一种抑制冷连轧机组振动的张力制度优化方法与流程

本发明涉及冶金轧钢技术领域，更具体地指一种抑制冷连轧机组振动的张力制度优化方法。

背景技术：

近年来随着汽车制造、大型船舶、航空航天、食品包装行业的快速发展，使得市场对板带的需求不断增强。与此同时下游用户对高精度、高质量的产品需求促使着板带生产设备朝着大型化、高速化发展，考虑板带生产工艺和生产过程的复杂性，高速轧制板带过程常常因为轧制条件的改变而诱发轧机振动现象。轧机一旦发生振动现象会在带钢表面形成明暗交替的条纹影响带钢表面质量，更严重的还会造成轧制设备的损坏引发现场停机检修，从而大大降低了板带生产企业的生产效率。因此，如何有效的解决冷连轧机组在高速过程中的出现的振动问题，就成为现场技术攻关的重点与难点。

专利201410026171.1，一种冷连轧机组极薄带钢轧制的张力制度优化方法，根据各机架入口张应力、出口张应力、变形抗力、轧制速度、带材宽度、入口厚度、出口厚度、工作辊直径等数据计算出当前工况下各机架的打滑因子、热划伤指数、振动系数、轧制力、轧制功率，在考虑轧制稳定性、打滑、热滑伤与振动的同时，兼顾压下能力、轧制效率情况下使得各机架的出口板形达到良好，最后通过计算机程序控制实现张力制度的优化。上述专利是在保证冷连轧机组轧制过程中不出现打滑、热滑伤与振动的情况下，通过对张力制度的优化，使得出口带材的板形值达到良好，考虑轧机振动只是寻求冷连轧机组最优张力制度的约束条件，并没有给出相关技术方案解决冷连轧机组高速轧制过程的振动问题。

技术实现要素：

(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张力制度优化方法，通过对冷连轧过程张力制度的优化，治理并抑制冷连轧机组高速轧制过程中的振动问题，不仅为板带生产企业提高板带表面质量与提高生产效率起到重要作用，而且也给机组带来经济效益。

(二)技术方案

一种抑制冷连轧机组振动的张力制度优化方法，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bli、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：带材的弹性模量e、带材的泊松比ν、带材宽度b、各机架带材入口厚度h0i、各机架带材出口厚度h1i、带钢变形抗力k、各机架轧制力pi、带材在各机架前入口速度v0i、乳化液浓度影响系数kc、润滑剂的粘度压缩系数θ、润滑剂的动力粘度η0；

s3、定义各个机架的振动判断指标为ψi，且定义振动判断指标上阈值即中性角与咬入角重合相等作为过润滑临界点，此时摩擦系数很小，工作辊与带材之间极易发生打滑，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标下阈值即中性角为咬入角一半作为欠润滑临界点，此时工作辊与带材的油膜容易发生破裂，引起摩擦系数突然增大，导致轧制压力异常波动，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标最佳值为ψ0i，定义各个机架入口张力为t0i、出口张力为t1i，且t01＝t0，t1n＝t1；

s4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的张力制度优化目标函数的初始设定值f0＝1.0×10¹⁰；

s5、设定初始张力制度t0i、t1i，且t0i+1＝t1i；

s6、计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：式中，ri'为第i机架工作辊压扁半径，

s7、计算当前张力制度下的油膜厚度ξi，计算公式如下：

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，krs表示压印率，即工作辊表面粗糙度传递到带钢上比率；

s8、根据摩擦系数ui与油膜厚度ξ之间关系，计算各个机架工作辊与带钢间的摩擦系数式中，ai为第i机架液体摩擦系数，bi为第i机架干摩擦影响系数，bi为第i机架摩擦因数衰减指数；

s9、计算当前张力制度下各个机架的中性角γi，根据轧制理论计算公式如下：

s10、计算当前张力制度下各个机架的振动判断指标ψi；

s11、判断不等式是否同时成立？若成立，则转入步骤s12，否则，转入步骤s5；

s12、计算张力制度综合优化目标函数

式中，λ为分配系数，x＝{t0i,t1i}为寻优变量；

s13、判断不等式f(x)<f0是否成立？若成立，则令转入步骤s14，否则，直接转入步骤s14；

s14、判断张力制度t0i、t1i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤s15，否则，转入步骤s5；

