冷連軋機組升降速過程的乳化液流量控制方法與流程

本發(fā)明涉及冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種乳化液流量控制方法。

背景技術(shù)：

如圖1所示，冷連軋機組是帶鋼軋制的主要設(shè)備，是決定帶鋼軋制生產(chǎn)線能力的關(guān)鍵性設(shè)備。在冷連軋過程中噴灑乳化液實現(xiàn)冷卻和潤滑是必不可少的關(guān)鍵工藝；現(xiàn)有技術(shù)，中國專利cn201310304133.3中公開了一種雙機架六輥軋機冷軋中乳化液總流量設(shè)定方法，其乳化液流量設(shè)定分配主要考慮的條件是軋制壓力、軋制功率、打滑、滑傷和板形質(zhì)量?？梢钥闯霈F(xiàn)有技術(shù)中，乳化液流量分配設(shè)定主要考慮的問題是打滑與熱滑傷、軋制壓力、軋制功率以及板形，只要滿足上述幾個條件的一定范圍內(nèi)的乳化液流量值都是可行的，但具體的流量大小則是根據(jù)設(shè)備條件和現(xiàn)場經(jīng)驗來設(shè)定的，這種流量的設(shè)定很容易出現(xiàn)乳化液的浪費，增加了生產(chǎn)成本；

此外，由于乳化液流量的大小會影響摩擦系數(shù)，在機組升降速過程中，由于軋制速度的變化，導(dǎo)致帶鋼摩擦系數(shù)出現(xiàn)變化，這就可能造成摩擦力和軋制力的變化過大，超出允許范圍，此時生產(chǎn)出的帶鋼品質(zhì)也會降低，給企業(yè)帶來損失。

因此，針對以上乳化液流量控制缺陷，同時結(jié)合冷連軋機組的設(shè)備與工藝特點，需要一種適合于冷連軋機組升降速過程的乳化液流量優(yōu)化設(shè)定方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種冷連軋機組升降速過程的乳化液流量控制方法，該方法以保證軋制力穩(wěn)定性為目標，通過帶鋼軋制速度來計算乳化液流量，以解決現(xiàn)場生產(chǎn)中軋制力劇烈變化所造成的影響，提高了帶鋼板形質(zhì)量，節(jié)約了乳化液的消耗，為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的：一種冷連軋機組升降速過程的乳化液流量控制方法，包括以下步驟：

s1，構(gòu)造出軋制速度與乳化液流量函數(shù)f(v)，q＝f(v)，q為乳化液流量，v為軋制速度，所述軋制速度與乳化液流量函數(shù)f(v)中具有若干個待定系數(shù)，將若干個待定系數(shù)組成數(shù)組x；

s2，以在軋制過程中盡量保證軋制力的穩(wěn)定性為目標，構(gòu)造出數(shù)組x的目標函數(shù)g(x)；

s3，求出滿足目標函數(shù)g(x)最小值的最優(yōu)解xy，得到函數(shù)f(v)中待定系數(shù)的最優(yōu)解；

s4，利用函數(shù)f(v)根據(jù)軋制速度v對乳化液流量q進行控制。

所述軋制速度與乳化液流量函數(shù)f(v)為，

q＝a·th(bv)(1)

式中，th為雙曲正切函數(shù)，e為自然常數(shù)；

a、b為待定系數(shù)，數(shù)組x＝{a，b}。

所述步驟s3中，求出滿足目標函數(shù)g(x)最小值的最優(yōu)解xy為采用powell法優(yōu)化求得。

所述的目標函數(shù)g(x)以軋制力平衡原理構(gòu)造，

式中，α為權(quán)重系數(shù)，0＜α＜1；

為軋制力平均值；

m為將軋制速度v分為m段，其中，j＝1，2，……，m；

pj為在第j段軋制速度下的軋制力；

pmax＝max{pj}，pmin＝min{pj}；

本發(fā)明冷連軋機組升降速過程的乳化液流量控制方法通過調(diào)節(jié)乳化液流量大小來保證在冷連軋機組升降速過程中的軋制力穩(wěn)定性，使乳化液流量隨軋制速度變化而變化，實現(xiàn)了對乳化液流量的精確控制，提高了板形質(zhì)量；另外，在控制乳化液流量過程中，為了定量控制的精確性，避免了乳化液冗余設(shè)定的浪費，節(jié)約了乳化液的消耗，為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為現(xiàn)有的冷連軋機組示意圖；

