CN108480403A - 二次冷轧机组小变形条件下工艺润滑参数优化设定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次冷轧机组小变形条件下工艺润滑参数优化设定方法，充分考虑到冷连轧机组的设备与工艺特点，以保证带钢的不发生打滑和Jumping现象作为控制目标，在乳化液品质、轧制工艺参数(钢种、规格、压下率、轧制速度、前后张力)、轧辊工艺参数(工作辊辊径、原始表面粗糙度)确定的情况下，寻求最佳乳化液浓度、最佳流量、最佳初始温度。从而提高机组的生产稳定性，为企业带来效益。

Description

二次冷轧机组小变形条件下工艺润滑参数优化设定方法

技术领域

本发明涉及冷轧领域，尤其涉及一种二次冷轧机组小变形条件下的工艺润滑参数优化设定方法。

背景技术

在二次冷轧生产过程中,为了降低轧辊与带材的表面温度、减小变形区接触弧表面上摩擦因数和摩擦力、防止金属粘在轧辊表面同时减少轧辊的磨损,需要向轧辊及带材表面喷洒乳化液进行工艺润滑。工艺润滑的好坏将直接影响到轧制的稳定性与产品的质量。二次冷轧机组带材变形量小时，前滑值和轧制压力都较小，前滑值较小会引起带材出现打滑现象，轧制力较小会导致轧制应力较小，因而有可能达到二次冷轧带材的屈服强度从而在轧制过程中出现Jumping现象，这严重影响了机组的轧制稳定性。

在冷轧领域，未有相关文献从工艺参数优化方面涉及到冷连轧机组在保证带钢前滑值和轧制压力在允许范围的前提下，降低带钢不稳定现象的发生率，而本发明的优化措施，提高了机组对生产稳定性，为生产企业带来效益。

发明内容

本发明目的在于提供一种提高机组对生产稳定性的二次冷轧机组小变形条件下工艺润滑参数优化设定方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明方法包括以下步骤：

步骤a，收集二次冷轧机组的主要设备与工艺参数；

步骤b，定义乳化液浓度c、流量w、初始温度t₀，最佳乳化液浓度c_y、最佳流量w_y、最佳初始温度t_0y，定义控制目标函数为G₃(Z)，给定乳化液浓度设定步长Δc、流量设定步长Δw、初始温度Δt₀，设定目标函数初始值G₀＝0；

步骤c，初始化乳化液浓度中间过程参数k_c'＝0；

步骤d，计算乳化液浓度c＝c_min+k_c'Δc；

步骤e，初始化乳化液流量中间过程参数k_w＝0；

步骤f，计算乳化液流量w＝w_min+k_wΔw；

步骤g，初始化乳化液初始温度中间过程参数k_t＝0；

步骤h，计算乳化液初始温度t₀＝t_0min+k_tΔt₀；

步骤i，计算当前工况下摩擦系数μ；

式中，a为液体摩擦影响系数；b为干摩擦影响系数；B_ξ为摩擦系数衰减指数；ξ₀₁为光辊轧制时的动态油膜厚度，且ξ₀₂为轧辊粗糙度对润滑油膜厚度影响量，取决于轧辊实际粗糙度；

步骤j，计算当前工况下轧制压力P、单位轧制应力p、打滑因子ψ，轧制压力

式中：p_η1为强度张力规格系数p_η2为规格强度系数p_η3为规格压下系数R’为工作辊压扁半径单位轧制应力p＝P/(B·l)；打滑因子其中T₁为前张力，T₀为后张力；

步骤k，计算控制目标函数F₃(Z)，计算模型为

β为小变形量判断指标加权系数；k_σ为jumping现象发生应力与屈服强度关系的浮动系数，k_σ＝1.20～1.34；

判断不等式是否成立，如果成立，则令F₀＝F₃，令最佳乳化液浓度c_y＝c，最佳乳化液流量w_y＝w，最佳乳化液初始温度t_0y＝t₀，转入步骤m；如果不成立，直接转入步骤m；

