CN106363023A - 一种冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法 - Google Patents

Abstract

一种冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，涉及专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及冷连轧机组轧制过程冷连轧机组的带钢上下表面乳化液喷射流量的控制方法，包括以下步骤：计算乳化液重力损失系数；搜集现场设备工艺参数；计算乳化液流量设定综合指标；搜寻带钢上下表面乳化液设定最佳值；通过对带钢上下表面的乳化液喷涂量进行差异化流量设定，调整带钢上下表面乳化液喷射流量，实现带钢上下表面的乳化液喷射流量差异化，补偿重力影响造成的带钢下表面的乳化液损失，减小带钢上下表面的乳化液附着量差异，进而减小带钢上下表面的粗糙度差异，保证带钢表面质量，提高品牌竞争力，给企业带来效益。

Description

一种冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法

技术领域

本发明涉及专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及冷连轧机组轧制过程冷连轧机组的带钢上下表面乳化液喷射流量的控制方法。

背景技术

在带钢的冷连轧生产过程中，乳化液具有润滑、冷却的作用。一般而言，带钢的上下表面的乳化液附着量应该是一致的，因此大多数轧机在进行设计时会在带钢的上下表面对应的位置布置数量相等的同种喷嘴，根据宽度等级设定乳化液流量，对五个机架总流量的优化设定。中国发明专利申请“五机架冷连轧机组极薄带轧制中乳化液浓度的设定方法”(发明专利申请号：201310446068.8公开号：CN103544340A)公开了一种五机架冷连轧机组极薄带轧制中乳化液浓度的设定方法，包括以下由计算机执行的步骤：1、收集机组主要设备、待轧制带材特征、主要乳制工艺和工艺润滑制度参数；2、定义相关过程参数；3、计算弯辊力和窜辊量；4、为相关搜索过程参数赋值；5、计算浓度过程参数；6、计算最大轧制速度的搜索过程速度；7、计算当前条件下各机架的摩擦系数；8、计算当前条件下各机架的轧制力、乳制功率、打滑因子、热滑伤指数和振动系数；9、计算各机架工作辊的热凸度；10、计算出口板形和压靠宽度；11、得到并输出最佳配比浓度。该发明专利申请的技术方案通过改变乳化液浓度提高轧制速度，保证乳制效率；避免打滑、热滑伤以及振动的发生；保证末机架出口板形和工作辊辊端压靠宽度最小。

中国发明专利“冷连轧机乳化液分段冷却控制方法”(发明专利号：ZL200810200730.0授权公告号：CN101683660B)公开了一种冷连轧机乳化液分段冷却控制方法,包括以下步骤:a.收集轧机的设备参数和待轧带钢的关键参数；b.收集工艺润滑制度参数；c.给定乳化液分段冷却流量分布初始值以及迭代精度；d.计算出相应的工作辊热凸度；e.计算出打滑因子横向分布值；f.打滑因子最大值与临界值的比较；g.计算出滑伤指数横向分布值；h.滑伤指数最大值与临界值的比较；i.计算相应的板形分布值；j.计算板形目标函数的函数值；k.判断Powell条件是否成立，得出最优分段冷却流量控制曲线。该专利主要是针对某一个机架的轧辊各个冷却段乳化液流量的分配优化，结合设备分段情况和实际流量控制精度进行乳化液流量分段设定，以减少由于润滑问题造成的打滑与热划伤等问题。该发明专利的冷连轧机分段冷却控制方法，是建立本机架总流量给定的前提下，通过分配好各个喷嘴的流量，其侧重点在于对各个喷嘴的流量进行设定，改变各个轧制段内的热辊型和变形区内的油膜分布，来获得良好的板形和表面质量。

但是，在实际生产现场上，如图1所示，轧制过程中各个机架的乳化液主要通过喷淋架上的喷嘴20喷洒到轧辊40上，每个喷嘴20控制轧辊40某一区段内的润滑和冷却，各个喷嘴20的流量之和即为该机架的乳化液流量设定值。乳化液在带钢10上下表面形成附着在带钢表面的乳化液30。由于重力作用，带钢下表面流失的乳化液31，导致下表面的乳化液附着量减少，也就是说，相对于上表面而言，下表面的乳化液损失率会增加。因此，由于重力因素的作用，仅仅依靠布置相同数量的同种喷嘴的设计方法，只能保证机组对带钢上下表面的乳化液“喷涂量”相同，并不能保证带钢上下表面的乳化液“附着量”相同。现有乳化液喷射流量控制系统的这种缺陷，给机组的日常生产工艺完善带来了一些问题，一个突出的表现是，相同的流量设定下，由于下表面乳化液损失过多，使下表面的乳化液“附着量”减少，会在带钢下表面出现“热滑伤”事故，而带钢的上表面却会聚集过多的乳化液，使问题走向了另外一个极端——“打滑”，这给机组的的乳化液流量设定带来了难题，使机组的工艺改善进入了两难的境地。

