CN110842031A - 一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，涉及冷连轧轧制技术领域，尤其涉及一种适合于冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液流量优化方法。本发明以抑制振动为目标，在提出过润滑油膜厚度临界值与欠润滑油膜厚度临界值的基础上，通过油膜厚度模型、摩擦系数模型，优化得到各个机架以振动抑制为目标的乳化液流量最优设定值。本发明大大降低了轧机振动缺陷的发生率，提高了生产效率与产品质量，给企业带来较大的经济效益；实现对轧机振动缺陷的治理、提高冷连轧机组成品带钢的表面质量和轧制过程稳定性。

Description

一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法
技术领域
本发明涉及冷连轧轧制技术领域，更具体地指一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法。
背景技术
轧机振动缺陷一直是困扰现场冷连轧机组高速稳定生产以及保证成品带钢表面质量的难点问题之一。以往，现场对于轧机振动缺陷的治理，一般都依赖于轧机速度的控制，这样虽能够减弱振动缺陷，但却制约了生产效率的提升，严重影响到企业的经济效益。然而，对于冷连轧机组而言，其设备与工艺的特点决定了抑制振动的潜能，因此，设定合理的工艺参数是抑制振动的核心手段。通过理论研究与现场跟踪发现，轧机振动与辊缝间的润滑状态是直接相关的，若辊缝处于过润滑状态，则摩擦系数太小，容易引发轧制过程打滑而造成轧机自激振动；若辊缝处于欠润滑状态，则辊缝间的平均油膜厚度小于所需的最小值，容易致使轧制过程中辊缝中的油膜破裂而引起摩擦系数急剧增大，进而引起轧制压力改变，导致***刚度发生周期性的波动，同样会引发轧机的自激振动。由此可见，控制辊缝间的润滑状态是抑制轧机振动的关键所在。在轧制规程、轧辊工艺、乳化液浓度与初始温度等工艺参数确定的前提下，乳化液流量的设定直接决定了冷连轧机组各个机架的辊缝润滑状态，并且是冷连轧机组的主要工艺控制手段。
专利201410522168.9，公开一种冷连轧机组振动抑制方法，公开了一种冷连轧机组振动抑制方法，包括如下步骤：1)在冷连轧机组的第5或第4机架上设置冷轧机组振动监测装置，通过振动信号的能量大小来判断轧机是否要发生振动；2)在轧机的第5或第4机架的入口乳化液喷射梁之前，设置可以独立调节流量的液体喷射装置；3)计算前滑值决定液体喷射装置的开关。专利201410522168.9，公开一种冷连轧机组极薄带钢轧制的乳化液流量综合优化方法，使用冷连轧机组控制***现有的设备参数与工艺参数数据，定义同时考虑打滑、振动和热滑伤，并兼顾板形和压靠控制的乳化液流量综合优化的过程参数，确定当前张力制度和压下规程下各机架的最佳流量分配值，通过计算机程序控制实现极薄带钢轧制的乳化液流量综合优化设定。上述专利主要是从监测设备、前滑计算模型、乳化液流量控制等方面入手，实现对轧机振动的控制；振动只是乳化液流量控制的一个约束条件，并不是主要治理对象。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明的目的是提供一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，以抑制振动为目标，在提出过润滑油膜厚度临界值与欠润滑油膜厚度临界值的基础上，通过油膜厚度模型、摩擦系数模型，实现对冷连轧机组各个机架乳化液流量的综合优化设定，从而达到治理轧机振动缺陷、提高成品带材表面质量的目的。
(二)技术方案
一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，包括以下步骤：
S1、收集冷连轧机组的设备特征参数，包括：各个机架工作辊半径Ri、各机架轧辊表面线速度vri、各机架工作辊原始粗糙度Rair0、工作辊粗糙度衰减系数BL、机架间距离l、各机架工作辊换辊后的轧制公里数Li，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n为总机架数；
S2、收集带材的关键轧制工艺参数，包括：各机架入口厚度h0i、各机架出口厚度h1i、带钢宽度B、各机架入口速度v0i、各机架出口速度v1i、入口温度T1 r、各机架带钢变形抗力Ki、各机架轧制压力Pi、各机架后张力T0i、各机架前张力T1i、乳化液浓度影响系数kc、润滑剂的粘度压缩系数θ、带钢密度ρ、带钢比热容S、乳化液浓度C、乳化液温度Tc、热功当量J；
S3、定义乳化液流量优化过程中所涉及的过程参数，包括各个机架过润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000021
及此时的摩擦系数为欠润滑油膜厚度临界值为及此时的摩擦系数为振动判断指标基准值为ξ0i，压下量为Δhi＝h0i-h1i，压下率为
Figure BDA0001740843930000025
各机架入口温度为
Figure BDA0001740843930000026
出口温度为Ti，并将机架间的距离l平均分成m段，段内温度用Ti,j(其中，1≤j≤m)表示，且
Figure BDA00017408439300000315
过润滑判断系数A+，欠润滑判断系数A-；
S4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液流量综合优化目标函数的初始设定值F0＝1.0×1010；
S5、根据轧制理论，计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000031
Ri'为第i机架工作辊压扁半径，为轧制压力计算过程值；
S6、计算各机架振动判断指标基准值ξ0i；
S7、设定各个机架乳化液流量wi；
S8、计算各个机架带钢出口温度Ti；
S9、乳化液流量综合优化目标函数F(X)计算；
S10、判断不等式F(X)<F0是否成立？若成立，则令F0＝F(X)，转入步骤S11，否则，直接转入步骤S11；
S11、判断乳化液流量wi是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤S12，否则，转入步骤S7；
S12、输出最优乳化液流量设定值
根据本发明的一实施例，所述步骤S6包括以下步骤：
S6.1、计算各个机架中性角γi：
Figure BDA0001740843930000034
S6.2、假定
