CN107127220A - 一种单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置和方法，装置包括：第一乳化液喷射机构，所述乳化液喷射机构具备第一喷射口和第二喷射口，所述第一喷射口和第二喷射口设置在轧机入口处，且所述第一喷射口设置在带钢上方，用于朝带钢上表面喷射乳化液，所述第二喷射口设置在带钢下方，用于朝向带钢的下表面喷射乳化液。采用本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置和方法，可以较为有效地控制单机架轧制钢板的表面残油，对现场生产和操作没有特殊的需求，具有较高的使用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种冷轧轧制技术领域，尤其涉及一种单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置和方法。
背景技术
目前，现代冷轧机的生产中，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。但连轧生产过程面临投资巨大，轧制道次固定，生产灵活性差等问题。因此在生产部分高强度、薄规格的冷轧钢种产品时，也通常会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。
通常，在冷轧技术生产中，会采用复杂的乳化液系统向轧辊辊缝和带材表面喷洒一定量的乳化液，如图1所示，图1为现有单机架冷轧机1结构示意图，在上工作辊4和下工作辊5之间轧制带钢6，8为带钢6的当前道次的轧制方向，现有技术中，设置有两个辊缝乳化液喷射机构7，分别设置在上工作辊4与带钢6的辊缝处以及下工作辊5与带钢6的辊缝处，该辊缝乳化液喷射机构7在冷轧机1进行每一道次轧制时开启，该道次轧制完毕后关闭。该辊缝乳化液喷射机构所喷射的乳化液进入轧制变形区后，首先依附于轧辊和带材的表面，形成薄薄的润滑油膜，起润滑作用，而水分又能带走轧制过程中的变形热和摩擦热，起到冷却的作用。而乳化液的工艺润滑制度(乳化液的流量、乳化液的浓度、乳化液的初始温度)对乳化液本身的润滑与冷却效果起着举足轻重的影响，其影响规律极其复杂。生产出来带钢表面会带有微量的轧制油分，其起到防锈和保护钢板的作用，但此层油的存在也会显著影响后续的涂镀加工，因此需要彻底的清洗，而过高的轧后钢板表面残油的存在，通常会显著增加清洗加工的成本及难度，严重时也会发生清洗不干净的问题。
大型连轧机组通常会在最后一个机架采用低浓度(<1.0％)大流量的乳化液冲洗带钢表面并伴随高压空气吹扫，控制冷轧钢的表面残油在一个非常低的水平，通常在350mg/m2(单面钢板残留量)以下。在单机架轧机中缺乏连轧机那样的低浓度乳化液冲洗工序，也没有高压气体吹扫，因此整个产品的表面残油通常会在500mg/m2(单面钢板残留量)以上。造成后续清洗困难。
专利号为CN201020118214.6(一种可处理冷轧废水中表面活性剂与残油的除浮油装置，鞍钢股份有限公司)提出一种对冷轧废水内的表面活性剂及浮油处理的装置和办法，其主要核心的思想是通过将冷轧的废水收集静置于特殊的冷轧废水装置内，然后通过重力的作用，并采用大量鼓入气体，使得密度小的残油漂浮在水面并由此分离残油的目的，此种做法主要是对冷轧生产的废水残油有去除作用，对于生产过程中吸附于钢板表面的残油没有任何的作用。
专利号为CN 200720126431.8(带钢表面除油装置，中国重型机械研究院)，提出另一种在轧机的生产过程中去除带钢表面残油的方法和装置，其主要是在轧机的出口带钢的上下表面设置两个辊子，在工作时其压入带钢的上下表面，然后通过真空抽吸的作用将带钢表面的残油吸走，此方法可以有效减少带钢表面的残油总量，但是由于整套设备需要设置真空泵、辊套和液压移动系统等等机械设备，投资非常庞大且占地空间也大，因此也较难具有实用性。
