CN110961464B - 冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法 - Google Patents

Abstract

一种冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法，属轧制领域。包括定义乳化液浓度优化过程中所涉及的过程参数；给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液浓度综合优化目标函数的初始设定值；计算各个机架的咬入角；计算各机架振动判断指标基准值；设定各个机架乳化液浓度；计算各个机架带钢出口温度；计算各机架辊缝间乳化液动力粘度；计算各机架辊缝间油膜厚度；计算乳化液浓度综合优化目标函数；判断不等式F(X)<F₀是否成立；判断乳化液浓度是否超出可行域范围和输出最优乳化液浓度设定值。其将各机架乳化液浓度作为优化变量，通过对各机架乳化液浓度的合理配比，保证各机架辊缝间润滑状态最佳，达到抑振轧机振动、提高产品质量与生产效率的目的。

Description

冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法

技术领域

本发明属于冷连轧轧制领域，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浓度优化方法。

背景技术

乳化液浓度作为工艺润滑制度中重要的工艺参数，对冷连轧机组各机架辊缝间的润滑状态起着至关重要的作用。

同时辊缝间的润滑状态，直接影响着轧机振动缺陷的发生。

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。

以往，现场一般是依赖于轧机速度来抑制振动缺陷的发生，但此操作却制约了冷连轧机组的生产效率的提升，严重影响到企业的经济效益。

授权公告号为CN 103544340 B，授权公告日为2016年3月2日的中国发明专利，公开了一种“五机架冷连轧机组极薄带轧制中乳化液浓度的设定方法”，其乳化液浓度的设定方法，包括以下由计算机执行的步骤：1、收集机组主要设备、待轧制带材特征、主要轧制工艺和工艺润滑制度参数；2、定义相关过程参数；3、计算弯辊力和窜辊量；4为相关搜索过程参数赋值；5、计算浓度过程参数；6、计算最大轧制速度的搜索过程速度；7、计算当前条件下各机架的摩擦系数；8、计算当前条件下各机架的轧制力、轧制功率、打滑因子、热滑伤指数和振动系数；9计算各机架工作辊的热凸度；10、计算出口板形和压靠宽度；11、得到并输出最佳配比浓度。由此可见，该专利内容以提高轧制速度、保证轧制效率、避免打滑、热滑伤以及振动的发生为目的，保证末机架出口板形和工作辊辊端压靠宽度最小。

通过研究发现，在轧制规程、轧辊工艺、乳化液流量与初始温度等工艺参数确定的前提下，乳化液浓度的设定直接决定了冷连轧机组各个机架的辊缝润滑状态，并且可以作为抑制轧机振动的主要工艺控制手段。

但是目前尚未见到通过改变以往各机架乳化液采用恒浓度控制的模式，将各机架乳化液浓度作为优化变量，进而达到抑制轧机振动的技术方案的报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法。其改变以往各机架乳化液采用恒浓度控制的模式，将各机架乳化液浓度作为优化变量，对其进行综合优化控制；通过对各机架乳化液浓度的合理配比，保证各机架辊缝间润滑状态最佳，进而达到抑振轧机振动、提高产品质量与生产效率的目的，为企业带来经济效益。

本发明的技术方案是：提供一种冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法，其特征是所述的乳化液浓度优化方法包括下列步骤：

(a)收集冷连轧机组的设备特征参数；

(b)收集带材的关键轧制工艺参数；

(c)定义乳化液浓度优化过程中所涉及的过程参数；

(d)给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液浓度综合优化目标函数的初始设定值F₀＝1.0×10¹⁰；

