CN110947778B - 用于冷轧机组的乳化液喷淋装置及其喷淋管道设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于冷轧机组的乳化液喷淋装置及其喷淋管道设计方法，所述的乳化液喷淋装置包括多个喷淋单元，各喷淋单元均包括三通阀、喷淋管道和喷嘴装置，所述三通阀的进口为乳化液入口，所述三通阀的第一出口与喷淋管道连通，所述三通阀的第二出口与喷嘴装置连通，相邻两喷淋单元之间通过对应的喷淋管道连通。发明可以灵活调整喷淋管道的管径、喷嘴间距，以及喷射方向角，以便在二次冷轧机组带钢宽度范围变化时，精确控制带钢表面乳化液流量的分布，解决现有的乳化液喷淋架在二次冷轧机组带钢宽度范围变化时，无法精确控制带钢表面乳化液流量的分布，容易造成二次冷轧产品板形与表面质量缺陷，生产宽度较窄带钢时边部乳化液浪费较多的问题。

Description

用于冷轧机组的乳化液喷淋装置及其喷淋管道设计方法

技术领域

本发明涉及冷轧带钢技术领域，具体涉及一种用于冷轧机组的乳化液喷淋装置及其喷淋管道设计方法。

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，二次冷轧机组乳化液直喷系统采用焊接式的喷淋架(如图1所示)，喷淋架的管径、喷嘴间距、喷射方向角调整不方便，在二次冷轧机组带钢宽度范围变化时，无法精确控制带钢表面乳化液流量的分布，容易造成二次冷轧产品板形与表面质量缺陷，生产宽度较窄带钢时边部乳化液浪费较多。

现有的相关乳化液喷淋技术有：

发明专利：乳化液直喷系统喷淋距离确定方法(申请号：201410023960.X)。该专利公开了一种乳化液直喷系统喷淋距离确定方法，其通过确定摩擦系数来确定带钢轧制时形成的油膜厚度，再根据带钢表面形成的最大油膜厚度确定乳化液在带钢表面的可停留时间，最后根据乳化液在带钢表面的可停留时间和带钢运行速度，获得喷嘴到轧机中心的距离，即乳化液直喷系统喷淋距离。该方案的核心为喷嘴到轧机中心的距离。

发明专利：一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置及喷射方法(申请号：CN201010122581.8)。该专利公开了一种用于均匀润滑轧机辊缝的喷射装置，该喷射装置包括布置在轧制机架入口带钢上表面的直喷乳化液喷淋架和布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架，该喷射装置还包括布置在轧制机架入口带钢下表面的直喷乳化液喷淋架。本发明还公开了一种喷射方法，该方法包括以下步骤：第一步，确定喷淋架中喷嘴与轧辊中心线及轧制中心线之间距离；第二步，确定喷嘴与水平面的夹角大小；第三步，确定各喷淋架的喷射流量。该喷射装置和喷射方法既解决了乳化液流量过大时容易滴落与飞溅的问题，又实现了下辊缝有充足的润滑与足够油膜厚度，同时保证了上下辊缝润滑油膜厚度的均匀。该专利的核心为喷淋架的位置和流量。

实用新型：一种乳化液管道积液收集系统(申请号：201720959536.5)。该实用新型涉及一种乳化液管道积液收集系统，包括乳化液存储箱，乳化液存储箱上设有搅拌器并配套有乳化液保温循环系统，乳化液存储箱下部均设有出液管A，出液管A通过出液支管分别将乳化液送至冷轧机组的乳化液喷淋系统，乳化液喷淋系统下设有乳化液收集斗，乳化液收集斗下设有出液管B将乳化液收集到乳化液回收管中将乳化液送至平床过滤器，对乳化液过滤后进入乳化液存储箱中保温循环，所述乳化液存储箱一侧加装有乳化液收集箱，乳化液收集箱的进液管上设有若干进液支管分别与出液支管及乳化液提升管相连接，出液管将乳化液提升至乳化液存储箱上方的平流床过滤器过滤后进入乳化液存储箱；本实用新型极大地降低了停机检修时乳化液的循环成本。该实用新型的核心为一种乳化液管道积液收集系统。

