CN109550790B - 一种二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法及喷淋装置 - Google Patents

一种二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法及喷淋装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法及喷淋装置，本发明增设了支撑辊表面乳化液喷淋设备，在对二次冷轧机组进行乳化液喷淋控制时，可以根据不同钢种、规格的产品对润滑性能的需要，选用带钢表面单独喷淋模式或带钢与支撑辊综合喷淋模式进行轧制润滑，从而提高二次冷轧机组润滑性能，解决传统直喷系统喷射装置生产薄规格、高强度的DR9M、DR10产品润滑能力不足的问题。

Description

一种二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法及喷淋装置
技术领域
本发明涉及冷轧技术领域，具体涉及一种二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法及喷淋装置。
背景技术
对于冷轧板带钢生产，为了保证轧制过程的稳定性，提高冷轧板带钢产品的板形与表面质量，增加轧辊的使用寿命，普遍采用乳化液进行轧制工艺润滑。常规的冷轧板带钢乳化液喷淋系统有乳化液循环系统与乳化液直喷系统。乳化液循环系统将大量的乳化液喷射在辊缝位置进行润滑并对乳化液进行回收循环利用。而乳化液直喷系统将少量的乳化液喷射在距离辊缝一定位置处的带钢表面，乳化液进入辊缝前在带钢形成一层均匀的油膜，乳化液不循环使用。对于二次冷轧机组而言，由于生产的产品具有厚度薄、强度高、表面质量要求高的特点，一般选用乳化液直喷系统进行轧制润滑。
以往，二次冷轧机组生产过程中，针对典型规格的DR7、DR8、DR9类产品，采用现有直喷系统喷淋装置设定对应的乳化液的流量与浓度即可满足稳定轧制对润滑性能的需要。近年来，为了进一步节约材料成本，二次冷轧产品向着厚度更薄、强度更高的方向发展，二次冷轧机组需要生产薄规格、高强度的DR9M、DR10产品。然而，在二次冷轧机组采用现有直喷系统喷淋装置对这些薄规格、高强度的DR9M、DR10产品进行生产，由于润滑能力不足，辊缝摩擦系数较大，导致轧制压力与前滑值过大，轧制过程不稳定，产品板形与表面质量也无法满足用户需求。因此，为了实现薄规格的DR9M、DR10产品的稳定生产，需要进一步提高二次冷轧机组直喷系统喷淋装置的润滑性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法及喷淋装置，本发明可以根据不同钢种、规格的产品对润滑性能的需要，选用带钢表面单独喷淋模式或带钢与支撑辊综合喷淋模式进行轧制润滑，提高二次冷轧机组润滑性能，解决传统直喷系统喷射装置生产薄规格、高强度的DR9M、DR10产品润滑能力不足的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种用于二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述的乳化液喷淋控制方法包括带钢表面单独喷淋模式，以及带钢与支撑辊综合喷淋模式，步骤如下：
1)收集乳化液喷淋过程中用到的轧制润滑工艺参数；