(e)计算各个机架的咬入角；

(f)计算各机架振动判断指标基准值ξ_0i；

(g)设定各个机架乳化液浓度C_i；

(h)计算各个机架带钢出口温度T_i；

(i)计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η_0i；

(j)计算各机架辊缝间油膜厚度ξ_i；

(k)计算乳化液浓度综合优化目标函数F(X)；

(l)判断不等式F(X)<F₀是否成立？若成立，则令

转入步骤(m)；否则，直接转入步骤(m)；

(m)判断乳化液浓度C_i是否超出可行域范围；若超出，则转入步骤(n)；否则，转入步骤(g)；

(n)输出最优乳化液浓度设定值

(o)冷连轧机组的控制***按照(n)步骤中的最优乳化液浓度设定值

对各机架的乳化液浓度分别进行调整和控制。

其中，所述(f)步骤中计算各机架振动判断指标基准值ξ_0i的计算步骤程如下：

(f1)计算各个机架中性角γ_i：

(f2)假定

时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤(e)及步骤(f1)可得：

(f3)根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即

计算各机架过润滑油膜厚度临界值

(f4)假定

时辊缝刚好处于欠润滑状态，由步骤(e)及步骤(f1)可得：

(f5)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

(f6)计算振动判断指标基准值ξ_0i：

其所述(h)步骤中计算各个机架带钢出口温度T_i的计算步骤如下：

(h1)计算第1机架出口温度T₁

(h2)令i＝1；

(h3)第i机架出口后第1段带钢温度T_i，1即为T_i，1＝T_i；

(h4)令j＝2；

(h5)第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：

(h6)判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤(h5)；否则，转入步骤(h7)；

(h7)通过迭代计算，得到第m段温度T_i，m；

(h8)计算第i+1机架入口温度

(h9)计算第i+1机架出口温度T_i+1：

(h10)判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤(h3)；否则，转入步骤(h11)；

(h11)得出各个机架出口温度T_i。

具体的，所述冷连轧机组的设备特征参数至少包括：各个机架工作辊半径R_i；各机架轧辊表面线速度v_ri；各机架工作辊原始粗糙度Ra_ir0；工作辊粗糙度衰减系数B_L；机架间距离l；各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。

具体的，所述带材的关键轧制工艺参数至少包括：各机架入口厚度h_0i；各机架出口厚度h_1i；带钢宽度B；各机架入口速度v_0i；各机架出口速度v_1i；入口温度

各机架带钢变形抗力K_i；各机架轧制压力P_i；各机架后张力T_0i；各机架前张力T_1i；乳化液浓度影响系数k_c；润滑剂的粘度压缩系数θ；带钢密度ρ；带钢比热容S；乳化液流量w；乳化液温度T_c；热功当量J。

具体的，所述乳化液浓度优化过程中所涉及的过程参数，至少包括：各个机架过润滑油膜厚度临界值为

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ξ_0i；压下量为Δh_i＝h_0i-h_1i；压下率为

各机架入口温度为

出口温度为T_i；将机架间的距离l平均分成m段，段内温度用T_i，j表示，其中，1≤j≤m且

过润滑判断系数A⁺；欠润滑判断系数A^-。

进一步的，在计算所述的各个机架的咬入角α_i时，计算公式如下：

式中，R_i'为第i机架工作辊压扁半径，为轧制压力计算过程值。

进一步的，计算所述各机架辊缝间乳化液动力粘度η_0i时的计算公式如下：

η_0i＝b·exp(-a·T_i)

式中，a、b为大气压力下润滑油的动力粘度参数。

进一步的，计算所述的各机架辊缝间油膜厚度的计算公式如下：

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。

进一步的，计算乳化液浓度综合优化目标函数按照下列公式进行：

式中，X＝{C_i}为优化变量，λ为分配系数。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.通过对各机架乳化液浓度的合理配比，保证各机架辊缝间润滑状态最佳，从而达到抑振轧机振动、提高产品质量与生产效率的目的；

2.在大量的现场试验跟踪与理论研究的基础上，针对冷连轧机组的设备特征及轧制工艺特点，提出了冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度方法，实现了对冷连轧机组各个机架乳化液浓度的最优配比，达到了抑制轧机振动、提高产品质量与生产效率的目的，给企业带来较大经济效益。

附图说明

图1是本发明的整体技术方案流程示意图；

图2是本发明振动判断指标基准值计算流程示意图；

图3是本发明各机架带钢出口温度计算流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

为了进一步的说明本发明所述相关技术的应用过程，现以某冷轧厂1730冷连轧机组为例，详细地介绍冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法的应用过程。

首先，按照图1中所示各个步骤，依次进行相关参数的确定、代入相应公式进行计算，然后确定或得到需要的最优乳化液浓度设定值

最后，按照所确定的最优乳化液浓度设定值，来控制各机架的乳化液浓度，对其进行综合优化控制，进而达到抑制轧机振动的目的。

具体的，在步骤(a)中，收集冷连轧机组的设备特征参数，主要包括：

各个机架工作辊半径R_i＝{210,212,230,230,228}mm；

各机架轧辊表面线速度v_ri＝{180,320,500,800，1150}m/min；

各机架工作辊原始粗糙度Ra_ir0＝{1.0,1.0,0.8,0.8,1.0}um；

工作辊粗糙度衰减系数B_L＝0.01；

机架间距离l＝2700mm；

各机架工作辊换辊后的轧制公里数L_i＝{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)；

随后，在步骤(b)中，收集带材的关键轧制工艺参数，主要包括：

各机架入口厚度h_0i＝{2.0,1.14,0.63,0.43,0.28}mm；

各机架出口厚度h_1i＝{1.14,0.63,0.43,0.28,0.18}mm；

带钢宽度B＝966mm；

各机架入口速度v_0i＝{110，190,342,552,848}m/min；

各机架出口速度v_1i＝{190,342,552,848，1214}m/min；

入口温度T₁ ^入＝110℃；

各机架带钢变形抗力K_i＝{360，400，480，590，650}MPa；

各机架轧制压力P_i＝{12800,11300,10500,9600,8800}kN；

各机架后张力T_0i＝{70,145,208,202,229}MPa；

各机架前张力T_1i＝{145,208,202,229，56}MPa；

乳化液浓度影响系数k_c＝0.9；

润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.034；

带钢密度ρ＝7800kg/m³；

带钢比热容S＝0.47kJ/(kg·℃)；

乳化液流量w＝900m/min；

乳化液温度T_c＝58℃；

热功当量J＝1；

随后，在步骤(c)中，定义乳化液浓度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

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ξ_0i，压下量为Δh_i＝h_0i-h_1i，压下率为

