CN107626734B - 铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法，涉及金属压力加工技术领域，该方法包括以下步骤：A、卷外径和卷重之间的换算；B、加工过程中的金属损耗计算；C、确定投料最大倍尺数；D、根据最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格。本发明通过以上四个步骤的计算，得到优化后的扁铸锭投料规格，主要解决目前铝板带加工厂在生产卷材时，由于扁铸锭投料规格未达到最优化而导致的批量成品率损失问题。

Description

铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法

技术领域

本发明涉及金属压力加工技术领域，尤其是一种铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法。

背景技术

铝合金热轧卷材(下简称卷材)是铝板带加工厂的一项主要产品，下游客户在向铝板带加工厂发送订单合同时，会对卷材的尺寸规格作出明确的要求，其中针对卷材的卷重或卷外径的要求直接影响到扁铸锭投料的规格，也对产品的成品率构成重大影响。生产计划员一般根据订单合同中所要求的卷重或卷外径要求，反算扁铸锭的投料规格，但订单合同中所提供的卷重或卷外径通常是一个范围值，因此生产计划员在设计过程中往往是只需保证所生产的卷材的卷重或卷外径值落入这个范围内就可以了，并未考虑以成品率最大化为目标，这导致所设计的扁铸锭投料规格并不是基于成品率最大化的最优规格。从工业化大生产的角度来说，这给工厂带来巨大的成品率损失。目前，还没有一套完整的优化控制方法能够以批量生产成品率最大化作为目标，根据订单信息合理地设计出扁铸锭的最佳投料规格。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法，这种方法可以解决现有的扁铸锭投料规格控制方法无法实现批量生产成品率最大化的问题。

为了解决上述问题，本发明采用的技术方案是：这种铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法包括以下步骤：

A、卷外径和卷重之间的换算：根据卷材的卷外径尺寸或卷重的所需范围，换算出最大卷重或最大卷外径以及最小卷重或最小卷外径；

B、加工过程中的金属损耗计算：根据重剪剪切部分的厚度、重剪剪切部分的长度和所需铸造的扁铸锭的宽度，计算重剪剪切部分的重量；根据所需铸造的扁铸锭的宽度、所需卷材宽度、最大卷外径、卷材的卷内径，计算最大切边剪剪切部分的重量；

C、确定投料最大倍尺数：在加工单块扁铸锭的过程中，仅会出现一次重剪切头尾和一次切边工序，根据熔铸工序所能铸造的最大扁铸锭的重量、重剪剪切部分的重量、最大切边剪剪切部分的重量，向下取整计算投料最大倍尺数；

D、根据最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格：当投料最大倍尺数为正整数时，验证卷材的最大卷重是否超出了熔铸工序所能铸造的扁铸锭的重量，如未超出，则按照熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大长度、最大厚度进行投料；如超出，则按能满足优化条件的所需铸造的扁铸锭的最优长度、最优厚度进行投料。

上述铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法的技术方案中，更具体的技术方案还可以是：步骤A的卷外径和卷重之间的换算计算式如下：

最大卷重G_max与最大卷外径D_max的关系式为：

最小卷重G_min与最小卷外径D_min的关系式为：

其中，D_max为最大卷外径，单位为毫米；D_min为最小卷外径，单位为毫米；B_卷为所需卷材宽度，单位为毫米；G_max为最大卷重，单位为吨；G_min为最小卷重，单位为吨；ρ为卷材的铝合金密度，单位为克/立方厘米；d_卷为卷内径，单位为毫米。

进一步的，步骤B的重剪剪切部分的重量的计算式为：

G_重剪＝ρ*H_重剪*B_锭*L_重剪*2

切边剪剪切部分的重量G_切边的算法为：

当取卷外径的下限值，即卷重最小时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边min，单位为吨，其算法为：

最大切边剪剪切部分的重量的计算式为：

其中，H_重剪为重剪剪切部分的厚度，单位为毫米；L_重剪为重剪剪切部分的长度，单位为毫米；G_重剪为重剪剪切部分的重量，单位为吨；G_切边为切边剪剪切部分的重量，单位为吨；G_切边min为最小切边剪剪切部分的重量，单位为吨；G_切边max为最大切边剪剪切部分的重量，单位为吨；B_锭为所需铸造的扁铸锭的宽度，单位为毫米。