2)给定带钢生产润滑性能所需要的轧制变形区入口油膜厚度，并计算带钢表面析出油膜厚度能力的最大值；
3)判断ξSmax＜ξt是否成立，若成立，则选用带钢与支撑辊综合喷淋模式进行轧制润滑，转入步骤4)；若不成立，则选用带钢表面单独喷淋模式进行轧制润滑，转入步骤5)；ξt为所需要的轧制变形区入口油膜厚度，ξSmax为带钢表面析出油膜厚度能力的最大值；
4)计算带钢与支撑辊综合喷淋模式下，支撑辊表面所需要析出的油膜厚度，以及支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量，并转入步骤6)：
5)计算带钢表面单独喷淋模式下，带钢表面所需喷淋的乳化液流量，并转入步骤6)；
6)输出选定的乳化液喷淋模式与喷淋流量，进行乳化液喷淋控制。
进一步地，根据本发明所述的乳化液喷淋控制方法，所述的步骤1)中，所述工艺参数包括：带钢的入口轧制速度VS、支撑辊线速度VR、带钢宽度B、带钢表面乳化液析出距离LS、支撑辊表面乳化液析出距离LR、混合箱乳化液浓度C、带钢表面乳化液流量的最大值QSmax。
进一步地，根据本发明所述的乳化液喷淋控制方法，所述步骤2)中，带钢表面析出油膜厚度能力的最大值为：
Figure BDA0001420969140000031
式中，αS为带钢表面乳化液浓度析出效率；βS为带钢表面乳化液流量剩余效率；λS为带钢表面乳化液浓度析出效率影响系数；δS为带钢表面乳化液流量剩余效率系数。
进一步地，根据本发明所述的乳化液喷淋控制方法，所述步骤4)中，带钢与支撑辊综合喷淋模式下，支撑辊表面所需要析出的油膜厚度为：
Figure BDA0001420969140000032
式中，ξR为支撑辊表面所需要析出的油膜厚度，ηR为支撑辊表面油膜传递到工作辊表面的效率。
进一步地，根据本发明所述的乳化液喷淋控制方法，所述步骤4)中，将ξR代入油膜厚度模型，反算带钢与支撑辊综合喷淋模式下，支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量QR，即：
Figure BDA0001420969140000033
式中，αR为支撑辊表面乳化液浓度析出效率；βR为支撑辊表面乳化液流量剩余效率；λR为支撑辊表面乳化液浓度析出效率影响系数；δR为支撑辊表面乳化液流量剩余效率系数；QR为支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量。
进一步地，根据本发明所述的乳化液喷淋控制方法，所述步骤5)中，将ξt代入油膜厚度模型，计算单独喷淋模式下带钢表面所需喷淋的乳化液流量QS，即：
Figure BDA0001420969140000041
式中，αS为带钢表面乳化液浓度析出效率；βS为带钢表面乳化液流量剩余效率；λS为带钢表面乳化液浓度析出效率影响系数；δS为带钢表面乳化液流量剩余效率系数。
本发明还提供了一种采用上述乳化液喷淋控制方法的喷淋装置，包括乳化液输送设备和带钢表面乳化液喷淋设备，所述乳化液输送设备包括乳化液混合箱、喷淋泵和乳化液输送管路，所述带钢表面乳化液喷淋设备包括带钢表面乳化液喷淋管路、以及用于向带钢表面喷淋乳化液的带钢表面喷淋架，所述带钢表面喷淋架上设置有多个第一乳化液喷嘴，所述乳化液混合箱内配置乳化液，所述喷淋泵的进水端与乳化液混合箱连通，所述喷淋泵的出水端连接乳化液输送管路，所述带钢表面乳化液喷淋管路的一端与乳化液输送管路连通，另一端与带钢表面喷淋架连通；
