CN111906151A - 一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，包括以下步骤：步骤S1:构建3104合金易拉罐标样；步骤S2:根据得到的3104合金易拉罐标样，计算测厚仪易拉罐3104合金吸收系数及带材温度设定值；步骤S3:建立在线轧制厚度波动可视化，实时监控在线轧制厚度波动。本发明实现操作可视化，降低生产过程中不良品的发生，使得产品质量得到有效保证，产品质量稳定、操作简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及冷轧3104合金易制造领域，涉及一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法。
背景技术
目前国内外易拉罐生产使用3104铝合金生产，热轧坯料厚度采用2.0-2.7mm；厚差控制范围±15～±25μm；冷轧机配备德国西马克六辊CVC冷轧机，配备德国IMS测厚仪、ABB电气控制系统，冷轧轧制采用3道次生产，各道次压下率45～52％，成品厚度控制0.245～0.280mm；厚差控制范围±3μm；抗拉强度≥290Mpa、屈服强度≥265Mpa、延伸率≥5％，制耳率≤3％；生产过程发现，易拉罐厚度设定值正常，频繁发现厚度超标问题，甚至出了半卷厚度不合格的现象，存在无法及时发现给客户和公司带来巨大损失。厚度目标值和性能客户要求极为严格，再加上随着人们对环保节约意识的不断提高，同时为了降低成本，客户对材料厚度需求越来越高。罐身料铝卷厚度波动无法及时发现，对下一个工序或下游游制罐厂冲压成型、拉伸修边量、材料强度和成型性有很大影响，易造成冲压开裂、修过余量过多或过少，每吨铝材易拉罐出杯数量，造成产量受影响等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法,有效解决轧机厚度波动无法及时发现的问题，保证了3104易拉罐铝合带材厚度稳定性，降低产品质量风险。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1:构建3104合金易拉罐标样；
步骤S2:根据得到的3104合金易拉罐标样，计算测厚仪易拉罐3104合金吸收系数及带材温度设定值；
步骤S3:建立在线轧制厚度波动可视化，实时监控在线轧制厚度波动。
进一步的，所述步骤S1具体为：
步骤S11:选定易拉罐产品3104合金卷材；
步骤S12:设置厚仪发射头窗口为50mm,所取标样规格尺寸为200mm*200mm*样品厚度；标样数量≥3片；以标样中心点为圆心,标样厚度测量中间阴影区域3个点以上，按预设规程进行测量,得到3104合金易拉罐标样；
步骤S13:标样制作后用于轧制易拉罐产品时进行测厚仪对照，取得测厚仪偏差值，偏差值用于相同厚度的补偿。
进一步的，所述步骤S2具体为：
步骤S21:获取测厚仪工作原理及影响因素；
步骤S22:根据得到的测厚仪工作原理及影响因素，计算线性化及合金曲线系数修正；
步骤S23:根据得到的测厚仪工作原理及影响因素，计算得到测厚仪各温度传感器的温度补偿。
进一步的，所述步骤S21具体为：
(1)X射线测厚仪在其射线射向被测材料后，一部分射线被测材料吸收，另一部分射线穿过材料，穿过材料的射线，其强度会衰减，被介质吸收后的电离电流Im表达式如下：
Im＝I0eupd
(1)
其中，I0为被介质吸收前的电离电流；u为质量吸收系数；p为材料密度；d为被测板的厚度；
根据式(1)的影响因素得到影响因素为材料密度、被测标样板的厚度、介质吸收前的电离电流、质量吸收系数；
根据建立3104合金易拉罐标样取得化学成分和标样板的厚度值
(2)根据不同的响应时间求，系统产生一个平均的信号值MM；
MM＝(MM1-CZ1)/CS (2)
MN＝(MM1-CZ1)/CS*GS (3)
其中，GS：两个测量通道的量程范围之间的关系，不包含零点漂移；MM：实际测量值；MM1:测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息；CZ：没有射线情况下，探测器的测量信号；CZ1:测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息；CS：在射线全开，没有被测介质情况下，探测器的测量值。