各机架入口温度为

出口温度为T_i，并将机架间的距离l＝2700mm平均分成m＝30段，段内温度用T_i，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^-；

随后，在步骤(d)中，给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液浓度综合优化目标函数的初始设定值F₀＝1.0×10¹⁰；

随后，在步骤(e)中，根据轧制理论，计算各个机架的咬入角α_i，计算公式为

由此可得α_i＝{0.0556,0.0427,0.0258,0.0223,0.0184}；

随后，按图2中所示各子步骤，在步骤(f)中，计算各机架振动判断指标基准值ξ_0i：

其中，在步骤(f1)中，各个机架中性角γ_i计算公式为

随后，在步骤(f2)中，假定

时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤(e)及步骤(f1)，根据公式

可得

随后，在步骤(f3)中，根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即

(式中a_i为液体摩擦影响系数，a_i＝0.0126，b_i为干摩擦影响系数，b_i＝0.1416，B_i为摩擦系数衰减指数，B_i＝-2.4297)计算各机架过润滑油膜厚度临界值

计算公式为

由此可得

随后，在步骤(f4)中，假定

时刚好处于欠润滑状态，由步骤(e)及步骤(f1)，根据公式

可得

随后，在步骤(f5)中，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

计算公式为

由此可得

随后，在步骤(f6)中，计算振动判断指标基准值ξ_0i，

由此可得ξ_0i＝{0.554，0.767，1.325，1.213，0.744}；

随后，在步骤(g)中，设定各个机架乳化液浓度C_i＝{4.2,4.2,4.2,4.2,4.2}％。

然后，按照图3中所示的子步骤，在步骤(h)中，计算各个机架带钢出口温度T_i，

随后，在步骤(h1)中，计算第1机架出口温度T₁，

随后，在步骤(h2)中，令i＝1；

随后，在步骤(h3)中，第1机架出口后第1段带钢温度T_1，1即为T_i，1＝T_i＝172.76℃；

随后，在步骤(h4)中，令j＝2；

随后，在步骤(h5)中，第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：

随后，在步骤(h6)中，判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤(h5)，否则，转入步骤(h7)

随后，在步骤(h7)中，最终通过迭代计算，得到第m＝30段温度T_1，30＝103.32℃；

随后，在步骤(h8)中，计算第2机架入口温度

随后，在步骤(h9)中，计算第2机架出口温度T₂

随后，在步骤(h10)中，判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤(h3)，否则，转入步骤(h11)

随后，在步骤(h11)中，得出各个机架出口温度T_i＝{172.76,178.02,186.59,194.35,206.33}℃。

随后，在步骤(i)中，计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η_0i，由η_0i＝b·exp(-a·T_i)(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，η_0i＝{5.39,5.46,5.59,5.69,5.84}；

随后，在步骤(j)中，计算各机架辊缝间油膜厚度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，k_rg＝1.183，K_rs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率，K_rs＝0.576，由此可得ξ_i＝{0.784,0.963,2.101,2.043,1.326}um；

随后，在步骤(k)中，计算乳化液浓度综合优化目标函数

式中，X＝{C_i}为优化变量，λ＝0.5为分配系数，由此可得F(X)＝0.94；

随后，在步骤(l)中，F(X)＝0.94<F₀＝1×10¹⁰成立，则令

F₀＝F(X)＝0.94，转入步骤(m)；

随后，在步骤(m)中，判断乳化液浓度C_i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤(n)，否则，转入步骤(g)；

随后，在步骤(n)中，输出最优乳化液浓度设定值

最后，在整个轧制过程中，冷连轧机组的控制***按照(n)步骤中所获得的最优乳化液浓度设定值，对各机架的乳化液浓度分别进行调整和控制。

综上所述，本发明的技术方案，改变了现有技术中各机架乳化液采用恒浓度控制的模式，将各机架乳化液浓度作为优化变量，对其进行综合优化控制，进而达到抑制轧机振动的目的。

本发明可广泛用于冷连轧机组乳化液浓度的控制领域。

Claims (3)

1.一种冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法，其特征是所述的乳化液浓度优化方法包括下列步骤：