圖2為本發(fā)明冷連軋機組升降速過程的乳化液流量控制方法的流程框圖；

圖3為本發(fā)明中使用powell法優(yōu)化求得最優(yōu)解的流程框圖；

圖4為使用本發(fā)明前后的軋制力隨時間變化曲線圖；

圖中：…為采用本發(fā)明控制方法前的曲線，-為采用本發(fā)明控制方法后的曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明表述的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

實施例1

如圖2所示,一種冷連軋機組升降速過程的乳化液流量控制方法，包括以下步驟：

s1，構(gòu)造出軋制速度與乳化液流量函數(shù)f(v)，q＝f(v)，q為乳化液流量，v為軋制速度，軋制速度采用機架出口側(cè)速度，所述軋制速度與乳化液流量函數(shù)f(v)中具有若干個待定系數(shù)，將若干個待定系數(shù)組成數(shù)組x；

在本實施例中，所構(gòu)造的軋制速度與乳化液流量函數(shù)f(v)如公式1所示，

q＝a·th(bv)(1)

式中，th為雙曲正切函數(shù)，e為自然常數(shù)，在本實施例中取e＝2.71828；

a、b為待定系數(shù)，數(shù)組x＝{a，b}。

s2，以在軋制過程中盡量保證軋制力的穩(wěn)定性為目標，構(gòu)造出數(shù)組x的目標函數(shù)g(x)；

所述目標函數(shù)g(x)根據(jù)軋制力平衡原理構(gòu)造，在本實施例中，

式中，α為權(quán)重系數(shù)，0＜α＜1；

為軋制力平均值；

m為將軋制速度v分為m段，其中，j＝1，2，……，m；

pj為在第j段軋制速度下的軋制力；

pmax＝max{pj}，pmin＝min{pj}

s3，求出滿足目標函數(shù)g(x)最小值的最優(yōu)解xy，得到函數(shù)f(v)中待定系數(shù)的最優(yōu)解；

在本實施例中，求出滿足目標函數(shù)g(x)最小值的最優(yōu)解xy為采用powell法優(yōu)化求得，具體包括以下步驟：

該冷連軋機組的機架數(shù)為n，i＝1，2，……，n；

a)收集現(xiàn)場參數(shù)，包括：第i機架入口厚度hi-1，第i機架出口厚度hi，第i機架軋輥半徑ri，第i機架帶材寬度bi，帶材楊氏模量e，帶材泊松比v，第i機架平均變形抗力kmi，第i機架的入口張應(yīng)力σi-1，第i機架的出口張應(yīng)力σi，第i機架換輥后的軋制噸位zi，第i機架工作輥換輥后軋制公里數(shù)li，第i機架最高速度vimax；

b)收集機組摩擦特性參數(shù)，包括：速度指數(shù)衰減系數(shù)bv，軋制公里數(shù)指數(shù)衰減系數(shù)bl，軋制噸位指數(shù)衰減系數(shù)bz，乳化液流量指數(shù)衰減系數(shù)bq，第i機架速度線性回歸系數(shù)cvi，第i機架軋制公里數(shù)線性回歸系數(shù)cli，第i機架軋制噸位線性回歸系數(shù)czi，第i機架乳化液流量線性回歸系數(shù)cqi，第i機架壓下率線性回歸系數(shù)cri，第i機架入口張應(yīng)力線性回歸系數(shù)cσ(i-1)，第i機架出口張應(yīng)力線性回歸系數(shù)cσi，第i機架后張力線性回歸系數(shù)ct(i-1)，第i機架變形抗力線性回歸系數(shù)cki，第i機架出口厚度線性回歸系數(shù)chi，第i機架入口厚度線性回歸系數(shù)ch(i-1)，第i機架基準摩擦系數(shù)μ0i；