进一步的，所述步骤S22具体为：设MN为非线性的输出，通过线性化，经MN转换成线性化的输出，
MN＝MN0 e-upaLw或LW＝㏒2(MN0/MN)/u (4)
其中，u为材料吸收系数；p为材料密度；a和Lw为厚度；MN0测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息。
通过式(4)将根据建立3104合金易拉罐标样取得化学成分输入测厚仪中，自动生成线性化曲线
进一步，进行合金补偿吸收系数修正，计算合金样板的实际厚度使用的公式：
D＝DA/[1+(A1/100)] (5)
其中，DA为X射线测厚仪给定样板进行标定的X射线，测厚仪得的实际厚度；A1为合金补偿的百分数或者吸收系数；
取3104合金易拉罐标样厚度值与测厚仪测量5次的平均值进行比较，根据测量偏差值进行合金曲线修正，保证成品道次测厚仪厚度偏差值控制。
进一步的，所述温度补偿包括带材温度补偿和气隙温度补偿，具体如下：
(1)带材温度补偿
根据温度修正值,从下式计算出温度补偿以后的板厚(T)；
T＝T1*(1+Ct/100)
(6)
其中，T1为温度补偿前的板厚；易拉罐轧制的成品道次温度要求高，材料存在热膨胀情况，对轧制过程中的测量存在偏差，根据公(6)进行易拉罐带材出口温度采集并补偿；
(2)气隙温度补偿
Dsdk＝Dsd*(Tb-Tk)/p
(7)
其中Dsdk为X射线从发射装置到接收装置的距离之间空气厚度的以化换为待测金属的厚度变化；Dsd为X射线从发射装置到接收装置的距离；Tb为X射线从发射装置到接收装置途中的设定空气温度；Tk为X射线从发射装置到接收装置途中的实际空气温度；p为空气的面积重量。
进一步的，所述步骤S3具体为：
步骤S31:测厚仪每2毫秒测量一次,按每米进行统计,每米测量的数据进行统计后进行显示在测厚仪曲线上,统计公式为：
其中，
为测量数据的平均值，N为测量仪测量的次数；xi为第i次测量的数据；i＝1.....N；
步骤S32:通过对厚度偏差值进行正偏差和负偏差分别进行统计，按每米进行统计一次偏差最大值和偏差最小值，分别显示在测厚仪坐标轴上，并绘制出曲线；
步骤S33:下机后剥除降速段长度,采用PTG-100板厚测定仪进行测量，实际测量值与客户目标值差值小于预设阈值则判定合格。
进一步的，还设置有测厚仪的稳定性检查，具体如下：
(1)设定测厚仪带材温度为20℃，接着对需要清洁测厚仪窗口,采用酒精和医用纱布对发射头接头窗口保护膜进行清洁,然后对测厚仪进行CS标准化
(2)每次CS标准化结束进行预吸收标准化，并在标准化成功后进行稳定性检查；
(3)使用标样随机测量，并根据六西格玛管理手册制作均值极差控制图
(4)以M组数据为依据,取该组数据的X图的上极限值和下极限值作为日常测厚仪稳定性检查的标准控制线,取R图的上极限和下极限作为日常测厚仪检查R图的标准控制线；每班生产易拉罐产品成品道次前取与制作标准控制线的标样进行测量K次，K次的平均值在标准控制线上描点,测量值点在X图和R图控制线内判定测厚仪正常,反之重新检查厚仪直至合格。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明实现操作可视化，降低生产过程中不良品的发生，使得产品质量得到有效保证，产品质量稳定、操作简单方便；
2、本发明能够有效保证3104合金冷轧厚度稳定性，有效解决轧机厚度波动无法及时发现。
附图说明
图1是本发明一实施例中样品示意图；
图2是本发明一实施例中合金补偿吸收系数示意图；
图3是本发明一实施例中温度补偿示意图；
图4是本发明一实施例中
图；
图5是本发明一实施例中生产控制图及控制线；
图6是本发明一实施例中传统测厚仪显示曲线；
图7是本发明一实施例中改进后的测厚仪显示曲线；
图8是本发明一实施例中设置阈值的测厚仪显示曲线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，包括以下步骤：
步骤S1:构建3104合金易拉罐标样；
步骤S11:选定易拉罐产品3104合金卷材；
