CN107520253B - 二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法 - Google Patents

Abstract

一种二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法，它包括以下由计算机执行的步骤：(A)收集二次冷轧机组主要设备工艺参数、润滑特性参数、摩擦特性参数；(B)收集二次冷轧机组待生产带钢的预设定工艺参数；(C)计算要达到轧制压力目标值P_t所需要的摩擦系数目标值μ_t；(D)计算要达到摩擦系数目标值μ_t所需要的变形区油膜厚度目标值ξ_t；(E)计算要达到变形区油膜厚度目标值ξ_t所需要的析出油膜厚度目标值ξ_pt；(F)计算二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)。本发明通过综合优化乳化液浓度与流量，实现轧制油的最小消耗，降低二次冷轧机组现场生产成本及乳化液污水处理成本。

Description

二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法

技术领域

本发明属于冷轧技术领域，特别涉及一种二次冷轧过程中乳化液工艺的优化方法。

背景技术

二次冷轧是在一次冷轧及退火之后，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。二次冷轧机组第一机架入口侧采用直喷***向带钢表面喷淋一定流量与浓度的乳化液进行轧制润滑，并在第一机架出口侧配置专门的轧辊冷却喷淋装置对轧辊进行冷却。乳化液通过喷嘴喷射在带钢表面，并在带钢运行到辊缝之前析出一定厚度的油膜，保证轧制的润滑性。二次冷轧机组直喷***喷射出的乳化液将直接排放，不会循环使用，乳化液润滑性能较好，且无杂油、杂质掺入，适用于厚度薄、强度高、表面质量要求高的冷轧带钢生产，与此同时，轧制油的消耗量较大，增加冷轧带钢生产与污水处理成本。

在二次冷轧机组的生产过程中，乳化液的浓度与流量是影响轧制润滑性能的关键工艺参数。其中，随着乳化液浓度的升高，单位体积乳化液中含油量增加，使得带钢表面所析出的油膜厚度增加，轧制润滑性能得到提高；随着乳化液流量的增加，单位面积带钢上所喷射的乳化液量增多，使得带钢表面所析出的油膜厚度增加，轧制润滑性能得到提高。但是，乳化液浓度、流量的增加与带钢表面析出油膜厚度并非简单的线性关系，随着乳化液浓度、流量的增加，带钢表面析出油膜厚度增速放缓。这样，二次冷轧生产过程中乳化液浓度与流量的设定是否合理，将会直接影响到轧制生产的正常进行与轧制油耗水平。以往，二次冷轧生产过程中乳化液浓度与流量的设定主要考虑的是其润滑性能的影响，没有考虑对轧制油的消耗量指标的控制，这就导致在满足润滑性能的条件下，乳化液的浓度与流量控制范围还不够精确，造成了轧制油的浪费。这样，通过合理的设定乳化液的浓度与流量，在保证二次冷轧机组润滑性能的前提下实现轧制油的最小消耗量，对于二次冷轧机组生产成本的降低具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现轧制油的最小消耗、降低二次冷轧生产成本及乳化液污水处理成本的二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法。本发明主要是综合考虑二次冷轧机组乳化液浓度、流量与轧制润滑性能以及轧制油消耗的关系，在确定乳化液浓度、流量与带钢表面析出油膜厚度的对应关系的基础上，在保证二次冷轧机组润滑性能的前提下，通过优化乳化液浓度与流量，实现轧制油消耗量最小，为二次冷轧机组直喷***乳化液浓度与流量的综合优化控制提供了有效的技术保障。

本发明包括以下由计算机执行的步骤：

(A)收集二次冷轧机组主要设备工艺参数、润滑特性参数、摩擦特性参数，包括：工作辊半径R、工作辊弹性模量E、工作辊泊松比ν、乳化液喷嘴到轧机辊缝距离L、轧制油动力粘度η₀、压力粘度系数θ、乳化液浓度析出效率时间影响系数λ_t、乳化液浓度析出效率浓度影响系数λ_C、乳化液流量剩余效率时间影响系数δ_t、乳化液流量剩余效率流量影响系数δ_Q、液体润滑摩擦影响系数a、边界润滑摩擦影响系数b、摩擦系数衰减指数B_ξ。

(B)收集二次冷轧机组待生产带钢的预设定工艺参数，包括：带钢入口轧制速度V_S、工作辊线速度V_R、带钢宽度B、带钢入口厚度H、带钢出口厚度h、压下量Δh、轧制咬入角α、带钢后张应力σ₀、带钢前张力σ₁、带钢变形抗力K、轧制压力目标值P_t。