进一步的，步骤C的投料最大倍尺数的计算式为：

其中，X为投料最大倍尺数；G_锭max为熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大重量，单位为吨；熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大重量G_锭max的计算式为：

G_锭max＝ρ*B_锭*H_锭max*L_锭max

其中，B_锭为所需铸造的扁铸锭的宽度，单位为毫米；H_锭max为熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大厚度，单位为毫米；L_锭max为熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大长度，单位为毫米。

进一步的，假设G_锭为熔铸工序所需铸造的扁铸锭的重量，单位为吨；L_锭为扁铸锭的最优长度，单位为毫米；H_锭为扁铸锭的最优厚度，单位为毫米；当X为正整数时，分别按以下情形确定扁铸锭的最优投料规格：

(a)当X＝1时，为了满足所生产的卷材为最大卷重，扁铸锭的重量G_锭计算式为：

G_锭＝G_重剪+G_切边max+G_max

比较G_锭和G_锭max两者之间的大小，当G_锭≥G_锭max时，则扁铸锭的最优长度L_锭＝L_锭max，最优厚度H_锭＝H_锭max，即按照熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大长度、最大厚度进行投料；当G_锭＜G_锭max时，则扁铸锭的最优长度L_锭和最优厚度H_锭的计算式为：

L_锭和H_锭只需要满足式(1)，且L_锭≤L_锭max、H_锭≤H_锭max即可；

(b)当X≥N时，N为某大于等于2的正整数，此时单个扁铸锭可产出N个卷材，按下面计算的扁铸锭的最优投料规格进行投料：

首先计算是否能按最大卷重进行N倍尺生产，当按照最大卷重进行N倍尺生产时，所需扁铸锭的重量G_锭为：

G_锭＝G_重剪+G_切边max+X*G_max

比较G_锭和G_锭max的大小，若G_锭≥G_锭max，则扁铸锭的最优长度L_锭＝L_锭max，最优厚度H_锭＝H_锭max，即按照熔铸工序所能生产的最大规格扁铸锭的长度和厚度规格进行投料；若G_锭＜G_锭max，则L_锭和H_锭只需要满足式(1)，且L_锭≤L_锭max、H_锭≤H_锭max即可。

本发明中所提及的熔铸工序所需铸造的扁铸锭，是熔铸工序铸造的毛铸锭经过锯切头尾和铣面之后，能够直接用于轧制的扁铸锭。

本发明中卷内径d_卷是由轧制设备能力决定的，为已知常数。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：本发明通过卷外径和卷重之间的换算，加工过程中的金属损耗计算，确定投料最大倍尺数，确定扁铸锭的最优投料规格的四个步骤，来控制扁铸锭的投料规格实现批量生产卷材的成品率最大化。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详述：

当接到卷材订单时，需要对扁铸锭的投料规格进行控制，以确保在批量化生产的条件下，产品的成品率能达到最大化。由于卷材的订单合同中有时是对卷材的卷外径的尺寸范围作出要求，有时是对卷材的卷重范围作出要求，因此首先要明确卷外径和卷重之间的换算方法。其次，在卷材的加工过程中会发生金属的损耗，要针对这部分损耗进行计算，即从扁铸锭到加工成合格的卷材成品过程中所发生的金属损耗量计算。再根据卷重下限值和熔铸工序所能铸造的扁铸锭长度和厚度最大值，确定投料最大倍尺数，即单个扁铸锭所能生产出的卷材最大个数。最后根据投料最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格，即扁铸锭的最优长度和最优厚度。

实施例1

假设本实施例的订单合同中是对卷外径的尺寸有要求，那么假设订单合同中规定的卷材的最大卷外径为D_max＝2600毫米；订单合同中规定的卷材的最小卷外径为D_min＝2500毫米；订单合同中规定的卷材的宽度为B_卷＝2000毫米。假设卷材的合金牌号为1100，可在表1中查找1100合金密度ρ＝2.71克/立方厘米。假设熔铸工序所能铸造的铸锭的最大厚度为H_锭max＝650毫米；熔铸工序所能铸造的铸锭的最大长度为L_锭max＝6500毫米；假设所需铸造的扁铸锭的宽度为B_锭＝2100毫米；卷材的卷内径为d_卷＝600毫米。实现该控制方法的步骤如下：