专利号为CN 201010033308.8(二次冷轧机组轧制模式下工艺润滑制度综合优化方法，燕山大学)，提出另一种在生产过程中控制带钢表面残油的方法，其主要思想是通过对一系列目标函数的计算，通过生产前轧制速度、乳化液的温度和浓度的一系列迭代计算，得到一个最佳的优化轧制工艺规程，最终显著降低生产时带钢产品残油量、提高带钢表面清洁性的目标。这种做法对表面残油的控制简单有效，也无需增加特定的设备，但在生产过程中由于需要频繁变化乳化液的温度和浓度等值，对于单机架冷轧机不具备可实用性，仅仅适合于二次冷轧机组。
现有技术在解决冷轧机生产的带钢表面残油问题时，都存在着一些难以使用或者成本过高的问题，或方法不具备广泛适用性。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置和方法，用于有效地控制单机架轧制钢板的表面残油。
为实现上述目的，本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置，包括：第一乳化液喷射机构，所述乳化液喷射机构具备第一喷射口和第二喷射口，所述第一喷射口和第二喷射口设置在轧机入口处，且所述第一喷射口设置在带钢上方，用于朝带钢上表面喷射乳化液，所述第二喷射口设置在带钢下方，用于朝向带钢的下表面喷射乳化液。
优选的，所述第一喷射口和第二喷射口配置为分别垂直朝向所述带钢的上下表面喷射乳化液。
同时的，还具备第二乳化液喷射机构，所述第二乳化液喷射机构具备所述乳化液喷射机构具备第三喷射口和第四喷射口，所述第三喷射口和第四喷射口设置在轧机出口处，且所述第三喷射口设置在带钢上方，用于朝带钢上表面喷射乳化液，所述第四喷射口设置在带钢下方，用于朝向带钢的下表面喷射乳化液。
优选的，所述第三喷射口和第四喷射口配置为分别垂直朝向所述带钢的上下表面喷射乳化液。
本发明还提供一种冷轧轧制带钢表面残油控制方法，基于上述的冷轧轧制带钢表面残油控制装置，具备以下步骤：
步骤一，所述轧机开始对带钢进行轧制，当轧机完成倒数第二道次轧制后，所述辊缝乳化液喷射机构以及所述第一乳化液喷射机构都停止喷射乳化液；
步骤二，预设轧制后带钢表面单位面积的目标残油控制量m0，计算获取目标摩擦系数μt；
步骤三，所述轧机开始对带钢进行最后一道次轧制，调节轧机机架前张力为tf、机架后张力为tb，开启所述第一乳化液喷射机构，并设定本道次开始时所述第一乳化液喷射机构的乳化液喷射量Qv，并预设乳化液喷射量最小值Qm。
步骤四，记录轧制过程中轧制力P、带钢宽度B、带钢入口厚度H、带钢出口厚度h、轧辊泊松比γr、杨氏模量Er、半径R、机架平均变形抗力kp、机架后张力tb、机架前张力tf，并计算当前摩擦系数μ；
步骤五，判断当μ≥μt时，维持所述乳化液喷射量Qv直至当前道次轧制结束；当μ＜μt时，减少所述乳化液喷射量Qv，并返回步骤四。
优选的，所述步骤五中：当所述乳化液喷射量Qv减少到所述乳化液喷射量最小值Qm时，维持所述第一乳化液喷射机构的乳化液喷射量至所述乳化液喷射量最小值Qm。
具体的，步骤二中，目标摩擦系数μt的计算方法为：
μt＝a+d·ηr·ηξ……(1)
其中，
公式(1)中，ηr为轧辊轧制公里数对摩擦系数的影响，其计算方法为公式(2)，a为摩擦系数的模型基本参数，d为模型的设定基本参数，根据经验设定，a的取值范围一般在0.01-0.015，d的取值范围一般在30-150左右；
公式(2)中，L为当前生产轧辊的轧制公里数，b0、b1、b2为模型中轧制公里数的作用参数，取值范围根据经验设定，一般的模型中，其取值范围分别为：b0为-15～-1，b1为-1*10-18～-9*10-17；b2为-7.5*10-12～-2.5*10-11；公式(1)中，ηξ为当前轧制情况下轧制油及乳化液特性对摩擦系数的影响，其计算方法为公式(3)，c1、c2为模型中轧制油和乳化液特性的作用参数，其中c1的取值范围为-2～-10，c2的取值范围为-0.002～-0.1；
公式(3)中ξ0为当前工况下的预设轧制后钢板的残留油膜厚度，其计算方法为其中ρ为当前条件下的轧制油的基本密度。
