一种冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化方法与流程

本发明涉及冷轧
技术领域：
，尤其是一种冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化方法。
背景技术：
：带钢冷轧过程常采用乳化液作为工艺润滑剂，起到减小轧制变形区的摩擦系数，降低轧制压力与轧制功率，并减缓轧辊的磨损的作用。冷轧乳化液直喷系统是将少量的高浓度乳化液直接喷淋在辊缝前一定距离的带钢表面，乳化液在带钢表面析出的油膜进入轧制辊缝进行润滑，在轧机出口侧配备专门的轧辊冷却装置进行冷却，直喷系统的乳化液一次性使用后直接排放，润滑性能较好，且无杂油、杂质掺入，适用于薄规格、高强度、高表面质量要求的冷轧带钢生产。轧制生产过程中，乳化液喷淋架上的多个喷嘴将乳化液喷射在带钢表面，各喷嘴喷射的乳化液流量在带钢表面相互叠加，覆盖带钢表面宽度方向的全部区域。乳化液直喷系统喷嘴喷射高度是喷嘴在带钢表面喷射宽度的重要影响因素，对于特定型号的喷嘴，喷嘴喷射高度越大，喷嘴在带钢表面的喷射宽度越大，各喷嘴喷射的乳化液流量叠加区域越大，这直接关系到各喷嘴喷射的乳化液在带钢表面横向分布的均匀程度，进而影响到冷轧带钢轧制润滑性能的横向均匀性，这就导致带钢宽度方向轧制压力与延伸率的不均匀分布，容易在乳化液流量密度较大的位置出现浪形、乳化液流量密度较小的位置出现条状斑迹缺陷。因此，需要根据喷嘴喷射高度与带钢表面乳化液流量横向分布的关系，优化设定乳化液直喷系统喷嘴喷射高度，最大程度的提升冷轧带钢轧制润滑性能的横向分布均匀性，减少成品带钢板形与表面质量缺陷的产生。技术实现要素：本发明目的在于提供一种分析喷嘴喷射高度对各喷嘴喷射在带钢表面的乳化液叠加后流量横向分布的关系、以各喷嘴喷射在带钢表面的乳化液叠加后流量横向分布最均匀为目标、优化喷嘴喷射高度的冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化方法。为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：步骤1，收集冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化所需设备工艺参数；步骤2，初始化喷嘴喷射高度优化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴喷射高度优化步长ΔH；步骤3，定义喷嘴喷射高度优化过程参数i，并初始化i＝0；步骤4，计算优化过程参数i对应的喷嘴喷射高度Hi＝Hmin+iΔH；步骤5，计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)；步骤6，计算N个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液叠加后流量密度横向分布qNi(xj)；步骤7，计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)；步骤8，计算喷嘴喷射高度优化目标函数F(Hi)；步骤9，判断F(Hi)＜Fy是否成立；若成立，则令喷嘴喷射高度优化目标函数的最优值Fy＝F(Hi)、喷嘴喷射高度的最优值Hy＝Hi，转入步骤10；若不成立，直接转入步骤10；步骤10，判断Hi＜Hmax是否成立；若成立，则令i＝i+1，转入步骤4；若不成立，则转入步骤11；步骤11，输出冷轧直喷系统喷嘴喷射高度的最优值Hy，完成冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度的优化。进一步的，步骤1中，所需设备工艺参数包括喷嘴数量N、喷嘴间距L、喷嘴喷射方向角α、喷嘴喷射角度θ、喷嘴侧倾角、喷嘴喷射流量Q、喷嘴喷射高度最小值Hmin、喷嘴喷射高度最大值Hmax、带钢宽度最大值Bmax。进一步的，步骤5中，式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx；Δx为乳化液流量横向条元位置的间隔宽度。进一步的，步骤6中，式中，k为乳化液流量横向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，进一步的，步骤7中，式中，nS为带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数，进一步的，步骤8中，式中，λ为权重系数，0＜λ＜1。与现有技术相比，本发明具有如下优点：通过优化冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度，能够有效提升冷轧带钢轧制润滑性能的横向分布均匀性，减少成品带钢板形与表面质量缺陷的产生。附图说明图1是本发明的计算流程图。