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      冷連軋升降速過程中軋制加速度優(yōu)化設(shè)定技術(shù)

      2018-04-02 09:42:29姚壽軍
      機(jī)械工程與自動(dòng)化 2018年1期
      關(guān)鍵詞:拉毛帶材鐵粉

      姚壽軍

      (寶山鋼鐵股份有限公司 鍍錫板廠,上?!?00431)

      0 引言

      1 冷連軋軋制過程拉毛形成機(jī)理分析

      冷連軋機(jī)在軋制帶材過程中,為了對(duì)高速旋轉(zhuǎn)的軋輥起到冷卻和潤(rùn)滑的作用,會(huì)在軋輥與輥縫處噴射一定量的乳化液,當(dāng)含有鐵粉的乳化液噴淋在軋輥和輥縫入口處時(shí),部分鐵粉(尤其是與油滴結(jié)合的皂化鐵粉)會(huì)隨軋制油顆粒吸附在軋輥和帶材表面。根據(jù)文獻(xiàn)[4]可知,由于軋輥處于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài),因此軋輥表面的鐵粉與軋制油在一段時(shí)間內(nèi)逐漸增多,最終在其表面形成一層鐵粉濃度很高的油膜層。隨著軋制過程的進(jìn)行,軋輥表面位置處的鐵粉因?yàn)槭艿脚c帶材之間滑動(dòng)摩擦力的阻礙與軋輥表面分離,分離后的鐵粉會(huì)在輥縫入口處附近迅速堆積(如圖1所示),并不斷吸附其后位置處的鐵粉。在板帶升、降速過程中,加速度很大即速度差很大時(shí),乳化液中的鐵粉會(huì)附著在軋輥表面,來不及隨帶材一起進(jìn)入變形區(qū),鐵粉含量的突然增加會(huì)繼續(xù)連帶吸附乳化液中的鐵粉,導(dǎo)致鐵粉團(tuán)變大(如圖2所示),使得鐵粉團(tuán)刮蹭到鋼板表面,從而引發(fā)拉毛缺陷;加速度較小即速度差較小時(shí),乳化液中附著在軋輥表面的鐵粉會(huì)隨著帶材一起進(jìn)入變形區(qū),使得鐵粉團(tuán)不會(huì)顯著增大(如圖3所示),便減小了拉毛缺陷發(fā)生的概率,使得帶材的表面質(zhì)量更光潔。

      圖1 高速軋制過程中輥縫入口處鐵粉團(tuán)

      圖2 軋制加速度較大時(shí)變形區(qū)內(nèi)鐵粉團(tuán)分布示意圖

      2 冷連軋機(jī)升、降速過程軋制加速度優(yōu)化設(shè)定技術(shù)

      2.1 拉毛因子的提出

      由上述分析可知,冷連軋機(jī)在升、降速過程中由于軋制加速度的不合理設(shè)定會(huì)導(dǎo)致帶鋼表面出現(xiàn)拉毛缺陷以及軋輥表面出現(xiàn)劃痕。經(jīng)過大量現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)和理論分析,對(duì)于冷連軋軋制過程中的拉毛問題,特引入一個(gè)參數(shù)——拉毛因子φ來表征拉毛發(fā)生程度的大小,各機(jī)架拉毛因子φi的值越小,則拉毛缺陷出現(xiàn)的概率越小,發(fā)生程度越輕;反之,各機(jī)架拉毛因子φi越大,則拉毛缺陷出現(xiàn)的概率越大,發(fā)生程度越嚴(yán)重。在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)回歸與理論推導(dǎo)的基礎(chǔ)上,得到的拉毛因子的數(shù)學(xué)模型為:

      (1)

      圖3 軋制加速度較小時(shí)變形區(qū)內(nèi)鐵粉團(tuán)分布示意圖

      由式(1)可以看出,對(duì)于一個(gè)特定的冷連軋軋制過程,在軋制工藝參數(shù)和工藝潤(rùn)滑制度以及來料鋼種、壓下量一定的條件下,各機(jī)架的軋制加速度對(duì)拉毛因子有決定性影響。

      2.2 以降低拉毛缺陷為目標(biāo)的軋制加速度優(yōu)化技術(shù)

      由上述可知,冷連軋機(jī)軋制時(shí)各機(jī)架的軋制加速度對(duì)于冷連軋軋制過程中拉毛缺陷的治理有重要作用,因此本文對(duì)如何合理地設(shè)定各機(jī)架在軋制時(shí)的加速度進(jìn)行詳細(xì)研究。

      本文在優(yōu)化出最終的軋制加速度前,首先需要給出末機(jī)架軋制加速度初始設(shè)定值a5,通過軋制過程秒流量相等和加速度公式就可以得到各機(jī)架的瞬時(shí)軋制速度vi。那么軋制經(jīng)過一段時(shí)間Δt后,依據(jù)上述原理就可以求出經(jīng)過時(shí)間Δt后的各機(jī)架瞬時(shí)速度vi(t),根據(jù)加速度定義,即單位時(shí)間內(nèi)各機(jī)架速度的變化量,可以求解出其余前4機(jī)架的軋制加速度。特別指出,此時(shí)求出的各機(jī)架的軋制加速度均是依據(jù)末機(jī)架軋制加速度的初始設(shè)定值求解出的,并非最終優(yōu)化得出的結(jié)果。

