CN108787758A - 二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法，针对在小变形量轧制过程中出现Jumping现象此种情况，结合屈雷斯卡提出的最大剪应力等于常值的塑性条件，在保证轧制应力、打滑因子在许可范围的前提下，特提出表征小变形量下稳定轧制能力的判断指标，更有效地保证带钢轧制的稳定性。在小变形量稳定轧制能力的判断指标建立的基础上，在保证带钢的不发生打滑和Jumping现象的前提下，建立一个小变形条件下的轧制工艺优化方法，最大程度地降低带钢轧制不稳定现象的发生概率，为二次冷轧机组小变形轧制情况下的带钢质量及整体轧制稳定提供了有效的技术保障。

Description

二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法

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小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法。

背景技术

二次冷轧是在一次冷轧材经退火后，将带钢进一步压下减薄，以提高材料的硬度和强度。在二次冷轧机组的生产过程中，带钢在第一机架进行轧制压下，实现带钢的厚度减薄，满足产品的厚度要求，在第二机架进行平整，实现带钢板形、表面粗糙度的控制，保证最终的产品质量。二次冷轧机组生产的带钢具有规格薄、强度高的特点。在实际轧制过程中，由于成品的需要，机组DR材的变形量会比较小，此时前滑值和轧制压力都较小，前滑值较小会引起带材出现打滑现象，轧制力较小会导致轧制应力较小，因而有可能达到二次冷轧带材的屈服强度从而在轧制过程中出现Jumping现象(对应轧制载荷的变化，压下率出现急剧变化的现象)，这使得在带材低压下率下不能实现稳定轧制，严重影响了机组的轧制稳定性。

二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定主要由轧制应力和打滑因子决定，打滑因子或者轧制应力越接近临界值，越不利于机组的轧制稳定性，在一定范围内，轧制力越大、打滑因子越低，越有利于轧制的稳定性。以往对于二次冷轧小变形轧制尚未有学者做出系统研究，现场只是靠操作工师傅的工作经验来进行操作，不确定性因素太多，对成品带钢的质量难以很好的控制，而且对整个机组的稳定性也会有很大影响，严重的会出现断带等严重后果，造成巨大的经济损失。为此，建立一个在小变形量下表征稳定轧制能力的判断指标和轧制工艺参数优化设定的方法就成为解决现场问题的关键所在。

发明内容

本发明目的在于提供一种更有效保证带钢轧制稳定性的二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法。

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a，收集二次冷轧机组的设备参数与工艺参数；

步骤b，定义单位前张力σ₁、单位后张力σ₀，最佳单位前张力设定值σ_1y，最佳单位后张力设定值σ_0y，定义控制目标函数为F₁(X)，给定单位前张力设定步长Δσ₁、单位后张力设定步长Δσ₀，设定目标函数初始值F₀＝0；

步骤c，初始化前张力中间过程参数k₁＝0；

步骤d，计算前张力σ₁＝σ_1min+k₁Δσ₁；

步骤e，初始化后张力中间过程参数k₀＝0；

步骤f，计算后张力σ₀＝σ_0min+k₀Δσ₀；

步骤g，计算当前工况下摩擦系数μ，

计算模型为：

式中：a为液体摩擦影响系数；b为干摩擦影响系数；B_ξ为摩擦系数衰减指数；ξ₀₁为光辊轧制时的动态油膜厚度，ξ₀₂为轧辊粗糙度对润滑油膜厚度影响量，取决于轧辊实际粗糙度；

光辊轧制时的动态油膜厚度

式中：ε为压下率；h₀是轧机入口带钢厚度；K_m平均变形抗力；σ₀为单位后张力，k_c为乳化液浓度影响系数；θ为乳化液的粘度压缩系数；为润滑油膜速度影响系数，其中V为轧制速度；