图2是冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射示意图。图3是实施例1中喷嘴喷射高度优化前乳化液流量横向分布图。图4是实施例1中喷嘴喷射高度优化后乳化液流量横向分布图。图5是实施例2中喷嘴喷射高度优化前乳化液流量横向分布图。图6是实施例2中喷嘴喷射高度优化后乳化液流量横向分布图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步说明：如图1所示，本发明所述方法包括以下步骤：步骤1，收集冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化所需设备工艺参数；包括喷嘴数量N、喷嘴间距L、喷嘴喷射方向角α、喷嘴喷射角度θ、喷嘴侧倾角、喷嘴喷射流量Q、喷嘴喷射高度最小值Hmin、喷嘴喷射高度最大值Hmax、带钢宽度最大值Bmax。步骤2，初始化喷嘴喷射高度优化目标函数最优值Fy，并给定喷嘴喷射高度优化步长ΔH；步骤3，定义喷嘴喷射高度优化过程参数i，并初始化i＝0；步骤4，计算优化过程参数i对应的喷嘴喷射高度Hi＝Hmin+iΔH；步骤5，计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)；式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx；Δx为乳化液流量横向条元位置的间隔宽度。步骤6，计算N个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液叠加后流量密度横向分布qNi(xj)；式中，k为乳化液流量横向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，步骤7，计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)；式中，nS为带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数，步骤8，计算喷嘴喷射高度优化目标函数F(Hi)；式中，λ为权重系数，0＜λ＜1。步骤9，判断F(Hi)＜Fy是否成立；若成立，则令喷嘴喷射高度优化目标函数的最优值Fy＝F(Hi)、喷嘴喷射高度的最优值Hy＝Hi，转入步骤10；若不成立，直接转入步骤10；步骤10，判断Hi＜Hmax是否成立；若成立，则令i＝i+1，转入步骤4；若不成立，则转入步骤11；步骤11，输出冷轧直喷系统喷嘴喷射高度的最优值Hy，完成冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度的优化。实施例1：以某冷轧乳化液直喷系统为例，首先，在步骤1中，收集冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化所需设备工艺参数，喷嘴数量N＝10、喷嘴间距L＝120mm、喷嘴喷射方向角α＝57°、喷嘴喷射角度θ＝71°、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q＝1.03L/min、喷嘴喷射高度最小值Hmin＝100mm、喷嘴喷射高度最大值Hmax＝300mm、带钢宽度最大值Bmax＝1000mm。在步骤2中，初始化喷嘴喷射高度优化目标函数最优值Fy＝1000，并给定喷嘴喷射高度优化步长ΔH＝1.0mm。在步骤3中，定义喷嘴喷射高度优化过程参数i，并初始化i＝0。在步骤4中，计算优化过程参数i对应的喷嘴喷射高度Hi＝Hmin+iΔH。在步骤5中，选取乳化液流量横向条元位置的间隔宽度Δx＝1.0mm，计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx。在步骤6中，计算N个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液叠加后流量密度横向分布qNi(xj)：式中，k为乳化液流量在带钢宽度方向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向喷射宽度条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，在步骤7中，带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)：在步骤8中，选取权重系数λ＝0.6，计算喷嘴喷射高度优化目标函数F(Hi)：在步骤9中，判断F(Hi)＜Fy成立，则令喷嘴喷射高度优化目标函数的最优值Fy＝F(Hi)、喷嘴喷射高度的最优值Hy＝Hi，转入步骤10；依次循环计算，最终喷嘴喷射高度优化目标函数的最优值Fy＝F(H57)＝0.1263、喷嘴喷射高度的最优解Hy＝H57＝157mm。