c)初始化i：令i＝1；即，從第1機架開始分別計算各個機架的待定系數(shù)ai和bi，所述ai和bi為第i機架的軋制速度與乳化液流量函數(shù)中的待定系數(shù)；

d)將第i機架兩個待定系數(shù)構(gòu)成數(shù)組xi＝{ai，bi}；

e)如圖3所示，利用目標函數(shù)g(x)，采用powell法，按以下步驟進行：

式中，αi為第i機架權(quán)重系數(shù)，0＜αi＜1；

為第i機架的軋制力平均值；

m為將第i機架的軋制速度vi分為m段，其中，j＝1，2，……，m；

pij為第i機架在第j段軋制速度下的軋制力；

pimax＝max{pij}，pimin＝min{pij}

e1)設(shè)定待定系數(shù)的搜索初始數(shù)組xi0＝{ai0，bi0}及其初始搜索步長δxi0＝{δai0，δbi0}；

e2)定義優(yōu)化參數(shù)k，初始化k＝0；

e3)xi＝xik+δxik；

e4)初始化j：令j＝1；

e5)計算第i機架在第j段軋制速度下的乳化液流量qij：

令則

vimax為第i機架的最大軋制速度；

e6)計算第i機架在第j段軋制速度下的摩擦系數(shù)μij：

式中：ri為第i機架壓下率，

vij為第i機架的第j段軋制速度值；

e7)采用hill公式計算第i機架在第j段軋制速度下的軋制壓力pij：

式中：

δhi為第i機架絕對壓下量，δhi＝hi-1-hi；

ξi為第i機架等效張力影響系數(shù)，ξi＝0.3σi+0.7σi-1；

r'ij為第i機架在第j段軋制速度下的工作輥彈性壓扁半徑，

e8)令j＝j(luò)+1,并判斷j≤m是否成立？成立則轉(zhuǎn)入步驟e5；不成立則轉(zhuǎn)入步驟e9；

e9)選定第i機架權(quán)重系數(shù)αi后，利用公式2計算得到g(xi)：

e10)判斷powell條件是否成立？成立則進入步驟e11；不成立則令k＝k+1，xik＝xi，重新計算并更新搜索步長δxik＝{δaik，δbik}，轉(zhuǎn)入步驟e3；

e11)計算出滿足目標函數(shù)g(xi)最小值的第i機架兩個待定系數(shù)的最優(yōu)解xiy＝{aiy，biy}；

f)由最優(yōu)解xiy＝{aiy，biy}得到第i機架的乳化液流量qi的計算公式：qi＝aiy·th(biyvi)；aiy，biy為第i機架軋制速度與乳化液流量函數(shù)中的最優(yōu)系數(shù)，vi為第i機架的軋制速度；