发明内容

本发明的目的是提供一种冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，通过对带钢上下表面的乳化液进行差异化流量设定，补偿带钢下表面的乳化液损失，解决带钢上下表面的乳化液附着量不同，导致带钢产品上下表面粗糙度差异，影响带钢表面质量的技术问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，用于冷连轧机组的带钢上下表面乳化液喷射流量的计算机控制系统，其特征在于包括以下步骤：

S100：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数β；

S200：搜集现场设备工艺参数，所述的设备工艺参数包括带钢宽度B，轧制速度V，轧机压下量设定Δh，轧机上工作辊半径R′，带钢出口张力设定T₀，带钢入口张力设定T₁，轧制力P，乳化液浓度C；

S300：收集冷连轧机组乳化液流量可调范围[L_d，L_s]，定义上表面乳化液最佳设定值搜索参数k并初始化k＝1，最佳流量设定搜索步长Δl，定义乳化液设定综合指标极值变量π_min并初始化π_min＝2，定义流量锁定变量D并初始化D＝1；

S400：计算冷连轧机组乳化液流量锁定值L′_k和乳化液流量设定综合指标π_k；

S500：若π_k<π_min，则令π_min＝π_k，D＝k，转入步骤S600；否则，转入步骤S600；

S600：若L′_k<L_s，则令k＝k+1，转入步骤S400；否则，转入步骤S700；

S700：计算带钢上表面乳化液设定最佳值

L_js＝L_d+(D-1)Δl (12)；

S800：计算带钢下表面乳化液设定最佳值

L_jd＝L_js/β (13)；

S900：根据计算所得的带钢上表面乳化液设定最佳值和带钢下表面乳化液设定最佳值，调整带钢上下表面乳化液喷射流量的设定值，实现带钢上下表面的乳化液喷射流量差异化。

本发明的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法的一种优选的技术方案，其特征在于所述的步骤S100包括以下步骤：

S110：建立容量为N的覆盖机组产品大纲内所有产品且比率均匀的产品样本，定义样本产品卷号参数i并初始化i＝1，同时，收集全部样本产品的上表面油膜当量厚度ε_ysi、下表面油膜当量厚度ε_ydi，产品的宽度B_i，以及生产对应产品时轧制速度V_i、乳化液流量设定L_i，乳化液浓度设定C_i；

S120：计算产品上表面的乳化液留存率

S122：计算产品下表面的乳化液留存率

S130：判断搜索是否到达样本边界，若i<N，则令i＝i+1，转入步骤S120；否则，转入步骤S140；

S140：定义损失系数搜索参数j并初始化j＝1，搜索步长Δs，定义损失系数锁定变量S并初始化令S＝1，定义相对系数锁定极值Y_min，并初始化令Y_min＝N；

S150：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数锁定值

β′＝1-(j-1)Δs (3)；

S160：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数锁定方差

S170：若Y_s<Y_min，则令Y_min＝Y_s，S＝j，转入步骤S180；否则，转入步骤S180；

S180：若β′>Δs，则令j＝j+1，转入步骤S150；否则，转入步骤S190；

S190：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数

β＝1-(S-1)Δs (5)。

本发明的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法的一种优选的技术方案，其特征在于所述的步骤S400包括以下步骤：

