆轧制控制方法。本发明的控制设备和方法可有效地避免在生产超高强钢和普碳钢时产生的过润滑的问题。

Description

冷轧单机架可逆轧制控制设备及方法

技术领域

本发明涉及冷轧轧制技术领域，尤其涉及冷轧单机架可逆轧制控制设备及控制方法。

背景技术

现代冷轧生产中，基于轧制效率、成材率及制造成本的考虑，一般采用连轧方式进行生产。但在生产部分高强度、超高强度钢的过程中，尤其是薄规格的高强钢冷轧产品的生产会面临轧制负荷过高而引起生产的不稳定及板形控制难等问题。因此，在超高强钢的生产过程中通常会使用单机架可逆轧制设备进行生产，主要考虑此类轧机生产过程可以不受到机架数量和轧制道次的限制。上述的高强钢产品指的是最终产品抗拉强度在600MPa及以上的钢铁材料。

但是，在生产高强钢切换到普碳钢时会产生打滑问题。在高强钢轧制的过程中，由于钢材的加工难度大，通常需要高润滑性，以降低轧制负荷。当生产高强钢切换普通钢种时会发生润滑过高打滑的风险，当这种打滑现象较为严重时会在轧制带钢过程上形成厚度波动、生产失稳、轧辊异常消耗等较为严重的问题。

为了解决前述过润滑问题，通常在生产高强钢时用高浓度乳化液，生产普碳钢时用低浓度乳液，在高强钢切换到普碳钢生产时，机组需要停机，在轧机内补水以降低乳化液的浓度；反之，在普碳钢切换高强钢生产时，也需要停机补充轧制油以提升乳化液浓度。此外，也可在轧机系统内预先设置一个低浓度的乳化液箱体，当钢种切换时使用另一个箱体内的乳化液生产。无论采取上述哪种方式进行生产，都需要短暂停机而产量损失，此外，后者设置两个乳化液箱体造成投资大和使用成本高的问题。

申请号为CN200580040022.X的专利申请文件，提出了一种通过控制轧制过程润滑油膜的方法来人为设定轧制润滑状态的办法，其主要核心的思想是通过在生产性能差异较大的钢种时，通过人为使用不同轧制油或设定轧制速度、乳化液浓度、温度和其流量等多种手段来控制生产的进行，此方法可以有效的控制生产过程的稳定性，避免诸如热划伤、打滑等问题，但不同的轧制油的使用及限定轧制速度等方法必然造成成本高且生产的产量受限制等问题，因此实际使用过程中不具备生产的灵活与可行性。

申请号为CN200580040023.4的专利申请文件，提出了另一种在轧机的生产过程中控制生产状态的方法，其主要是通过在轧机的机架前的乳化液喷射梁上设置两道乳化液供给管路，分别提供两种不同性能的轧制油，在生产不同的钢种过程中根据生产的润滑需求分别混合使用其中一种或两种轧制油的混合物来解决欠润滑及过润滑问题，采用此种方法效率较高，实际的问题是在一个冷轧机中用两种不同的轧制油后，由于其是循环使用的，因此回收后的轧制油性能实时变化，会造成后续生产的不稳定问题，因此也较难具有实用性。

申请号为CN200710042537.4的专利申请文件，提出了另一种在轧机的生产过程中控制打滑的方法，其主要是通过在生产过程中打滑产生的时候调节轧机的机架前后的张力，消除过润滑打滑。采用此种方法的调节较为迅速，但是冷轧机中张力的变化范围较小，张力可调节的范围更小，而且调节张力后会引起轧制力等一系列的轧制参数的变化，造成生产稳定性的风险。

申请号为CN200410015884.4的专利申请文件，提出了另一种在轧机的生产过程中控制生产状态的方法，其主要是基于打滑、划伤和高速轧制速度等因素，通过计算方法来得到合适的轧制规程，此方法可以有效考虑各种因素并通过合理的轧制规程设定来避免轧机的过润滑和热划伤等问题的产生，但缺陷是对于每一个钢种规格在生产前都要进行一次计算，并且按照其计算获得的轧制规程进行生产时一旦发生过润滑无法进行实时的调节。

上述专利要解决冷轧机生产过润滑的问题时，都存在着一些难以使用或者成本过高的问题。需要一种设备和方法，其具有简单的结构并能有效地控制生产中过润滑情况的发生。

发明内容

本发明针对冷轧单机架可逆冷轧机在生产超高强钢和普碳钢时发生的过润滑问题，提出了一种冷轧单机架可逆轧制控制设备，其装备在单机架可逆轧机中，包括设置在工作辊前后两侧的乳化液喷射装置，其喷射乳化液到带钢的上下表面的辊缝区域以进行润滑和冷却，该控制设备还包括分别设置于轧机入口处和出口处的前后两组液体喷射装置，分别对生产时轧制方向上的入口处和出口处的带钢的上下表面喷射液体，以改变该单机架可逆轧机的轧制过程的润滑状态。