(C)计算要达到轧制压力目标值P_t所需要的摩擦系数目标值μ_t：

式中，Q_f为外摩擦影响系数；R_y为工作辊弹性压扁半径；σ为等效张应力。

(D)计算要达到摩擦系数目标值μ_t所需要的变形区油膜厚度目标值ξ_t：

(E)计算要达到变形区油膜厚度目标值ξ_t所需要的析出油膜厚度目标值ξ_pt：

(F)计算二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)：

F1)收集二次冷轧机组乳化液流量的最小值Q_min、乳化液流量的最大值Q_max、乳化液浓度的最小值C_min、乳化液浓度的最大值C_max；

F2)定义二次冷轧机组油耗控制目标函数F＝Q·C，初始化目标函数最优解F_y＝Q_max·C_max；

F3)定义乳化液流量优化步长ΔQ、优化步数i，并初始化i＝0；

F4)计算此时乳化液流量Q_i＝Q_min+i·ΔQ；

F5)根据乳化液在带钢表面析出油膜厚度模型，反算出乳化液流量为Q_i时，要达到析出油膜厚度目标值ξ_pt所需要的乳化液浓度C_i：

式中，η_C为乳化液浓度析出效率；η_Q为乳化液流量剩余效率。

F6)判断C_min≤C_i≤C_max是否成立？若成立，则转入步骤F7)；若不成立，则转入步骤F9)；

F7)计算此时二次冷轧机组油耗控制目标函数F_i＝Q_i·C_i；

F8)判断F_i＜F_y是否成立？若成立，则令油耗控制目标函数最优解F_y＝F_i、对应的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)＝(Q_i,C_i)，转入步骤F9)；若不成立，直接转入步骤F9)；

F9)判断Q_i≤Q_max是否成立？若成立，则令i＝i+1，转入步骤F4)；若不成立，则转入步骤F10)；

F10)输出二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

能够实现二次冷轧机组直喷***乳化液浓度与流量的综合优化，在保证润滑性能、轧制压力达到目标值的情况下，通过优化出最优的乳化液流量与浓度组合，实现轧制油的最小消耗，降低二次冷轧机组现场生产成本及乳化液污水处理成本。

附图说明

图1是本发明的总计算流程图；

图2是本发明步骤(F)的计算流程图。

具体实施方式

下面，以某二次冷轧机组为例，结合图1，对本发明所述二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法进行详细说明。

实施例1：

以某二次冷轧机组为例，按照图1所示的二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法的总计算流程图，首先，在步骤(A)中，收集二次冷轧机组主要设备工艺参数、润滑特性参数、摩擦特性参数，包括：工作辊半径R＝170mm、工作辊弹性模量E＝210GPa、工作辊泊松比ν＝0.3、乳化液喷嘴到轧机辊缝距离L＝0.5m、轧制油动力粘度η₀＝0.02Pa·s、压力粘度系数θ＝0.01MPa^-1、乳化液浓度析出效率时间影响系数λ_t＝487.5、乳化液浓度析出效率浓度影响系数λ_C＝1.936、乳化液流量剩余效率时间影响系数δ_t＝19.35、乳化液流量剩余效率流量影响系数δ_Q＝0.491、液体润滑摩擦影响系数a＝0.0112、边界润滑摩擦影响系数b＝0.1256、摩擦系数衰减指数B_ξ＝-6.582。

随后，在步骤(B)中，收集二次冷轧机组待生产带钢的预设定工艺参数，包括：带钢入口轧制速度V_S＝450m/min、工作辊线速度V_R＝540m/min、带钢宽度B＝930mm、带钢入口厚度H＝0.250mm、带钢出口厚度h＝0.200mm、压下量Δh＝0.050mm、轧制咬入角α＝0.012、带钢后张应力σ₀＝88MPa、带钢前张力σ₁＝118MPa、带钢变形抗力K＝390MPa、轧制压力目标值P_t＝210ton。

随后，在步骤(C)中，计算要达到轧制压力目标值P_t所需要的摩擦系数目标值μ_t：

式中，Q_f为外摩擦影响系数；R_y为工作辊弹性压扁半径；σ为等效张应力。

经计算，所需要的摩擦系数目标值μ_t＝0.047；

随后，在步骤(D)中，计算要达到摩擦系数目标值μ_t＝0.047所需要的变形区油膜厚度目标值ξ_t：

随后，在步骤(E)中，计算要达到变形区油膜厚度目标值ξ_t＝0.191μm所需要的析出油膜厚度目标值ξ_pt：

随后，在步骤(F)中，计算二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)，如图2所示，其包括以下步骤：

