CN108160722A - 一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法 - Google Patents

一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法 Download PDF

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Abstract

一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，收集二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化设备工艺参数；初始化优化目标函数最优值，并给定优化步长；定义优化过程参数；计算过程参数对应的喷嘴喷射方向角；计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布；计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布；计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布；计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数；判断F(αi)＜Fy是否成立；判断αi≤αmax是否成立；输出二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角最优值，完成二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化设定。本发明能提高二次冷轧机组乳化液在带钢宽度方向流量分布均匀程度，减少乳化液横向分布不均导致的局部浪形与乳化液斑迹缺陷。

Description

一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法
技术领域
本发明涉及冷轧技术领域，特别涉及一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法。
背景技术
二次冷轧是将冷轧退火带钢再次轧制，使带钢厚度减薄、强度升高，能够降低镀锡板包装产品材料的消耗、节约成本、保护环境，是镀锡板包装产品的发展趋势。二次冷轧机组使用乳化液直喷系统进行轧制润滑，在轧制过程中，乳化液由安装在喷淋架上的一排喷嘴喷射在带钢表面，在带钢表面逐渐析出一定厚度的润滑油膜，乳化油膜随带钢导入轧制辊缝起到润滑作用，有效降低轧制摩擦系数与轧制压力、同时减少工作辊的磨损。乳化液喷淋架上的喷嘴喷射在带钢表面的乳化液是由多个喷嘴的喷射区域叠加而成的，乳化液流量在带钢宽度方向并非完全均等，而乳化液流量在带钢宽度方向分布均匀性直接影响到轧制变形区油膜厚度分布的均匀程度，进而影响带钢的板形与表面质量。二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角是指喷淋架上喷嘴喷的喷射方向与带钢的夹角，在喷嘴高度与喷射角度确定的前提下，随着喷嘴喷射方向角减小，喷嘴在带钢表面喷射宽度增大，喷嘴间乳化液流量叠加宽度增大。这样，通过优化喷嘴喷射方向角，可以提升乳化液在带钢宽度方向分布的均匀性，减少乳化液分布不均导致的局部浪形与乳化液斑迹缺陷，有利于带钢板形与表面质量的提高。
发明内容
本发明目的在于提供一种结合二次冷轧机组乳化液直喷系统的设备与工艺特点、分析乳化液流量在带钢宽度方向的分布与喷嘴喷射方向角的相互关系、以乳化液在带钢表面流量分布最均匀为目标的二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化相关设备工艺参数；
步骤2，初始化乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴喷射方向角优化步长Δα；
步骤3，定义喷嘴喷射方向角优化过程参数i，并初始化i＝0；
步骤4，计算喷嘴喷射方向角优化过程参数i对应的喷嘴喷射方向角αi＝αmin+iΔα；
步骤5，计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布q1i(xj)；
步骤6，计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布qNi(xj)；
步骤7，计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)；
步骤8，计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数F(αi)；
步骤9，判断F(αi)＜Fy是否成立；若成立，则令乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数的最优值Fy＝F(αi)、乳化液喷嘴喷射方向角的最优解αy＝αi，转入步骤10；若不成立，直接转入步骤10；
步骤10，判断αi≤αmax是否成立；若成立，则令i＝i+1，转入步骤4；若不成立，则转入步骤11；
步骤11，输出二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角最优值αy，完成二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化设定。
进一步的，步骤1中，所述相关设备工艺参数包括喷嘴数量N、喷嘴间距L、喷嘴喷射高度H、喷嘴喷射角度θ、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q、带钢宽度最大值Bmax、喷嘴喷射方向角最小值αmin、喷嘴喷射方向角最大值αmax。
进一步的，计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布q1i(xj)的方法如下：
式中，j为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号；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为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx；Δx为乳化液流量横向喷射宽度条元位置的间隔宽度。
进一步的，步骤6中，计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向分布叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N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+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向喷射宽度条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
进一步的，步骤7中，计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)：
式中，nS为带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数，
进一步的，计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数F(αi)：