Figure BDA0001740843930000035
时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1可得
Figure BDA0001740843930000036
S6.3、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即(式中ai为液体摩擦影响系数，bi为干摩擦影响系数，Bi为摩擦系数衰减指数)计算各机架过润滑油膜厚度临界值
Figure BDA0001740843930000038
S6.4、假定时辊缝刚好处于欠润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1可得
Figure BDA00017408439300000311
S6.5、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA00017408439300000312
计算各机架欠润滑油膜厚度临界值
Figure BDA00017408439300000313
Figure BDA00017408439300000314
S6.6、计算振动判断指标基准值ξ0i，
Figure BDA0001740843930000041
根据本发明的一实施例，所述步骤S8包括以下步骤：
S8.1、计算第1机架出口温度T1，
Figure BDA0001740843930000042
S8.2、令i＝1；
S8.3、第i机架出口后第1段带钢温度Ti,1即为Ti,1＝Ti；
S8.4、令j＝2；
S8.5、第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：
Figure BDA0001740843930000043
S8.6、判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤S8.5，否则，转入步骤S8.7；
S8.7、通过迭代计算，得到第m段温度Ti,m；
S8.8、计算第i+1机架入口温度
Figure BDA0001740843930000044
S8.9、计算第i+1机架出口温度Ti+1，
Figure BDA0001740843930000046
S8.10、判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤S8.3，否则，转入步骤S8.11；
S8.11、得出各个机架出口温度Ti。
根据本发明的一实施例，所述步骤S9包括以下步骤：
S9.1、计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η0i，η0i＝b·exp(-a·Ti)，式中，a,b为大气压力下润滑油的动力粘度参数；
S9.2、计算各机架辊缝间油膜厚度ξi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000047
式中，krg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，Krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率；
S9.3、计算乳化液流量综合优化目标函数
Figure BDA0001740843930000048
式中，X＝{wi}为优化变量，λ为分配系数。
(三)有益效果
采用了本发明的技术方案，一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，充分结合冷连轧机组的设备与工艺特点，针对振动缺陷问题，从各个机架乳化液流量综合优化设定入手，改变以往冷连轧机组各个机架的乳化液均恒流量控制的思想，优化得到各个机架以振动抑制为目标的乳化液流量最优设定值；大大降低了轧机振动缺陷的发生率，提高了生产效率与产品质量，给企业带来较大的经济效益；实现对轧机振动缺陷的治理、提高冷连轧机组成品带钢的表面质量和轧制过程稳定性。
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为本发明乳化液流量优化方法流程图；
图2为振动判断指标基准值计算流程图；
图3为各机架带钢出口温度计算流程图；
图4为乳化液流量综合优化目标函数计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
冷连轧机组各个机架辊缝间，无论是过润滑状态，还是欠润滑状态，都极易引起轧机振动缺陷，而乳化液流量的设定直接影响着各个机架辊缝间的润滑状态，为实现对轧机振动缺陷的治理，本发明专利从乳化液流量入手，通过对冷连轧机组乳化液流量的综合优化分配，保证冷连轧机组整体润滑状态与个别机架的润滑状态均能达到最佳，从而达到治理轧机振动缺陷、提高冷连轧机组成品带钢的表面质量和轧制过程稳定性的目的。
结合图1，一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，包括以下步骤：
S1、收集冷连轧机组的设备特征参数，包括：各个机架工作辊半径Ri、各机架轧辊表面线速度vri、各机架工作辊原始粗糙度Rair0、工作辊粗糙度衰减系数BL、机架间距离l、各机架工作辊换辊后的轧制公里数Li，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n为总机架数；
S2、收集带材的关键轧制工艺参数，包括：各机架入口厚度h0i、各机架出口厚度h1i、带钢宽度B、各机架入口速度v0i、各机架出口速度v1i、入口温度T1r、各机架带钢变形抗力Ki、各机架轧制压力Pi、各机架后张力T0i、各机架前张力T1i、乳化液浓度影响系数kc、润滑剂的粘度压缩系数θ、带钢密度ρ、带钢比热容S、乳化液浓度C、乳化液温度Tc、热功当量J；
S3、定义乳化液流量优化过程中所涉及的过程参数，包括各个机架过润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000061
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000062
欠润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000063
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000064