首先，在步骤F1)中，收集二次冷轧机组乳化液流量的最小值Q_min＝6.0L/min、乳化液流量的最大值Q_max＝20.0L/min、乳化液浓度的最小值C_min＝1.0％、乳化液浓度的最大值C_max＝15.0％；

随后，在步骤F2)中，定义二次冷轧机组油耗控制目标函数F＝Q·C，初始化目标函数最优解F_y＝20×15％＝3.0；

随后，在步骤F3)中，定义乳化液流量优化步长ΔQ＝0.1L/min、优化步数i，并初始化i＝0；

随后，在步骤F4)中，计算此时乳化液流量Q_i＝Q_min+i·ΔQ；

随后，在步骤F5)中，根据乳化液在带钢表面析出油膜厚度模型，反算出乳化液流量为Q_i时，要达到析出油膜厚度目标值ξ_pt＝0.360μm所需要的乳化液浓度C_i：

式中，η_C为乳化液浓度析出效率；η_Q为乳化液流量剩余效率。

随后，在步骤F6)中，判断C_min≤C_i≤C_max成立，则转入步骤F7)；

随后，在步骤F7)中，计算此时二次冷轧机组油耗控制目标函数F_i＝Q_i·C_i；

随后，在步骤F8)中，判断F_i＜F_y成立，经计算，最终目标函数最优解F_y＝0.5698，满足润滑性能要求的乳化液流量与浓度乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)＝(7.4,7.7％)，转入步骤F9)；

随后，在步骤F9)中，判断Q_i≤Q_max成立，则转入步骤F10)；

随后，在步骤F10)中，输出二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)＝(7.4,7.7％)。

如表1所示，可以看出，在保证相同的润滑性能前提下，通过优化二次冷轧机组乳化液流量与浓度的最优组合，实现轧制油消耗量从0.6576L/min降低到0.5698L/min，有效降低二次冷轧机组产品生产及乳化液污水处理成本。

表1实施例1中带钢在乳化液工艺优化前后轧制油消耗量对比

实施例2：

首先，在步骤(A)中，收集二次冷轧机组主要设备工艺参数、润滑特性参数、摩擦特性参数，包括：工作辊半径R＝170mm、工作辊弹性模量E＝210GPa、工作辊泊松比ν＝0.3、乳化液喷嘴到轧机辊缝距离L＝0.5m、轧制油动力粘度η₀＝0.02Pa·s、压力粘度系数θ＝0.01MPa^-1、乳化液浓度析出效率时间影响系数λ_t＝526.3、乳化液浓度析出效率浓度影响系数λ_C＝2.142、乳化液流量剩余效率时间影响系数δ_t＝21.62、乳化液流量剩余效率流量影响系数δ_Q＝0.533、液体润滑摩擦影响系数a＝0.0112、边界润滑摩擦影响系数b＝0.1256、摩擦系数衰减指数B_ξ＝-6.582。

随后，在步骤(B)中，收集二次冷轧机组待生产带钢的预设定工艺参数，包括：带钢入口轧制速度V_S＝400m/min、工作辊线速度V_R＝480m/min、带钢宽度B＝890mm、带钢入口厚度H＝0.300mm、带钢出口厚度h＝0.225mm、压下量Δh＝0.075mm、轧制咬入角α＝0.015、带钢后张应力σ₀＝100MPa、带钢前张力σ₁＝130MPa、带钢变形抗力K＝410MPa、轧制压力目标值P_t＝300ton。

随后，在步骤(C)中，计算要达到轧制压力目标值P_t＝300ton所需要的摩擦系数目标值μ_t：

式中，Q_f为外摩擦影响系数；R_y为工作辊弹性压扁半径；σ为等效张应力。

经计算，所需要的摩擦系数目标值μ_t＝0.044；

随后，在步骤(D)中，计算要达到摩擦系数目标值μ_t＝0.044所需要的变形区油膜厚度目标值ξ_t：

随后，在步骤(E)中，计算要达到变形区油膜厚度目标值ξ_t＝0.204μm所需要的析出油膜厚度目标值ξ_pt：

随后，在步骤(F)中，计算二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)，包括以下步骤：

首先，在步骤F1)中，收集二次冷轧机组乳化液流量的最小值Q_min＝6.0L/min、乳化液流量的最大值Q_max＝20.0L/min、乳化液浓度的最小值C_min＝1.0％、乳化液浓度的最大值C_max＝15.0％；

随后，在步骤F2)中，定义二次冷轧机组油耗控制目标函数F＝Q·C，初始化目标函数最优解F_y＝20×15％＝3.0；

随后，在步骤F3)中，定义乳化液流量优化步长ΔQ＝0.1L/min、优化步数i，并初始化i＝0；

随后，在步骤F4)中，计算此时乳化液流量Q_i＝Q_min+i·ΔQ；

随后，在步骤F5)中，根据乳化液在带钢表面析出油膜厚度模型，反算出乳化液流量为Q_i时，要达到析出油膜厚度目标值ξ_pt＝0.481μm所需要的乳化液浓度C_i：