步骤h，计算当前工况下轧制压力P、单位轧制应力P₀、打滑因子ψ，轧制压力

式中：p_η1为强度张力规格系数 为规格强度系数 为规格压下系数

打滑因子

式中：R'为工作辊压扁半径Δh为绝对压下量Δh＝εh₀；

步骤i，计算控制目标函数F₁(X)，计算模型为：

式中，k_σ为等效张力影响系数，取1.6；β为加权系数，取0.6；

步骤j，判断不等式是否成立；如果成立，则令F₀＝F₁，令最佳后张力设定值σ_0y＝σ₀、最佳前张力设定值σ_1y＝σ₁，转入步骤k；否则，直接转入步骤k；

步骤k，判断不等式σ₀＜σ_0max是否成立；如果不等式成立，则令k₀＝k₀+1，转入步骤f；否则转入步骤l；

步骤l，判断不等式σ₁＜σ_1max是否成立；如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1，转入步骤d；否则转入步骤m；

步骤m，输出最佳前、后张力σ_1y、σ_0y，完成小变形量下二次冷轧机组DR材稳定轧制的轧制工艺参数优化。

进一步的，步骤a中，收集二次冷轧机组的设备参数与工艺参数；包括以下步骤：

步骤a1，收集二次冷轧机组的轧辊工艺参数，包括：工作辊半径R、表面粗糙度Ra_r、工作辊的弹性模量E、工作辊的泊松比ν；

步骤a2，收集二次冷轧机组相关轧制工艺参数，包括：带材的平均变形抗力K_m和屈服强度σ_s、带材的宽度B、来料的厚度h₀、压下率ε、正常轧制速度V、轧制压力设定值P₁；

步骤a3，收集工艺润滑制度参数，包括：乳化液浓度c、初始温度t₀、流量w、以及乳化液的动力粘度η、压缩系数θ；

步骤a4，收集二次冷轧机组的工艺特征参数，包括：临界打滑因子ψ*，许用最小、最大单位前张力σ_1min、σ_1max，许用最小、最大单位后张力σ_0min、σ_0max，前、后张力T₁,T₀。

工作过程大致如下：

针对在轧制过程中出现Jumping现象此种情况，结合屈雷斯卡提出的最大剪应力等于常值的塑性条件，在保证轧制应力、打滑因子在许可范围的前提下，提出表征小变形量下稳定轧制能力的判断指标，更有效地保证带钢轧制的稳定性。在小变形量稳定轧制能力的判断指标建立的基础上，在保证带钢的不发生打滑和Jumping现象的前提下，建立一个小变形条件下的轧制工艺优化方法。

与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：

1、能够实现小变形量稳定轧制能力的判断，计算出最佳单位前、后张力σ_1y、σ_0y，完成小变形量下二次冷轧机组DR材稳定轧制的轧制工艺参数优化。

2、最大程度地降低带钢轧制不稳定现象的发生概率，为二次冷轧机组小变形轧制情况下的带钢质量及整体轧制稳定提供了更好的技术保障。

附图说明

图1是本发明方法的的总体流程图。

具体实施方式

下面以某二次冷轧机组为例，结合图1，对本发明方法进行详细说明。

实施例1：

(a)收集冷轧机组的主要设备与工艺参数，主要包括以下步骤：

a1)收集冷轧机组的轧辊工艺参数，主要包括：工作辊半径R＝170mm、表面粗糙度Ra_r＝0.56、工作辊的弹性模量E＝210GPa、工作辊的泊松比ν＝0.3；

a2)收集冷轧机组相关轧制工艺参数，主要包括：带材的平均变形抗力K_m＝475MPa和屈服强度σ_s＝500MPa、带材的宽度B＝930mm、来料的厚度h₀＝0.250mm、压下率ε＝25.0％、正常轧制速度V＝450m/min、轧制压力设定值P＝210t；

a3)收集工艺润滑制度参数，主要包括：乳化液浓度c＝7.7％、初始温度t₀＝35℃、流量w＝7.4Lmin、以及乳化液的动力粘度η＝0.02Pa·s、压缩系数θ＝0.01MPa^-1；

a4)收集冷轧机组的工艺特征参数，主要包括：临界打滑因子ψ^*＝0.357，许用单位最小、最大前张力σ_1min＝90MPa、σ_1max＝130MPa，许用单位最小、最大后张力σ_0min＝60MPa、σ_0max＝100MPa、前后张力T₁＝250kN、T₂＝150kN；