步骤A：卷外径和卷重之间的换算方法

由于订单合同中规定的是卷材的卷外径的尺寸范围，因此需要把卷外径换算成卷重范围。最大卷重G_max的算法为：

最小卷重G_min的算法为：

步骤B：加工过程中的金属损耗计算

根据卷材的生产工艺流程，从铸锭到卷材的金属损失主要为两部分，一部分为在粗轧过程中由重剪剪切下来的头尾料，另一部分为精轧过程中由切边剪剪切下来的边料。重剪剪切部分的厚度H_重剪的取值按表2所示为L_重剪＝400毫米，H_重剪＝100毫米。切边部分的宽度B_切边，单位为毫米，B_切边＝B_锭-B_卷；切边部分的重量G_切边，单位为吨。重剪剪切部分的重量G_重剪的算法为：

G_重剪＝ρ*H_重剪*B_锭*L_重剪*2＝2.71×100×2000×400×2×10^-9＝0.43吨

切边剪剪切部分的重量G_切边的算法为：

当取卷外径的下限值，即卷重最小时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边min，单位为吨，其算法为：

当取卷外径的上限值，即卷重最大时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边max，单位为吨，其算法为：

步骤C：确定投料最大倍尺数

首先按照卷外径或最小卷重确定投料最大倍尺数，即明确通过单个铸锭最多可以生产出多少个卷材。

在订单合同对卷材宽度限定的情况下，假设熔铸工序所能铸造的最大扁铸锭的重量为G_锭max：

G_锭max＝ρ*B_锭*H_锭max*L_锭max＝2.71×2100×650×6500×10^-9＝24.04吨

由于加工单块扁铸锭的过程中，仅会出现一次重剪切头尾和一次切边工序，剩余部分的金属全部用于生产卷材，则投料最大倍尺数X的向下取整的计算式为：

步骤D：根据最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格

由于X＝0，说明熔铸工序所能铸造的扁铸锭规格甚至不能满足订单合同中卷材的卷重下限值，只能拒绝接收该订单合同。

实施例2

假设本例中的订单合同中是对卷重的大小有要求，那么假设订单合同中规定的卷材的最大卷重为G_max＝19吨；订单合同中规定的卷材的最小卷重为G_min＝16吨；订单合同中规定的卷材的宽度为B_卷＝1800毫米。假设卷材的合金牌号为3003，其密度查询表1后可知ρ＝2.73克/立方厘米。假设熔铸工序所能铸造的铸锭的最大厚度为H_锭max＝650毫米；熔铸工序所能铸造的铸锭的最大长度为L_锭max＝6500毫米；假设所需铸造的扁铸锭的宽度为B_锭＝1900毫米；卷材的卷内径为d_卷＝600毫米。实现该控制方法的步骤如下：

步骤A：卷外径和卷重之间的换算方法

由于订单合同中是对卷重的大小有要求，因此需要把卷重换算成卷外径的尺寸范围。最大卷外径D_max的算法为：

最小卷外径D_min的算法为：

步骤B：加工过程中的金属损耗计算

重剪剪切部分的厚度H_重剪的取值按表2所示为L_重剪＝350毫米，H_重剪＝110毫米。切边部分的宽度B_切边，单位为毫米，B_切边＝B_锭-B_卷；切边部分的重量G_切边，单位为吨。重剪剪切部分的重量G_重剪的算法为：

G_重剪＝ρ*H_重剪*B_锭*L_重剪*2＝2.73×110×1900×350×2×10^-9＝0.40吨

切边剪剪切部分的重量G_切边的算法为：

当取卷外径的下限值，即卷重最小时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边min，单位为吨，其算法为：

当取卷外径的上限值，即卷重最大时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边max，单位为吨，其算法为：