发明专利：单机架可逆轧机的冷轧湿平整控制方法及其冷轧控制系统(申请号：201410482259.4)。该专利提供一种单机架可逆轧机的冷轧湿平整控制方法及其冷轧控制系统，所述的步骤包括：配置湿平整乳化液；选择喷射类型；轧机启动前先启动乳化液准备按钮，供液泵启动，第一供液阀或第二供液阀关闭，乳化液经卸荷阀流回箱体，乳化液在箱体系统内循环；轧机进行平整时启动乳化液喷射按钮，卸荷阀关闭，第一供液阀或第二供液阀开启，向喷嘴供液，乳化液喷射至钢板与轧辊之间，经过处理的钢板，依次进行后序机械加工；冷轧控制系统包括可逆轧机机架，可逆轧机机架入口处配置乳化液喷淋装置，乳化液喷淋装置包括上喷射梁和下喷射梁、供液泵、乳液箱、抽油泵、配液装置、带有触摸屏的中央控制器。本发明的有益效果是：一次性投资小、效果明显、节能环保。该专利主要阐述了单击架可逆轧机冷轧湿平整时的控制方法。

发明专利：一种冷轧直喷乳化液喷淋方法(申请号：201210258380.X)。该发明公开了一种冷轧直喷乳化液喷淋方法，设在带钢上表面的上喷嘴和设于带钢下表面的下喷嘴分别向带钢上表面和下表面喷淋乳化液，先将上喷嘴距离轧机中心的距离s1和上喷嘴的喷淋量F1为参照目标，然后根据参照目标来确定下喷嘴到轧机中心的最优距离s2*和下喷嘴的喷淋量F2，最后通过设置在上喷嘴和下喷嘴分支管路上的流量阀来分别控制乳化液的流量。本发明的技术方案通过模型计算和流量阀的设置使得带钢上下表面油膜厚度均等，解决了带钢下表面乳化液滴落损失而导致的润滑不足和上下表面润滑特性差异等问题，实现了上下工作辊对应轧制区域的润滑条件相同，提高轧制过程稳定性，并且改造规模小，便于现场操作使用。该专利的核心为通过模型和流量控制油膜厚度和均匀性。

以上技术文献都无法实现根据带钢实际轧制规格对喷淋装置进行灵活调整，无法精确控制带钢表面乳化液流量的分布。

发明内容

本发明的目的是提供一种乳化液喷淋装置及其喷淋管道设计方法，本发明可以灵活调整喷淋管道的管径、喷嘴间距，以及喷射方向角，以便在二次冷轧机组带钢宽度范围变化时，精确控制带钢表面乳化液流量的分布，用以解决现有的乳化液喷淋架在二次冷轧机组带钢宽度范围变化时，无法精确控制带钢表面乳化液流量的分布，容易造成二次冷轧产品板形与表面质量缺陷，生产宽度较窄带钢时边部乳化液浪费较多的问题。

为实现上述目的，本发明的乳化液喷淋装置方案是：一种乳化液喷淋装置，包括多个喷淋单元，各喷淋单元均包括三通阀、喷淋管道和喷嘴装置，所述三通阀的进口为乳化液入口，所述三通阀的第一出口与喷淋管道连通，所述三通阀的第二出口与喷嘴装置连通，相邻两喷淋单元之间通过对应的喷淋管道连通。

进一步地，根据本发明所述的可调式乳化液喷淋装置，所述喷嘴装置包括喷嘴、弯头和喷嘴接头，所述弯头的一端连接对应三通阀的第二出口，所述弯头的另一端通过喷嘴接头连接喷嘴。

进一步地，根据本发明所述的可调式乳化液喷淋装置，所述喷淋装置首端的三通阀进口处设置堵头，所述喷淋装置尾端的三通阀第一出口处设置堵头。

进一步地，根据本发明所述的可调式乳化液喷淋装置，所述弯头与三通阀第二出口通过螺纹连接，所述三通阀第一出口与喷淋管道之间通过螺纹连接。

本发明还提供了一种喷淋管道的设计方法，所述喷淋管道设计方法包括喷淋管道的管道长度设计以及管径的设计，具体设计方法如下：

(1)设定管道设计参数值，包括：管道长度初始值、管径初始值、管道长度优化步长、管径优化步长、喷淋管道内的乳化液流速最小值V_min和最大值V_max，以及相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度最小值S_min和最大值S_max；

(2)根据步骤(1)中的参数设定值，分别对喷淋管道的管道长度和管径进行优化计算；

(3)根据步骤(2)得到的管道长度优化值计算相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度S_i，并根据步骤(2)得到的管径优化值计算喷淋管道内的乳化液流速V_i；

(4)若S_min≤S_i≤S_max，则记录并输出此次优化得到的管道长度优化值，并返回步骤(2)再次对管道长度进行优化计算；若V_min≤V_i≤V_max，则记录并输出此次优化得到的管径优化值，并返回步骤(2)再次对管径进行优化计算；