振动判断指标基准值为ξ0i，压下量为Δhi＝h0i-h1i，压下率为
Figure BDA0001740843930000065
各机架入口温度为
Figure BDA0001740843930000066
出口温度为Ti，并将机架间的距离l平均分成m段，段内温度用Ti,j(其中，1≤j≤m)表示，且
Figure BDA00017408439300000620
过润滑判断系数A+，欠润滑判断系数A-；
S4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液流量综合优化目标函数的初始设定值F0＝1.0×1010；
S5、根据轧制理论，计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000067
Ri'为第i机架工作辊压扁半径，为轧制压力计算过程值；
S6、计算各机架振动判断指标基准值ξ0i，计算流程图如图2所示：
S6.1、计算各个机架中性角γi：
Figure BDA0001740843930000068
S6.2、假定
Figure BDA0001740843930000069
时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1可得
Figure BDA00017408439300000610
S6.3、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA00017408439300000611
(式中ai为液体摩擦影响系数，bi为干摩擦影响系数，Bi为摩擦系数衰减指数)计算各机架过润滑油膜厚度临界值
Figure BDA00017408439300000612
Figure BDA00017408439300000613
S6.4、假定
Figure BDA00017408439300000614
时辊缝刚好处于欠润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1可得
S6.5、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即计算各机架欠润滑油膜厚度临界值
S6.6、计算振动判断指标基准值ξ0i，
Figure BDA00017408439300000619
S7、设定各个机架乳化液流量wi；
S8、计算各个机架带钢出口温度Ti，计算流程图如图3所示，
S8.1、计算第1机架出口温度T1，
Figure BDA0001740843930000071
S8.2、令i＝1；
S8.3、第i机架出口后第1段带钢温度Ti,1即为Ti,1＝Ti；
S8.4、令j＝2；
S8.5、第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：
Figure BDA0001740843930000072
S8.6、判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤S8.5，否则，转入步骤S8.7；
S8.7、通过迭代计算，得到第m段温度Ti,m；
S8.8、计算第i+1机架入口温度
Figure BDA0001740843930000073
Figure BDA0001740843930000074
S8.9、计算第i+1机架出口温度Ti+1，
Figure BDA0001740843930000075
S8.10、判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤S8.3，否则，转入步骤S8.11；
S8.11、得出各个机架出口温度Ti；
S9、乳化液流量综合优化目标函数F(X)计算，计算流程图如图4所示，
S9.1、计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η0i，η0i＝b·exp(-a·Ti)，式中，a,b为大气压力下润滑油的动力粘度参数；
S9.2、计算各机架辊缝间油膜厚度ξi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000076
式中，krg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，Krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率；
S9.3、计算乳化液流量综合优化目标函数
Figure BDA0001740843930000077
式中，X＝{wi}为优化变量，λ为分配系数；
S10、判断不等式F(X)<F0是否成立？若成立，则令
Figure BDA0001740843930000078
F0＝F(X)，转入步骤S11，否则，直接转入步骤S11；
S11、判断乳化液流量wi是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤S12，否则，转入步骤S7；
S12、输出最优乳化液流量设定值
Figure BDA0001740843930000081
实施例1：
为了进一步的说明本发明所述相关技术的应用过程，以冷轧厂1730冷连轧机组为例，冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液流量优化方法的应用过程。
一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，包括以下步骤：
S1、收集冷连轧机组的设备特征参数，冷轧厂1730冷连轧机组总共有5个机架，主要包括：各个机架工作辊半径Ri＝{210,212,230,230,228}mm、各机架轧辊表面线速度vri＝{180,320,500,800,1150}m/min、各机架工作辊原始粗糙度Rair0＝{1.0,1.0,0.8,0.8,1.0}um、工作辊粗糙度衰减系数BL＝0.01、机架间距离l＝2700mm、各机架工作辊换辊后的轧制公里数Li＝{100,110,230,180,90}km，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n＝5为总机架数，下同；