步骤C：确定投料最大倍尺数

在订单合同对卷材宽度限定的情况下，熔铸工序所能铸造的最大扁铸锭的重量为G_锭max：

G_锭max＝ρ*B_锭*H_锭max*L_锭max＝2.73×1900×650×6500×10^-9＝21.92吨

投料最大倍尺数X的向下取整的计算式为：

步骤D：根据最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格

由于X＝1，说明熔铸工序所能铸造的扁铸锭规格能够满足订单合同中卷材的卷重下限值，但卷材的卷重可能还有增加的空间。只需验证当执行订单合同中的卷材的卷重上限值时，是否超出了熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大厚、长规格。当为了满足所生产的卷材为订单合同中规定的卷重上限值时，扁铸锭的重量G_锭为：

G_锭＝G_重剪+G_切边max+G_max＝0.43+1.00+19＝20.43吨

比较G_锭和G_锭max两者之间的大小可知G_锭＜G_锭max，则扁铸锭的最优长度L_锭和最优厚度H_锭的计算式为：

L_锭和H_锭只需要满足式(1)，且L_锭≤L_锭max、H_锭≤H_锭max即可。

实施例3

假设本例中的订单合同中是对卷重的大小有要求，那么假设订单合同中规定的卷材的最大卷重为G_max＝7吨；订单合同中规定的卷材的最小卷重为G_min＝5吨；订单合同中规定的卷材的宽度为B_卷＝1500毫米。假设卷材的合金牌号为3003，其密度查询表1后可知ρ＝2.73克/立方厘米。假设熔铸工序所能铸造的铸锭的最大厚度为H_锭max＝650毫米；熔铸工序所能铸造的铸锭的最大长度为L_锭max＝6500毫米；假设所需铸造的扁铸锭的宽度为B_锭＝1600毫米；卷材的卷内径为d_卷＝600毫米。实现该控制方法的步骤如下：

步骤A：卷外径和卷重之间的换算方法

由于订单合同中是对卷重的大小有要求，因此需要把卷重换算成卷外径的尺寸范围。最大卷外径D_max的算法为：

最小卷外径D_min的算法为：

步骤B：加工过程中的金属损耗计算

重剪剪切部分的厚度H_重剪的取值按表2所示为L_重剪＝350毫米，H_重剪＝110毫米。切边部分的宽度B_切边，单位为毫米，B_切边＝B_锭-B_卷；切边部分的重量G_切边，单位为吨。重剪剪切部分的重量G_重剪的算法为：

G_重剪＝ρ*H_重剪*B_锭*L_重剪*2＝2.73×110×1600×350×2×10^-9＝0.34吨

切边剪剪切部分的重量G_切边的算法为：

当取卷外径的下限值，即卷重最小时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边min，单位为吨，其算法为：

当取卷外径的上限值，即卷重最大时，假设此时切边剪剪切部分的重量为G_切边max，单位为吨，其算法为：

步骤C：确定投料最大倍尺数

在订单合同对卷材宽度限定的情况下，熔铸工序所能铸造的最大扁铸锭的重量为G_锭max：

G_锭max＝ρ*B_锭*H_锭max*L_锭max＝2.73×1600×650×6500×10^-9＝18.45吨

投料最大倍尺数X的向下取整的计算式为：

步骤D：根据最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格

由于X＝3，为大于等于2的正整数，说明此时可以进行3倍尺生产，即单个扁铸锭可产出3个卷材，下面进一步计算扁铸锭的最优投料规格：

首先计算是否能按订单合同中的卷重上限值进行3倍尺生产，当按照订单合同中的卷重上限值进行3倍尺生产时，所需扁铸锭的重量G_锭为

G_锭＝G_重剪+G_切边max+X*G_max＝0.34+0.47+3×7＝21.81吨

比较G_锭和G_锭max的大小可知G_锭≥G_锭max，则扁铸锭的最优长度L_锭＝L_锭max，最优厚度H_锭＝H_锭max，即按照熔铸工序所能生产的最大规格扁铸锭的长度和厚度规格进行投料。

表1

表2

Claims (1)

1.一种铝合金热轧卷的扁锭投料规格优化控制方法，其特征在于包括以下步骤：

A、卷外径和卷重之间的换算：根据卷材的卷外径尺寸或卷重的所需范围，换算出最大卷重或最大卷外径以及最小卷重或最小卷外径；

B、加工过程中的金属损耗计算：根据重剪剪切部分的厚度、重剪剪切部分的长度和所需铸造的扁铸锭的宽度，计算重剪剪切部分的重量；根据所需铸造的扁铸锭的宽度、所需卷材宽度、最大卷外径、卷材的卷内径，计算最大切边剪剪切部分的重量；