s15、输出最优张力制度设定值。

根据本发明的一实施例，所述krg值在0.09～0.15的范围内。

根据本发明的一实施例，所述krs值在0.2～0.6的范围内。

根据本发明的一实施例，所述振动判断指标上阈值振动判断指标下阈值振动判断指标最佳值为ψ0i，

(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张力制度优化方法，针对冷连轧机组高速轧制过程轧机出现振动问题，本发明通过定义振动判断指标来衡量冷连轧机组轧制过程是否处于稳定润滑而不引起轧机振动状态，并在此基础上提出冷连轧机组以抑制振动为目标的张力制度优化方法，结合冷连轧机组的设备与工艺特点，给出了合适的张力制度优化值，保证了冷连轧机组高速稳定的轧制过程，提高了板带生产企业的生产效率，增加了企业经济效益；本发明可进一步推广到国内其它类似冷连轧组，用于冷连轧机组高速轧制过程抑制轧机振动的张力制度优化问题，推广应用前景比较广阔。

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为本发明方法流程图。

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。

冷连轧机组轧制过程中，当中性角与咬入角的相等时，辊缝处于过润滑临界状态，当中性角等于咬入角一半时，辊缝处于欠润滑临界状态。无论是过润滑还是欠润滑状态，都会引起轧机振动缺陷，而轧制过程张力制度直接影响各个机架轧制过程中的润滑状态，所以为实现对轧机振动缺陷的治理，本发明专利从张力制度入手，通过对冷连轧机组张力制度的优化分配，实现对各个机架张力的协调控制，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张力制度优化方法，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bli、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：带材的弹性模量e、带材的泊松比ν、带材宽度b、各机架带材入口厚度h0i、各机架带材出口厚度h1i、带钢变形抗力k、各机架轧制力pi、带材在各机架前入口速度v0i、乳化液浓度影响系数kc、润滑剂的粘度压缩系数θ、润滑剂的动力粘度η0；

s3、定义各个机架的振动判断指标为ψi，且定义振动判断指标上阈值即中性角与咬入角重合相等作为过润滑临界点，此时摩擦系数很小，工作辊与带材之间极易发生打滑，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标下阈值即中性角为咬入角一半作为欠润滑临界点，此时工作辊与带材的油膜容易发生破裂，引起摩擦系数突然增大，导致轧制压力异常波动，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标最佳值为ψ0i，定义各个机架入口张力为t0i、出口张力为t1i，且t01＝t0，t1n＝t1；

s4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的张力制度优化目标函数的初始设定值f0＝1.0×10¹⁰；

s5、设定初始张力制度t0i、t1i，且t0i+1＝t1i；

s6、计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：式中，ri'为第i机架工作辊压扁半径，

s7、计算当前张力制度下的油膜厚度ξi，计算公式如下：

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，其值在0.2～0.6；

s8、根据摩擦系数ui与油膜厚度ξi之间关系，计算各个机架工作辊与带钢间的摩擦系数式中，ai为第i机架液体摩擦系数，bi为第i机架干摩擦影响系数，bi为第i机架摩擦因数衰减指数；

s9、计算当前张力制度下各个机架的中性角γi，根据轧制理论计算公式如下：

s10、计算当前张力制度下各个机架的振动判断指标ψi；

s11、判断不等式是否同时成立？若成立，则转入步骤s12，否则，转入步骤s5；

s12、计算张力制度综合优化目标函数

式中，λ为分配系数，x＝{t0i,t1i}为寻优变量；

s13、判断不等式f(x)<f0是否成立？若成立，则令转入步骤s14，否则，直接转入步骤s14；

s14、判断张力制度t0i、t1i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤s15，否则，转入步骤s5；

s15、输出最优张力制度设定值。

实施例1

s1、收集冷连轧机组的设备特征参数，包括：各个机架(5个)工作辊半径ri＝{1#217.5；2#217.5；3#217.5；4#217.5；5#217.5}(mm)、各机架(5个)轧辊表面线速度vri＝{1#149.6；2#292.3；3#328.3；4#449.2；5#585.5}(m/min)、各机架(5个)工作辊原始粗糙度rair0＝{1#0.53；2#0.53；3#0.53；4#0.53；5#0.53}(μm)、各机架(5个)工作辊粗糙度衰减系数bli＝{1#0.01；2#0.0.1；3#0.01；4#0.01；5#0.01}、各机架(5个)工作辊换辊后的轧制公里数li＝{1#200；2#180；3#190；4#220；5#250}(km)，其中，i＝1,2,...,5，代表冷连轧机组的机架序数；

