CN109550791A

CN109550791A - 一种冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法

Info

Publication number: CN109550791A
Application number: CN201910015732.0A
Authority: CN
Inventors: 邢德茂; 黄文铭; 张本龙; 黄荣林; 郭亚鑫
Original assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-01-08
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2019-04-02
Anticipated expiration: 2039-01-08
Also published as: CN109550791B

Abstract

本发明公开了一种冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，包括步骤：(a)收集冷轧机组的设备与工艺参数，包括：各个机架工作辊半径、各个机架轧辊表面线速度、各个机架工作辊原始粗糙度、工作辊粗糙度衰减系数、各个机架工作辊换辊后的轧制公里数；(b)收集带钢的轧制工艺参数，包括：带钢的弹性模量、带钢的泊松比、带钢宽度、各机架带钢入口厚度、各机架带钢出口厚度、压下率、带钢在各机架前入口速度、带钢变形抗力，带钢剪切屈服极限。本发明结合冷连轧机组的设备与工艺特点，给出了合适的张力制度优化值，保证了冷连轧机组高速轧制过程带钢产品质量，提高了板带生产企业的生产效率。

Description

一种冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法

技术领域

本发明涉及金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，具体是一种冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法。

背景技术

近年来随着汽车工业、电子产业、食品包装等行业的快速发展，市场对板带的需求量不断增强，与此同时板带产品用户对板带产品质量要求也在不断提高，这就促使着板带生产企业在提升产量的同时必须重点关注板带产品质量。冷轧作为板带产品加工的后续工艺段，轧制出来的板带厚度较薄，如果在冷轧生产板带过程中，轧制工艺参数设定不合理，很容易导致板带产生浪形缺陷，如果产生的浪形缺陷较大，并且此时施加在板带上的轧制压力较大，就很容易使得板带产品出现严重塑性变形，在卷取时发现板带出现开腔的缺陷，也就是说，板带出现较大浪形时，不易采用大轧制压力进行轧制生产，应当立即采取措施减少轧制压力。因此，如何有效解决冷连轧过程板带出现开腔缺陷问题，就成为现场技术攻关的重点与难点。

经过检索可以发现与本发明最接近的现有已公开文献如下：

国家知识产权局公开了公开号为CN104785537B的专利文献“一种冷连轧机组极薄带钢轧制的张力制度优化方法”采用的技术方案为：根据各机架入口张应力、出口张应力、变形抗力、轧制速度、带材宽度、入口厚度、出口厚度、工作辊直径等数据计算出当前工况下各机架的打滑因子、热划伤指数、振动系数、轧制力、轧制功率，在考虑轧制稳定性、打滑、热滑伤与振动的同时，兼顾压下能力、轧制效率情况下保证各机架的出口板形达到良好，最后通过计算机程序控制实现张力制度的优化。

该发明专利中提出的张力优化是为了保证轧制过程不出现打滑、热滑伤、振动缺陷，使得出口板形质量达到良好为目标，并没有专门针对冷连轧过程出现开腔问题，提出以防治开腔问题的张力制度优化。而本发明提出冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，以轧制压力稳定合理为优化目标，并以单位轧制压力与板带发生开腔时的剪切屈服极限的比值在合理范围内为约束条件，最终实现对冷连轧机组轧制过程以开腔防治为目标的张力制度的优化。

比如国家知识产权局公开了公开号为CN108057719A的专利文献，一种冷连轧过程中以爆辊防治为目标的工艺润滑制度优化方法，其特征是：该方法包括如下步骤：(a)收集五机架冷连轧机组的设备与工艺参数；(b)定义工艺润滑制度优化过程中所涉及到的过程参数：包括1-5#机架最佳乳化液流量设定值flowiy、最佳乳化液温度初始值Tdy、最佳乳化液浓度设定值Cy、1-5#机架乳化液流量flowi、乳化液温度Td、乳化液浓度C、各机架工作辊的弯辊力Siw、各机架工作辊的弯辊力Sim、各机架工作辊热凸度ΔTDij、1-5#机架的摩擦系数μi、1-5#机架的轧制压力Pi、1-5#机架的打滑因子ψi、1-5#机架的热滑伤指数末机架带钢的出口板形值shape、前张力横向分布值σ1i；(c)令第i机架工作辊弯辊力中间辊弯辊力中间辊窜动量设置为基态ξi＝0；(d)给定第1-5#机架乳化液流量flowi、乳化液浓度C、乳化液温度Td的初始值X0＝[flowi0,C0,Td0]；(e)计算当前工艺润滑制度、轧制规程下各机架的摩擦系数μi，其中摩擦系数的计算模型为：式中：μ为摩擦系数，a为液体摩擦影响系数，b为干摩擦影响系数，Bξ为摩擦系数衰减指数，ξ0为当前工况下的油膜厚度，a,b,Bξ的取值与机组设备有关；(f)以摩擦系数μi、入口张力为Ti-1、出口张力为Ti、入口厚度为hi-1、出口厚度为hi、末机架出口速度V5为初始条件计算当前工况下，各机架的工作辊与中间辊辊间压力分布值qimwj和支承辊与中间辊辊间压力分布值qimbj。