C、确定投料最大倍尺数：在加工单块扁铸锭的过程中，仅会出现一次重剪切头尾和一次切边工序，根据熔铸工序所能铸造的最大扁铸锭的重量、重剪剪切部分的重量、最大切边剪剪切部分的重量，向下取整计算投料最大倍尺数；

D、根据最大倍尺数确定扁铸锭的最优投料规格：当投料最大倍尺数为正整数时，验证卷材的最大卷重是否超出了熔铸工序所能铸造的扁铸锭的重量，如未超出，则按照熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大长度、最大厚度进行投料；如超出，则按能满足优化条件的所需铸造的扁铸锭的最优长度、最优厚度进行投料；

步骤A的卷外径和卷重之间的换算计算式如下：

最大卷重G_max与最大卷外径D_max的关系式为：

最小卷重G_min与最小卷外径D_min的关系式为：

其中，D_max为最大卷外径，单位为毫米；D_min为最小卷外径，单位为毫米；B_卷为所需卷材宽度，单位为毫米；G_max为最大卷重，单位为吨；G_min为最小卷重，单位为吨；ρ为卷材的铝合金密度，单位为克/立方厘米；d_卷为卷内径，单位为毫米；

步骤B的重剪剪切部分的重量的计算式为：

G_重剪＝ρ*H_重剪*B_锭*L_重剪*2

最大切边剪剪切部分的重量的计算式为：

其中，H_重剪为重剪剪切部分的厚度，单位为毫米；L_重剪为重剪剪切部分的长度，单位为毫米；G_重剪为重剪剪切部分的重量，单位为吨；G_切边max为最大切边剪剪切部分的重量，单位为吨；B_锭为所需铸造的扁铸锭的宽度，单位为毫米；

步骤C的投料最大倍尺数的计算式为：

其中，X为投料最大倍尺数；G_锭max为熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大重量，单位为吨；熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大重量G_锭max的计算式为：

G_锭max＝ρ*B_锭*H_锭max*L_锭max

其中，B_锭为所需铸造的扁铸锭的宽度，单位为毫米；H_锭max为熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大厚度，单位为毫米；L_锭max为熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大长度，单位为毫米；

假设G_锭为熔铸工序所需铸造的扁铸锭的重量，单位为吨；L_锭为扁铸锭的最优长度，单位为毫米；H_锭为扁铸锭的最优厚度，单位为毫米；当X为正整数时，分别按以下情形确定扁铸锭的最优投料规格：

(a)当X＝1时，为了满足所生产的卷材为最大卷重，扁铸锭的重量G_锭计算式为：

G_锭＝G_重剪+G_切边max+G_max

比较G_锭和G_锭max两者之间的大小，当G_锭≥G_锭max时，则扁铸锭的最优长度L_锭＝L_锭max，最优厚度H_锭＝H_锭max，即按照熔铸工序所能铸造的扁铸锭的最大长度、最大厚度进行投料；当G_锭＜G_锭max时，则扁铸锭的最优长度L_锭和最优厚度H_锭的计算式为：

L_锭和H_锭只需要满足式(1)，且L_锭≤L_锭max、H_锭≤H_锭max即可；

(b)当X≥N时，N为某大于等于2的正整数，此时单个扁铸锭可产出N个卷材，按下面计算的扁铸锭的最优投料规格进行投料：

首先计算是否能按最大卷重进行N倍尺生产，当按照最大卷重进行N倍尺生产时，所需扁铸锭的重量G_锭为：

G_锭＝G_重剪+G_切边max+X*G_max

比较G_锭和G_锭max的大小，若G_锭≥G_锭max，则扁铸锭的最优长度L_锭＝L_锭max，最优厚度H_锭＝H_锭max，即按照熔铸工序所能生产的最大规格扁铸锭的长度和厚度规格进行投料；若G_锭＜G_锭max，则L_锭和H_锭只需要满足式(1)，且L_锭≤L_锭max、H_锭≤H_锭max即可。