CN108160721A - 一种乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法 - Google Patents

一种乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法 Download PDF

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Abstract

一种乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法，它包括以下步骤：(A)收集喷嘴间距与喷嘴数量综合优化所需设备工艺参数；(B)初始化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴间距优化步长ΔL；(C)初始化优化过程参数i＝0；(D)计算喷嘴间距Li与喷嘴数量Ni；(E)计算单个喷嘴的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)；(F)计算Ni个喷嘴乳化液流量密度叠加后横向分布qNi(xj)；(G)计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布qi(xj)；(H)计算喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数F(Li,Ni)；(I)判断F(Li,Ni)＜Fy是否成立；(J)判断Li＜Lmax是否成立；(K)输出乳化液喷淋架上最优喷嘴间距Ly、最优喷嘴数量Ny。本发明能够使得带钢表面乳化液流量横向分布的均匀性最好、进而提高带钢板形质量与表面均匀性。

Description

一种乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法
技术领域
本发明属于冷轧润滑技术领域，特别涉及一种乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法。
背景技术
带钢冷轧过程常采用乳化液作为工艺润滑剂，起到减小轧制变形区的摩擦系数，降低轧制压力与轧制功率，并减缓轧辊的磨损的作用。冷轧乳化液喷淋系统主要包括循环系统与直喷系统，其中，乳化液直喷系统将乳化液直接喷射在带钢表面，由于带钢表面的亲油性，乳化液在进入辊缝前的带钢表面形成一定厚度的油膜，对轧制变形区进行润滑，在轧机的出口侧配置冷却水喷淋装置对轧辊进行冷却。直喷系统的乳化液一次性使用后直接排放，润滑性能较好，且无杂油、杂质掺入，适用于薄规格、高强度、高表面质量要求的冷轧带钢生产。冷轧乳化液直喷系统喷淋架上安装有多个喷嘴，各喷嘴以特定的乳化液流量分布在带钢表面，相互叠加后形成带钢表面的乳化液横向分布，因此，喷嘴间距与喷嘴数量是影响带钢表面乳化液流量覆盖区域及其横向均匀性的关键因素。冷轧过程中，带钢表面乳化液流量横向分布的均匀程度决定了轧制辊缝润滑性能的横向分布，进一步影响到带钢横向延伸率与表面质量的均匀性，导致在乳化液流量密度较大的位置容易出现浪形、乳化液流量密度较小的位置容易出现条状斑迹。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够使得带钢表面乳化液流量横向分布的均匀性最好、进而提高带钢板形质量与表面均匀性的乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法。
本发明包括以下由计算机执行的步骤：
(A)收集喷嘴间距与喷嘴数量综合优化所需设备工艺参数，包括：喷嘴喷射高度H、喷嘴喷射方向角α、喷嘴喷射角度θ、喷嘴侧倾角、喷嘴喷射流量Q、喷嘴间距最小值Lmin、喷嘴间距最大值Lmax、带钢宽度最大值Bmax。
(B)初始化喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴间距优化步长ΔL。
(C)定义喷嘴间距与喷嘴数量综合优化过程参数i，并初始化i＝0。
(D)计算优化过程参数i对应的喷嘴间距Li与喷嘴数量Ni：
(E)计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：
式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx；Δx为乳化液流量横向条元位置的间隔宽度。
(F)计算Ni个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度叠加后横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为Ni个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(Ni-1)nM+nR+1；乳化液流量横向条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
(G)计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布qi(xj)：
式中，nS为带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数，
(H)计算喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数F(Li,Ni)：
式中，λ为权重系数，0＜λ＜1。
(I)判断F(Li,Ni)＜Fy是否成立？若成立，则令喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数的最优值Fy＝F(Li,Ni)、最优喷嘴间距Ly＝Li、最优喷嘴数量Ny＝Ni，转入步骤(J)；若不成立，直接转入步骤(J)。
(J)判断Li＜Lmax是否成立？若成立，则令i＝i+1，转入步骤(D)；若不成立，则转入步骤(K)。
(K)输出乳化液喷淋架上最优喷嘴间距Ly、最优喷嘴数量Ny，完成乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量的综合优化。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
能够在保证乳化液流量分布覆盖带钢宽度范围的前提下，最大程度的提高带钢表面乳化液流量横向分布的均匀程度，提高带钢板形质量与表面均匀性。
附图说明
图1是本发明的总计算流程图；
图2是实施例1中喷嘴间距与喷嘴数量优化前乳化液流量横向分布图；
图3是实施例1中喷嘴间距与喷嘴数量优化后乳化液流量横向分布图；
图4是实施例2中喷嘴间距与喷嘴数量优化前乳化液流量横向分布图；
图5是实施例2中喷嘴间距与喷嘴数量优化后乳化液流量横向分布图。
具体实施方式
实施例1：
以某冷轧乳化液直喷系统的喷淋架为例，按照图1所示的乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法总计算流程图：