(b)定义单位前张力σ₁、单位后张力σ₀，最佳单位前张力设定值σ_1y，最佳单位后张力设定值σ_0y，定义控制目标函数为F₁(X)，给定单位前张力设定步长Δσ₁＝0.1Mpa、单位后张力设定步长Δσ₀＝0.1Mpa，设定目标函数初始值F₀＝0；

(c)初始化前张力中间过程参数k₁＝0；

(d)计算前张力σ₁＝σ_1min+k₁Δσ₁；

(e)初始化后张力中间过程参数k₀＝0；

(f)计算后张力σ₀＝σ_0min+k₀Δσ₀；

(g)计算当前工况下摩擦系数μ；

(h)计算当前工况下轧制压力P、单位轧制应力P₀、打滑因子ψ，轧制压力式中：为强度张力规格系数 为规格强度系数 为规格压下系数打滑因子式中：R'为工作辊压扁半径Δh为绝对压下量Δh＝εh₀；

(i)计算控制目标函数F₁(X)，计算模型为

式中k_σ为等效张力影响系数，取1.6；β为加权系数，取0.6。

(j)判断不等式是否成立？如果成立，则令F₀＝F₁，令最佳后张力设定值σ_0y＝σ₀、最佳前张力设定值σ_1y＝σ₁，转入步骤(k)；否则，直接转入步骤(k)；

(k)判断不等式σ₀＜σ_0max是否成立？如果不等式成立，则令k₀＝k₀+1，转入步骤(f)，否则转入步骤(l)；

(l)判断不等式σ₁＜σ_1max是否成立？如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1，转入步骤(d)，否则转入步骤(m)；

(m)输出最佳前、后张力σ_1y＝118Mpa、σ_0y＝88Mpa，完成小变形量下二次冷轧机组DR材稳定轧制的轧制工艺参数优化。

实施例2：

(a)收集冷轧机组的主要设备与工艺参数，主要包括以下步骤：

a1)收集冷轧机组的轧辊工艺参数，主要包括：工作辊半径R＝170mm、表面粗糙度Ra_r＝0.56、工作辊的弹性模量E＝210GPa、工作辊的泊松比ν＝0.3；

a2)收集冷轧机组相关轧制工艺参数，主要包括：带材的平均变形抗力K_m＝475MPa和屈服强度σ_s＝500MPa、带材的宽度B＝1030mm、来料的厚度h₀＝0.270mm、压下率ε＝20.0％、正常轧制速度V＝510m/min、轧制压力设定值P＝180ton；

a3)收集工艺润滑制度参数，主要包括：乳化液浓度c＝6.8％、初始温度t₀＝35℃、流量w＝7.4L/min、以及乳化液的动力粘度η＝0.02Pa·s、压缩系数θ＝0.01MPa-¹；

a4)收集冷轧机组的工艺特征参数，主要包括：临界打滑因子ψ*＝0.357，许用单位最小、最大前张力σ_1min＝80MPa、σ_1max＝120MPa，许用单位最小、最大后张力σ_0min＝50MPa、σ_0max＝90MPa、前后张力T₁＝240kNT₂＝140kN；

(b)定义单位前张力σ₁、单位后张力σ₀，最佳单位前张力设定值σ_1y，最佳单位后张力设定值σ_0y，定义控制目标函数为F₁(X)，给定单位前张力设定步长Δσ₁＝0.1MPa、单位后张力设定步长Δσ₀＝0.1MPa，设定目标函数初始值F₀＝0；

(c)初始化前张力中间过程参数k₁＝0；

(d)计算前张力σ₁＝σ_1min+k₁Δσ₁；

(e)初始化后张力中间过程参数k₀＝0；

(f)计算后张力σ₀＝σ_0min+k₀Δσ₀；

(g)计算当前工况下摩擦系数μ；

(h)计算当前工况下轧制压力P、单位轧制应力P₀、打滑因子ψ，轧制压力式中：为强度张力规格系数 为规格强度系数 为规格压下系数打滑因子式中：R'为工作辊压扁半径Δh为绝对压下量Δh＝εh₀；