      在求得各機(jī)架初始軋制加速度后,考慮實(shí)際生產(chǎn)情況,為了滿足冷連軋軋制過程中生產(chǎn)的穩(wěn)定性,必須保障典型規(guī)格產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中由于軋制加速度引起的軋制力和軋制功率的波動(dòng)不應(yīng)該超過許可值,即:

      其中表示u直接信任的用戶集合,表示信任u的用戶集合.信任關(guān)系的隱私反饋信息可根據(jù)用戶評(píng)分隱式反饋信息來定義.類似評(píng)分,用表示u信任的用戶對(duì)其評(píng)分產(chǎn)生的隱式影響.用表示信任u的用戶對(duì)其評(píng)分產(chǎn)生的隱式影響.Guo等[7]提出通過融合顯/隱式信任關(guān)系來對(duì)用戶特征進(jìn)行更詳細(xì)地建模,預(yù)測(cè)評(píng)分即為

      (2)

      其中:ΔPi為第i機(jī)架軋制力的波動(dòng);ΔPmxai為第i機(jī)架軋制力波動(dòng)最大范圍;ΔFi為第i機(jī)架軋制功率的波動(dòng);ΔFmaxi為第i機(jī)架軋制功率波動(dòng)最大范圍;λ為安全系數(shù),一般取λ=0.7~0.9。

      為了求解式(2)中軋制力和軋制功率的變化值,根據(jù)文獻(xiàn)[5]并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)與理論分析修正出軋制典型規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)過程中單位時(shí)間內(nèi)各機(jī)架的軋制壓力Pi和單位時(shí)間內(nèi)各機(jī)架的軋制功率Fi計(jì)算公式:

      (3)

      其中:Qm為外摩擦影響系數(shù);Ki為第i道次(道次與機(jī)架號(hào)對(duì)應(yīng))平均變形抗力影響系數(shù);ζi為第i機(jī)架等效張力影響系數(shù);B為帶材寬度,mm;Dw i為第i機(jī)架工作輥直徑,mm;hi為第i道次出口帶材厚度;v為泊松比;vij為第i機(jī)架j時(shí)刻軋制速度,m/s;E為彈性模量,MPa。

      基于以上分析,為了減少冷連軋軋制過程中帶材出現(xiàn)拉毛問題,同時(shí)保證各機(jī)架軋制力和軋制功率的波動(dòng)幅度在合理范圍內(nèi),可將冷連軋軋制過程中降低拉毛缺陷的優(yōu)化設(shè)定目標(biāo)函數(shù)定義為:

      (4)

      因此,冷連軋軋制過程以降低拉毛缺陷為目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)定問題最終轉(zhuǎn)化為:在滿足一定條件的求解域范圍內(nèi),尋找一組合適的{ai},使得目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最小。采用Powell優(yōu)化方法就可以迅速得到結(jié)果,具體求解步驟如圖4所示。

      圖4 以拉毛治理為目標(biāo)的加速度優(yōu)化設(shè)定流程

      3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

      國(guó)內(nèi)某鋼廠五機(jī)架冷連軋機(jī)組由于各機(jī)架的軋制加速度設(shè)定不當(dāng),導(dǎo)致出口帶鋼表面拉毛缺陷嚴(yán)重,特利用本文提出的冷連軋機(jī)組以拉毛缺陷為治理目標(biāo)的軋制加速度優(yōu)化設(shè)定技術(shù),很好地降低了帶鋼生產(chǎn)過程中拉毛缺陷的發(fā)生頻率,提高了成品帶材的表面質(zhì)量,使得五機(jī)架冷連軋機(jī)拉毛缺陷發(fā)生率從原來0.15%下降到目前的0.03%,給企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟(jì)效益。

      4 結(jié)語

      本文分析了冷連軋機(jī)組高速軋制過程中拉毛現(xiàn)象的形成機(jī)理,提出以拉毛因子作為衡量拉毛現(xiàn)象發(fā)生程度的評(píng)價(jià)指標(biāo),并開發(fā)出一套以降低拉毛缺陷的軋制加速度優(yōu)化設(shè)定技術(shù),應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)后,有效地降低了拉毛缺陷發(fā)生的概率,為企業(yè)創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟(jì)利益。

      參考文獻(xiàn):

      [1]邱格君,孫鈞,白振華.冷連軋機(jī)劃痕機(jī)制及影響因素分析[J].冶金設(shè)備,2007(3):23-26.

      [2]徐俊,邱格君,白振華,等.冷連軋機(jī)高速軋制過程中劃痕問題的研究[J].上海金屬,2005,28(3):24-28.

      [3]王國(guó)棟.冷連軋生產(chǎn)工藝的進(jìn)展[J].軋鋼,2003,20(1):37-41.

      [4]白振華,陳浩,高明磊,等.冷連軋機(jī)組劃痕缺陷產(chǎn)生機(jī)制及治理措施[J].鋼鐵, 2014,49(6):59-64.

      [5]白振華.冷連軋機(jī)高速生產(chǎn)過程核心工藝數(shù)學(xué)模型[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

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