优选地，所述液体为轧制油与水的混合物或纯水。进一步地，当所述液体为油与水的混合物时，其浓度小于所述乳化液喷射装置喷射的乳化液的浓度。

进一步地，所述前后两组液体喷射装置均配置有流量调节部件，以调节各液体喷射装置的液体喷射流量。

优选地，各所述液体喷射装置的喷射角度为垂直于带钢表面或与带钢的垂直方向的偏转角度不大于±15°。

本发明还提供了一种冷轧单机架可逆轧制控制方法，其基于上述冷轧单机架可逆轧制控制设备，包括以下步骤：S10.当轧机出口处的带钢轧制速度v小于预定速度v0，关闭各所述液体喷射装置；S20.当轧机出口处的带钢轧制速度v大于或等于所述预定速度v0，根据当前的轧制参数计算润滑系数a；S30.当所述润滑系数a小于预定值a0时，判定当前的轧制过程有过润滑风险，打开各所述液体喷射装置；S40.当所述润滑系数a大于所述预定值a0时，关闭各所述液体喷射装置。

进一步地，所述步骤S30还包括：控制所述流量调节部件，使得各所述液体喷射装置以初始喷射流量进行喷射；在所述步骤S30与S40之间还包括步骤S35：各所述液体喷射装置打开第一预定时间后，若所述润滑系数a仍小于预定值a0，则控制所述流量调节部件，使得各所述液体喷射装置的喷射流量增大。在所述步骤S40之后还包括步骤S50：若各所述液体喷射装置的喷射流量为最大流量，但所述润滑系数a仍小于预定值a0，则减小轧机的轧制速度，保持第二预定时间后，返回步骤S40。

优选地，所述根据当前的轧制参数计算润滑系数a包括：S20-1.根据如下公式计算带钢与工作辊之间的摩擦系数μ：其中，ψ根据如下公式计算：其中的κ和R'分别根据如下公式计算： $\mathrm{\κ}=(1-\frac{t_b}{k_p})(1.05+0.1\·\frac{1-t_f/k_p}{1-t_b/k_p}-0.15\·\frac{1-t_b/k_p}{1-t_f/k_p}),R^{\′}=R[1+\frac{16(1-{\mathrm{\γ}}_r^2)P}{\mathrm{\π}{E}_{r}B(H-h)}],$ 其中，P为当前道次的轧制力、B为带钢宽度、H为轧机入口处的带钢厚度、h为轧机出口处的带钢厚度、为当前道次的带钢的变形量、γ_r为轧辊泊松比、Er为杨氏模量、R为工作辊的半径、kp为机架平均变形抗力、tb为机架后张力、tf为机架前张力；S20-2.按照如下公式根据摩擦系数μ计算润滑系数a：

优选地，所述预定速度v0为200～400m/min，所述预定值a0为0～0.025，所述初始喷射流量为不少于0.3m³/(min·m)。

本发明的冷轧单机架可逆轧制控制设备和方法，可应用的冷轧机的机架的轧辊数可以是4辊、6辊、12辊、18辊或20辊，可有效地避免在生产超高强钢和普碳钢时产生的过润滑的问题。

附图说明

图1为本发明的冷轧单机架可逆轧制控制设备的结构示意图。

附图标记说明：

1-单机架可逆轧机；2-液体；3-液体喷射装置；4-上工作辊；5-下工作辊；6-带钢；7-乳化液喷射装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的冷轧单机架可逆轧制控制设备和方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。

参照图1，本发明的冷轧单机架可逆轧制控制设备，装备在单机架可逆轧机1中，包括设置在上下工作辊4、5前后两侧的乳化液喷射装置7，其喷射乳化液到带钢6的上下表面的辊缝区域以进行润滑和冷却，该控制设备还包括分别设置于轧机入口处和出口处的前后两组液体喷射装置3，分别对生产时轧制方向上的入口处和出口处的带钢6的上下表面喷射液体2。优选地，液体2可以为轧制油和水的混合物或纯水，当该液体2为轧制油和水的混合物时，其浓度小于乳化液喷射装置7喷射的乳化液的浓度。优选地，各液体喷射装置3的喷射角度为垂直于带钢表面、或与带钢的垂直方向的偏转角度不大于±15°。