具体的，步骤五中，当前摩擦系数μ的计算方法为：
其中，
公式(5)～(8)中，R'、κ、ψ、ε均为中间参数。
优选的，步骤四中，所述乳化液喷射量为Qv通常为800～2000L/(m·min)。
优选的，所述乳化液喷射量最小值Qm通常为60～700L/(m·min)。
本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置和方法，仅在现有的轧机基础上增加了第一乳化液喷射和第二乳化液喷射机构，技术和设备简单，不需要对轧机进行硬件升级，效果明显，可以较为有效和简单的由本发明提出的算法对单机架可逆机组生产过程中带钢最终的表面残油进行调节。
附图说明
图1为现有单机架冷轧机结构示意图；
图2为本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置的第一实施方式的结构示意图；
图3为本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置的第二实施方式的结构示意图；
图4为本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制方法的流程图。
具体实施方式
下面，结合附图，对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。
图2为本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置的第一实施方式的结构示意图，如图所示，在冷轧机1的入口端设置第一乳化液喷射机构3，用于配合现有的辊缝乳化液喷射机构7，朝带钢6的上下表面喷射乳化液，该第一乳化液喷射机构3具备设置在带钢6上方的第一喷射口21和设置在带钢6下方的第二喷射口22，该第一喷射口21和第二喷射口22分别垂直朝带钢6的上下表面喷射乳化液。
图3为本发明的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置的第二实施方式的结构示意图，本实施方式中，冷轧机1为可逆冷轧机，除设置有实施方式1中的第一乳化液喷射机构3外，在冷轧机1的出口端还设置有第二乳化液喷射机构4，该第二乳化液喷射机构4同样具备设置在带钢6上方的第三喷射口23和设置在带钢6下方的第四喷射口24，第三喷射口23和第四喷射口24分别垂直朝带钢6的上下表面喷射乳化液。根据可逆冷轧机1的特殊性，在正向轧制带钢6时，控制第一乳化液喷射装置3，并在反向轧制带钢6时，控制第二乳化液喷射装置4，从而达到控制带钢6表面残油的目的，第一乳化液喷射装置3和第二乳化液喷射机构4的控制方法相同。
本发明还提供一种冷轧轧制带钢表面残油控制方法，图4为该方法的流程图。如图所示，该方法包括以下步骤：
步骤一S1,轧机1对带钢进行N(N>1)道次生产，当第N-1道次轧制结束后，停止辊缝乳化液喷射7及所述的第一乳化液喷射机构的3乳化液喷射；
步骤二S2，预设目标残油控制量m0，计算目标摩擦系数μt；
本步骤中，目标摩擦系数μt的计算方法为：
μt＝a+d·ηr·ηξ……(1)
其中，
公式(1)中，ηr为轧辊轧制公里数对摩擦系数的影响，其计算方法为公式(2)，a为摩擦系数的模型基本参数，d为模型的设定基本参数，a和d的值根据经验设定，a的取值范围一般在0.01-0.015，d的取值范围一般在30-150左右；
公式(2)中，L为当前生产轧辊的轧制公里数，b0、b1、b2为模型中轧制公里数的作用参数，取值范围根据经验设定，其取值范围分别为：b0为-15～-1，b1为-1*10-18～-9*10-17；b2为-7.5*10-12～-2.5*10-11；公式(1)中，ηξ为当前轧制情况下轧制油及乳化液特性对摩擦系数的影响，其计算方法为公式(3)，c1、c2为模型中轧制油和乳化液特性的作用参数，其中c1的取值范围为-2～-10，c2的取值范围为-0.002～-0.1；