首先，在步骤(A)中，收集喷嘴间距与喷嘴数量综合优化所需设备工艺参数：喷嘴喷射高度H＝240mm、喷嘴喷射方向角α＝57°、喷嘴喷射角度θ＝71°、喷嘴侧倾角、喷嘴喷射流量Q＝1.0L/min、喷嘴间距最小值Lmin＝60mm、喷嘴间距最大值Lmax＝240mm、带钢宽度最大值Bmax＝1000mm。
随后，在步骤(B)中，初始化喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数最优值Fy＝1000，并给定喷嘴间距优化步长ΔL＝2mm。
随后，在步骤(C)中，定义喷嘴间距与喷嘴数量综合优化过程参数i，并初始化i＝0。
随后，在步骤(D)中，计算优化过程参数i对应的喷嘴间距Li与喷嘴数量Ni：
随后，在步骤(E)中，选取乳化液流量横向条元位置的间隔宽度Δx＝1.0mm，计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：
式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx。
随后，在步骤(F)中，计算Ni个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度叠加后横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为Ni个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(Ni-1)nM+nR+1；乳化液流量横向条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
随后，在步骤(G)中，计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布qi(xj)：
随后，在步骤(H)中，选取权重系数λ＝0.6，计算喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数F(Li,Ni)：
随后，在步骤(I)中，判断F(Li,Ni)＜Fy成立，则令喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数的最优值Fy＝F(Li,Ni)、最优喷嘴间距Ly＝Li、最优喷嘴数量Ny＝Ni，转入步骤(J)；
随后，在步骤(J)中，判断Li＜240mm成立，则令i＝i+1，转入步骤(D)；依次循环计算，直至Li＜240mm不成立，则转入步骤(K)。
最后，在步骤(K)中，输出乳化液喷淋架上最优喷嘴间距Ly＝100mm、最优喷嘴数量Ny＝12，完成乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量的综合优化。
如表1所示，结合图2、图3可以看出，优化后喷嘴喷射高度优化目标函数从0.1646下降为0.1221，带钢表面乳化液流量密度横向波动量从2.67L/min/m下降到2.17L/min/m，有效提高了带钢表面乳化液流量横向分布的均匀程度。
表1实施例1中喷嘴间距与喷嘴数量优化前后乳化液流量横向分布对比
优化前 优化后
喷嘴间距(mm) 120 100
喷嘴数量 10 12
喷嘴喷射高度优化目标函数 0.1646 0.1221
乳化液流量密度最大值(L/min/m) 8.88 10.42
乳化液流量密度最小值(L/min/m) 6.21 8.25
乳化液流量密度平均值(L/min/m) 8.23 9.87
乳化液流量密度横向波动量(L/min/m) 2.67 2.17
实施例2：
以某冷轧乳化液直喷系统的喷淋架为例：
首先，在步骤(A)中，收集喷嘴间距与喷嘴数量综合优化所需设备工艺参数，喷嘴喷射高度H＝150mm、喷嘴喷射方向角α＝68°、喷嘴喷射角度θ＝65°、喷嘴侧倾角、喷嘴喷射流量Q＝0.80L/min、喷嘴间距最小值Lmin＝60mm、喷嘴间距最大值Lmax＝240mm、带钢宽度最大值Bmax＝1000mm。
随后，在步骤(B)中，初始化喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数最优值Fy＝1000，并给定喷嘴间距优化步长ΔL＝2mm。
随后，在步骤(C)中，定义喷嘴间距与喷嘴数量综合优化过程参数i，并初始化i＝0。
随后，在步骤(D)中，计算优化过程参数i对应的喷嘴间距Li与喷嘴数量Ni：
随后，在步骤(E)中，选取乳化液流量横向条元位置的间隔宽度Δx＝1.0mm，计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：
式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx。
随后，在步骤(F)中，计算Ni个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度叠加后横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为Ni个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(Ni-1)nM+nR+1；乳化液流量横向条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
随后，在步骤(G)中，计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布qi(xj)：
随后，在步骤(H)中，选取权重系数λ＝0.6，计算喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数F(Li,Ni)：
随后，在步骤(I)中，判断F(Li,Ni)＜Fy成立，则令喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数的最优值Fy＝F(Li,Ni)、最优喷嘴间距Ly＝Li、最优喷嘴数量Ny＝Ni，转入步骤(J)；
随后，在步骤(J)中，判断Li＜240mm成立，则令i＝i+1，转入步骤(D)；依次循环计算，直至Li＜240mm不成立，则转入步骤(K)。
最后，在步骤(K)中，输出乳化液喷淋架上最优喷嘴间距Ly＝90mm、最优喷嘴数量Ny＝13，完成乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量的综合优化。
如表2所示，结合图4、图5可以看出，优化后喷嘴喷射高度优化目标函数从0.3161下降为0.1059，带钢表面乳化液流量密度横向波动量从3.39L/min/m下降到1.74L/min/m，有效提高了带钢表面乳化液流量横向分布的均匀程度。
表2实施例2中喷嘴间距与喷嘴数量优化前后乳化液流量横向分布对比
优化前 优化后
喷嘴间距(mm) 120 90
喷嘴数量 10 13
喷嘴喷射高度优化目标函数 0.3161 0.1059
乳化液流量密度最大值(L/min/m) 8.17 9.55
乳化液流量密度最小值(L/min/m) 4.78 7.80
乳化液流量密度平均值(L/min/m) 6.72 8.89
乳化液流量密度横向波动量(L/min/m) 3.39 1.74