步骤m，判断不等式t₀＜t_0max是否成立，如果不等式成立，则令k_t＝k_t+1，转入步骤h；如果不成立，转入步骤n；

步骤n，判断不等式w＜w_max是否成立，如果不等式成立，则令k_w＝k_w+1，转入步骤f；如果不成立，转入步骤o；

步骤o，判断不等式c＜c_max是否成立，如果不等式成立，则令k_c'＝k_c'+1，转入步骤d；如果不成立，转入步骤p；

步骤p，输出最佳乳化液浓度c_y、最佳流量w_y、最佳初始温度t_0y。

进一步的，步骤a中，收集二次冷轧机组的设备与工艺参数步骤如下：

a1，收集冷轧机组的轧辊工艺参数；包括：工作辊直径D、原始表面粗糙度Ra_r0、工作辊的弹性模量E、工作辊的泊松比ν；

a2，收集二次冷轧机组相关轧制工艺参数；包括：带材的平均变形抗力K_m和屈服强度σ_s、带材的宽度B、来料的厚度h₀、压下率ε、正常轧制速度V、轧制压力设定值P、前张力T₁、后张力T₀、前后张应力σ₁、σ₀；

a3，收集工艺润滑制度参数；包括：乳化液的动力粘度η、压缩系数θ；

a4，收集冷轧机组的工艺特征参数；包括：许用最大轧制压力P*，临界最大前滑值ψ*，许用最小、最大乳化液浓度c_min、c_max，许用最小、最大乳化液流量w_min、w_max，许用最小、最大乳化液初始温度t_0min、t_0max。

工作过程大致如下：

为了更有效地保证带钢轧制的稳定性，在小变形量稳定轧制能力的判断指标建立的基础上，在保证带钢的不发生打滑和Jumping现象的前提下，最大程度地降低带钢轧制不稳定现象的发生概率，这就需要优化过程满足以下两个条件：(1)小变形量下要求打滑因子和单位应力在许可范围的前提下，朝着提高轧制力和降低打滑因子的方向优化乳化液工艺参数，从而达到降低小压下量下轧制不稳定现象的发生概率；(2)原理清晰明了，计算速度快。对于一个特定的轧制过程而言，在乳化液品质、轧制工艺参数(钢种、规格、压下率、轧制速度、前后张力)、轧辊工艺参数(工作辊辊径、原始表面粗糙度)确定的情况下，结合轧制压力模型、和前滑模型，在保证带钢稳定轧制的前提下，通过寻优得到目标函数F₃(Z)值的最优值来实现乳化液工艺参数优化的目标。整个优化过程可以简单地描述为：寻找一个合适的Z＝{c,w,t₀}，使得在满足约束条件下F₃(Z)最大。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：实现了冷连轧机组在保证带钢的不发生打滑和Jumping现象的前提下，最大程度地降低带钢轧制不稳定现象的发生概率，合理使用乳化液，充分发挥了乳化液冷却能力，同时使得各机架乳化液冷却能力更加均匀，提高了生产的稳定性，为生产企业带来了效益。

附图说明

图1是本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

实施例1

如图1所示，本发明方法的步骤如下：

(a)收集二次冷轧机组的主要设备与工艺参数，主要包括以下步骤：

a1)收集冷轧机组的轧辊工艺参数，主要包括：工作辊直径D＝450mm，原始表面粗糙度Ra＝0.85μm工作辊的弹性模量E＝210GPa、工作辊的泊松比ν＝0.27；

a2)收集二次冷轧机组相关轧制工艺参数，主要包括：带材的平均变形抗力K_m＝475MPa和屈服强度σ_s＝500MPa、带材的宽度B＝966mm、来料的厚度H_i＝0.275mm压下率ε＝8.3％、正常轧制速度V＝230m/min、轧制压力设定值P＝372t、前张力T₁＝120MPa、后张力T₀＝160MPa、前后张应力σ₁＝7.2MPa、σ₀＝8.1MPa；

a3)收集工艺润滑制度参数，主要包括乳化液的动力粘度η＝0.023pa·s、压缩系数θ＝0.01/MPa；

a4)收集冷轧机组的工艺特征参数，主要包括：许用最大轧制压力P*＝1800t，临界最大前滑值ψ*＝6，许用最小、最大乳化液浓度c_min＝0.8％、c_max＝5.6％，许用最小、最大乳化液流量w_min＝700L/min、w_max＝1650L/min，许用最小、最大乳化液初始温度t_0min＝50℃、t_0max＝65℃；

(b)定义乳化液浓度c＝2％、流量w＝950L/min、初始温度t₀＝53℃，最佳乳化液浓度c_y、最佳流量w_y、最佳初始温度t_0y，定义控制目标函数为G₃(Z)，给定乳化液浓度设定步长Δc＝0.48％、流量设定步长Δw＝95L/min、初始温度步长Δt₀＝1.5℃，设定目标函数初始值G₀＝0；