公式(3)中ξ0为当前工况下的预设轧制后钢板的残留油膜厚度，其计算方法为其中ρ为当前条件下的轧制油的基本密度；
步骤三S3，轧机1开始对带钢进行第N道次轧制，调节轧机机架前张力至tf、机架后张力至tb，开启第一乳化液喷射机构3，并设定其乳化液喷射量为Qv，本实施方式中，乳化液喷射量为Qv优选为800～2000L/(m·min)，同时设定乳化液喷射量最小值Qm，本实施方式总乳化液喷射量最小值Qm为60～700L/(m·min)。
步骤四S4，记录轧制过程中轧制力P、带钢宽度B、带钢入口厚度H、带钢出口厚度h、轧辊泊松比γr、杨氏模量Er、半径R、机架平均变形抗力kp、机架后张力tb、机架前张力tf，并计算当前摩擦系数μ，本实施方式中，当前摩擦系数μ的计算方法为：
其中，
公式(4)～(8)中，R'、κ、ψ、ε均为中间参数。
步骤五S5-S6，判断当μ≥μt时，维持第一乳化液喷射机构3的乳化液喷射量Qv直至当前道次轧制结束；当μ＜μt时，减少第一乳化液喷射机构3乳化液喷射量Qv并返回步骤四。
优选的，在本实施方式中步骤五还包括：，当所述乳化液喷射量Qv减少到预设的乳化液喷射量最小值Qm时，维持所述第一乳化液喷射机构的乳化液喷射量至所述乳化液喷射量最小值Qm。
本实施方式以实际生产为例，说明冷轧轧制带钢表面残油控制方法。
步骤一，轧机1对带钢进行N(N>1)道次生产，当第N-1道次轧制结束后，停止辊缝乳化液喷射7及所述的第一乳化液喷射机构3的乳化液喷射；
步骤二，预设目标残油控制量m0为250mg/m2，根据公式(1)到(2)计算目标摩擦系数μt，具体的参数如下表：
| ρ | a | d | L | b0 | b1 | b2 | c1 | c2 |
| Kg/m3 | / | / | m | / | / | / | / | / |
| 910 | 0.012 | 62 | 72659 | -3.4 | -2.1×10-7 | -1.75×10-12 | -1.62×107 | 1.29×1013 |
经过计算，得到目标摩擦系数μt为0.074；
步骤三，设置冷轧机机架前张力至tf为123MPa、机架后张力至tb为101Mpa，开启第一乳化液喷射机构3，并设定其乳化液喷射量为Qv为1500L/(m·min)。
步骤四，轧机1在第N道次正常稳速生产时，入口带钢6厚度1.430mm，最终出口的厚度1.280mm，轧制速度在250m/min时。采集的实际轧制数据如下表：
| P | B | H | h | Er | γr | R | kP | tb | tf |
| KN | mm | mm | mm | MPa | NA | mm | MPa | MPa | MPa |
| 6192 | 1220 | 1.43 | 1.280 | 210000 | 0.29 | 85 | 1140 | 101 | 125 |
根据公式(4)～(6)计算摩擦系数μ＝0.036；
步骤五，判断此时μ＜μt从而能降低第一乳化液喷射机构3的乳化液喷射量为Qv至850L/(m·min)，并返回步骤五重新计算摩擦系数μ，获得的μ＝0.076，从而维持第一乳化液喷射机构3的乳化液喷射量为Qv直到结束。
本发明的实现原理简单，相关设备成熟且安装便利无需对现有机组进行大规模改动，可以较为有效地控制单机架轧制钢板的表面残油，对现场生产和操作没有特殊的需求，具有较高的使用价值。
以上，仅为本发明的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本发明的工作原理的基础上，可以对本发明作出多种改进，这均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置，其特征在于，包括：第一乳化液喷射机构，所述乳化液喷射机构具备第一喷射口和第二喷射口，所述第一喷射口和第二喷射口设置在轧机入口处，且所述第一喷射口设置在带钢上方，用于朝带钢上表面喷射乳化液，所述第二喷射口设置在带钢下方，用于朝向带钢的下表面喷射乳化液。