在本实施例中，优选的，化成分质量分数％为:Si:0.13-0.28,Fe；0.32-0.48Cu:0.12-0.25；Mn:0.78-0.95,Mg:1.1-1.35％；Cr＜0.02；Zn＜0.09；Ti＜0.02。所采集的标样的化学成分应接近3104化学成分的中值，即每个化学元素上限和下限和的平均值。
步骤S12:样品规格及检测方法:测厚仪发射头窗口为50mm,所取标样规格尺寸(长*宽*样品厚度)为200mm*200mm*样品厚度,标样厚度要求为易拉罐要求名义不同厚度；标样数量≥3片；以标样中心点为圆心(圆直径52mm),标样厚度测量中间阴影区域3个点以上；测量方法按照《JJG 62-2007塞尺检定规程》执行,示如图1所示；
标样制作后可用于轧制易拉罐产品时进行测厚仪对照，取得测厚仪偏差值，偏差值用于相同厚度的补偿。
步骤S2:根据得到的3104合金易拉罐标样，计算测厚仪易拉罐3104合金吸收系数及带材温度设定值；
步骤S21:获取测厚仪工作原理及影响因素；
在本实施例中采用德国IMS X射线测厚仪：
(1)X射线测厚仪在其射线射向被测材料后，一部分射线被测材料吸收，另一部分射线穿过材料，穿过材料的射线，其强度会衰减，被介质吸收后的电离电流Im表达式如下：
Im＝I0eupd
(1)
其中，I0为被介质吸收前的电离电流；u为质量吸收系数；p为材料密度；d为被测板的厚度；
根据式(1)的影响因素得到影响因素为材料密度、被测标样板的厚度、介质吸收前的电离电流、质量吸收系数；根据建立3104合金易拉罐标样取得化学成分和标样板的厚度值
(2)根据不同的响应时间求，系统产生一个平均的信号值MM；
MM＝(MM1-CZ1)/CS (2)
MN＝(MM1-CZ1)/CS*GS (3)
其中，GS：两个测量通道的量程范围之间的关系，不包含零点漂移；MM：实际测量值；MM1:测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息；CZ：没有射线情况下，探测器的测量信号；CZ1:测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息；CS：在射线全开，没有被测介质情况下，探测器的测量值。
优选的，在本实施例中，通过(2)和(3)得知:每次生产前进行CS标准化前，先清洁测厚仪窗口,需采用酒精和医用纱布对发射头和接头窗口保护膜进行清洁,保证传感器的测量值一致。
步骤S22:根据得到的测厚仪工作原理及影响因素，计算线性化及合金曲线系数修正；
设MN为非线性的输出，通过线性化，经MN转换成线性化的输出，
MN＝MN0 e-upaLw或LW＝㏒2(MN0/MN)/u (4)
其中，u为材料吸收系数；p为材料密度；a和Lw为厚度；MN0测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息。
通过式(4)将根据建立3104合金易拉罐标样取得化学成分输入测厚仪中，自动生成线性化曲线,保证成品道次测厚仪厚度偏差值控制±0.5μm，合金补偿吸收系数为0.9408，如图2所示。
步骤S23:根据得到的测厚仪工作原理及影响因素，计算得到测厚仪各温度传感器的温度补偿。
温度补偿包括带材温度补偿和气隙温度补偿，具体如下：
(1)带材温度补偿
根据温度修正值,从下式计算出温度补偿以后的板厚(T)；
T＝T1*(1+Ct/100)
(6)
其中，T1为温度补偿前的板厚；易拉罐轧制的成品道次温度要求高，材料存在热膨胀情况，对轧制过程中的测量存在偏差，根据公(6)进行易拉罐带材出口温度采集并补偿；最终要求易拉罐成品道次入口测厚仪温度设定为120℃,出口测厚仪温度设定值为150℃，制作曲线或标样设定温度20℃。
(2)气隙温度补偿
Dsdk＝Dsd*(Tb-Tk)/p
(7)
其中Dsdk为X射线从发射装置到接收装置的距离之间空气厚度的以化换为待测金属的厚度变化；Dsd为X射线从发射装置到接收装置的距离；Tb为X射线从发射装置到接收装置途中的设定空气温度；Tk为X射线从发射装置到接收装置途中的实际空气温度；p为空气的面积重量。每10℃约为4.7g/m2,温度每升10℃，空气的面积比重减少4.7g/m2；