所述喷淋装置包括支撑辊表面乳化液喷淋设备，所述支撑辊表面乳化液表面喷淋设备包括支撑辊表面乳化液喷淋管路，以及用于向上下支撑辊表面喷淋乳化液的支撑辊表面乳化液喷淋架，所述支撑辊表面乳化液喷淋架上设置有多个第二乳化液喷嘴，所述支撑辊表面乳化液喷淋管路的一端与与乳化液输送管路连通，另一端与支撑辊表面乳化液喷淋架连通；
所述喷淋装置根据二次冷轧机组生产的钢种与规格对轧制润滑性能的需求，选用对应的喷淋模式，即当润滑性能要求不超过带钢表面单独喷淋模式的润滑能力时，选用带钢表面单独喷淋模式，超过润滑能力时，选用带钢与支撑辊综合喷淋模式。
进一步地，根据本发明所述的喷淋装置，所述乳化液输送设备包括三通阀和乳化液回液管路，所述三通阀的进口端与喷淋泵的出水口连通，所述三通阀的其中一个出口端通过乳化液回液管路与乳化液混合箱连通，所述三通阀的另一个出口端与乳化液输送管路连通，二次冷轧机组生产间歇过程中，通过调整三通阀，乳化液通过乳化液回液管路流回乳化液混合箱，不再向乳化液输送管路输送。
进一步地，根据本发明所述的喷淋装置，所述乳化液输送设备包括流量计和压力表，所述流量计和压力表均设置在乳化液输送管路上。
进一步地，根据本发明所述的喷淋装置，所述带钢表面乳化液喷淋设备包括第一流量控制阀和第一流量计，所述支撑辊表面乳化液喷淋设备包括第二流量控制阀和第二流量计，所述第一流量控制阀和第一流量计安装在带钢表面乳化液喷淋管路上，所述第二流量计和第二流量控制阀安装在支撑辊表面乳化液喷淋管路上。
本发明达到的有益效果：本发明通过在上下支撑辊表面增加一排乳化液喷淋架，可以根据不同钢种、规格的产品对润滑性能的需要，选择带钢与支撑辊综合喷淋模式，同时向带钢表面和支撑辊表面喷淋乳化液；或者选择带钢单独喷淋模式，单独向带钢表面喷淋乳化液，能够增加二次冷轧机组轧制过程中辊缝油膜厚度，进而降低辊缝摩擦系数，提高二次冷轧机组轧制润滑性能，实现薄规格的DR9M、DR10产品的稳定轧制、保证产品的板形与表面质量。
附图说明
图1为现有乳化液喷淋装置的示意图。
图2为本发明所述二次冷轧机组带钢与支撑辊综合喷淋装置的示意图。
图3为本发明所述二次冷轧机组带钢与支撑辊综合喷淋控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
喷淋装置实施例：
本发明在现有喷淋装置的基础上，在上下支撑辊表面增加一排支撑辊表面乳化液喷淋架，可以向上下支承辊表面喷淋乳化液，在进行乳化液喷淋时，可以选择带钢与支撑辊综合喷淋模式，同时向带钢表面和支撑辊表面喷淋乳化液；也可以选择带钢单独喷淋模式，单独向带钢表面喷淋乳化液，能够增加二次冷轧机组轧制过程中辊缝油膜厚度，进而降低辊缝摩擦系数，提高二次冷轧机组轧制润滑性能，实现薄规格的DR9M、DR10产品的稳定轧制、保证产品的板形与表面质量。
如图1所示，本法明的喷淋装置包括乳化液输送设备、带钢表面乳化液喷淋设备以及支撑辊表面乳化液喷淋设备，其中，乳化液输送设备包括乳化液混合箱40、乳化液进口管路41、喷淋泵42、流量计43、压力表44、三通阀45、乳化液输送管路46、乳化液回液管路47；带钢表面乳化液喷淋设备包括带钢表面乳化液喷淋管路50、带钢表面乳化液流量控制阀51、带钢表面乳化液流量计52、带钢表面乳化液喷淋架53以及设置在带钢表面乳化液喷淋架上的多个第一乳化液喷嘴54；支撑辊表面乳化液喷淋设备包括支撑辊表面乳化液喷淋管路60、支撑辊表面乳化液流量控制阀61、支撑辊表面乳化液流量计62、支撑辊表面乳化液喷淋架63以及设置在支撑辊表面乳化液喷淋架上的多个第二乳化液喷嘴64。