在步骤10中，判断Hi＜300mm成立，则令i＝i+1，转入步骤4；依次循环计算，直至Hi＜300mm不成立，则转入步骤11。在步骤11中，输出冷轧直喷系统喷嘴喷射高度的最优值Hy＝157mm，完成冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度的优化。如表1所示，实施例1中喷嘴喷射高度优化前后乳化液流量横向分布对比，结合图3、图4可以看出，优化后喷嘴喷射高度优化目标函数从0.1403下降为0.1263，带钢表面宽度范围内乳化液流量密度波动量从2.40L/min/m下降到2.23L/min/m，提升了冷轧带钢轧制润滑性能的横向分布均匀性，有利于减少带钢板形与表面质量缺陷的产生。表1实施例1中喷嘴喷射高度优化前后乳化液流量横向分布对比优化前优化后喷嘴喷射高度(mm)225157喷嘴喷射高度优化目标函数0.14030.1263乳化液流量密度最大值(L/min/m)8.949.07乳化液流量密度最小值(L/min/m)6.687.13乳化液流量密度平均值(L/min/m)8.508.60乳化液流量密度波动量(L/min/m)2.261.94实施例2：以某冷轧乳化液直喷系统为例，在步骤1中，收集冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度优化所需设备工艺参数，喷嘴数量N＝10、喷嘴间距L＝120mm、喷嘴喷射方向角α＝68°、喷嘴喷射角度θ＝65°、喷嘴侧倾角喷嘴喷射流量Q＝0.80L/min、喷嘴喷射高度最小值Hmin＝100mm、喷嘴喷射高度最大值Hmax＝300mm、带钢宽度最大值Bmax＝1000mm。随后，在步骤2中，初始化喷嘴喷射高度优化目标函数最优值Fy＝1000，并给定喷嘴喷射高度优化步长ΔH＝1.0mm。随后，在步骤3中，定义喷嘴喷射高度优化过程参数i，并初始化i＝0。随后，在步骤4中，计算优化过程参数i对应的喷嘴喷射高度Hi＝Hmin+iΔH。随后，在步骤5中，选取乳化液流量横向条元位置的间隔宽度Δx＝1.0mm，计算单个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液流量密度横向分布q1i(xj)：式中，j为乳化液流量横向条元位置编号；ψ为乳化液流量横向分布影响系数，BL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度，BR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度，nL为单个喷嘴乳化液喷射中心线左侧喷射宽度的条元个数，nR为单个喷嘴乳化液喷射中心线右侧喷射宽度的条元个数，xj为乳化液流量横向条元位置编号j对应的位置，xj＝(j-nL-1)Δx。随后，在步骤6中，计算N个喷嘴喷射在带钢表面的乳化液叠加后流量密度横向分布qNi(xj)：式中，k为乳化液流量在带钢宽度方向叠加过程参数；nM为喷嘴间距对应的条元个数，nN为N个喷嘴的乳化液流量叠加后在带钢表面的喷射宽度对应的条元个数，nN＝nL+(N-1)nM+nR+1；乳化液流量横向喷射宽度条元位置xj对应的乳化液流量叠加系数，随后，在步骤7中，带钢宽度最大值Bmax对应的横向条元个数计算带钢宽度范围内乳化液流量横向分布q(xj)：随后，在步骤8中，选取权重系数λ＝0.6，计算喷嘴喷射高度优化目标函数F(Hi)：随后，在步骤9中，判断F(Hi)＜Fy成立，则令喷嘴喷射高度优化目标函数的最优值Fy＝F(Hi)、喷嘴喷射高度的最优值Hy＝Hi，转入步骤10；依次循环计算，最终喷嘴喷射高度优化目标函数的最优值Fy＝F(H57)＝0.1029、喷嘴喷射高度的最优解Hy＝H97＝197mm。随后，在步骤10中，判断Hi＜300mm成立，则令i＝i+1，转入步骤4；依次循环计算，直至Hi＜300mm不成立，则转入步骤11。最后，在步骤11中，输出冷轧直喷系统喷嘴喷射高度的最优值Hy＝197mm，完成冷轧乳化液直喷系统喷嘴喷射高度的优化。如表2所示，实施例2中喷嘴喷射高度优化前后乳化液流量横向分布对比，结合图5、图6可以看出，优化后喷嘴喷射高度优化目标函数从0.3161下降为0.1029，带钢表面宽度范围内乳化液流量密度波动量从3.39L/min/m下降到1.26L/min/m，提升了冷轧带钢轧制润滑性能的横向分布均匀性，有利于减少带钢板形与表面质量缺陷的产生。表2实施例2中喷嘴喷射高度优化前后乳化液流量横向分布对比优化前优化后喷嘴喷射高度(mm)150197喷嘴喷射高度优化目标函数0.31610.1029乳化液流量密度最大值(L/min/m)8.177.04乳化液流量密度最小值(L/min/m)4.785.78乳化液流量密度平均值(L/min/m)6.726.68乳化液流量密度波动量(L/min/m)3.391.26以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页1 2 3