CN107392491A - 一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法 - Google Patents

一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,包括以下步骤：计算冷轧带钢生产产线机组的能量利用率，评价机组工艺参数优化的能效结果；计算冷轧带钢生产工序成品的比能，评价生产过程工艺路线优化的能效结果；进而评价综合能量效率。本发明从多个角度对冷轧生产的能量效率进行描述，使对综合能量效率的评价更为准确。对综合能量效率的准确评价便于以后的冷轧生产能效优化工作。

Description

一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法
技术领域
本发明涉及冷轧机组的能耗优化领域，尤其涉及一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法。
背景技术
冷轧工艺能耗巨大，而目前关于冷轧能耗的研究很少，关于冷轧能量效率的计算的研究也难以找到。
冷轧作为半连续制造、多机协同工作、混合能量输入加工***，它的酸洗连轧生产线、连续退火生产线、镀锌生产线等单独来看，都属于连续生产类型；但整个冷轧生产，钢卷要经过这些不同的生产线，从总的流程上看此时冷轧工序又可以归类为离散制造，所以也有称冷轧为半离散制造。在酸轧线当中，能量输入有电功率输入，在连退镀锌等生产线，能量输入为热功率输入，因此也很难用简单的有用功比上总功，来衡量其总体的能量效率。再加上现有的冷轧技术关注点主要集中在产品质量和交货期等因素上，很少考虑到冷轧的能量效率，因此在冷轧领域能量效率的研究很少。
在冷轧节能研究中，能量效率必将是重要的评价指标。冷轧工序是一个复杂的***，需要多种方法、并从多个角度对其进行能量效率优化进行评价，对不同的优化方法以及不同的优化结果，也很难用一般简单的能量效率来衡量。
在其他的制造业领域，能量效率的研究却正在迅速发展，尤其是数控机床领域，近几年出现了很多关于能量效率的研究。冷轧***与机床***在很多方面有相似之处，比如都包含离散制造，都包含由变频电机控制的机组等，因此很多能量效率的计算方法可以借鉴。
目前，没有一种综合的冷轧能量效率的计算方法，在冷轧生产中，了解生产过程中的能量使用的效率，可以了解生产过程中的能量消耗情况，并评价和衡量后续能量效率优化的结果。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种能准确了解生产过程中的能量消耗情况，并评价和衡量后续能量效率优化的结果冷轧带钢生产的综合能量效率计算方法。
本发明的实施例提供一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,包括以下步骤：
S1.计算冷轧带钢生产产线机组的能量利用率，并用于评价机组工艺参数优化的能效结果；
S2.计算冷轧带钢生产工序成品的比能，并用于评价生产过程工艺路线优化的能效结果；
S3.利用步骤S1工艺参数优化的能效结果和步骤S2生产过程工艺路线优化的能效结果评价综合能量效率。
进一步，所述能量利用率通过以下方法得到：
S1.1.获取机组加工工艺所需的功率、机组加工的总功率和冷轧损失的功率；
S1.2.根据步骤S1.1的结果计算能量利用率，计算公式如下：
式中，Ptech为机组加工工艺所需的功率，Pall为机组加工的总功率，Ploss为冷轧损失的功率。
进一步，所述机组包括多台轧机时，所述冷轧损失的功率包括轧机内部机械传动以及轴颈与轴辊之间摩擦所消耗的能量、轧机的轧辊频繁进行变速所消耗的动能、轧机驱动轧辊的变频电机消耗的铁损与轧机驱动轧辊的变频电机消耗的铜损。
进一步，所述比能通过以下方法得到：
S2.1.获取冷轧带钢生产所产出的带钢的总重量、冷轧生产工序中各机组用于加工所消耗的功率和冷轧生产工序中损失的功率；
S2.2.根据步骤S2.1的结果计算比能，计算公式如下：
式中，Msteel为一批次冷轧带钢生产所产出的带钢的总重量，Ptech位冷轧生产工序中各机组用于加工所消耗的功率，Ploss为冷轧生产工序中损失的功率，ρi为钢卷i的密度，bi为钢卷i的宽度，Riw为钢卷i的外径，Rin为钢卷i的内径。