(c)初始化乳化液浓度中间过程参数k_c'＝0；

(d)计算乳化液浓度c＝c_min+k_c'Δc；

(e)初始化乳化液流量中间过程参数k_w＝0；

(f)计算乳化液流量w＝w_min+k_wΔw；

(g)初始化乳化液初始温度中间过程参数k_t＝0；

(h)计算乳化液初始温度t₀＝t_0min+k_tΔt₀；

(i)计算当前工况下摩擦系数u＝0.059；

(j)计算当前工况下轧制压力P＝3630.777KN、单位轧制应力p＝13667.52MPa，打滑因子ψ＝0.020；

(k)计算控制目标函数F₃(Z)，计算模型为

取β＝0.3得F₃(Z)＝0.616；

(l)不等式成立，故令F₀＝F₃，令最佳乳化液浓度c_y＝c，最佳乳化液流量w_y＝w，最佳乳化液初始温度t_0y＝t₀，转入步骤(m)；

(m)判断不等式t₀＜t_0max是否成立，如不等式成立，则令k_t＝k_t+1，转入步骤(h)，否则，直接转入步骤(n)；

(n)判断不等式w＜w_max是否成立，如不等式成立，则令k_w＝k_w+1，转入步骤(f)，否则，直接转入步骤(o)；

(o)判断不等式c＜c_max是否成立，如不等式成立，则令k_c'＝k_c'+1，转入步骤(d)，否则，直接转入步骤(p)；

(p)根据步骤依次循环，最后输出最佳乳化液浓度c_y＝2.3％、最佳流量w_y＝1260L/min、最佳初始温度t_0y＝58℃。

实施例2

(a)收集二次冷轧机组的主要设备与工艺参数，主要包括以下步骤：

a1)收集冷轧机组的轧辊工艺参数，主要包括：工作辊D＝450mm原始表面粗糙度Ra＝0.92μm工作辊的弹性模量E＝210GPa、工作辊的泊松比ν＝0.27；

a2)收集二次冷轧机组相关轧制工艺参数，主要包括：带材的平均变形抗力K_m＝475MPa和屈服强度σ_s＝500MPa、带材的宽度B＝966mm、来料的厚度h₀＝0.275mm、压下率ε＝5％、正常轧制速度V＝230m/min、轧制压力设定值P＝372t、前张力T₁＝140MPa、后张力T₀＝100MPa、前后张应力σ₁＝12.5MPa、σ₀＝7.5MPa；

a3)收集工艺润滑制度参数，主要包括乳化液的动力粘度η＝0.023pa·s、压缩系数θ＝0.01/MPa；

a4)收集冷轧机组的工艺特征参数，主要包括：许用最大轧制压力P*＝1800t，临界最大前滑值ψ*＝6，许用最小、最大乳化液浓度c_min＝0.8％、c_max＝5.6％，许用最小、最大乳化液流量w_min＝700L/min、w_max＝1650L/min，许用最小、最大乳化液初始温度t_0min＝50℃、t_0max＝65℃；

(b)定义乳化液浓度c＝0.8％、流量w＝700L/min、初始温度t₀＝50℃；最佳乳化液浓度c_y、最佳流量w_y、最佳初始温度t_0y，定义控制目标函数为G₃(Z)，给定乳化液浓度设定步长Δc＝0.48％、流量设定步长Δw＝95L/min、温度设定步长Δt₀＝1.5℃，设定目标函数初始值G₀＝0；