式中，λ为权重系数，0＜λ＜1。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过优化调整乳化液喷嘴喷射方向角，提高二次冷轧机组乳化液在带钢宽度方向流量分布均匀程度，减少乳化液横向分布不均导致的局部浪形与乳化液斑迹缺陷的发生。
附图说明
图1是本发明方法的计算流程图。
图2是二次冷轧机组乳化液在带钢宽度方向流量分布示意图。
图3是实施例1对应的乳化液喷淋架与喷嘴的喷射示意图。
图4是实施例1对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化后流量横向分布图。
图5是实施例2对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化前流量横向分布图。
图6是实施例2对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化后流量横向分布图。
具体实施方式
结合图1，对本发明所述的二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法进行详细说明。
实施例1：
首先，在步骤1中，收集二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化相关设备工艺参数，包括：喷嘴数量N＝10、喷嘴间距L＝120mm、喷嘴喷射高度H＝150mm、喷嘴喷射角度θ＝71°、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q＝1.03L/min、带钢宽度最大值Bmax＝1000mm、喷嘴喷射方向角最小值αmin＝30°、喷嘴喷射方向角最大值αmax＝90°。
在步骤2中，初始化乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数最优值Fy＝1000，并给定喷嘴喷射方向角优化步长Δα＝0.1°。
在步骤3中，定义喷嘴喷射方向角优化过程参数i，并初始化i＝0。
在步骤4中，计算喷嘴喷射方向角优化过程参数i对应的喷嘴喷射方向角αi＝αmin+iΔα。
在步骤5中，选取乳化液流量横向喷射宽度条元位置的间隔宽度Δx＝1.0mm，计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：
式中，j为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号；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为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx。
在步骤6中，计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向分布叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N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+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向喷射宽度条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
在步骤7中，带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)：
在步骤8中，选取权重系数λ＝0.6，计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数F(αi)：
在步骤9中，判断F(αi)＜Fy，则令乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数的最优值Fy＝F(αi)、乳化液喷嘴喷射方向角的最优解αy＝αi，转入步骤10。依次循环计算，最终乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数的最优值Fy＝F(α235)＝0.1356、乳化液喷嘴喷射方向角的最优解αy＝α235＝53.5°。
在步骤10中，判断αi≤αmax成立，则令i＝i+1，转入步骤4；依次循环计算，直至αi≤αmax不成立，则转入步骤11。
在步骤11中，输出二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角最优值αy＝53.5°，完成二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化设定。
如表1所示，实施例1对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化前后流量横向分布对比，结合图3、图4可以看出，优化后二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数从0.2912下降为0.1356，乳化液流量密度波动量从4.21L/min/m下降到2.07L/min/m，乳化液流量在带钢宽度方向分布更加均匀，有利于带钢板形与表面质量的提高。
表1实施例1对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化前后流量横向分布对比
优化前 优化后
乳化液喷嘴喷射方向角(°) 68.0 53.5
乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数 0.2912 0.1356
乳化液流量密度最大值(L/min/m) 9.93 9.11
乳化液流量密度最小值(L/min/m) 5.72 7.04
乳化液流量密度平均值(L/min/m) 8.63 8.60
乳化液流量密度波动量(L/min/m) 4.21 2.07
实施例2：
首先，在步骤1中，收集二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化相关设备工艺参数，包括：喷嘴数量N＝10、喷嘴间距L＝120mm、喷嘴喷射高度H＝200mm、喷嘴喷射角度θ＝65°、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q＝0.80L/min、带钢宽度最大值Bmax＝1000mm、喷嘴喷射方向角最小值αmin＝30°、喷嘴喷射方向角最大值αmax＝90°。
在步骤2中，初始化乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数最优值Fy＝1000，并给定喷嘴喷射方向角优化步长Δα＝0.1°。
在步骤3中，定义喷嘴喷射方向角优化过程参数i，并初始化i＝0。
在步骤4中，计算喷嘴喷射方向角优化过程参数i对应的喷嘴喷射方向角αi＝αmin+iΔα。
在步骤5中，选取乳化液流量横向喷射宽度条元位置的间隔宽度Δx＝1.0mm，计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：
式中，j为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号；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为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx。