进一步，所述冷轧生产工序中损失的功率包括冷轧生产工序中各机组由于自身原因而损失掉的能量、冷轧带钢的热消耗、残次品带钢消耗的能量和其余消耗的能量，冷轧生产工序中各机组由于自身原因而损失掉的能量包括轧机的摩擦损耗和退火炉的散热。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.针对冷轧工序属于半连续制造、多源能量输入、多机协调工作，不利于描述其整体能量消耗情况的特点，本发明提出了一种评价冷轧生产综合能量效率的方法，该方法可以从多个角度对冷轧生产的能量效率进行描述，使对综合能量效率的评价更为准确。
2.本发明对综合能量效率的准确评价便于以后的冷轧生产能效优化工作，从机组的工艺参数优化角度对其能量效率优化，可以用能量利用率来评价其优化效果。从冷轧生产工艺路线优化角度对其能量效率优化，可以利用比能来评价其优化效果。
附图说明
图1是本发明一种评价冷轧带钢生产的综合能量效率的方法的一流程图。
图2是机组的能量利用率的一曲线图。
图3是冷轧带钢生产的一流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,包括以下步骤：
S1.计算冷轧带钢生产产线机组的能量利用率，能量利用率，由机组的有用功比上总功来计算，用于评价机组工艺参数优化的能效结果；
能量利用率通过以下方法得到：
S1.1.获取机组加工工艺所需的功率、机组加工的总功率和冷轧损失的功率；
S1.2.根据步骤S1.1的结果计算能量利用率，计算公式如下：
式中，Ptech为机组加工工艺所需的功率，Pall为机组加工的总功率，Ploss为冷轧损失的功率。
Ptech计算模型如下式所示：
机组包括多台轧机时，所述冷轧损失的功率包括轧机内部机械传动以及轴颈与轴辊之间摩擦所消耗的能量、轧机的轧辊频繁进行变速所消耗的动能、轧机驱动轧辊的变频电机消耗的铁损与轧机驱动轧辊的变频电机消耗的铜损。
轧机内部机械传动以及轴颈与轴辊之间摩擦所消耗的能量计算模型为：
轧机的轧辊频繁进行变速所消耗的动能的计算模型为：
Ptech为有用功，用于轧制钢板，其余为无用功。当进行工艺参数优化时，无用功随之减小，因此能效得到提高，采用能量利用率描述最为合适。如下图2所示，机组的能量利用率是随着工艺参数变化的，并且在合理的工艺参数范围内存在最大能量利用效率值。
S2.计算冷轧带钢生产工序成品的比能，整个生产过程消耗的能量比上成品总质量来计算，用于评价生产过程工艺路线优化的能效结果；
比能通过以下方法得到：
S2.1.获取冷轧带钢生产所产出的带钢的总重量、冷轧生产工序中各机组用于加工所消耗的功率和冷轧生产工序中损失的功率；
S2.2.根据步骤S2.1的结果计算比能，计算公式如下：
式中，Msteel为一批次冷轧带钢生产所产出的带钢的总重量，Ptech位冷轧生产工序中各机组用于加工所消耗的功率，Ploss为冷轧生产工序中损失的功率，ρi为钢卷i的密度，bi为钢卷i的宽度，Riw为钢卷i的外径，Rin为钢卷i的内径。
冷轧生产工序中损失的功率包括冷轧生产工序中各机组由于自身原因而损失掉的能量、冷轧带钢的热消耗、残次品带钢消耗的能量和其余消耗的能量，冷轧生产工序中各机组由于自身原因而损失掉的能量包括轧机的摩擦损耗和退火炉的散热。
冷轧生产工序的路线与冷轧生产过程的能耗有着密切的联系。如图3所示，冷轧生产工序的工艺路线复杂，按照以往的工艺路线进行加工时，部分能量的损耗可能不是一台轧机造成的，而是由于钢卷在不同产线分配时，由多个机组协同造成，因此用能量利用率来描述并不合适。通过不同的工艺路线的加工，冷轧产品的总产量是不变的，因此工艺路线的优化适合用比能来描述能效优化的结果。
S3.利用步骤S1工艺参数优化的能效结果和步骤S2生产过程工艺路线优化的能效结果评价综合能量效率。
本发明针对冷轧工序属于半连续制造、多源能量输入、多机协调工作，不利于描述其整体能量消耗情况的特点，提出了一种评价冷轧生产综合能量效率的方法，该方法可以从多个角度对冷轧生产的能量效率进行描述，使对综合能量效率的评价更为准确。本发明对综合能量效率的准确评价便于以后的冷轧生产能效优化工作。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,其特征在于，包括以下步骤：
S1.计算冷轧带钢生产产线机组的能量利用率，并用于评价机组工艺参数优化的能效结果；
S2.计算冷轧带钢生产工序成品的比能，并用于评价生产过程工艺路线优化的能效结果；