s2、收集带材的关键轧制工艺参数，包括：带材的弹性模量e＝206gpa、带材的泊松比ν＝0.3、带材宽度b＝812mm、各机架(5个)带材入口厚度h0i＝{1#2.1；2#1.17；3#0.65；4#0.4；5#0.27}(mm)、各机架(5个)带材出口厚度h1i＝{1#1.17；2#0.65；3#0.40；4#0.27；5#0.22}(mm)、带钢变形抗力k＝502mpa、各机架轧制力pi＝{1#507.9；2#505.4；3#499.8；4#489.8；5#487.2}(t)、带材在各机架(5个)前入口速度v0i＝{1#147.6；2#288.2；3#323.3；4#442.0；5#575.5}(m/min)、乳化液浓度影响系数kc＝0.9、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.034m²/n、润滑剂的动力粘度η0＝5.4；

s3、定义各个机架的振动判断指标为ψi，且定义振动判断指标上阈值即中性角与咬入角重合相等作为过润滑临界点，此时摩擦系数很小，工作辊与带材之间极易发生打滑，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标下阈值即中性角为咬入角一半作为欠润滑临界点，此时工作辊与带材的油膜容易发生破裂，引起摩擦系数突然增大，导致轧制压力异常波动，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标最佳值为ψ0i，定义各个机架入口张应力为t0i、出口张应力为t1i，且t01＝t0，t1n＝t1；

s4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的压下规程综合优化目标函数的初始设定值f0＝1.0×10¹⁰；

s5、设定各机架(5个)初始张力制度且t0i+1＝t1ii＝1,2···5；

s6、计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：

αi＝{1#0.004；2#0.002；3#0.001；4#0.0005；5#0.0002}，式中，ri'为第i机架工作辊压扁半径，ri'＝{1#217.8；2#224.5；3#235.6；4#260.3；5#275.4}(mm)；

s7、计算当前张力制度下的油膜厚度ξi，计算公式如下：

ξi＝{1#0.1；2#0.25；3#0.34；4#0.55；5#0.67}(μm)

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，其值在0.2～0.6；

s8、根据摩擦系数ui与油膜厚度ξi之间关系，计算各个机架工作辊与带钢间的摩擦系数ui＝{1#0.124；2#0.089；3#0.078；4#0.047；5#0.042}，式中，ai为第i机架液体摩擦系数，ai＝{1#0.0126；2#0.0129；3#0.0122；4#0.0130；5#0.0142}，bi为第i机架干摩擦影响系数，bi＝{1#0.1416；2#0.1424；3#0.1450；4#0.1464；5#0.1520}，bi为第i机架摩擦因数衰减指数，bi＝{1#-2.4；2#-2.51；3#-2.33；4#-2.64；5#-2.58}；

s9、计算当前张力制度下各个机架的中性角γi，根据轧制理论计算公式如下：

γi＝{1#0.0025；2#0.0012；3#0.0006；4#0.0003；5#0.00014}；

s10、计算当前张力制度下各个机架的振动判断指标ψi＝{1#0.625；2#0.6；3#0.6；4#0.6；5#0.7}；

s11、判断不等式是否同时成立？满足不等式条件，转入步骤s12；

s12、计算张力制度综合优化目标函数

f(x)＝0.231，

式中，λ为分配系数，λ＝0.5，x＝{t0i,t1i}为寻优变量；

s13、判断不等式f(x)<f0是否成立？成立，则令转入步骤s14，否则，直接转入步骤s14；

s14、判断张力制度t0i、t1i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤s15；

s15、输出最优张力制度设定值

实施例2

s1、收集冷连轧机组的设备特征参数，包括：各个机架(5个)工作辊半径ri＝{1#217.5；2#217.5；3#217.5；4#217.5；5#217.5}(mm)、各机架(5个)轧辊表面线速度vri＝{1#149.6；2#292.3；3#328.3；4#449.2；5#585.5}(m/min)、各机架(5个)工作辊原始粗糙度rair0＝{1#0.53；2#0.53；3#0.53；4#0.53；5#0.53}(μm)、各机架(5个)工作辊粗糙度衰减系数bli＝{1#0.01；2#0.0.1；3#0.01；4#0.01；5#0.01}、各机架(5个)工作辊换辊后的轧制公里数li＝{1#220；2#190；3#200；4#240；5#260}(km)，其中，i＝1,2,...,5，代表冷连轧机组的机架序数；