进一步地，前后两组液体喷射装置均配置有流量调节部件，以调节各液体喷射装置的液体喷射流量。

本发明的冷轧单机架可逆轧制的控制方法，包括：

步骤S10，当轧机1出口处的带钢6的轧制速度v小于预定速度v0，v0优选为200～400m/min，关闭各液体喷射装置3。

步骤S20，当轧机1出口处的带钢6的轧制速度v大于或等于预定速度v0，则根据当前的轧制参数计算润滑系数a。

步骤S30，当润滑系数a小于预定值a0时，a0优选为0～0.025，判定当前的轧制过程有过润滑风险，打开各液体喷射装置3；控制各液体喷射装置3的流量调节部件，使得各液体喷射装置3以初始喷射流量进行喷射，该初始喷射流量不少于0.3m³/(min·m)。

步骤S35，各液体喷射装置3打开第一预定时间后，若润滑系数a仍小于预定值a0，则控制流量调节部件，使得各液体喷射装置3的喷射流量增大。

步骤S40，当润滑系数a大于预定值a0时，关闭各液体喷射装置3。

步骤S50，若各液体喷射装置3的喷射流量为最大流量，但润滑系数a仍小于预定值a0，则减小轧机1的轧制速度，保持第二预定时间后，返回步骤S40。

优选地，根据当前的轧制参数计算润滑系数a包括如下步骤S20-1和S20-2：

步骤S20-1，根据如下公式计算带钢6与工作辊4、5之间的摩擦系数μ：

$\mathrm{\μ}=\frac{(\mathrm{\ψ}+1.02\mathrm{\ϵ}-1.08)}{1.79\mathrm{\ϵ}}\·\sqrt{\frac{H}{R^{\′}}}$ (公式1)

其中，ψ根据如下公式计算：

$\mathrm{\ψ}=\frac{P}{k_p\mathrm{B\κ}\sqrt{R^{\′}(H-h)}}$ (公式2)

其中的κ和R'分别根据如下公式计算：

$\mathrm{\κ}=(1-\frac{t_b}{k_p})(1.05+0.1\·\frac{1-t_f/k_p}{1-t_b/k_p}-0.15\·\frac{1-t_b/k_p}{1-t_f/k_p})$ (公式3)

$R^{\′}=R[1+\frac{16(1-{\mathrm{\γ}}_r^2)P}{\mathrm{\π}{E}_{r}B(H-h)}]$ (公式4)

以上公式1-4中，P为当前道次的轧制力、B为带钢宽度、H为轧机入口处的带钢厚度、h为轧机出口处的带钢厚度、为带钢的变形量、γ_r为轧辊泊松比、Er为杨氏模量、R为工作辊的半径、kp为机架平均变形抗力、tb为机架后张、tf为机架前张。

步骤S20-2，按照如下公式根据摩擦系数μ计算润滑系数a：

$a=\frac{\mathrm{H\ϵ}}{16{\mathrm{\μ}}^2\mathrm{hR}}{(2\mathrm{\μ}\sqrt{R}-\sqrt{\mathrm{H\ϵ}})}^2$ (公式5)

本发明的控制方法，根据公式5计算出来的润滑系数a来判断是否存在过润滑的风险，从而对轧制过程进行控制，以避免过润滑现象。

以18辊单机架生产DP980高强钢为例，轧机的辊缝处乳化液的浓度为3％，入口钢带的宽度为1030mm，入口带钢厚度为0.61mm，出口的产品厚度为0.504mm。预定值a0取值为0.010。

在生产过程中，采集的实际的轧制参数如下表：

P

B

H

h

Er

γr

R

ε

kP

tb

tf

KN

mm

mm

mm

MPa

NA

mm

％

MPa

MPa

MPa

5700

1030

0.61

0.504

210000

0.29

70

17.37

1340

180

185

根据公式1-4计算摩擦系数μ，得到μ为0.058。

再根据公式5计算润滑系数a，得到a为0.023。

由于润滑系数a大于预定值a0，则本道次轧制没有过润滑，不需使用本发明中的液体喷射装置3。机组生产高强钢结束后切换生产普碳钢产品。

由生产DP980高强钢切换到普碳钢为DQ440钢，轧机的辊缝处乳化液的浓度依旧为3％，入口钢带的宽度为1046mm，某生产道次的入口带钢厚度0.749mm，出口的厚度0.561mm，预定值a0取值为0.015。轧制速度在800m/min时，根据本发明，在机架轧制带钢运行方向前入口处装设液体喷射装置喷射浓度2％乳化液，其最大喷射流量为1m³/min，垂直喷射到带钢的表面上。