Claims (1)

1.一种乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量综合优化方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：
(A)收集喷嘴间距与喷嘴数量综合优化所需设备工艺参数，包括：喷嘴喷射高度H、喷嘴喷射方向角α、喷嘴喷射角度θ、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q、喷嘴间距最小值Lmin、喷嘴间距最大值Lmax、带钢宽度最大值Bmax；
(B)初始化喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴间距优化步长ΔL；
(C)定义喷嘴间距与喷嘴数量综合优化过程参数i，并初始化i＝0；
(D)计算优化过程参数i对应的喷嘴间距Li与喷嘴数量Ni：
(E)计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：
式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx；Δx为乳化液流量横向条元位置的间隔宽度；
(F)计算Ni个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度叠加后横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为Ni个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(Ni-1)nM+nR+1；乳化液流量横向条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
(G)计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布qi(xj)：
式中，nS为带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数，
(H)计算喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数F(Li,Ni)：
式中，λ为权重系数，0＜λ＜1；
(I)判断F(Li,Ni)＜Fy是否成立？若成立，则令喷嘴间距与喷嘴数量综合优化目标函数的最优值Fy＝F(Li,Ni)、最优喷嘴间距Ly＝Li、最优喷嘴数量Ny＝Ni，转入步骤J)；若不成立，直接转入步骤(J)；
(J)判断Li＜Lmax是否成立？若成立，则令i＝i+1，转入步骤(D)；若不成立，则转入步骤(K)；
(K)输出乳化液喷淋架上最优喷嘴间距Ly、最优喷嘴数量Ny，完成乳化液喷淋架上喷嘴间距与喷嘴数量的综合优化。
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