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(jī)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(shí)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(jī)架六輥軋機(jī)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(gè)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(yàn)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(fèi),增加了生產(chǎn)成本;
此外,由于乳化液流量的大小會(huì)影響摩擦系數(shù),在機(jī)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(shí)生產(chǎn)出的帶鋼品質(zhì)也會(huì)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(shí)結(jié)合冷連軋機(jī)組的設(shè)備與工藝特點(diǎn),需要一種適合于冷連軋機(jī)組升降速過程的乳化液流量優(yōu)化設(shè)定方法。
技術(shù)實(shí)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(jī)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(biāo),通過帶鋼軋制速度來計(jì)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(jì)效益。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種冷連軋機(jī)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(gè)待定系數(shù),將若干個(gè)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(biāo),構(gòu)造出數(shù)組x的目標(biāo)函數(shù)g(x);
s3,求出滿足目標(biāo)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(jìn)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),
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(biāo)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(biāo)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;
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(jī)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(jī)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(shí)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(fèi),節(jié)約了乳化液的消耗,為企業(yè)創(chuàng)造了經(jīng)濟(jì)效益。
附圖說明
圖1為現(xiàn)有的冷連軋機(jī)組示意圖;
圖2為本發(fā)明冷連軋機(jī)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(shí)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(shí)施方式
下面結(jié)合具體實(shí)施例,進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解,這些實(shí)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(dòng)或修改,這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
實(shí)施例1
如圖2所示,一種冷連軋機(jī)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(jī)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(gè)待定系數(shù),將若干個(gè)待定系數(shù)組成數(shù)組x;
在本實(shí)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),
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(biāo),構(gòu)造出數(shù)組x的目標(biāo)函數(shù)g(x);
所述目標(biāo)函數(shù)g(x)根據(jù)軋制力平衡原理構(gòu)造,在本實(shí)施例中,
式中,α為權(quán)重系數(shù),0<α<1;
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(biāo)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(shí)施例中,求出滿足目標(biāo)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(jī)組的機(jī)架數(shù)為n,i=1,2,……,n;
a)收集現(xiàn)場參數(shù),包括:第i機(jī)架入口厚度hi-1,第i機(jī)架出口厚度hi,第i機(jī)架軋輥半徑ri,第i機(jī)架帶材寬度bi,帶材楊氏模量e,帶材泊松比v,第i機(jī)架平均變形抗力kmi,第i機(jī)架的入口張應(yīng)力σi-1,第i機(jī)架的出口張應(yīng)力σi,第i機(jī)架換輥后的軋制噸位zi,第i機(jī)架工作輥換輥后軋制公里數(shù)li,第i機(jī)架最高速度vimax;
b)收集機(jī)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(jī)架速度線性回歸系數(shù)cvi,第i機(jī)架軋制公里數(shù)線性回歸系數(shù)cli,第i機(jī)架軋制噸位線性回歸系數(shù)czi,第i機(jī)架乳化液流量線性回歸系數(shù)cqi,第i機(jī)架壓下率線性回歸系數(shù)cri,第i機(jī)架入口張應(yīng)力線性回歸系數(shù)cσ(i-1),第i機(jī)架出口張應(yīng)力線性回歸系數(shù)cσi,第i機(jī)架后張力線性回歸系數(shù)ct(i-1),第i機(jī)架變形抗力線性回歸系數(shù)cki,第i機(jī)架出口厚度線性回歸系數(shù)chi,第i機(jī)架入口厚度線性回歸系數(shù)ch(i-1),第i機(jī)架基準(zhǔn)摩擦系數(shù)μ0i;
c)初始化i:令i=1;即,從第1機(jī)架開始分別計(jì)算各個(gè)機(jī)架的待定系數(shù)ai和bi,所述ai和bi為第i機(jī)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(jī)架兩個(gè)待定系數(shù)構(gòu)成數(shù)組xi={ai,bi};
e)如圖3所示,利用目標(biāo)函數(shù)g(x),采用powell法,按以下步驟進(jìn)行:
式中,αi為第i機(jī)架權(quán)重系數(shù),0<αi<1;
m為將第i機(jī)架的軋制速度vi分為m段,其中,j=1,2,……,m;
pij為第i機(jī)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(jì)算第i機(jī)架在第j段軋制速度下的乳化液流量qij:
令
vimax為第i機(jī)架的最大軋制速度;
e6)計(jì)算第i機(jī)架在第j段軋制速度下的摩擦系數(shù)μij:
式中:ri為第i機(jī)架壓下率,
vij為第i機(jī)架的第j段軋制速度值;
e7)采用hill公式計(jì)算第i機(jī)架在第j段軋制速度下的軋制壓力pij:
式中:
δhi為第i機(jī)架絕對壓下量,δhi=hi-1-hi;
ξi為第i機(jī)架等效張力影響系數(shù),ξi=0.3σi+0.7σi-1;
r'ij為第i機(jī)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(jī)架權(quán)重系數(shù)αi后,利用公式2計(jì)算得到g(xi):
e10)判斷powell條件是否成立?成立則進(jìn)入步驟e11;不成立則令k=k+1,xik=xi,重新計(jì)算并更新搜索步長δxik={δaik,δbik},轉(zhuǎn)入步驟e3;
e11)計(jì)算出滿足目標(biāo)函數(shù)g(xi)最小值的第i機(jī)架兩個(gè)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(jī)架的乳化液流量qi的計(jì)算公式:qi=aiy·th(biyvi);aiy,biy為第i機(jī)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(jī)架的軋制速度;
g)令i=i+1,順次計(jì)算后續(xù)各機(jī)架函數(shù)中的最優(yōu)系數(shù),直到所有機(jī)架計(jì)算完畢,即當(dāng)i≤n時(shí)回到步驟e;當(dāng)i>n時(shí)進(jìn)入步驟h;
h)綜合上述步驟,可以得到該機(jī)組n個(gè)機(jī)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(jìn)行控制。
以某廠四輥五機(jī)架冷連軋生產(chǎn)線為例,詳細(xì)地介紹該機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)架軋輥半徑ri(mm){265,237,249,266,264},五個(gè)機(jī)架帶材寬度bi=1800(mm),帶鋼彈性模量e=210gpa,泊松比v=0.3,五個(gè)機(jī)架平均變形抗力kmi(mpa){373,475,541,576,612},五個(gè)機(jī)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(gè)機(jī)架換輥后的軋制噸位zi(ton){2228,1940,1880,2000,2320},五個(gè)機(jī)架工作輥換輥后軋制公里數(shù)li(km){150,140,130,160,180},五個(gè)機(jī)架最高軋制速度vimax(m/min){1400,1440,1480,1500,1550},冷連軋機(jī)組的機(jī)架數(shù)量數(shù)n=5;
b)收集機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)架壓下率線性回歸系數(shù)cri={0.179,0.162,0.154,0.142,0.132},五個(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)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(gè)機(jī)架的基準(zhǔn)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(jì)算第1機(jī)架兩個(gè)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(jī)架的軋制速度影響下的乳化液流量計(jì)算模型q1的計(jì)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(dòng)明顯下降。
e)同理重復(fù)上述步驟,可以得到其余四個(gè)機(jī)架乳化液流量計(jì)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)。