(i)计算控制目标函数F₁(X)，计算结果为

式中k_σ为等效张力影响系数，取1.6；β为加权系数，取0.6。

(j)判断不等式是否成立？如果成立，则令F₀＝F₁，令最佳后张力设定值σ_0y＝σ₀、最佳前张力设定值σ_1y＝σ₁，转入步骤(k)；否则，直接转入步骤(k)；

(k)判断不等式σ₀＜σ_0max是否成立？如果不等式成立，则令k₀＝k₀+1，转入步骤(f)，否则转入步骤(l)；

(l)判断不等式σ₁＜σ_1max是否成立？如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1，转入步骤(d)，否则转入步骤(m)；

(m)输出最佳前、后张力σ_1y＝106MPa、σ_0y＝76MPa，完成小变形量下二次冷轧机组DR材稳定轧制的轧制工艺参数优化。

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 (2)

1.一种二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a，收集二次冷轧机组的设备参数与工艺参数；

步骤b，定义单位前张力σ₁、单位后张力σ₀，最佳单位前张力设定值σ_1y，最佳单位后张力设定值σ_0y，定义控制目标函数为F₁(X)，给定单位前张力设定步长Δσ₁、单位后张力设定步长Δσ₀，设定目标函数初始值F₀＝0；

步骤c，初始化前张力中间过程参数k₁＝0；

步骤d，计算前张力σ₁＝σ_1min+k₁Δσ₁；

步骤e，初始化后张力中间过程参数k₀＝0；

步骤f，计算后张力σ₀＝σ_0min+k₀Δσ₀；

步骤g，计算当前工况下摩擦系数μ，

计算模型为：

式中：a为液体摩擦影响系数；b为干摩擦影响系数；B_ξ为摩擦系数衰减指数；ξ₀₁为光辊轧制时的动态油膜厚度，ξ₀₂为轧辊粗糙度对润滑油膜厚度影响量，取决于轧辊实际粗糙度；

光辊轧制时的动态油膜厚度

式中：ε为压下率；h₀是轧机入口带钢厚度；K_m平均变形抗力；σ₀为单位后张力，k_c为乳化液浓度影响系数；θ为乳化液的粘度压缩系数；为润滑油膜速度影响系数，其中V为轧制速度；

步骤h，计算当前工况下轧制压力P、单位轧制应力P₀、打滑因子ψ，轧制压力

式中：为强度张力规格系数 为规格强度系数 为规格压下系数

打滑因子

式中：R'为工作辊压扁半径Δh为绝对压下量Δh＝εh₀；

步骤i，计算控制目标函数F₁(X)，计算模型为：

式中，k_σ为等效张力影响系数，取1.6；β为加权系数，取0.6；

步骤j，判断不等式是否成立；如果成立，则令F₀＝F₁，令最佳后张力设定值σ_0y＝σ₀、最佳前张力设定值σ_1y＝σ₁，转入步骤k；否则，直接转入步骤k；

步骤k，判断不等式σ₀＜σ_0max是否成立；如果不等式成立，则令k₀＝k₀+1，转入步骤f；否则转入步骤l；

步骤l，判断不等式σ₁＜σ_1max是否成立；如果不等式成立，则令k₁＝k₁+1，转入步骤d；否则转入步骤m；

步骤m，输出最佳前、后张力σ_1y、σ_0y，完成小变形量下二次冷轧机组DR材稳定轧制的轧制工艺参数优化。

2.根据权利要求1所述的二次冷轧机组小变形条件下轧制工艺参数优化设定方法，其特征在于，步骤a中，收集二次冷轧机组的设备参数与工艺参数；包括以下步骤：

步骤a1，收集二次冷轧机组的轧辊工艺参数，包括：工作辊半径R、表面粗糙度Ra_r、工作辊的弹性模量E、工作辊的泊松比ν；

步骤a2，收集二次冷轧机组相关轧制工艺参数，包括：带材的平均变形抗力K_m和屈服强度σ_s、带材的宽度B、来料的厚度h₀、压下率ε、正常轧制速度V、轧制压力设定值P₁；

步骤a3，收集工艺润滑制度参数，包括：乳化液浓度c、初始温度t₀、流量w、以及乳化液的动力粘度η、压缩系数θ；

步骤a4，收集二次冷轧机组的工艺特征参数，包括：临界打滑因子ψ*，许用最小、最大单位前张力σ_1mi_n、σ_1max，许用最小、最大单位后张力σ_0mi_n、σ_0max，前、后张力T₁,T₀。