S2、收集带材的关键轧制工艺参数，主要包括：各机架入口厚度h0i＝{2.0,1.14,0.63,0.43,0.28}mm、各机架出口厚度h1i＝{1.14,0.63,0.43,0.28,0.18}mm、带钢宽度B＝966mm、各机架入口速度v0i＝{110,190,342,552,848}m/min、各机架出口速度v1i＝{190,342,552,848,1214}m/min、入口温度T1 r＝110℃、各机架带钢变形抗力Ki＝{360,400,480,590,650}MPa、各机架轧制压力Pi＝{12800,11300,10500,9600,8800}kN、各机架后张力T0i＝{70,145,208,202,229}MPa、各机架前张力T1i＝{145,208,202,229,56}MPa、乳化液浓度影响系数kc＝0.9、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.034、带钢密度ρ＝7800kg/m3、带钢比热容S＝0.47kJ/(kg·℃)、乳化液浓度C＝4.2％、乳化液温度Tc＝58℃、热功当量J＝1；
S3、定义乳化液流量优化过程中所涉及的过程参数，主要包括各个机架过润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000082
及此时的摩擦系数为欠润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000084
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000085
振动判断指标基准值为ξ0i，压下量为Δhi＝h0i-h1i，压下率为
Figure BDA0001740843930000086
各机架入口温度为出口温度为Ti，并将机架间的距离l＝2700mm平均分成m＝30段，段内温度用Ti,j(其中，1≤j≤m)表示，且过润滑判断系数A+，欠润滑判断系数A-；
S4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液流量综合优化目标函数的初始设定值F0＝1.0×1010；
S5、根据轧制理论，计算各个机架的咬入角αi，计算公式为
Figure BDA0001740843930000091
由此可得αi＝{0.0556,0.0427,0.0258,0.0223,0.0184}；
S6、计算各机架振动判断指标基准值ξ0i：
S6.1、各个机架中性角γi计算公式为
Figure BDA0001740843930000092
S6.2、假定
Figure BDA0001740843930000093
时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1，根据公式
Figure BDA0001740843930000094
可得
S6.3、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA0001740843930000096
(式中ai为液体摩擦影响系数，ai＝0.0126，bi为干摩擦影响系数，bi＝0.1416，Bi为摩擦系数衰减指数，Bi＝-2.4297)计算各机架过润滑油膜厚度临界值
Figure BDA0001740843930000097
计算公式为
Figure BDA0001740843930000098
由此可得
Figure BDA0001740843930000099
S6.4、假定时刚好处于欠润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1，根据公式
Figure BDA00017408439300000911
可得
Figure BDA00017408439300000912
S6.5、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA00017408439300000913
计算各机架欠润滑油膜厚度临界值
Figure BDA00017408439300000914
计算公式为
Figure BDA00017408439300000915
由此可得
Figure BDA00017408439300000916
S6.6、计算振动判断指标基准值ξ0i，
Figure BDA00017408439300000917
由此可得ξ0i＝{0.554,0.767,1.325,1.213,0.744}；
S7、设定各个机架乳化液流量wi＝{900,900,900,900,900}L/min；
S8、计算各个机架带钢出口温度Ti，
S8.1、计算第1机架出口温度T1，
Figure BDA00017408439300000918
S8.2、令i＝1；
S8.3、第1机架出口后第1段带钢温度T1,1即为Ti,1＝Ti＝172.76℃；
S84、令j＝2；
S8.5、第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：
Figure BDA0001740843930000101
S8.6、判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤S8.5，否则，转入步骤S8.7；
S8.7、最终通过迭代计算，得到第m＝30段温度T130＝103.32℃；
S8.8、计算第2机架入口温度
Figure BDA0001740843930000102
Figure BDA0001740843930000103
S8.9、计算第2机架出口温度T2
Figure BDA0001740843930000104
S8.10、判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤S8.3，否则，转入步骤S8.11；
S8.11、得出各个机架出口温度Ti＝{172.76,178.02,186.59,194.35,206.33}℃；
S9、乳化液流量综合优化目标函数F(X)计算；
S9.1、计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η0i，η0i＝b·exp(-a·Ti)，式中，a,b为大气压力下润滑油的动力粘度参数，a＝0.05,b＝2.5得，η0i＝{5.39,5.46,5.59,5.69,5.84}；
S9.2、计算各机架辊缝间油膜厚度ξi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000105