s2、收集带材的关键轧制工艺参数，包括：带材的弹性模量e＝210gpa、带材的泊松比ν＝0.3、带材宽度b＝826mm、各机架(5个)带材入口厚度h0i＝{1#2.2；2#1.27；3#0.75；4#0.5；5#0.37}(mm)、各机架(5个)带材出口厚度h1i＝{1#1.27；2#0.75；3#0.50；4#0.37；5#0.32}(mm)、带钢变形抗力k＝510mpa、各机架轧制力pi＝{1#517.9；2#508.4；3#502.8；4#495.8；5#490.2}(t)、带材在各机架(5个)前入口速度v0i＝{1#137.6；2#276.2；3#318.3；4#438.0；5#568.5}(m/min)、乳化液浓度影响系数kc＝0.9、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.034m²/n、润滑剂的动力粘度η0＝5.4；

s3、定义各个机架的振动判断指标为ψi，且定义振动判断指标上阈值即中性角与咬入角重合相等作为过润滑临界点，此时摩擦系数很小，工作辊与带材之间极易发生打滑，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标下阈值即中性角为咬入角一半作为欠润滑临界点，此时工作辊与带材的油膜容易发生破裂，引起摩擦系数突然增大，导致轧制压力异常波动，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标最佳值为ψ0i，定义各个机架入口张应力为t0i、出口张应力为t1i，且t01＝t0，t1n＝t1；

s4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的压下规程综合优化目标函数的初始设定值f0＝1.0×10¹⁰；

s5、设定各机架(5个)初始张力制度且t0i+1＝t1ii＝1,2···5；

s6、计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：

αi＝{1#0.003；2#0.0025；3#0.001；4#0.0004；5#0.0001}，式中，ri'为第i机架工作辊压扁半径，ri'＝{1#219.8；2#228.7；3#237.4；4#262.5；5#278.6}(mm)；

s7、计算当前张力制度下的油膜厚度ξi，计算公式如下：

ξi＝{1#0.15；2#0.3；3#0.38；4#0.60；5#0.69}(μm)

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，其值在0.2～0.6；

s8、根据摩擦系数ui与油膜厚度ξi之间关系，计算各个机架工作辊与带钢间的摩擦系数ui＝{1#0.135；2#0.082；3#0.085；4#0.053；5#0.047}，式中，ai为第i机架液体摩擦系数，ai＝{1#0.0126；2#0.0129；3#0.0122；4#0.0130；5#0.0142}，bi为第i机架干摩擦影响系数，bi＝{1#0.1416；2#0.1424；3#0.1450；4#0.1464；5#0.1520}，bi为第i机架摩擦因数衰减指数，bi＝{1#-2.4；2#-2.51；3#-2.33；4#-2.64；5#-2.58}；

s9、计算当前张力制度下各个机架的中性角γi，根据轧制理论计算公式如下：

γi＝{1#0.0025；2#0.0012；3#0.0008；4#0.0006；5#0.00023}；

s10、计算当前张力制度下各个机架的振动判断指标ψi＝{1#0.833；2#0.48；3#0.8；4#0.6；5#0.23}；

s11、判断不等式是否同时成立？满足不等式条件，转入步骤s12；

s12、计算张力制度综合优化目标函数

f(x)＝0.325；

式中，λ为分配系数，λ＝0.5，x＝{t0i,t1i}为寻优变量；

s13、判断不等式f(x)<f0是否成立？成立，则令转入步骤s14，否则，直接转入步骤s14；

s14、判断张力制度t0i、t1i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤s15；

s15、输出最优张力制度设定值

实施例3

s1、收集冷连轧机组的设备特征参数，包括：各个机架(5个)工作辊半径ri＝{1#217.5；2#217.5；3#217.5；4#217.5；5#217.5}(mm)、各机架(5个)轧辊表面线速度vri＝{1#149.6；2#292.3；3#328.3；4#449.2；5#585.5}(m/min)、各机架(5个)工作辊原始粗糙度rair0＝{1#0.53；2#0.53；3#0.53；4#0.53；5#0.53}(μm)、各机架(5个)工作辊粗糙度衰减系数bli＝{1#0.01；2#0.0.1；3#0.01；4#0.01；5#0.01}、各机架(5个)工作辊换辊后的轧制公里数li＝{1#190；2#170；3#180；4#210；5#230}(km)，其中，i＝1,2,...,5，代表冷连轧机组的机架序数；