g)令i＝i+1，順次計算后續(xù)各機架函數(shù)中的最優(yōu)系數(shù)，直到所有機架計算完畢，即當i≤n時回到步驟e；當i＞n時進入步驟h；

h)綜合上述步驟，可以得到該機組n個機架各自的乳化液流量隨軋制速度變化的函數(shù)q＝f(v)；

s4，利用函數(shù)f(v)根據(jù)軋制速度v對乳化液流量q進行控制。

以某廠四輥五機架冷連軋生產(chǎn)線為例，詳細地介紹該機組升降速過程中乳化液流量的確定和工作效果。

a)收集現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備和工藝參數(shù)，包括：五個機架入口和出口厚度hi-1,hi(mm){(2.50，1.85)，(1.85，1.16)，(1.16，0.82)，(0.82，0.56)，(0.56，0.45)}，五個機架軋輥半徑ri(mm){265，237，249，266，264}，五個機架帶材寬度bi＝1800(mm)，帶鋼彈性模量e＝210gpa，泊松比v＝0.3，五個機架平均變形抗力kmi(mpa){373，475，541，576，612}，五個機架帶鋼入口和出口張力σi-1,σi(mpa){(49，160)，(160，170)，(160，170)，(170，180)，(180，69)}，五個機架換輥后的軋制噸位zi(ton){2228，1940，1880，2000，2320}，五個機架工作輥換輥后軋制公里數(shù)li(km){150，140，130，160，180}，五個機架最高軋制速度vimax(m/min){1400，1440，1480，1500，1550}，冷連軋機組的機架數(shù)量數(shù)n＝5；

b)收集機組摩擦特性參數(shù)，包括：速度指數(shù)衰減系數(shù)bv＝-0.0036，軋制公里數(shù)指數(shù)衰減系數(shù)bl＝-0.00082，軋制噸位指數(shù)衰減系數(shù)bz＝-5.0×10^-6，乳化液流量指數(shù)衰減系數(shù)bq＝-0.173，五個機架速度線性回歸系數(shù)cvi＝{1.6×10^-2，2.5×10^-2，3.2×10^-2，4.5×10^-2，5.2×10^-2}，五個機架軋制公里數(shù)線性回歸系數(shù) cli＝{0.140,0.185,0.200,0.248,0.253}，五個機架軋制噸位線性回歸系數(shù)czi＝{0.013,0.015,0.017,0.018,0.022}，五個機架乳化液流量線性回歸系數(shù)cqi＝{6.1×10^-3,6.3×10^-3,7.4×10^-3,8.2×10^-3,1.0×10^-2}，五個機架壓下率線性回歸系數(shù)cri＝{0.179,0.162,0.154,0.142,0.132}，五個機架后前張力線性回歸系數(shù)cσi＝{1.67×10^-4,2.13×10^-4,2.53×10^-4,2.99×10^-4,3.05×10^-4}，五個機架后張力線性回歸系數(shù)cσ(i-1)＝{-1.45×10^-4,-1.83×10^-4,-2.35×10^-4,-2.76×10^-4,-2.89×10^-4}，五個機架變形抗力線性回歸系數(shù)cki＝{-1.27×10^-5,-0.921×10^-5,-0.613×10^-5,-0.321×10^-5,-0.120×10^-5}，五個機架出口厚度線性回歸系數(shù)chi＝{-6.18×10¹，-6.09×10¹，-6.00×10¹，-5.97×10¹，-5.94×10¹}，五個機架入口厚度線性回歸系數(shù)ch(i-1)＝{5.84×10¹，6.01×10¹，6.21×10¹，6.37×10¹，6.51×10^-2}，五個機架的基準摩擦系數(shù)μ0i{-1.27×10^-1，-1.74×10^-1，-1.86×10^-1，-2.44×10^-1，-0.51×10^-1}；

c)計算第1機架兩個待定參數(shù)：通過圖3所示框圖得到g(x1)的最優(yōu)解x1y＝{891,1.47×10^-3}；

d)得到第1機架的軋制速度影響下的乳化液流量計算模型q1的計算公式：q1＝891·th(1.47×10^-3v1)；采用該函數(shù)控制后得到如圖4所示的軋制力變化曲線圖，從該圖中可以明顯看出，軋制力波動明顯下降。

e)同理重復(fù)上述步驟，可以得到其余四個機架乳化液流量計算公式：

q2＝922·th(1.49×10^-3v2)，q3＝945·th(1.45×10^-3v3)，

q4＝958·th(1.40×10^-3v4)，q5＝989·th(1.33×10^-3v5)。