本发明所述的喷淋装置在二次冷轧机组生产过程中，在乳化液混合箱40中配置一定浓度的乳化液，喷淋泵42将乳化液从乳化液混合箱中通过乳化液进口管路41、流量计43、压力计44、三通阀45和乳化液输送管路46分别输送到带钢表面乳化液喷淋管路50和支撑辊表面乳化液喷淋管路60。
其中，进入带钢表面乳化液喷淋管路50的乳化液，经由带钢表面流量控制阀51、带钢表面流量计52、带钢表面乳化液喷淋架53后，由带钢表面乳化液喷嘴54喷淋在带钢上下表面；进入支撑辊表面乳化液喷淋管路60的乳化液，经由支撑辊表面乳化液流量控制阀61、支撑辊表面乳化液流量计62、支撑辊表面乳化液喷淋架63后，由支撑辊表面乳化液喷嘴64喷淋在上下支撑辊表面。
二次冷轧机组生产间歇过程中，通过调整三通阀45，乳化液通过乳化液回液管路47流回乳化液混合箱，不再向乳化液输送管路46输送。
带钢表面流量控制阀51可以调节控制带钢表面乳化液喷嘴54喷淋在带钢上下表面的乳化液流量；支撑辊表面乳化液流量控制阀61可以调节控制支撑辊表面乳化液喷嘴64喷淋在上下支撑辊表面的乳化液流量。
喷淋控制方法实施例：
本发明所述的喷淋方法设置了带钢表面单独喷淋模式，以及带钢与支撑辊综合喷淋模式。
二次冷轧机组采用带钢表面单独喷淋模式时，支撑辊乳化液流量控制阀61关闭，调节带钢表面乳化液流量控制阀51到乳化液流量的设定值，只向带钢10的上下表面喷淋乳化液。喷淋在带钢10上下表面的乳化液在带钢进入轧制辊缝前，在带钢表面析出一定厚度的润滑油膜，并对带钢进入轧制变形区，在轧制过程中起到润滑作用。
二次冷轧机组采用带钢与支撑辊综合喷淋模式时，调节带钢表面乳化液流量控制阀51到乳化液流量的设定值；调节支撑辊表面乳化液流量控制阀61到上下支撑辊表面乳化液流量的设定值，同时向带钢10上下表面、上下支撑辊22表面喷淋乳化液。其中，喷淋在带钢10上下表面的乳化液在带钢进入轧制辊缝前，在带钢表面析出一定厚度的润滑油膜；喷淋在上下支撑辊22表面的乳化液在支撑辊表面析出一定厚度的润滑油膜，支撑辊22表面的油膜随轧辊的旋转传递到中间辊21表面，并有中间辊21表面传递至工作辊20表面，工作辊20表面的润滑油膜在轧制辊缝入口与带钢10表面析出的润滑油膜汇合，共同进入轧制变形区，在轧制过程中起到润滑作用。
实施例1：
A)收集计算所需轧制润滑工艺参数，包括：带钢的入口轧制速度VS＝750m/min、支撑辊线速度VR＝1100m/min、带钢宽度B＝0.950m、带钢表面乳化液析出距离LS＝0.5m、支撑辊表面乳化液析出距离LR＝1.2m、混合箱乳化液浓度C＝10.0％、带钢表面乳化液流量的最大值QSmax＝15.0L/min。
B)给定带钢生产润滑性能所需要的轧制变形区入口油膜厚度ξt＝0.60μm。
C)计算带钢表面析出油膜厚度能力的最大值ξSmax：
Figure BDA0001420969140000081
式中，αS为带钢表面乳化液浓度析出效率；βS为带钢表面乳化液流量剩余效率；λS为带钢表面乳化液浓度析出效率影响系数；δS为带钢表面乳化液流量剩余效率系数；
选取λS＝450，δS＝25000，计算出带钢表面析出油膜厚度能力的最大值ξSmax＝0.441μm。
D)0.441＜0.60成立，则选用带钢与支撑辊综合喷淋模式进行轧制润滑，转入步骤E).