式中，η_C为乳化液浓度析出效率；η_Q为乳化液流量剩余效率。

随后，在步骤F6)中，判断C_min≤C_i≤C_max是成立，则转入步骤F7)；

随后，在步骤F7)中，计算此时二次冷轧机组油耗控制目标函数F_i＝Q_i·C_i；

随后，在步骤F8)中，判断F_i＜F_y成立，经计算，最终目标函数最优解F_y＝0.7725，满足润滑性能要求的乳化液流量与浓度乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)＝(7.5,10.3％)，转入步骤F9)；

随后，在步骤F9)中，判断Q_i≤Q_max不成立，则转入步骤F10)；

随后，在步骤F10)中，输出二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)＝(7.5,10.3％)。

如表2所示，可以看出，在保证相同的润滑性能前提下，通过优化二次冷轧机组乳化液流量与浓度的最优组合，实现轧制油消耗量从0.8932L/min降低到0.7725L/min，有效降低了二次冷轧机组产品生产及乳化液污水处理成本。

表2实施例2中带钢在乳化液工艺优化前后轧制油消耗量对比

Claims (1)

1.一种二次冷轧机组以油耗控制为目标的乳化液工艺优化方法，其特征在于：它包括以下由计算机执行的步骤：

(A)收集二次冷轧机组主要设备工艺参数、润滑特性参数、摩擦特性参数，包括：工作辊半径R、工作辊弹性模量E、工作辊泊松比ν、乳化液喷嘴到轧机辊缝距离L、轧制油动力粘度η₀、压力粘度系数θ、乳化液浓度析出效率时间影响系数λ_t、乳化液浓度析出效率浓度影响系数λ_C、乳化液流量剩余效率时间影响系数δ_t、乳化液流量剩余效率流量影响系数δ_Q、液体润滑摩擦影响系数a、边界润滑摩擦影响系数b、摩擦系数衰减指数B_ξ；

(B)收集二次冷轧机组待生产带钢的预设定工艺参数，包括：带钢入口轧制速度V_S、工作辊线速度V_R、带钢宽度B、带钢入口厚度H、带钢出口厚度h、压下量Δh、轧制咬入角α、带钢后张应力σ₀、带钢前张力σ₁、带钢变形抗力K、轧制压力目标值P_t；

(C)计算要达到轧制压力目标值P_t所需要的摩擦系数目标值μ_t：

式中，Q_f为外摩擦影响系数；R_y为工作辊弹性压扁半径；σ为等效张应力；

(D)计算要达到摩擦系数目标值μ_t所需要的变形区油膜厚度目标值ξ_t：

(E)计算要达到变形区油膜厚度目标值ξ_t所需要的析出油膜厚度目标值ξ_pt：

(F)计算二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)，其特征在于：所述的步骤(F)包括以下步骤：

F1)收集二次冷轧机组乳化液流量的最小值Q_min、乳化液流量的最大值Q_max、乳化液浓度的最小值C_min、乳化液浓度的最大值C_max；

F2)定义二次冷轧机组油耗控制目标函数F＝Q·C，初始化目标函数最优解F_y＝Q_max·C_max；

F3)定义乳化液流量优化步长ΔQ、优化步数i，并初始化i＝0；

F4)计算此时乳化液流量Q_i＝Q_min+i·ΔQ；

F5)根据乳化液在带钢表面析出油膜厚度模型，反算出乳化液流量为Q_i时，要达到析出油膜厚度目标值ξ_pt所需要的乳化液浓度C_i：

式中，η_C为乳化液浓度析出效率；η_Q为乳化液流量剩余效率；

F6)判断C_min≤C_i≤C_max是否成立，若成立，则转入步骤F7)；若不成立，则转入步骤F9)；

F7)计算此时二次冷轧机组油耗控制目标函数F_i＝Q_i·C_i；

F8)判断F_i<F_y是否成立，若成立，则令油耗控制目标函数最优解F_y＝F_i、对应的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)＝(Q_i,C_i)，转入步骤F9)；若不成立，直接转入步骤F9)；

F9)判断Q_i≤Q_max是否成立，若成立，则令i＝i+1，转入步骤F4)；若不成立，则转入步骤F10)；

F10)输出二次冷轧机组满足润滑性能要求且油耗最小的乳化液流量与浓度的最优组合(Q_y,C_y)。