此时，采集的实际轧制参数如下：

P

B

H

h

Er

γr

R

ε

kP

tb

tf

KN

mm

mm

mm

MPa

NA

mm

％

MPa

MPa

MPa

2400

1046

0.749

0.561

210000

0.29

70

25.10

670

122

129

根据公式1-4计算得到摩擦系数μ为0.041，再根据公式5算得润滑系数a为0.012，其小于预定值a0，有过润滑的风险，于是打开液体喷射装置3，喷射浓度为2％的乳化液，乳化液喷射流量控制在1m³/min，使a逐步增大直至大于a0后，关闭液体喷射装置3。由此可避免轧制过程产生过润滑的问题，保证正常生产。

以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种冷轧单机架可逆轧制控制设备，其装备在单机架可逆轧机中，包括设置在工作辊前后两侧的乳化液喷射装置，其喷射乳化液到带钢的上下表面的辊缝区域以进行润滑和冷却，其特征在于，该控制设备还包括分别设置于轧机入口处和出口处的前后两组液体喷射装置，分别对生产时轧制方向上的入口处和出口处的带钢的上下表面喷射液体，以改变该单机架可逆轧机的轧制过程的润滑状态。

2.根据权利要求1所述的冷轧单机架可逆轧制控制设备，其特征在于，所述液体为轧制油与水的混合物或纯水。

3.根据权利要求2所述的冷轧单机架可逆轧制控制设备，其特征在于，当所述液体为油与水的混合物时，其浓度小于所述乳化液喷射装置喷射的乳化液的浓度。

4.根据权利要求1所述的冷轧单机架可逆轧制控制设备，其特征在于，所述前后两组液体喷射装置均配置有流量调节部件，以调节各液体喷射装置的液体喷射流量。

5.根据权利要求1所述的冷轧单机架可逆轧制控制设备，其特征在于，各所述液体喷射装置的喷射角度为垂直于带钢表面或与带钢的垂直方向的偏转角度不大于±15°。

6.一种冷轧单机架可逆轧制控制方法，其基于权利要求4所述的冷轧单机架可逆轧制控制设备，其特征在于，包括以下步骤：

S10.当轧机出口处的带钢轧制速度v小于预定速度v0，关闭各所述液体喷射装置；

S20.当轧机出口处的带钢轧制速度v大于或等于所述预定速度v0，根据当前的轧制参数计算润滑系数a；

S30.当所述润滑系数a小于预定值a0时，判定当前的轧制过程有过润滑风险，打开各所述液体喷射装置；

S40.当所述润滑系数a大于所述预定值a0时，关闭各所述液体喷射装置。

7.根据权利要求6所述的冷轧单机架可逆轧制控制方法，其特征在于，

所述步骤S30还包括：控制所述流量调节部件，使得各所述液体喷射装置以初始喷射流量进行喷射；

在所述步骤S30与S40之间还包括步骤S35：各所述液体喷射装置打开第一预定时间后，若所述润滑系数a仍小于预定值a0，则控制所述流量调节部件，使得各所述液体喷射装置的喷射流量增大。

8.根据权利要求7所述的冷轧单机架可逆轧制控制方法，其特征在于，在所述步骤S40之后还包括步骤S50：

若各所述液体喷射装置的喷射流量为最大流量，但所述润滑系数a仍小于预定值a0，则减小轧机的轧制速度，保持第二预定时间后，返回步骤S40。

9.根据权利要求6所述的冷轧单机架可逆轧制控制方法，其特征在于，所述根据当前的轧制参数计算润滑系数a包括：

S20-1.根据如下公式计算带钢与工作辊之间的摩擦系数μ：

其中，ψ根据如下公式计算：

其中的κ和R'分别根据如下公式计算：

$\mathrm{\κ}=(1-\frac{t_b}{k_p})(1.05+0.1\·\frac{1-t_f/k_p}{1-t_b/k_p}-0.15\·\frac{1-t_b/k_p}{1-t_f/k_p}),$

$R^{\′}=R[1+\frac{16(1-{\mathrm{\γ}}_r^2)P}{\mathrm{\π}{E}_{r}B(H-h)}],$

其中，P为当前道次的轧制力、B为带钢宽度、H为轧机入口处的带钢厚度、h为轧机出口处的带钢厚度、为当前道次的带钢的变形量、γ_r为轧辊泊松比、Er为杨氏模量、R为工作辊的半径、kp为机架平均变形抗力、tb为机架后张力、tf为机架前张力；

S20-2.按照如下公式根据摩擦系数μ计算润滑系数a：

$a=\frac{\mathrm{H\ϵ}}{16{\mathrm{\μ}}^2\mathrm{hR}}{(2\mathrm{\μ}\sqrt{R}-\sqrt{\mathrm{H\ϵ}})}^2.$

10.根据权利要求7所述的冷轧单机架可逆轧制控制方法，其特征在于，所述预定速度v0为200～400m/min，所述预定值a0为0～0.025，所述初始喷射流量为不少于0.3m³/(min·m)。