E)计算带钢与支撑辊综合喷淋模式下支撑辊表面所需要析出的油膜厚度ξR：
Figure BDA0001420969140000082
式中，ηR为支撑辊表面油膜传递到工作辊表面的效率。
选取ηR＝0.60，计算带钢与支撑辊综合喷淋模式下支撑辊表面所需要析出的油膜厚度ξR＝0.265μm。
F)将ξR＝0.318μm代入油膜厚度计算公式，反算带钢与支撑辊综合喷淋模式下支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量QR，并转入步骤H)
Figure BDA0001420969140000091
式中，αR为支撑辊表面乳化液浓度析出效率；βR为支撑辊表面乳化液流量剩余效率；λR为支撑辊表面乳化液浓度析出效率影响系数；δR为支撑辊表面乳化液流量剩余效率系数；
选取λR＝400，δS＝30000，经计算带钢与支撑辊综合喷淋模式下支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量QR＝8.6L/min。
H)选定带钢与支撑辊综合喷淋模式、带钢乳化液喷淋流量QS＝15.0L/min、支撑辊表面乳化液流量QR＝8.6L/min。
实施例2：
A)收集计算所需轧制润滑工艺参数，包括：带钢的入口轧制速度VS＝600m/min、支撑辊线速度VR＝800m/min、带钢宽度B＝0.980m、带钢表面乳化液析出距离LS＝0.5m、支撑辊表面乳化液析出距离LR＝1.2m、混合箱乳化液浓度C＝10.0％、带钢表面乳化液流量的最大值QSmax＝15.0L/min；
B)给定带钢生产润滑性能所需要的轧制变形区入口油膜厚度ξt＝0.45μm。
C)计算带钢表面析出油膜厚度能力的最大值ξSmax：
Figure BDA0001420969140000101
式中，αS为带钢表面乳化液浓度析出效率；βS为带钢表面乳化液流量剩余效率；λS为带钢表面乳化液浓度析出效率影响系数；δS为带钢表面乳化液流量剩余效率系数；
选取λS＝450，δS＝25000，计算出带钢表面析出油膜厚度能力的最大值ξSmax＝0.537μm。
D)0.537＜0.45不成立，则选用带钢表面单独喷淋模式进行轧制润滑，转入步骤G)。
G)将ξt＝0.45μm代入油膜厚度计算公式，反算单独喷淋模式下带钢表面所需喷淋的乳化液流量QS，并转入步骤H)
Figure BDA0001420969140000102
经计算，单独喷淋模式下带钢表面所需喷淋的乳化液流量QS＝10.8L/min。
H)选定带钢表面单独喷淋模式、带钢表面乳化液喷淋流量QS＝10.8L/min。
本发明通过在上下支撑辊表面增加一排乳化液喷淋架，可以根据不同钢种、规格的产品对润滑性能的需要，选择带钢与支撑辊综合喷淋模式，同时向带钢表面和支撑辊表面喷淋乳化液；或者选择带钢单独喷淋模式，单独向带钢表面喷淋乳化液，能够增加二次冷轧机组轧制过程中辊缝油膜厚度，进而降低辊缝摩擦系数，提高二次冷轧机组轧制润滑性能，实现薄规格的DR9M、DR10产品的稳定轧制、保证产品的板形与表面质量。

Claims (10)

1.一种用于二次冷轧机组的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述的乳化液喷淋控制方法包括带钢表面单独喷淋模式，以及带钢与支撑辊综合喷淋模式，步骤如下：
1)收集乳化液喷淋过程中用到的轧制润滑工艺参数；
2)给定带钢生产润滑性能所需要的轧制变形区入口油膜厚度，并计算带钢表面析出油膜厚度能力的最大值；
3)判断ξSmax＜ξt是否成立，若成立，则选用带钢与支撑辊综合喷淋模式进行轧制润滑，转入步骤4)；若不成立，则选用带钢表面单独喷淋模式进行轧制润滑，转入步骤5)；ξt为所需要的轧制变形区入口油膜厚度，ξSmax为带钢表面析出油膜厚度能力的最大值；
4)计算带钢与支撑辊综合喷淋模式下，支撑辊表面所需要析出的油膜厚度，以及支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量，并转入步骤6)；
5)计算带钢表面单独喷淋模式下，带钢表面所需喷淋的乳化液流量，并转入步骤6)；
6)输出选定的乳化液喷淋模式与喷淋流量，进行乳化液喷淋控制。