式中，krg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，krg＝1.183，Krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率，Krs＝0.576，由此可得ξi＝{0.784,0.963,2.101,2.043,1.326}um；
S9.3、计算乳化液流量综合优化目标函数
Figure BDA0001740843930000106
式中，X＝{wi}为优化变量，λ＝0.5为分配系数，由此可得F(X)＝0.94；
S10、F(X)＝0.94<F0＝1×1010成立，则令
Figure BDA0001740843930000107
F0＝F(X)＝0.94，转入步骤S11；
S11、判断乳化液流量wi是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤S12，否则，转入步骤S7；
S12、输出最优乳化液流量设定值
Figure BDA0001740843930000108
实施例2：
为了进一步的说明本发明所述相关技术的应用过程，以冷轧厂1420冷连轧机组为例，冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液流量优化方法的应用过程。
一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，包括以下步骤：
S1、收集冷连轧机组的设备特征参数，冷轧厂1420冷连轧机组总共有5个机架，主要包括：各个机架工作辊半径Ri＝{211,213,233,233,229}mm、各机架轧辊表面线速度vri＝{182,322,504,805,1153}m/min、各机架工作辊原始粗糙度Rair0＝{1.0,1.0,0.9,0.9,1.0}um、工作辊粗糙度衰减系数BL＝0.015、机架间距离l＝2750mm、各机架工作辊换辊后的轧制公里数Li＝{120,130,230,190,200}km，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n＝5为总机架数，下同；
S2、收集带材的关键轧制工艺参数，主要包括：各机架入口厚度h0i＝{2.1,1.15,0.65,0.45,0.3}mm、各机架出口厚度h1i＝{1.15,0.65,0.45,0.3,0.15}mm、带钢宽度B＝955mm、各机架入口速度v0i＝{115,193,346,555,852}m/min、各机架出口速度v1i＝{191,344,556,849,1217}m/min、入口温度T1 r＝115℃、各机架带钢变形抗力Ki＝{370,410,490,590,660}MPa、各机架轧制压力Pi＝{12820,11330,10510,9630,8820}kN、各机架后张力T0i＝{73,148,210,205,232}MPa、各机架前张力T1i＝{147,212,206,231,60}MPa、乳化液浓度影响系数kc＝0.9、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.036、带钢密度ρ＝7800kg/m3、带钢比热容S＝0.49kJ/(kg·℃)、乳化液浓度C＝4.5％、乳化液温度Tc＝59℃、热功当量J＝1；
S3、定义乳化液流量优化过程中所涉及的过程参数，主要包括各个机架过润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000111
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000112
欠润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000113
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000114
振动判断指标基准值为ξ0i，压下量为Δhi＝h0i-h1i，压下率为
Figure BDA0001740843930000115
各机架入口温度为出口温度为Ti，并将机架间的距离l＝2750mm平均分成m＝30段，段内温度用Ti,j(其中，1≤j≤m)表示，且
Figure BDA00017408439300001110
过润滑判断系数A+，欠润滑判断系数A-；
S4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液流量综合优化目标函数的初始设定值F0＝1.0×1010；
S5、根据轧制理论，计算各个机架的咬入角αi，计算公式为
Figure BDA0001740843930000117
由此可得αi＝{0.0566,0.0431,0.0261,0.0227,0.0188}
S6、计算各机架振动判断指标基准值ξ0i：
S6.1、各个机架中性角γi计算公式为
Figure BDA0001740843930000118
S6.2、假定
Figure BDA0001740843930000119
时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1，根据公式
Figure BDA0001740843930000121
可得
Figure BDA0001740843930000122
S6.3、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA0001740843930000123
(式中ai为液体摩擦影响系数，ai＝0.0128，bi为干摩擦影响系数，bi＝0.1426，Bi为摩擦系数衰减指数，Bi＝-2.4307)计算各机架过润滑油膜厚度临界值
Figure BDA0001740843930000124
计算公式为由此可得
Figure BDA0001740843930000126
S6.4、假定
Figure BDA0001740843930000127
时刚好处于欠润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1，根据公式
Figure BDA0001740843930000128
可得
S6.5、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA00017408439300001210
计算各机架欠润滑油膜厚度临界值
Figure BDA00017408439300001211
计算公式为
Figure BDA00017408439300001212
由此可得