2.如权利要求1所述的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置，其特征在于，所述第一喷射口和第二喷射口配置为分别垂直朝向所述带钢的上下表面喷射乳化液。
3.如权利要求1所述的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置，其特征在于，还具备第二乳化液喷射机构，所述第二乳化液喷射机构具备所述乳化液喷射机构具备第三喷射口和第四喷射口，所述第三喷射口和第四喷射口设置在轧机出口处，且所述第三喷射口设置在带钢上方，用于朝带钢上表面喷射乳化液，所述第四喷射口设置在带钢下方，用于朝向带钢的下表面喷射乳化液，所述第三喷射口和第四喷射口配置为分别垂直朝向所述带钢的上下表面喷射乳化液。
4.一种单机架冷轧轧制带钢表面残油控制方法，基于如权利要求1所述的单机架冷轧轧制带钢表面残油控制装置，其特征在于，具备以下步骤：
步骤一，所述轧机开始对带钢进行轧制，当轧机完成倒数第二道次轧制后，辊缝乳化液喷射机构以及所述第一乳化液喷射机构都停止喷射乳化液；
步骤二，预设轧制后带钢表面单位面积的目标残油控制量m0，计算目标摩擦系数μt；
步骤三，所述轧机开始对带钢进行最后一道次轧制，调节轧机机架前张力tf、机架后张力tb，开启所述第一乳化液喷射机构，并设定本道次开始时所述第一乳化液喷射机构的乳化液喷射量Qv，并预设乳化液喷射量最小值Qm；
步骤四，记录轧制过程中轧制力P、带钢宽度B、带钢入口厚度H、带钢出口厚度h、轧辊泊松比γr、杨氏模量Er、半径R、机架平均变形抗力kp、机架后张力tb、机架前张力tf，并计算获取当前摩擦系数μ；
步骤五，判断当μ≥μt时，维持所述乳化液喷射量Qv直至当前道次轧制结束；当μ＜μt时，减少所述乳化液喷射量Qv，并返回步骤四。
5.如权利要求4所述的冷轧轧制带钢表面残油控制方法，其特征在于，所述步骤五中：当所述乳化液喷射量Qv减少到所述乳化液喷射量最小值Qm时，维持所述第一乳化液喷射机构的乳化液喷射量至所述乳化液喷射量最小值Qm。
6.如权利要求4所述的冷轧轧制带钢表面残油控制方法，其特征在于，步骤二中，目标摩擦系数μt的计算方法为：
μt＝a+d·ηr·ηξ……(1)
其中，
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</mrow>
公式(1)中，ηr为轧辊轧制公里数对摩擦系数的影响，其计算方法为公式(2)，a为摩擦系数的模型基本参数，d为模型的设定基本参数；
公式(2)中，L为当前生产轧辊的轧制公里数，b0、b1、b2为模型中轧制公里数的作用参数；公式(1)中，ηξ为当前轧制情况下轧制油及乳化液特性对摩擦系数的影响，其计算方法为公式(3)，c1、c2为模型中轧制油和乳化液特性的作用参数；
公式(3)中ξ0为当前工况下的预设轧制后钢板的残留油膜厚度，其计算方法为其中ρ为当前条件下的轧制油的基本密度。
7.如权利要求4所述的冷轧轧制带钢表面残油控制方法，其特征在于，步骤四中，当前摩擦系数μ的计算方法为：
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公式(4)～(8)中，R'、κ、ψ、ε均为中间参数。
8.如权利要求4所述的冷轧轧制带钢表面残油控制方法，其特征在于，步骤三中，所述乳化液喷射量为Qv为800～2000L/(m·min)。
9.如权利要求4所述的冷轧轧制带钢表面残油控制方法，其特征在于，所述乳化液喷射量最小值Qm为60～700L/(m·min)。
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2016
- 2016-02-26 CN CN201610109068.2A patent/CN107127220B/zh active Active
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