(a)收集冷连轧机组的设备特征参数；

所述冷连轧机组的设备特征参数至少包括：各个机架工作辊半径R_i，各机架轧辊表面线速度v_ri，各机架工作辊原始粗糙度Ra_ir0，工作辊粗糙度衰减系数B_L，机架间距离l，各机架工作辊换辊后的轧制公里数L_i；其中，i代表冷连轧机组的机架序数，i＝1,2,...,n，n为总机架数；

(b)收集带材的关键轧制工艺参数；

所述带材的关键轧制工艺参数至少包括：各机架入口厚度h_0i；各机架出口厚度h_1i；带钢宽度B；各机架入口速度v_0i；各机架出口速度v_1i；入口温度T₁ ^入；各机架带钢变形抗力K_i；各机架轧制压力P_i；各机架后张力T_0i；各机架前张力T_1i；乳化液浓度影响系数k_c；润滑剂的粘度压缩系数θ；带钢密度ρ；带钢比热容S；乳化液流量w；乳化液温度T_c；热功当量J；

(c)定义乳化液浓度优化过程中所涉及的过程参数；

所涉及的过程参数，至少包括：各个机架过润滑油膜厚度临界值

及此时的摩擦系数

欠润滑油膜厚度临界值

及此时的摩擦系数

振动判断指标基准值ξ_0i；压下量Δh_i＝h_0i-h_1i；压下率

各机架入口温度T_i ^入；出口温度T_i；将机架间的距离l平均分成m段，段内温度用T_i，j表示，其中，1≤j≤m且T_i ^入＝T_i-1，m；过润滑判断系数A⁺以及欠润滑判断系数A^-；

(d)给定冷连轧机组以抑制振动为目标的乳化液浓度综合优化目标函数的初始设定值F₀＝1.0×10¹⁰；

(e)计算各个机架的咬入角；

(f)计算各机架振动判断指标基准值ξ_0i；

其各机架振动判断指标基准值ξ_0i的计算步骤程如下：

(f1)计算各个机架中性角γ_i：

(f2)假定

时辊缝刚好处于过润滑状态，由步骤(e)及步骤(f1)可得：

(f3)根据摩擦系数与油膜厚度之间关系，即

计算各机架过润滑油膜厚度临界值

(f4)假定

时辊缝刚好处于欠润滑状态，由步骤(e)及步骤(f1)可得：

(f5)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

(f6)计算振动判断指标基准值ξ_0i：

(g)设定各个机架乳化液浓度C_i；

(h)计算各个机架带钢出口温度T_i；

计算各个机架带钢出口温度T_i的计算步骤如下：

(h1)计算第1机架出口温度T₁

(h2)令i＝1；

(h3)第i机架出口后第1段带钢温度T_i，1即为T_i，1＝T_i；

(h4)令j＝2；

(h5)第j段与第j-1段温度之间的关系如下式所示：

其中，k₀为乳化液浓度影响系数，w为乳化液流量；

(h6)判断不等式j＜m？若成立，则令j＝j+1，转入步骤(h5)；否则，转入步骤(h7)；

(h7)通过迭代计算，得到第m段温度T_i，m；

(h8)计算第i+1机架入口温度

(h9)计算第i+1机架出口温度T_i+1：

(h10)判断不等式i＜n？若成立，则令i＝i+1，转入步骤(h3)；否则，转入步骤(h11)；

(h11)得出各个机架出口温度T_i

(i)计算各机架辊缝间乳化液动力粘度η_0i；

(j)计算各机架辊缝间油膜厚度ξ_i；

其所述的各机架辊缝间油膜厚度ξ_i的计算公式如下：

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；

(k)计算乳化液浓度综合优化目标函数F(X)；

在计算所述的计算乳化液浓度综合优化目标函数时，按照下列公式进行：

式中，X＝{C_i}为优化变量，λ为分配系数；

(l)判断不等式F(X)<F₀是否成立？若成立，则令

F₀＝F(X)，转入步骤(m)；否则，直接转入步骤(m)；

(m)判断乳化液浓度C_i是否超出可行域范围；若超出，则转入步骤(n)；否则，转入步骤(g)；

(n)输出最优乳化液浓度设定值

(o)冷连轧机组的控制***按照(n)步骤中的最优乳化液浓度设定值

对各机架的乳化液浓度分别进行调整和控制。

2.按照权利要求1所述的冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法，其特征是在计算所述的各个机架的咬入角α_i时，其计算公式如下：

式中，R_i'为第i机架工作辊压扁半径，为轧制压力计算过程值。

3.按照权利要求1所述的冷连轧机组以振动抑制为目标的乳化液浓度优化方法，其特征是在计算所述各机架辊缝间乳化液动力粘度η_0i时，其计算公式如下：

η_0i＝b·exp(-a·T_i)

式中，a、b为大气压力下润滑油的动力粘度参数。

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