否则，进入步骤(5)；

(5)根据带钢实际轧制润滑情况，从步骤(4)输出的管径优化值和管道长度优化值中，选出满足实际轧制润滑要求的喷淋管道的管径和管道长度。

进一步地，根据本发明所述的喷淋管道设计方法，管道长度优化计算方法为：

L_i＝L₀+(i-1)ΔL

其中，i表示优化次数，i＝1，2，3，……，N；ΔL为优化步长；L_i表示第i次优化得到的喷淋管道的管道长度优化值；L₀为管道长度初始值。

进一步地，根据本发明所述的喷淋管道设计方法，相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度S_i的计算方法为：

S_i＝B-L_zi

其中，L_zi为相邻两喷嘴间的喷嘴间距，L_zi＝L_i-2*l₁+l₂；

B为单个喷嘴的喷淋宽度；

l₁表示喷淋管道插入三通阀第一出口的长度；

l₂表示三通阀第一出口到第二出口的长度。

进一步地，根据本发明所述的喷淋管道设计方法，单个喷嘴喷淋宽度B为：

其中，θ为喷嘴喷射角度、H为喷嘴喷射高度，α为喷嘴喷射方向角。

进一步地，根据本发明所述的喷淋管道设计方法，所述管径优化计算方法为：

d_i＝d₀+(i-1)Δd

其中，i为优化次数，i＝1，2，3，…，N；d₀为初始管径；Δd为管径优化步长。

进一步地，根据本发明所述的喷淋管道设计方法，喷淋管道内乳化液流速为：

其中，Q为乳化液流量。

本发明达到的有益效果：本发明可以根据不同钢种、规格的产品对润滑性能的需要，选用合适规格的喷淋管道拼接成喷淋架，对带钢进行轧制润滑，提高二次冷轧机组的润滑性能。

附图说明

图1是现有喷淋架的结构示意图；

图2是本发明喷淋装置的结构示意图；

图3是本发明喷嘴装置的结构示意图；

图4是本发明喷淋架的设备工艺参数示意图；

图5是本发明管道长度选择的实施例流程示意图；

图6是本发明管径选择的实施例流程示意图。

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。

如图2和图3所示，本发明的喷淋装置包括顺次连接的多个喷淋单元，各喷淋单元均包括三通阀1、喷淋管道2和喷嘴装置，其中，喷嘴装置包括喷嘴5、弯头3和喷嘴接头4，三通阀1的进口为喷淋单元的乳化液入口，三通阀1的第一出口与喷淋管道2通过螺纹连接，三通阀1的第二出口与喷嘴装置连接，相邻两喷淋单元之间通过对应的喷淋管道连通。弯头3设有内螺纹，弯头3的一端连接对应三通阀1的第二出口，弯头3的另一端通过喷嘴接头4连接喷嘴5。

喷淋装置首端的三通阀进口处和喷淋装置尾端的三通阀第一出口设置堵头6。

乳化液从喷淋装置入口处第一个喷淋单元的三通阀1进口进入，经过喷淋管道2进入其他喷淋单元的各个三通阀1，经过弯头3、喷嘴接头4到达喷嘴5，然后喷出。

通过改变喷淋管道的长度可以调节喷嘴间距，控制喷嘴喷射叠加区域长度，间接调节带钢表面乳化液流量分布情况。

本发明喷淋管道的管道长度以及管径的选择过程如下：

(1)设定管道设计参数值，包括：管道长度初始值、管径初始值、管道长度优化步长、管径优化步长、喷淋管道内的乳化液流速最小值V_min和最大值V_max，以及相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度最小值S_min和最大值S_max；

(2)根据步骤(1)中的参数设定值，分别对喷淋管道的管道长度和管径进行优化计算；

(3)根据步骤(2)得到的管道长度优化值计算相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度S_i，并根据步骤(2)得到的管径优化值计算喷淋管道内的乳化液流速V_i；

(4)若S_min≤S_i≤S_max，则记录并输出此次优化得到的管道长度优化值，并返回步骤(2)再次对管道长度进行优化计算；若V_min≤V_i≤V_max，则记录并输出此次优化得到的管径优化值，并返回步骤(2)再次对管径进行优化计算；

否则，进入步骤(5)；

(5)根据带钢实际轧制情况，从步骤(4)输出的管径优化值和管道长度优化值中，选出满足实际轧制润滑要求的喷淋管道的管径和管道长度。

下面以具体的实例对本发明喷淋管道的长度和管径设计的具体过程说明如下：

实施例1：

(1)管道长度选择，如图5所示，管道长度选择的具体过程如下：

(a)收集计算所需轧制润滑工艺参数，包括：收集拼接式喷淋架设计所需设备工艺参数，包括：喷嘴喷射高度H＝150mm、喷嘴喷射方向角α＝68°、喷嘴喷射角度θ＝50°。