(c)初始化乳化液浓度中间过程参数k_c'＝0；

(d)计算乳化液浓度c＝c_min+k_c'Δc；

(e)初始化乳化液流量中间过程参数k_w＝0；

(f)计算乳化液流量w＝w_min+k_wΔw；

(g)初始化乳化液初始温度中间过程参数k_t＝0；

(h)计算乳化液初始温度t₀＝t_0min+k_tΔt₀；

(i)计算当前工况下摩擦系数μ＝0.065；

(j)计算当前工况下轧制压力P＝3376.887KN、单位轧制应力p＝12711.289MPa、打滑因子ψ＝0.031；

(k)计算控制目标函数F₃(Z)，计算模型为

取β＝0.4得F₃(Z)＝1.216；

(l)不等式成立，故令F₀＝F₃，令最佳乳化液浓度c_y＝c，最佳乳化液流量w_y＝w，最佳乳化液初始温度t_0y＝t₀，转入步骤(m)；

(m)判断不等式t₀＜t_0max是否成立，如不等式成立，则令k_t＝k_t+1，转入步骤(h)，否则，直接转入步骤(n)；

(n)判断不等式w＜w_max是否成立，如不等式成立，则令k_w＝k_w+1，转入步骤(f)，否则，直接转入步骤(o)；

(o)判断不等式c＜c_max是否成立，如不等式成立，则令k_c'＝k_c'+1，转入步骤(d)，否则，直接转入步骤(p)；

(p)按照上述步骤循环计算，输出最佳乳化液浓度c_y＝2.1％、最佳流量w_y＝750L/min、最佳初始温度t_0y＝58℃。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种二次冷轧机组小变形条件下工艺润滑参数优化设定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤a，收集二次冷轧机组的主要设备与工艺参数；

步骤b，定义乳化液浓度c、流量w、初始温度t₀，最佳乳化液浓度c_y、最佳流量w_y、最佳初始温度t_0y，定义控制目标函数为G₃(Z)，给定乳化液浓度设定步长Δc、流量设定步长Δw、初始温度Δt₀，设定目标函数初始值G₀＝0；

步骤c，初始化乳化液浓度中间过程参数k_c'＝0；

步骤d，计算乳化液浓度c＝c_min+k_c'Δc；

步骤e，初始化乳化液流量中间过程参数k_w＝0；

步骤f，计算乳化液流量w＝w_min+k_wΔw；

步骤g，初始化乳化液初始温度中间过程参数k_t＝0；

步骤h，计算乳化液初始温度t₀＝t_0min+k_tΔt₀；

步骤i，计算当前工况下摩擦系数μ；

式中，a为液体摩擦影响系数；b为干摩擦影响系数；B_ξ为摩擦系数衰减指数；ξ₀₁为光辊轧制时的动态油膜厚度，且ξ₀₂为轧辊粗糙度对润滑油膜厚度影响量，取决于轧辊实际粗糙度；

步骤j，计算当前工况下轧制压力P、单位轧制应力p、打滑因子ψ，轧制压力

式中：为强度张力规格系数 为规格强度系数 为规格压下系数R’为工作辊压扁半径轧制应力p＝P/(B·l)；打滑因子其中T₁为前张力，T₀为后张力；

步骤k，计算控制目标函数F₃(Z)，计算模型为

β为小变形量判断指标加权系数；k_σ为jumping现象发生应力与屈服强度关系的浮动系数；

判断不等式是否成立，如果成立，则令F₀＝F₃，令最佳乳化液浓度c_y＝c，最佳乳化液流量w_y＝w，最佳乳化液初始温度t_0y＝t₀，转入步骤m；如果不成立，直接转入步骤m；

步骤m，判断不等式t₀＜t_0max是否成立，如果不等式成立，则令k_t＝k_t+1，转入步骤h；如果不成立，转入步骤n；

步骤n，判断不等式w＜w_max是否成立，如果不等式成立，则令k_w＝k_w+1，转入步骤f；如果不成立，转入步骤o；

步骤o，判断不等式c＜c_max是否成立，如果不等式成立，则令k_c'＝k_c'+1，转入步骤d；如果不成立，转入步骤p；

步骤p，输出最佳乳化液浓度c_y、最佳流量w_y、最佳初始温度t_0y。

2.根据权利要求1所述的二次冷轧机组小变形条件下工艺润滑参数优化设定方法，其特征在于，步骤a中，收集二次冷轧机组的设备与工艺参数步骤如下：

a1，收集冷轧机组的轧辊工艺参数；包括：工作辊直径D、原始表面粗糙度Ra_r0、工作辊的弹性模量E、工作辊的泊松比ν；

a2，收集二次冷轧机组相关轧制工艺参数；包括：带材的平均变形抗力K_m和屈服强度σ_s、带材的宽度B、来料的厚度h₀、压下率ε、正常轧制速度V、轧制压力设定值P、前张力T₁、后张力T₀、前后张应力σ₁、σ₀；

a3，收集工艺润滑制度参数；包括：乳化液的动力粘度η、压缩系数θ；

a4，收集冷轧机组的工艺特征参数；包括：许用最大轧制压力P*，临界最大前滑值ψ*，许用最小、最大乳化液浓度c_min、c_max，许用最小、最大乳化液流量w_min、w_max，许用最小、最大乳化液初始温度t_0min、t_0max。