该已公开专利文献则通过a-k共11步步骤从乳化液温度到流量设定值开始到输出最优工艺润滑制度系数flowjy、cy、tdy来完成对冷连轧机组的爆辊防治的目的的工艺润滑制度的优化设定，不能解决本发明目的中以开腔防治为目标的张力制度的优化目的。

发明内容

为了克服上述之不足，本发明目的在于建立一种适合于冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，通过对冷连轧过程各机架间张力的优化，有效治理冷连轧机组轧制过程中出现的开腔问题，不仅为板带生产企业提高板带产品质量与提高生产效率起到重要作用，而且也给机组带来经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

包括以下步骤：

(a)收集冷轧机组的设备与工艺参数，包括：各个机架工作辊半径R_i、各个机架轧辊表面线速度v_ri、各个机架工作辊原始粗糙度Ra_ir0、工作辊粗糙度衰减系数B_Li、各个机架工作辊换辊后的轧制公里数L_i，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n为总机架数，下同；

(b)收集带钢的轧制工艺参数，包括：带钢的弹性模量E、带钢的泊松比ν、带钢宽度B、各机架带钢入口厚度h_0i、各机架带钢出口厚度h_1i、压下率ε_i、带钢在各机架前入口速度v_0i、带钢变形抗力K，带钢剪切屈服极限τ；

(c)收集工艺润滑制度参数，包括：乳化液浓度影响系数k_c、润滑剂的粘度压缩系数θ、润滑剂的动力粘度η₀；

(d)定义单位轧制压力与带材剪切屈服强度极限的比值为χ_i，定义单位轧制压力与带材剪切屈服强度极限比值的临界值为χ^*，各个机架入口单位张力σ_0i、出口单位张力σ_1i，定义控制目标函数为F(X)；

(e)给定冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化目标函数的初始设定值F₀＝1.0×10¹⁰；

(f)设定初始张力制度σ_0i、σ_1i，且σ_0i+1＝σ_1i；

(g)计算各个机架的咬入角α_i，计算公式如下：

Δh_i为各机架绝对压下量；

(h)计算当前张力制度下的油膜厚度ξ_i，计算公式如下：

式中，k_rg表示工作辊和带钢表面纵向粗糙度夹带润滑剂强度的系数，其值在0.09～0.15的范围内，K_rs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率，其值在0.2～0.6的范围内。该值范围的得出参考了文献：《冷连轧机高速生产过程核心数学模型》；

(i)计算当前工况下摩擦系数u_i，其计算模型为：式中，a_i为第i机架液体摩擦系数，b_i为第i机架干摩擦影响系数，B_i为第i机架摩擦因数衰减指数；

(j)计算当前工况下轧制压力P_i、单位轧制应力p_0i，轧制压力式中：p_η1为强度张力规格系数为规格强度系数为规格压下系数R′_i为工作辊压扁半径，Δh_i为各机架绝对压下量。单位轧制应力其中

(k)计算控制目标函数F(X)，计算模型为

式中，X＝{σ_0i,σ_1i}为寻优变量；

(l)判断若成立，则令F₀＝F(X)，转入步骤(m)，否则，直接转入步骤(m)；

(m)判断张力制度σ_0i、σ_1i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤(n)，否则，转入步骤(e)；

(n)输出最优张力制度设定值

本发明的有益效果：

针对冷连轧机组轧制过程带钢出现开腔问题，本发明提出的一种冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，以轧制压力稳定合理为优化目标，并以单位轧制压力与板带发生开腔时的剪切屈服极限的比值在合理范围内为约束条件，最终实现对冷连轧机组轧制过程以开腔防治为目标的张力制度的优化，结合冷连轧机组的设备与工艺特点，给出了合适的张力制度优化值，保证了冷连轧机组高速轧制过程带钢产品质量，提高了板带生产企业的生产效率，增加了企业经济效益。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1为本发明冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法的控制流程图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地对本发明作详细描述。