(b)给定喷嘴喷射叠加区域长度最大值S_max＝50mm和最小值S_min＝30mm,给定管线长度初始值L₀＝90mm和优化步长ΔL＝2mm。给定l₁＝10mm，l₂＝40mm。

(c)定义管线长度搜索参数i，并初始化i＝1，结果记录过程参数k，并初始化k＝1，定义满足轧制润滑要求的管线长度L_i，及其组数N，并初始化N＝0。

(d)计算单个喷嘴喷淋宽度:

(e)计算管线长度L_i＝L₀+(i-1)ΔL。

(f)计算喷嘴间距L_zi＝L_i-2*l₁+l₂。

(g)计算相邻喷嘴喷射叠加区域宽度S_i＝B-L_zi。

(h)若S_min≤S_i≤S_max成立，则记录L_yk＝L_i、N＝N+1，令k＝k+1，i＝i+1转入步骤(e)；若不成立，则直接转入步骤(i)。

(i)输出记录的N组满足轧制润滑要求的数据，如下表1。

(j)根据现场实际情况最终确定管线长度为100mm。

表1

i	1	2	3	4	5	6
							S<sub>i</sub>(mm)	40.88	38.88	36.88	34.88	32.88	30.88
L<sub>yk</sub>(mm)	90	92	94	96	98	100

(2)管径选择，如图6所示，管径选择的具体过程如下：

(a)收集可调式喷淋架内乳化液流量Q＝10L/min；

(b)确定喷淋架内压力P＝0.5MPa,根据管路内流体流速设计准则，给定喷淋架内乳化液流速最大值V_max＝3m/s和最小值V_min＝0.5m/s,给定管径初始值d₀＝10mm和优化步长Δd＝2mm；

(c)定义管线长度搜索参数i，并初始化i＝1，结果记录过程参数k，并初始化k＝1，定义满足轧制润滑要求的管线长度L_i，及其组数N，并初始化N＝0。

(d)计算管径d_i＝d₀+(i-1)Δd；

(e)计算管内乳化液流速

(f)若V_min≤V_i≤V_max成立，则记录d_yk＝d_i、N＝N+1，令k＝k+1，i＝i+1转入步骤(d)；若不成立，则直接转入步骤(g)。

(g)输出记录的N组满足轧制润滑要求的数据，如表2。

(h)根据现场实际情况最终确定管径d＝12mm。

表2

实施例2：

(1)管道长度选择，如图5：

(a)收集计算所需轧制润滑工艺参数，包括：收集拼接式喷淋架设计所需设备工艺参数，包括：喷嘴喷射高度H＝200mm、喷嘴喷射方向角α＝72°、喷嘴喷射角度θ＝58°。

(b)给定喷嘴喷射叠加区域长度最大值S_max＝60mm和最小值S_min＝30mm,给定管线长度初始值L₀＝150mm和优化步长ΔL＝5mm。给定l₁＝15mm，l₂＝60mm。

(c)定义管线长度搜索参数i并初始化i＝1，结果记录过程参数k并初始化k＝1，定义满足叠加区域长度要求的参数L_i及其组数N并初始化N＝0。

(d)计算单个喷嘴喷淋宽度:

(e)计算管线长度L_i＝L₀+(i-1)ΔL。

(f)计算喷嘴间距L_zi＝L_i-2*l₁+l₂。

(g)计算相邻喷嘴喷射叠加区域宽度S_i＝B-L_zi。

(h)若S_min≤S_i≤S_max成立，则记录L_yk＝L_i、N＝N+1，令k＝k+1，i＝i+1转入步骤(e)；若不成立，则直接转入步骤(i)。

(i)输出记录的N组满足轧制润滑要求的数据，如表3。

(j)根据现场实际情况最终确定管线长度为160mm。

表3

(2)管径选择，如图6：

(a)收集可调式喷淋架内乳化液流量Q＝20L/min；

(b)确定喷淋架内压力P＝0.3MPa,根据管路内流体流速设计准则，给定喷淋架内乳化液流速最大值V_max＝2m/s和最小值V_min＝0.5m/s，给定管径初始值d₀＝10mm和优化步长Δd＝2mm；