2.根据权利要求1所述的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，所述工艺参数包括：带钢的入口轧制速度VS、支撑辊线速度VR、带钢宽度B、带钢表面乳化液析出距离LS、支撑辊表面乳化液析出距离LR、混合箱乳化液浓度C、带钢表面乳化液流量的最大值QSmax。
3.根据权利要求2所述的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述步骤2)中，带钢表面析出油膜厚度能力的最大值为：
Figure FDA0002414532480000021
式中，αS为带钢表面乳化液浓度析出效率；βS为带钢表面乳化液流量剩余效率；λS为带钢表面乳化液浓度析出效率影响系数；δS为带钢表面乳化液流量剩余效率系数。
4.根据权利要求2所述的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，带钢与支撑辊综合喷淋模式下，支撑辊表面所需要析出的油膜厚度为：
Figure FDA0002414532480000022
式中，ξR为支撑辊表面所需要析出的油膜厚度，ηR为支撑辊表面油膜传递到工作辊表面的效率。
5.根据权利要求4所述的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述步骤4)中，将ξR代入油膜厚度模型，反算带钢与支撑辊综合喷淋模式下，支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量QR，即：
Figure FDA0002414532480000023
式中，αR为支撑辊表面乳化液浓度析出效率；βR为支撑辊表面乳化液流量剩余效率；λR为支撑辊表面乳化液浓度析出效率影响系数；δR为支撑辊表面乳化液流量剩余效率系数；QR为支撑辊表面所需喷淋的乳化液流量。
6.根据权利要求2所述的乳化液喷淋控制方法，其特征在于，所述步骤5)中，将ξt代入油膜厚度模型，计算单独喷淋模式下带钢表面所需喷淋的乳化液流量QS，即：
Figure FDA0002414532480000031
式中，αS为带钢表面乳化液浓度析出效率；βS为带钢表面乳化液流量剩余效率；λS为带钢表面乳化液浓度析出效率影响系数；δS为带钢表面乳化液流量剩余效率系数。
7.一种采用如权利要求1所述乳化液喷淋控制方法的喷淋装置，包括乳化液输送设备和带钢表面乳化液喷淋设备，所述乳化液输送设备包括乳化液混合箱、喷淋泵和乳化液输送管路，所述带钢表面乳化液喷淋设备包括带钢表面乳化液喷淋管路、以及用于向带钢表面喷淋乳化液的带钢表面喷淋架，所述带钢表面喷淋架上设置有多个第一乳化液喷嘴，所述乳化液混合箱内配置乳化液，所述喷淋泵的进水端与乳化液混合箱连通，所述喷淋泵的出水端连接乳化液输送管路，所述带钢表面乳化液喷淋管路的一端与乳化液输送管路连通，另一端与带钢表面喷淋架连通；其特征在于：
所述喷淋装置包括支撑辊表面乳化液喷淋设备，所述支撑辊表面乳化液喷淋设备包括支撑辊表面乳化液喷淋管路，以及用于向上下支撑辊表面喷淋乳化液的支撑辊表面乳化液喷淋架，所述支撑辊表面乳化液喷淋架上设置有多个第二乳化液喷嘴，所述支撑辊表面乳化液喷淋管路的一端与乳化液输送管路连通，另一端与支撑辊表面乳化液喷淋架连通；
所述喷淋装置根据二次冷轧机组生产的钢种与规格对轧制润滑性能的需求，选用对应的喷淋模式，即当润滑性能要求不超过带钢表面单独喷淋模式的润滑能力时，选用带钢表面单独喷淋模式，超过润滑能力时，选用带钢与支撑辊综合喷淋模式。
8.根据权利要求7所述的喷淋装置，其特征在于，所述乳化液输送设备包括三通阀和乳化液回液管路，所述三通阀的进口端与喷淋泵的出水口连通，所述三通阀的其中一个出口端通过乳化液回液管路与乳化液混合箱连通，所述三通阀的另一个出口端与乳化液输送管路连通，二次冷轧机组生产间歇过程中，通过调整三通阀，乳化液通过乳化液回液管路流回乳化液混合箱，不再向乳化液输送管路输送。
9.根据权利要求8所述的喷淋装置，其特征在于，所述乳化液输送设备包括流量计和压力表，所述流量计和压力表均设置在乳化液输送管路上。
10.根据权利要求1所述的喷淋装置，其特征在于，所述带钢表面乳化液喷淋设备包括第一流量控制阀和第一流量计，所述支撑辊表面乳化液喷淋设备包括第二流量控制阀和第二流量计，所述第一流量控制阀和第一流量计安装在带钢表面乳化液喷淋管路上，所述第二流量计和第二流量控制阀安装在支撑辊表面乳化液喷淋管路上。
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