S410：计算冷连轧机组乳化液流量锁定值

L′_k＝L_d+(k-1)Δl (6)；

S420：计算流量设定下带钢上表面当量油膜厚度

其中，δ为乳化液常态留存率，由机组的轧制速度和设备条件确定，一般0.1<δ<0.8；

S430：计算流量设定下的带钢上表面热滑伤因子

其中，ε^*为热滑伤油膜当量厚度，由现场的轧制温度、乳化液品质与轧制速度确定，0<ε^*<0.9μm；

S440：计算带钢上表面理论摩擦系数

式中，a为液体摩擦影响系数，0<a<0.1，b为干摩擦影响系数，0<b<0.1，B_ξ为摩擦系数衰减指数，-5<B_ξ<0；

S450：计算带钢上表面打滑因子

S460：计算乳化液流量设定综合指标

式中，γ为加权系数，0<γ<1。

本发明的有益效果是：

1.本发明的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，通过对带钢上下表面的乳化液喷涂量进行差异化流量设定，补偿重力影响造成的带钢下表面的乳化液损失，减小带钢上下表面的乳化液附着量差异，进而减小带钢上下表面的粗糙度差异，保证带钢表面质量，提高品牌竞争力，给企业带来效益。

附图说明

图1是下表面乳化液在重力作用下损失率增加的示意图；

图2是本发明冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法的主流程图；

图3是冷连轧机组的乳化液重力损失系数计算流程图。

图中的附图标记：10-带钢，20-喷嘴，30-附着在带钢表面的乳化液，31-带钢下表面流失的乳化液，40-轧辊。

具体实施方式

为了进一步说明本发明所述相关技术的应用过程，以便更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

图2是本发明的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法的一个实施例，用于冷连轧机组的带钢上下表面乳化液喷射流量的计算机控制系统，本实施例以某冷轧带钢产线的冷连轧机组为例，详细介绍发明的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法的详细设定过程。

在图2所示的控制流程图中，本发明的乳化液差异化流量设定方法包括以下步骤：

在步骤S100中，计算机控制系统首先计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数β。重力损失系数β的具体计算过程如图3所示，包括以下具体步骤：

S110：建立容量为N的覆盖机组产品大纲内所有产品且比率均匀的产品样本，定义样本产品卷号参数i并初始化i＝1，同时，收集全部样本产品的上表面油膜当量厚度ε_ysi、下表面油膜当量厚度ε_ydi，产品的宽度B_i，以及生产对应产品时轧制速度V_i、乳化液流量设定L_i，乳化液浓度设定C_i；本实施例建立容量为N＝1000的产品样本，可以覆盖机组产品大纲内所有产品且比率均匀。

S120：计算产品上表面的乳化液留存率

在本实施中得到产品上表面的乳化液留存率δ_s1＝0.66。

S122：根据公式(2)计算产品下表面的乳化液留存率

在本实施中得到产品下表面的乳化液留存率δ_di＝0.627。

S130：判断搜索是否到达样本边界，若i<N，则令i＝i+1，转入步骤S120；否则，转入步骤S140；

S140：定义损失系数搜索参数j并初始化j＝1，搜索步长Δs，定义损失系数锁定变量S并初始化令S＝1，定义相对系数锁定极值Y_min，在本实施中，搜索步长Δs＝0.05，初始化Y_min＝1000。

S150：根据公式(3)计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数锁定值

β′＝1-(j-1)Δs (3)；

在本实施中得到初始的乳化液重力损失系数锁定值β′＝1。

S160：根据公式(4)计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数锁定方差

在本实施中得到乳化液重力损失系数锁定方差Y_s＝7.3425。

S170：若Y_s<Y_min，则令Y_min＝Y_s，S＝j，转入步骤S180；否则，转入步骤S180；在本实施的初始循环中，Y_s＝7.3425，Y_min＝1000，满足Y_s<Y_min，故令Y_min＝7.3425，S＝1，转入步骤S180。

S180：若β′>Δs，则令j＝j+1，转入步骤S150；否则，转入步骤S190；本实施例以步长Δs＝0.05在(0，1)区间内搜索，找出使锁定方差最小的损失系数；

S190：根据公式(5)计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数

β＝1-(S-1)Δs (5)

在本实施中得到冷连轧机组的乳化液重力损失系数β＝0.95。

在步骤S200中，计算机控制系统搜集现场设备工艺参数，在本实施中，所述的设备工艺参数包括：带钢宽度B＝1400mm，轧制速度V＝900m/min，轧机压下量设定Δh＝0.6mm，轧机上工作辊半径R′＝220mm，带钢出口张力设定T₀＝1.96×10⁵N，带钢出口张力设定T₁＝1.68×10⁵N，轧制力P＝700t，乳化液浓度C＝3.8％；