Figure BDA00017408439300001213
S6.6、计算振动判断指标基准值ξ0i，
Figure BDA00017408439300001214
由此可得ξ0i＝{0.557,0.769,1.327,1.215,0.746}；
S7、设定各个机架乳化液流量wi＝{900,900,900,900,900}L/min；
S8、计算各个机架带钢出口温度Ti，
S8.1、计算第1机架出口温度T1，
S8.2、令i＝1；
S8.3、第1机架出口后第1段带钢温度T1,1即为Ti,1＝Ti＝175.81℃；
S8.4、令j＝2；
S8.5、第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：
Figure BDA00017408439300001216
S8.6、判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤S8.5，否则，转入步骤S8.7；
S8.7、最终通过迭代计算，得到第m＝30段温度T1,30＝105.41℃；
S8.8、计算第2机架入口温度
Figure BDA00017408439300001217
Figure BDA00017408439300001218
S8.9、计算第2机架出口温度T2
Figure BDA0001740843930000131
S8.10、判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤S8.3，否则，转入步骤S8.11；
S8.11、得出各个机架出口温度Ti＝{175.86,179.36,189.77,196.65,207.54}℃；
S9、乳化液流量综合优化目标函数F(X)计算；
S9.1、计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η0i，η0i＝b·exp(-a·Ti)，式中，a,b为大气压力下润滑油的动力粘度参数，a＝0.15,b＝3.0得，η0i＝{5.45,5.78,5.65,5.75,5.89}；
S9.2、计算各机架辊缝间油膜厚度ξi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000132
式中，krg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，krg＝1.196，Krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率，Krs＝0.584，由此可得ξi＝{0.795,0.967,2.132,2.056,1.337}um；
S9.3、计算乳化液流量综合优化目标函数
Figure BDA0001740843930000133
式中，X＝{wi}为优化变量，λ＝0.5为分配系数，由此可得F(X)＝0.98；
S10、F(X)＝0.98<F0＝1×1010成立，则令
Figure BDA0001740843930000134
F0＝F(X)＝0.98，转入步骤S11；
S11、判断乳化液流量wi是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤S12，否则，转入步骤S7；
S12、输出最优乳化液流量设定值
Figure BDA0001740843930000135
实施例三
为了进一步的说明本发明所述相关技术的应用过程，以冷轧厂1220冷连轧机组为例，冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液流量优化方法的应用过程。
一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，包括以下步骤：
S1、收集冷连轧机组的设备特征参数，冷轧厂1220冷连轧机组总共有5个机架，主要包括：各个机架工作辊半径Ri＝{208,210,227,226,225}mm、各机架轧辊表面线速度vri＝{176,317,495,789,1146}m/min、各机架工作辊原始粗糙度Rair0＝{0.9,0.9,0.7,0.7,0.8}um、工作辊粗糙度衰减系数BL＝0.01、机架间距离l＝2700mm、各机架工作辊换辊后的轧制公里数Li＝{152,102,215,165,70}km，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n＝5为总机架数，下同；
S2、收集带材的关键轧制工艺参数，主要包括：各机架入口厚度h0i＝{1.8,1.05,0.57,0.39,0.25}mm、各机架出口厚度h1i＝{1.05,0.57,0.36,0.22,0.13}mm、带钢宽度B＝876mm、各机架入口速度v0i＝{104,185,337,546,844}m/min、各机架出口速度v1i＝{188,337,548,845,1201}m/min、入口温度T1 r＝110℃、各机架带钢变形抗力Ki＝{355,395,476,580,640}MPa、各机架轧制压力Pi＝{12900,11200,10400,9600,8900}kN、各机架后张力T0i＝{74,141,203,201,219}MPa、各机架前张力T1i＝{140,203,199,224,50}MPa、乳化液浓度影响系数kc＝0.8、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.035、带钢密度ρ＝7800kg/m3、带钢比热容S＝0.45kJ/(kg·℃)、乳化液浓度C＝3.7％、乳化液温度Tc＝55℃、热功当量J＝1；
S3、定义乳化液流量优化过程中所涉及的过程参数，主要包括各个机架过润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000141
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000142
欠润滑油膜厚度临界值为
Figure BDA0001740843930000143
及此时的摩擦系数为
Figure BDA0001740843930000144
振动判断指标基准值为ξ0i，压下量为Δhi＝h0i-h1i，压下率为
Figure BDA0001740843930000145
各机架入口温度为出口温度为Ti，并将机架间的距离l＝2700mm平均分成m＝30段，段内温度用Ti,j(其中，1≤j≤m)表示，且