S3.利用步骤S1工艺参数优化的能效结果和步骤S2生产过程工艺路线优化的能效结果评价综合能量效率。
2.根据权利要求1所述的评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,其特征在于，所述能量利用率通过以下方法得到：
S1.1.获取机组加工工艺所需的功率、机组加工的总功率和冷轧损失的功率；
S1.2.根据步骤S1.1的结果计算能量利用率，计算公式如下：
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式中，Ptech为机组加工工艺所需的功率，Pall为机组加工的总功率，Ploss为冷轧损失的功率。
3.根据权利要求2所述的评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,其特征在于，所述机组包括多台轧机时，所述冷轧损失的功率包括轧机内部机械传动以及轴颈与轴辊之间摩擦所消耗的能量、轧机的轧辊频繁进行变速所消耗的动能、轧机驱动轧辊的变频电机消耗的铁损与轧机驱动轧辊的变频电机消耗的铜损。
4.根据权利要求2所述的评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,其特征在于，所述比能通过以下方法得到：
S2.1.获取冷轧带钢生产所产出的带钢的总重量、冷轧生产工序中各机组用于加工所消耗的功率和冷轧生产工序中损失的功率；
S2.2.根据步骤S2.1的结果计算比能，计算公式如下：
<mrow> <msub> <mi>&amp;eta;</mi> <mi>b</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> <msub> <mi>M</mi> <mrow> <mi>s</mi> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>e</mi> <mi>l</mi> </mrow> </msub> </mfrac> <mo>=</mo> <mfrac> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>t</mi> <mi>e</mi> <mi>c</mi> <mi>h</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>l</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>s</mi> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>n</mi> </munderover> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mi>i</mi> </msub> <msub> <mi>b</mi> <mi>i</mi> </msub> <mi>&amp;pi;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>w</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>R</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> <mn>2</mn> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中，Msteel为一批次冷轧带钢生产所产出的带钢的总重量，Ptech位冷轧生产工序中各机组用于加工所消耗的功率，Ploss为冷轧生产工序中损失的功率，ρi为钢卷i的密度，bi为钢卷i的宽度，Riw为钢卷i的外径，Rin为钢卷i的内径。
5.根据权利要求4所述的评价冷轧带钢生产综合能量效率的方法,其特征在于，所述冷轧生产工序中损失的功率包括冷轧生产工序中各机组由于自身原因而损失掉的能量、冷轧带钢的热消耗、残次品带钢消耗的能量和其余消耗的能量，冷轧生产工序中各机组由于自身原因而损失掉的能量包括轧机的摩擦损耗和退火炉的散热。
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