在步骤S300中，计算机控制系统收集冷连轧机组乳化液流量可调范围[L_d，L_s]，定义上表面乳化液最佳设定值搜索参数k并初始化k＝1，最佳流量设定搜索步长Δl，定义乳化液设定综合指标极值变量π_min并初始化π_min＝2，定义流量锁定变量D并初始化D＝1；在本实施中，冷连轧机组乳化液流量可调范围[750，1200]，最佳流量设定搜索步长Δl＝10。

在步骤S400中，计算机控制系统计算冷连轧机组乳化液流量锁定值L′_k和乳化液流量设定综合指标π_k；

S410：根据公式(6)计算冷连轧机组乳化液流量锁定值

L′_k＝L_d+(k-1)Δl (6)，

在本实施中得到冷连轧机组乳化液流量锁定值L′_k＝750L/min。

S420：根据公式(7)计算流量设定下带钢上表面当量油膜厚度

其中，δ为乳化液常态留存率，由机组的轧制速度和设备条件确定，一般0.1<δ<0.8；在本实施中得到流量设定下带钢上表面当量油膜厚度ε_dk＝2.7μm。

S430：根据公式(8)计算流量设定下的带钢上表面热滑伤因子

其中，ε^*为热滑伤油膜当量厚度，由现场的轧制温度、乳化液品质与轧制速度确定，0<ε^*<0.9μm；在本实施中得到流量设定下的带钢上表面热滑伤因子。

S440：根据公式(9)计算带钢上表面理论摩擦系数

式中，a为液体摩擦影响系数，0<a<0.1，b为干摩擦影响系数，0<b<0.1，B_ξ为摩擦系数衰减指数，-5<B_ξ<0；在本实施中得到带钢上表面理论摩擦系数

S450：根据公式(10)计算带钢上表面打滑因子

在本实施中得到带钢上表面打滑因子ψ_k＝0.75509。

S460：根据公式(11)计算乳化液流量设定综合指标

式中，γ为加权系数，0<γ<1；在本实施中得到乳化液流量设定综合指标π_k＝0.544。

在步骤S500和S600中，计算机控制系统通过对乳化液流量锁定值L′_k和乳化液流量设定综合指标π_k的比较判断，循环搜索冷连轧机组乳化液流量可调范围[L_d，L_s]，搜寻使乳化液流量设定综合指标π_k最小的最佳流量设定值：

S500：若π_k<π_min，则令π_min＝π_k，D＝k，转入步骤S600；否则，转入步骤S600；在本实施的初始循环中，π_k＝0.544，π_min＝2，满足π_k<π_min，故令π_min＝0.544，D＝1，转入步骤S600。

S600：若L′_k<L_s，则令k＝k+1，转入步骤S400；否则，转入步骤S700；在本实施的初始循环中，L′_k＝750L/min，L_s＝1200L/min，满足L′_k<L_s，故令k＝k+1，转入步骤S400；通过反复循环，搜索冷连轧机组乳化液流量可调范围[750，1200]，找到使乳化液流量设定综合指标π_k最小的最佳流量设定值，转入步骤S700。

在步骤S700中，计算机控制系统根据公式(12)计算带钢上表面乳化液设定最佳值

L_js＝L_d+(D-1)Δl (12)；

在本实施中得到带钢上表面乳化液设定最佳值L_js＝960L/min。

在步骤S800中，计算机控制系统根据公式(13)计算带钢下表面乳化液设定最佳值

L_jd＝L_js/β (13)；

在本实施中得到带钢下表面乳化液设定最佳值L_jd＝1010L/min。

在步骤S900中，计算机控制系统根据计算所得的带钢上表面乳化液设定最佳值和带钢下表面乳化液设定最佳值，调整带钢上下表面乳化液喷射流量的设定值，实现带钢上下表面的乳化液喷射流量差异化。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (3)

1.一种冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，用于冷连轧机组的带钢上下表面乳化液喷射流量的计算机控制系统，其特征在于包括以下步骤：

S100：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数β；

S200：搜集现场设备工艺参数，所述的设备工艺参数包括带钢宽度B，轧制速度V，轧机压下量设定Δh，轧机上工作辊半径R′，带钢出口张力设定T₀，带钢入口张力设定T₁，轧制力P，乳化液浓度C；

S300：收集冷连轧机组乳化液流量可调范围[L_d，L_s]，定义上表面乳化液最佳设定值搜索参数k并初始化k＝1，最佳流量设定搜索步长Δl，定义乳化液设定综合指标极值变量π_min并初始化π_min＝2，定义流量锁定变量D并初始化D＝1；