步骤S3:建立在线轧制厚度波动可视化，实时监控在线轧制厚度波动。
传统易拉罐成品道次轧制时,MD11绿色表示入口厚度偏差平均值,MD21蓝色表示出口厚度偏差平均值,厚差波动大时,无法有效发现异常，如图6所示。
而本实施例中，测厚仪每2毫秒测量一次,按每米进行统计,每米测量的数据进行统计后进行显示在测厚仪曲线上,统计公式为：
其中，
为测量数据的平均值，N为测量仪测量的次数；xi为第i次测量的数据；i＝1.....N；
通过对厚度偏差值进行正偏差和负偏差分别进行统计，按每米进行统计一次偏差最大值和偏差最小值，分别显示在测厚仪坐标轴上，并绘制出曲线；使得能够有效发现异常。改进后的示意图见图7。
优选的，通过对厚差曲线统计并制作成曲线能够有效发现厚度出现偏差，减少损失。易拉罐产品生产需保证控制±3μm以内,如图8所示；
步骤S33:下机后剥除降速段长度,采用PTG-100板厚测定仪进行测量，实际测量值与客户目标值差值小于预设阈值则判定合格。
在本实施例中，优选的，由于在生产过程中在传感器故障或其它的因素导致的厚度偏差问题，因此需要对测厚仪的稳定性进行检查：
①首先设定测厚仪带材温度为20℃，接着对需要清洁测厚仪窗口,采用酒精和医用纱布对发射头接头窗口保护膜进行清洁,然后对测厚仪进行CS标准化(即在射线全开，没有被测介质情况下，探测器的测量值恢复至标准值)。每次CS标准化结束进行预吸收标准化(即对气隙温度的补偿并恢复至标准值)；标准化成功后进行稳定性检查，示意图3。
②首先使用标样随机测量5次，每5次数据为一组，每组间隔时间为8小时，需测量25组，根据六西格玛管理手册制作均值极差控制图
控制图计算公式表1所示：
表1
图计算公式及系数
③以25组数据为依据,取该组数据的X图的上极限值和下极限值作为日常测厚仪稳定性检查的标准控制线,取R图的上极限和下极限作为日常测厚仪检查R图的标准控制线；每班生产易拉罐产品成品道次前取与制作标准控制线的标样进行测量5次，5次的平均值在标准控制线上描点,测量值点在X图和R图控制线内判定测厚仪正常,反之重新检查厚仪直至合格,示意图5。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:构建3104合金易拉罐标样；
步骤S2:根据得到的3104合金易拉罐标样，计算测厚仪易拉罐3104合金吸收系数及带材温度设定值；
步骤S3:建立在线轧制厚度波动可视化，实时监控在线轧制厚度波动。
2.根据权利要求1所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：
步骤S11:选定易拉罐产品3104合金卷材;
步骤S12:设置厚仪发射头窗口为50mm,所取标样规格尺寸为200 mm*200mm*样品厚度；标样数量≥3片；以标样中心点为圆心,标样厚度测量中间阴影区域3个点以上，按预设规程进行测量,得到3104合金易拉罐标样；
步骤S13:标样制作后用于轧制易拉罐产品时进行测厚仪对照，取得测厚仪偏差值，偏差值用于相同厚度的补偿。
3.根据权利要求1所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
步骤S21:获取测厚仪工作原理及影响因素；
步骤S22:根据得到的测厚仪工作原理及影响因素，计算线性化及合金曲线系数修正；
步骤S23:根据得到的测厚仪工作原理及影响因素，计算得到测厚仪各温度传感器的温度补偿。
4.根据权利要求3所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，所述步骤S21具体为：
（1）X射线测厚仪在其射线射向被测材料后，一部分射线被测材料吸收，另一部分射线穿过材料，穿过材料的射线，其强度会衰减，被介质吸收后的电离电流Im表达式如下：
Im= I0eupd （1）
其中，I0为被介质吸收前的电离电流；u为质量吸收系数；p为材料密度；d为被测板的厚度;
根据式（1）的影响因素得到影响因素为材料密度、被测标样板的厚度、介质吸收前的电离电流、质量吸收系数；
根据建立3104合金易拉罐标样取得化学成分和标样板的厚度值
（2）根据不同的响应时间求，系统产生一个平均的信号值MM；