如图1所示，(a)收集冷轧机组的设备与工艺参数，包括：各个机架工作辊半径R_i＝{1#217.5；2#217.5；3#217.5；4#217.5；5#217.5}(mm)、各个机架轧辊表面线速度v_ri＝{1#297；2#471；3#684；4#976；5#999}(m/min)、各个机架工作辊原始粗糙度Ra_ir0＝{1#0.6；2#0.6；3#0.6；4#0.6；5#0.6}(μm)、工作辊粗糙度衰减系数B_Li＝{1#0.01；2#0.01；3#0.01；4#0.01；5#0.01}、各机架工作辊换辊后的轧制公里数L_i＝{1#200；2#280；3#300；4#320，5#250}(km)，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n为总机架数，下同；

(b)收集带钢的轧制工艺参数，包括：带钢的弹性模量E＝200GPa、带钢的泊松比ν＝0.31、带钢宽度B＝1739mm、各机架带钢入口厚度h_0i＝{1#3.486；2#2.261；3#1.438；4#0.984；5#0.702}(mm)、各机架带钢出口厚度h_1i＝{1#2.261；2#1.438；3#0.984；4#0.702；5#0.690}(mm)、压下率ε_i＝{1#35；2#36；3#31；4#28；5#1.7}(％)、带钢在各机架前入口速度v_0i＝{1#303.5；2#477.5；3#696.3；4#984.7；5#999}(m/min)、带钢变形抗力K＝160MPa，带钢剪切屈服极限τ＝180MPa；

(c)收集工艺润滑制度参数，包括：乳化液浓度影响系数k_c＝0.9、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.034m²/N、润滑剂的动力粘度η₀＝5.4；

(d)定义单位轧制压力与带材剪切屈服强度极限的比值为χ，定义单位轧制压力与带材剪切屈服强度极限比值的临界值为χ^*，其取值为2，各个机架入口单位张力σ_0i、出口单位张力σ_1i，定义控制目标函数为F(X)，设定目标函数初始值F₀＝0；

(f)设定初始张力制度且σ_0i+1＝σ_1i；

(g)计算各个机架的咬入角α_i，计算公式如下：

α_i＝{1#0.075；2#0.061；3#0.045；4#0.036；5#0.007}

(h)计算当前张力制度下的油膜厚度ξ_i，计算公式如下：

ξ_i＝{1#0.084；2#0.104；3#0.263；4#0.379；5#0.856}(μm)；

式中，k_rg表示工作辊和带钢表面纵向粗糙度夹带润滑剂强度的系数，其值在0.09～0.15的范围内，K_rs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率，其值在0.2～0.6范围内；

(i)计算当前工况下摩擦系数u_i，其计算模型为：u_i＝{1#0.128；2#0.122；3#0.090；4#0.067；5#0.031}，式中，a_i为第i机架液体摩擦系数，a_i＝{1#0.0126；2#0.0129；3#0.0122；4#0.0130；5#0.0142}，b_i为第i机架干摩擦影响系数，b_i＝{1#0.1416；2#0.1424；3#0.1450；4#0.1464；5#0.1520}，B_i为第i机架摩擦因数衰减指数，B_i＝{1#-2.4；2#-2.51；3#-2.33；4#-2.64；5#-2.58}；

(j)计算当前工况下轧制压P_i＝{1#1540；2#1375；3#1195；4#1114；5#839}(t)，

单位轧制压力

(k)计算控制目标函数F(X)，F(X)＝0.394；

(n)最终输出最优张力制度设定值

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)收集冷轧机组的设备与工艺参数，包括：各个机架工作辊半径R_i、各个机架轧辊表面线速度v_ri、各个机架工作辊原始粗糙度Ra_ir0、工作辊粗糙度衰减系数B_Li、各个机架工作辊换辊后的轧制公里数L_i；

(f)设定初始张力制度σ_0i、σ_1i，且σ_0i+1＝σ_1i；

(g)计算各个机架的咬入角α_i，计算公式如下：

Δh_i为各机架绝对压下量；

(h)计算当前张力制度下的油膜厚度ξ_i，计算公式如下：

(j)计算当前工况下轧制压力P_i、单位轧制应力p_0i，其中轧制压力式中：p_η1为强度张力规格系数为规格强度系数为规格压下系数R′_i为工作辊压扁半径，Δh_i为各机架绝对压下量；单位轧制应力其中

(k)计算控制目标函数F(X)，计算模型为：

(l)判断若成立，则令F₀＝F(X)，之后转入步骤(m)，否则，直接转入步骤(m)；

(n)输出最优张力制度设定值

2.根据权利要求1所述的冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，其特征在于：所述步骤(k)-(l)中，X＝{σ_0i,σ_1i}为寻优变量。

3.根据权利要求1所述的冷连轧机组以开腔防治为目标的张力制度优化方法，其特征在于：所述步骤(a)-(n)中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n为总机架数。