S400：计算冷连轧机组乳化液流量锁定值L′_k和乳化液流量设定综合指标π_k；

S500：若π_k<π_min，则令π_min＝π_k，D＝k，转入步骤S600；否则，转入步骤S600；

S600：若L′_k<L_s，则令k＝k+1，转入步骤S400；否则，转入步骤S700；

S700：计算带钢上表面乳化液设定最佳值

L_js＝L_d+(D-1)Δl (12)；

S800：计算带钢下表面乳化液设定最佳值

L_jd＝L_js/β (13)；

S900：根据计算所得的带钢上表面乳化液设定最佳值和带钢下表面乳化液设定最佳值，调整带钢上下表面乳化液喷射流量的设定值，实现带钢上下表面的乳化液喷射流量差异化。

2.根据权利要求1所述的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，其特征在于所述的步骤S100包括以下步骤：

S110：建立容量为N的覆盖机组产品大纲内所有产品且比率均匀的产品样本，定义样本产品卷号参数i并初始化i＝1，同时，收集全部样本产品的上表面油膜当量厚度ε_ysi、下表面油膜当量厚度ε_ydi，产品的宽度B_i，以及生产对应产品时轧制速度V_i、乳化液流量设定L_i，乳化液浓度设定C_i；

S120：计算产品上表面的乳化液留存率

${\mathrm{\&delta;}}_{si}=\frac{B_i{\mathrm{\&epsiv;}}_{ysi}{V}_i}{L_i{C}_i}---\left(1\right);$

S122：计算产品下表面的乳化液留存率

${\mathrm{\&delta;}}_{di}=\frac{B_i{\mathrm{\&epsiv;}}_{ydi}{V}_i}{L_i{C}_i}---\left(2\right);$

S130：判断搜索是否到达样本边界，若i<N，则令i＝i+1，转入步骤S120；否则，转入步骤S140；

S140：定义损失系数搜索参数j并初始化j＝1，搜索步长Δs，定义损失系数锁定变量S并初始化令S＝1，定义相对系数锁定极值Y_min，并初始化令Y_min＝N；

S150：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数锁定值

β′＝1-(j-1)Δs (3)；

S160：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数锁定方差

$Y_s=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{N}{\&Sigma;}}{({\mathrm{\&beta;}}^{\&prime;}{\mathrm{\&delta;}}_{si}-{\mathrm{\&delta;}}_{di})}^2}---\left(4\right);$

S170：若Y_s<Y_min，则令Y_min＝Y_s，S＝j，转入步骤S180；否则，转入步骤S180；

S180：若β′>Δs，则令j＝j+1，转入步骤S150；否则，转入步骤S190；

S190：计算冷连轧机组的乳化液重力损失系数

β＝1-(S-1)Δs (5)。

3.根据权利要求1所述的冷连轧机组乳化液差异化流量设定方法，其特征在于所述的步骤S400包括以下步骤：

S410：计算冷连轧机组乳化液流量锁定值

L′_k＝L_d+(k-1)Δl (6)；

S420：计算流量设定下带钢上表面当量油膜厚度

${\mathrm{\&epsiv;}}_{dk}=\frac{L_k^{\&prime;}C\mathrm{\&delta;}}{BV}---\left(7\right),$

其中，δ为乳化液常态留存率，由机组的轧制速度和设备条件确定，一般0.1<δ<0.8；

S430：计算流量设定下的带钢上表面热滑伤因子

其中，ε^*为热滑伤油膜当量厚度，由现场的轧制温度、乳化液品质与轧制速度确定，0<ε^*<0.9μm；

S440：计算带钢上表面理论摩擦系数

${\mathrm{\&mu;}}_k=a+b\&CenterDot;e^{B_{\mathrm{\&xi;}}\&CenterDot;{\mathrm{\&epsiv;}}_{dk}}---\left(9\right),$

式中，a为液体摩擦影响系数，0<a<0.1，b为干摩擦影响系数，0<b<0.1，B_ξ为摩擦系数衰减指数，-5<B_ξ<0；

S450：计算带钢上表面打滑因子

${\mathrm{\&psi;}}_k=\frac{1}{4{\mathrm{\&mu;}}_k}(\sqrt{\frac{\mathrm{\&Delta;}h}{R^{\&prime;}}}+\frac{T_0-T_1}{P})---\left(10\right);$

S460：计算乳化液流量设定综合指标

式中，γ为加权系数，0<γ<1。