MM=（MM1-CZ1）/CS （2）
MN=（MM1-CZ1）/CS*GS （3）
其中，GS：两个测量通道的量程范围之间的关系，不包含零点漂移；MM：实际测量值；MM1: 测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息；CZ：没有射线情况下，探测器的测量信号；CZ1: 测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息；CS：在射线全开，没有被测介质情况下，探测器的测量值。
5.根据权利要求3所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，所述步骤S22具体为：设MN为非线性的输出，通过线性化，经MN转换成线性化的输出，
MN=MN0 e-upaLw或LW=㏒2（MN0/MN）/u （4）
其中，u为材料吸收系数；p为材料密度；a和Lw为厚度；MN0测量范围换算值，如果该值超过一个极限值,它是用红色和生成错误消息。
6.通过式（4）将根据建立3104合金易拉罐标样取得化学成分输入测厚仪中，自动生成线性化曲线
进一步，进行合金补偿吸收系数修正，计算合金样板的实际厚度使用的公式：
D=DA/[1+（A1/100）] （5）
其中，DA为X射线测厚仪给定样板进行标定的X射线，测厚仪得的实际厚度；A1为合金补偿的百分数或者吸收系数；
取3104合金易拉罐标样厚度值与测厚仪测量5次的平均值进行比较，根据测量偏差值进行合金曲线修正，保证成品道次测厚仪厚度偏差值控制。
7.根据权利要求3所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，所述温度补偿包括带材温度补偿和气隙温度补偿，具体如下：
（1）带材温度补偿
根据温度修正值,从下式计算出温度补偿以后的板厚(T);
T=T1 *(1+Ct/100) （6）
其中，T1为温度补偿前的板厚；易拉罐轧制的成品道次温度要求高，材料存在热膨胀情况，对轧制过程中的测量存在偏差，根据公（6）进行易拉罐带材出口温度采集并补偿；
（2）气隙温度补偿
Dsdk= Dsd*(Tb- Tk)/p （7）
其中Dsdk为X射线从发射装置到接收装置的距离之间空气厚度的以化换为待测金属的厚度变化；Dsd为X射线从发射装置到接收装置的距离；Tb为X射线从发射装置到接收装置途中的设定空气温度；Tk为X射线从发射装置到接收装置途中的实际空气温度；p为空气的面积重量。
8.根据权利要求1所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：
步骤S31:测厚仪每2毫秒测量一次,按每米进行统计,每米测量的数据进行统计后进行显示在测厚仪曲线上,统计公式为：
其中，
为测量数据的平均值，N为测量仪测量的次数；xi为第i次测量的数据；i=1.....N;
步骤S32:通过对厚度偏差值进行正偏差和负偏差分别进行统计，按每米进行统计一次偏差最大值和偏差最小值，分别显示在测厚仪坐标轴上，并绘制出曲线;
步骤S33:下机后剥除降速段长度,采用PTG-100板厚测定仪进行测量，实际测量值与客户目标值差值小于预设阈值则判定合格。
9.根据权利要求1所述的一种冷轧3104合金易拉罐铝带材厚度稳定性的控制方法，其特征在于，还设置有测厚仪的稳定性检查，具体如下：
（1）设定测厚仪带材温度为20℃，接着对需要清洁测厚仪窗口,采用酒精和医用纱布对发射头接头窗口保护膜进行清洁,然后对测厚仪进行CS标准化
（2）每次CS标准化结束进行预吸收标准化，并在标准化成功后进行稳定性检查；
（3）使用标样随机测量，并根据六西格玛管理手册制作均值极差控制图
-R
（4）以M组数据为依据,取该组数据的X图的上极限值和下极限值作为日常测厚仪稳定性检查的标准控制线,取R图 的上极限和下极限作为日常测厚仪检查R图的标准控制线；每班生产易拉罐产品成品道次前取与制作标准控制线的标样进行测量K次，K次的平均值在标准控制线上描点,测量值点在X图和R图控制线内判定测厚仪正常,反之重新检查厚仪直至合格。
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