在步骤6中，计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布qNi(xj)：
在步骤7中，带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)：
在步骤8中，选取权重系数λ＝0.6，计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数F(αi)：
在步骤9中，判断F(αi)＜Fy，则令乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数的最优值Fy＝F(αi)、乳化液喷嘴喷射方向角的最优解αy＝αi，转入步骤10。依次循环计算，最终乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数的最优值Fy＝F(α413)＝0.096、乳化液喷嘴喷射方向角的最优解αy＝α413＝71.3°。
在步骤10中，判断αi≤αmax成立，则令i＝i+1，转入步骤4；依次循环计算，直至αi≤αmax不成立，则转入步骤11。
在步骤11中，输出二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角最优值αy＝71.3°，完成二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化设定。
如表2所示，实施例2对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化前后流量横向分布对比，结合图5、图6可以看出，优化后二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数从0.1522下降为0.096，乳化液流量密度波动量从1.71L/min/m下降到1.15L/min/m，乳化液流量在带钢宽度方向分布更加均匀，有利于带钢板形与表面质量的提高。
表2实施例2对应的乳化液喷嘴喷射方向角优化前后流量横向分布对比
优化前 优化后
乳化液喷嘴喷射方向角(°) 57.0 71.3
乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数 0.1522 0.096
乳化液流量密度最大值(L/min/m) 7.47 6.97
乳化液流量密度最小值(L/min/m) 5.76 5.82
乳化液流量密度平均值(L/min/m) 6.65 6.68
乳化液流量密度波动量(L/min/m) 1.71 1.15
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1，收集二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角优化相关设备工艺参数；
步骤2，初始化乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴喷射方向角优化步长Δα；
步骤3，定义喷嘴喷射方向角优化过程参数i，并初始化i＝0；
步骤4，计算喷嘴喷射方向角优化过程参数i对应的喷嘴喷射方向角αi＝αmin+iΔα；
步骤5，计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布q1i(xj)；
步骤6，计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布qNi(xj)；
步骤7，计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)；
步骤8，计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数F(αi)；
步骤9，判断F(αi)＜Fy是否成立；若成立，则令乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数的最优值Fy＝F(αi)、乳化液喷嘴喷射方向角的最优解αy＝αi，转入步骤10；若不成立，直接转入步骤10；
步骤10，判断αi≤αmax是否成立；若成立，则令i＝i+1，转入步骤4；若不成立，则转入步骤11；
步骤11，输出二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角最优值αy，完成二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化设定。
2.根据权利要求1所述的一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，其特征在于：所述相关设备工艺参数包括喷嘴数量N、喷嘴间距L、喷嘴喷射高度H、喷嘴喷射角度θ、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q、带钢宽度最大值Bmax、喷嘴喷射方向角最小值αmin、喷嘴喷射方向角最大值αmax。
3.根据权利要求1所述的一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，其特征在于，计算单个喷嘴乳化液流量密度横向分布q1i(xj)的方法如下：
式中，j为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号；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为乳化液流量横向喷射宽度条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx；Δx为乳化液流量横向喷射宽度条元位置的间隔宽度。
4.根据权利要求1所述的一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，其特征在于，步骤6中，计算N个喷嘴在带钢表面叠加后的乳化液流量横向分布qNi(xj)：
式中，k为乳化液流量横向分布叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N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+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向喷射宽度条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，
5.根据权利要求1所述的一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，其特征在于，步骤7中，计算二次冷轧过程带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)：
式中，nS为带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数，
6.根据权利要求1所述的一种二次冷轧机组乳化液喷嘴喷射方向角的优化方法，其特征在于，计算乳化液喷嘴喷射方向角优化目标函数F(αi)：
式中，λ为权重系数，0＜λ＜1。
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