s2、收集带材的关键轧制工艺参数，包括：带材的弹性模量e＝201gpa、带材的泊松比ν＝0.3、带材宽度b＝798mm、各机架(5个)带材入口厚度h0i＝{1#2.0；2#1.01；3#0.55；4#0.35；5#0.25}(mm)、各机架(5个)带材出口厚度h1i＝{1#1.01；2#0.55；3#0.35；4#0.25；5#0.19}(mm)、带钢变形抗力k＝498mpa、各机架轧制力pi＝{1#526.9；2#525.4；3#502.3；4#496.5；5#493.4}(t)、带材在各机架(5个)前入口速度v0i＝{1#159.5；2#296.3；3#335.4；4#448.0；5#586.3}(m/min)、乳化液浓度影响系数kc＝0.9、润滑剂的粘度压缩系数θ＝0.034m²/n、润滑剂的动力粘度η0＝5.4；

s3、定义各个机架的振动判断指标为ψi，且定义振动判断指标上阈值即中性角与咬入角重合相等作为过润滑临界点，此时摩擦系数很小，工作辊与带材之间极易发生打滑，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标下阈值即中性角为咬入角一半作为欠润滑临界点，此时工作辊与带材的油膜容易发生破裂，引起摩擦系数突然增大，导致轧制压力异常波动，进而引起轧机的振动；定义振动判断指标最佳值为ψ0i，定义各个机架入口张应力为t0i、出口张应力为t1i，且t01＝t0，t1n＝t1；

s4、给定冷连轧机组以抑制振动为目标的压下规程综合优化目标函数的初始设定值f0＝1.0×10¹⁰；

s5、设定各机架(5个)初始张力制度且t0i+1＝t1ii＝1,2···5；

s6、计算各个机架的咬入角αi，计算公式如下：

αi＝{1#0.005；2#0.004；3#0.002；4#0.0008；5#0.0003}，式中，ri'为第i机架工作辊压扁半径，ri'＝{1#209.3；2#221.7；3#232.8；4#254.6；5#272.1}(mm)；

s7、计算当前张力制度下的油膜厚度ξi，计算公式如下：

ξi＝{1#0.15；2#0.3；3#0.29；4#0.51；5#0.66}(μm)

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，其值在0.2～0.6；

s8、根据摩擦系数ui与油膜厚度ξi之间关系，计算各个机架工作辊与带钢间的摩擦系数ui＝{1#0.115；2#0.082；3#0.071；4#0.042；5#0.039}，式中，ai为第i机架液体摩擦系数，ai＝{1#0.0126；2#0.0129；3#0.0122；4#0.0130；5#0.0142}，bi为第i机架干摩擦影响系数，bi＝{1#0.1416；2#0.1424；3#0.1450；4#0.1464；5#0.1520}，bi为第i机架摩擦因数衰减指数，bi＝{1#-2.4；2#-2.51；3#-2.33；4#-2.64；5#-2.58}；

s9、计算当前张力制度下各个机架的中性角γi，根据轧制理论计算公式如下：

γi＝{1#0.0035；2#0.0022；3#0.0008；4#0.0004；5#0.00018}；

s10、计算当前张力制度下各个机架的振动判断指标ψi＝{1#0.7；2#0.55；3#0.4；4#0.5；5#0.6}；

s11、判断不等式是否同时成立？满足不等式条件，转入步骤s12；

s12、计算张力制度综合优化目标函数

f(x)＝0.277；

式中，λ为分配系数，λ＝0.5，x＝{t0i,t1i}为寻优变量；

s13、判断不等式f(x)<f0是否成立？成立，则令转入步骤s14，否则，直接转入步骤s14；

s14、判断张力制度t0i、t1i是否超出可行域范围，若超出，则转入步骤s15；

s15、输出最优张力制度设定值

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张力制度优化方法，针对冷连轧机组高速轧制过程轧机出现振动问题，本发明通过定义振动判断指标来衡量冷连轧机组轧制过程是否处于稳定润滑而不引起轧机振动状态，并在此基础上提出冷连轧机组以抑制振动为目标的张力制度优化方法，结合冷连轧机组的设备与工艺特点，给出了合适的张力制度优化值，保证了冷连轧机组高速稳定的轧制过程，提高了板带生产企业的生产效率，增加了企业经济效益；本发明可进一步推广到国内其它类似冷连轧组，用于冷连轧机组高速轧制过程抑制轧机振动的张力制度优化问题，推广应用前景比较广阔。