(c)定义管径搜索参数i并初始化i＝1，结果记录过程参数k并初始化k＝1，定义满足乳化液流速要求的参数V_i及其组数N并初始化N＝0；

(d)计算管径d_i＝d₀+(i-1)Δd；

(e)计算管内乳化液流速

(f)若V_min≤V_i≤V_max成立，则记录d_yk＝d_i、N＝N+1，令k＝k+1，i＝i+1转入步骤(d)；若不成立，则直接转入步骤(g)。

(g)输出记录的N组满足轧制润滑要求的数据，如表4。

(h)根据现场实际情况最终确定管径d＝25mm。

表4

i	1	2	3	4	5	6	7	8
									d<sub>yk</sub>(mm)	15	17	19	21	23	25	27	29
V<sub>yk</sub>(m/s)	1.886	1.469	1.176	0.962	0.802	0.679	0.582	0.505

本发明可以根据现场生产需要，灵活的调整喷淋架上的管径、喷嘴间距、喷射方向角，具有拆装简便、调整灵活的优点，可以根据带钢宽度的不同灵活地增加或减少喷淋架上的喷嘴个数，精确调整乳化液在带钢表面的流量分布与喷射总宽度，提高二次冷轧机组产品质量与乳化液的有效利用率，进一步提高二次冷轧机组直喷系统喷淋架调节乳化液润滑效果的能力。

Claims (7)

1.一种冷轧机组用乳化液喷淋管道设计方法，所述方法为二次冷轧机组用乳化液喷淋管道设计方法，其特征在于，

所述喷淋管道设计方法包括喷淋管道的管道长度设计以及管径的设计，具体设计方法如下：

(1)设定管道设计参数值，包括：管道长度初始值、管径初始值、管道长度优化步长、管径优化步长、喷淋管道内的乳化液流速最小值V_min和最大值V_max，以及相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度最小值S_min和最大值S_max；

(2)根据步骤(1)中的参数设定值，分别对喷淋管道的管道长度和管径进行优化计算；

(3)根据步骤(2)得到的管道长度优化值计算相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度S_i，并根据步骤(2)得到的管径优化值计算喷淋管道内的乳化液流速V_i；

(4)若S_min≤S_i≤S_max，则记录并输出此次优化得到的管道长度优化值，并返回步骤(2)再次对管道长度进行优化计算；若V_min≤V_i≤V_max，则记录并输出此次优化得到的管径优化值，并返回步骤(2)再次对管径进行优化计算；

否则，进入步骤(5)；

(5)根据带钢实际轧制情况，从步骤(4)输出的管径优化值和管道长度优化值中，选出满足实际轧制润滑要求的喷淋管道的管径和管道长度，

管道长度优化计算方法为：

L_i＝L₀+(i-1)ΔL

其中，i表示优化次数，i＝1，2，3，......，N；ΔL为优化步长；L_i表示第i次优化得到的喷淋管道的管道长度优化值；L₀为管道长度初始值，

相邻喷嘴喷射叠加区域的宽度S_i的计算方法为：

S_i＝B-L_zi

其中，L_zi为相邻两喷嘴间的喷嘴间距，L_zi＝L_i-2*l₁+l₂；

B为单个喷嘴的喷淋宽度；

l₁表示喷淋管道插入三通阀第一出口的长度；

l₂表示三通阀第一出口到第二出口的长度，

管径优化计算方法为：

d_i＝d₀+(i-1)Δd

其中，i为优化次数，i＝1，2，3，....，N；d₀为初始管径；Δd为管径优化步长。

2.根据权利要求1所述的冷轧机组用乳化液喷淋管道设计方法，其特征在于，单个喷嘴喷淋宽度B为：

其中，θ为喷嘴喷射角度、H为喷嘴喷射高度，α为喷嘴喷射方向角。

3.根据权利要求1所述的冷轧机组用乳化液喷淋管道设计方法，其特征在于，喷淋管道内乳化液流速为：

其中，Q为乳化液流量。

4.一种用于权利要求1的冷轧机组用乳化液喷淋管道设计方法的乳化液喷淋装置，其特征在于：所述的乳化液喷淋装置包括多个喷淋单元，各喷淋单元均包括三通阀、喷淋管道和喷嘴装置，所述三通阀的进口为乳化液入口，所述三通阀的第一出口与喷淋管道连通，所述三通阀的第二出口与喷嘴装置连通，相邻两喷淋单元之间通过对应的喷淋管道连通。

5.根据权利要求4所述的乳化液喷淋装置，其特征在于，所述喷嘴装置包括喷嘴、弯头和喷嘴接头，所述弯头的一端连接对应三通阀的第二出口，所述弯头的另一端通过喷嘴接头连接喷嘴。

6.根据权利要求4所述的乳化液喷淋装置，其特征在于，所述喷淋装置首端的三通阀进口处设置堵头，所述喷淋装置尾端的三通阀第一出口处设置堵头。

7.根据权利要求4所述的乳化液喷淋装置，其特征在于，所述三通阀第一出口与喷淋管道之间通过螺纹连接。

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