Figure BDA00017408439300001414
过润滑判断系数A+，欠润滑判断系数A-；
S4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液流量综合优化目标函数的初始设定值F0＝1.0×1010；
S5、根据轧制理论，计算各个机架的咬入角αi，计算公式为
Figure BDA0001740843930000147
由此可得αi＝{0.0546,0.0406,0.0247,0.0220,0.0179}；
S6、计算各机架振动判断指标基准值ξ0i：
S6.1、各个机架中性角γi计算公式为
Figure BDA0001740843930000148
S6.2、假定
Figure BDA0001740843930000149
时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1，根据公式
Figure BDA00017408439300001410
可得
S6.3、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA00017408439300001412
(式中ai为液体摩擦影响系数，ai＝0.0125，bi为干摩擦影响系数，bi＝0.1414，Bi为摩擦系数衰减指数，Bi＝-2.4280)计算各机架过润滑油膜厚度临界值
Figure BDA00017408439300001413
计算公式为
Figure BDA0001740843930000151
由此可得
Figure BDA0001740843930000152
S6.4、假定时刚好处于欠润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1，根据公式
Figure BDA0001740843930000154
可得
S6.5、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即
Figure BDA0001740843930000156
计算各机架欠润滑油膜厚度临界值
Figure BDA0001740843930000157
计算公式为
Figure BDA0001740843930000158
由此可得
Figure BDA0001740843930000159
S6.6、计算振动判断指标基准值ξ0i，由此可得ξ0i＝{0.548,0.762,1.321,1.207,0.736}；
S7、设定各个机架乳化液流量wi＝{900,900,900,900,900}L/min；
S8、计算各个机架带钢出口温度Ti，
S8.1、计算第1机架出口温度T1，
Figure BDA00017408439300001511
S82、令i＝1；
S8.3、第1机架出口后第1段带钢温度T1,1即为Ti,1＝Ti＝169.96℃；
S8.4、令j＝2；
S8.5、第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：
S8.6、判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤S8.5，否则，转入步骤S8.7；
S8.7、最终通过迭代计算，得到第m＝30段温度T1,30＝101.25℃；
S8.8、计算第2机架入口温度
Figure BDA00017408439300001513
Figure BDA00017408439300001514
S8.9、计算第2机架出口温度T2
S8.10、判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤S8.3，否则，转入步骤S8.11；
S8.11、得出各个机架出口温度Ti＝{177.96,172.78,184.59,191.77,203.33}℃；
S9、乳化液流量综合优化目标函数F(X)计算；
S9.1、计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η0i，η0i＝b·exp(-a·Ti)，式中，a,b为大气压力下润滑油的动力粘度参数，a＝0.15,b＝2.0，得η0i＝{5.45,5.02,5.98,5.45,5.76}；
S9.2、计算各机架辊缝间油膜厚度ξi，计算公式如下：
Figure BDA0001740843930000161
式中，krg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，krg＝1.165，Krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率，Krs＝0.566，由此可得ξi＝{0.774,0.926,2.088,2.032,1.318}um；
S9.3、计算乳化液流量综合优化目标函数
Figure BDA0001740843930000162
式中，X＝{wi}为优化变量，λ＝0.5为分配系数，由此可得F(X)＝0.91；
S10、F(X)＝0.91<F0＝1×1010成立，则令
Figure BDA0001740843930000163
F0＝F(X)＝0.91，转入步骤S11；
S11、判断乳化液流量wi是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤S12，否则，转入步骤S7；
S12、输出最优乳化液流量设定值
本发明在冷轧厂1730、1420、1220五机架冷连轧机组上推广应用，根据冷轧厂的生产经验，本发明方案是切实可行的，而且效果十分明显，可进一步推广到其他冷连轧机组应用，推广前景比较广阔。
综上所述，采用了本发明的技术方案，抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，充分结合冷连轧机组的设备与工艺特点，针对振动缺陷问题，从各个机架乳化液流量综合优化设定入手，改变以往冷连轧机组各个机架的乳化液均恒流量控制的思想，优化得到各个机架以振动抑制为目标的乳化液流量最优设定值；大大降低了轧机振动缺陷的发生率，提高了生产效率与产品质量，给企业带来较大的经济效益；实现对轧机振动缺陷的治理、提高冷连轧机组成品带钢的表面质量和轧制过程稳定性。

Claims (4)

1.一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、收集冷连轧机组的设备特征参数，包括：各个机架工作辊半径Ri、各机架轧辊表面线速度vri、各机架工作辊原始粗糙度Rair0、工作辊粗糙度衰减系数BL、机架间距离l、各机架工作辊换辊后的轧制公里数Li，其中，i＝1,2,...,n，代表冷连轧机组的机架序数，n为总机架数；
S2、收集带材的关键轧制工艺参数，包括：各机架入口厚度h0i、各机架出口厚度h1i、带钢宽度B、各机架入口速度v0i、各机架出口速度v1i、入口温度T1 r、各机架带钢变形抗力Ki、各机架轧制压力Pi、各机架后张力T0i、各机架前张力T1i、乳化液浓度影响系数kc、润滑剂的粘度压缩系数θ、带钢密度ρ、带钢比热容S、乳化液浓度C、乳化液温度Tc、热功当量J；
S3、定义乳化液流量优化过程中所涉及的过程参数，包括各个机架过润滑油膜厚度临界值为
Figure FDA0001740843920000011
及此时的摩擦系数为
Figure FDA0001740843920000012
欠润滑油膜厚度临界值为
Figure FDA0001740843920000019
及此时的摩擦系数为振动判断指标基准值为ξ0i，压下量为Δhi＝h0i-h1i，压下率为各机架入口温度为
Figure FDA0001740843920000015
出口温度为Ti，并将机架间的距离l平均分成m段，段内温度用Ti,j(其中，1≤j≤m)表示，且Ti r＝Ti-1,m，过润滑判断系数A+，欠润滑判断系数A-；
S4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液流量综合优化目标函数的初始设定值F0＝1.0×1010；
S5、根据轧制理论，计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：
Ri'为第i机架工作辊压扁半径，为轧制压力计算过程值；
S6、计算各机架振动判断指标基准值ξ0i；
S7、设定各个机架乳化液流量wi；
S8、计算各个机架带钢出口温度Ti；
S9、乳化液流量综合优化目标函数F(X)计算；
S10、判断不等式F(X)<F0是否成立？若成立，则令
Figure FDA0001740843920000017
转入步骤S11，否则，直接转入步骤S11；
S11、判断乳化液流量wi是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤S12，否则，转入步骤S7；
S12、输出最优乳化液流量设定值
Figure FDA0001740843920000018
2.如权利要求1所述的一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下步骤：
S6.1、计算各个机架中性角γi：
Figure FDA0001740843920000021
S6.2、假定
Figure FDA0001740843920000022
时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1可得
Figure FDA0001740843920000023
S6.3、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即(式中ai为液体摩擦影响系数，bi为干摩擦影响系数，Bi为摩擦系数衰减指数)计算各机架过润滑油膜厚度临界值
Figure FDA0001740843920000026
S6.4、假定
Figure FDA0001740843920000027
时辊缝刚好处于欠润滑状态，由步骤S5及步骤S6.1可得
Figure FDA0001740843920000028
S6.5、根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即计算各机架欠润滑油膜厚度临界值
Figure FDA00017408439200000210
Figure FDA00017408439200000211
S6.6、计算振动判断指标基准值ξ0i，
Figure FDA00017408439200000212
3.如权利要求2所述的一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，其特征在于，所述步骤S8包括以下步骤：
S8.1、计算第1机架出口温度T1，
Figure FDA00017408439200000213
S8.2、令i＝1；
S8.3、第i机架出口后第1段带钢温度Ti,1即为Ti,1＝Ti；
S8.4、令j＝2；
S8.5、第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：
Figure FDA00017408439200000214
S8.6、判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤S8.5，否则，转入步骤S8.7；
S8.7、通过迭代计算，得到第m段温度Ti,m；
S8.8、计算第i+1机架入口温度
Figure FDA0001740843920000031
Figure FDA0001740843920000032
S8.9、计算第i+1机架出口温度Ti+1，
Figure FDA0001740843920000033
S8.10、判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤S8.3，否则，转入步骤S8.11；
S8.11、得出各个机架出口温度Ti。
4.如权利要求3所述的一种抑制冷连轧机组振动的乳化液流量优化方法，其特征在于，所述步骤S9包括以下步骤：
S9.1、计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η0i，η0i＝b·exp(-a·Ti)，式中，a,b为大气压力下润滑油的动力粘度参数；
S9.2、计算各机架辊缝间油膜厚度ξi，计算公式如下：
Figure FDA0001740843920000034
式中，krg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，Krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率；
S9.3、计算乳化液流量综合优化目标函数
Figure FDA0001740843920000035
式中，X＝{wi}为优化变量，λ为分配系数。
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