專利名稱：脫脂機組卷取工藝綜合優化方法
技術領域：
本發明涉及一種脫脂生產工藝技術，特別涉及一種脫脂機組卷取工藝綜合優化方法。
背景技術：
脫脂機組作為板帶生產的一個重要輔助機組，介于連軋機組與退火生產線之間，其作用是清洗帶鋼表面上的油污或者其它有機物質，使得帶鋼在進入退火前保持良好的表面清潔度，為生產出合格的產品奠定基礎。在脫脂生產過程中，卷取工藝作為脫脂機組的核心工藝，其設定的優劣直接影響到后道工序的運行穩定性與產品質量，與下游罩式退火工序中鋼卷的粘結缺陷以及平整工序的“芯形卷”及松卷等缺陷密切相關。縱觀國內外鋼帶處理線，對于卷取張力的設定，要么采用恒張力控制，要么采用多點控制方法。典型的有三段張力四點控制方法(如附圖1所示)。上述卷取張力設定方法主要存在以下問題(1)恒張力設定方法不能實現卷取過程中內部應力隨著卷徑的變化而及時調整，使得卷取過程中內部張力越來越大，在后步工序中問題最大，最常見的是粘結、心型卷問題。(2)三段四點控制張力法相對恒張力設定法而言是一個大的進步，該方法考慮到內部應力隨著卷徑的變化而及時調整卷取張力，但是該方法由于可以控制的點只有四個，所以很死板，使用起來并不方便，同時對于四點的控制采用的是固定的表格，可調范圍很小，不能實現卷取張力的精細控制。(3)由于現場產品剛種、規格多樣，上述表格方法只能合并規格分段處理，顯得過于死板，不能根據實際特定來料情況進行卷取張力優化設定，因此心型卷、松卷、粘結缺陷問題仍然存在。為了解決上述問題，本發明經過大量的現場試驗與理論分析，充分考慮到脫脂機組的設備及生產工藝特點，改變以往脫脂機組卷取張力的設定以表格法為主的思路，首次將脫脂工序與下游罩式退火及平整工序緊密的結合起來，以粘結缺陷最小為優化目標函數、將不出現松卷與心型卷缺陷作為約束條件，提出了一套新的脫脂機組卷取張力綜合優化方法，并以二次曲線的形式給出了卷取張力隨半徑的變化曲線，操作簡單、實用。通過本項技術可以使得鋼卷內部應力分布更趨合理，最大限度的降低粘結、松卷以及心型卷缺陷發生的概率，提高下游機組的生產效率、產品質量與成材率。本發明所述方案簡單明了，適合于在線使用。
發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供一種脫脂機組的卷取工藝綜合優化方法，替代古板的表格設定方法，并能夠充分考慮下游機組的粘結、心型卷以及松卷等缺陷的治理，提高下游機組的生產效率、產品質量與成材率。
為了實現上述目的，本發明采用了以下技術方案一種脫脂機組卷取工藝綜合優化方法，包括以下可由計算機執行的步驟 (1)收集脫脂機組卷取機的設備參數，主要包括卷取機的類型、卷筒外徑R； (2)收集待卷取帶材的工藝參數，主要包括鋼種、帶材的寬度B、厚度h，最大卷徑rmax、幅度變化系數α、帶材的板形值Imax、板形系數aI1，aI2，aI3，aI4、帶材的板凸度值Δmax、板凸度系數aΔ1，aΔ2，aΔ3，aΔ4； (3)收集套筒的參數，主要包括套筒的內徑r0、套筒的外徑r1、套筒長度L (4)計算出套筒臨界破壞變形應力即心型卷缺陷的觸發應力σ0； (5)設定卷取張力綜合優化目標設定曲線T(r)＝a0+a1r+a2r2(式中r為卷取半徑，a0，a1，a2為優化系數)； (6)給定卷取張力搜索步長ΔT＝0.1Mpa，定義中間參數i； (7)令i＝1； (8)Tmax＝ΔT*i； (9)給定系數a2的搜索步長Δa2＝0.1e-9，定義中間參數j； (10)令j＝0； (11)a2＝Δa2*j； (12)計算優化系數 (13)計算出帶材的卷取張力T(r)＝Tmax+a1r+a2r2； (14)利用文獻1與文獻2所述卷取及卸卷過程鋼卷內部應力計算方法計算出當前狀態下鋼卷卸卷后內部各個部位的壓應力p(r)、摩擦應力τ(r)(參考文獻1白振華，連家創，吳彬，等.冷軋鋼卷卷取過程內部應力三維分布的研究.鋼鐵.2001年第9期；參考文獻2白振華.鋼卷卷取及卸卷過程中內部應力分布的研究.中國機械工程，2004年第15期，增刊)； (15)判斷鋼卷內部各個部位不等式
(式中μ為帶鋼與帶鋼間的摩擦系數；ξ1為考慮到帶鋼表面特性、卷取工況等因素的保險系數)是否都成立。如果都成立，說明在該卷取張力T(r)條件下，帶材層間不會發生滑移，因此不會出現松卷問題。轉入步驟(16)。如果不等式不成立，說明松卷條件不滿足，令j＝j+1，轉入步驟(11)，調整優化系數a2； (16)判斷不等式
是否成立。如果成立，轉入步驟(17)。如果不成立，令i＝i+1，轉入步驟(8)，調整優化系數Tmax； (17)判斷不等式p(r1)≤ξ2σ0(式中ξ2為考慮到套筒材質不均勻、鋼卷內部熱應力釋放等因素影響的保險系數)是否成立，如果都成立，說明在該卷取張力T(r)條件下，鋼卷不可能發生心型卷缺陷，轉入步驟(18)。如果不等式不成立，說明鋼卷有可能出現心型卷缺陷，該卷取張力T(r)的設定不合理，令j＝j+1，轉入步驟(11)，調整優化系數a2； (18)判斷不等式
是否成立。如果成立，令a0＝Tmax，轉入步驟(19)。如果不成立，令i＝i+1，轉入步驟(8)，調整優化系數Tmax； (19)定義優化目標函數 (20)判斷powell條件是否成立，如果成立，則表明優化目標函數最小，即鋼卷內部最大壓應力最小，退火過程中粘結缺陷發生的概率最小，輸出最佳優化系數a0y，a1y，a2y，轉入步驟(21)。否則，說明當前卷取張力的設定不是最優，令j＝j+1，轉入步驟(8)，調整優化系數a0，a1，a2，重復上述步驟，直到不等式成立為止。
(21)輸出最優卷取張力設定曲線Ty(r)＝a0y+a1yr+a2yr2。
(22)結束計算。
以下結合附圖對本發明較佳實施例進行進一步詳細具體的說明。
圖1是卷取張力采用三段張力四點控制方法的控制圖； 圖2(a)、圖2(b)是脫脂機組卷取工藝綜合優化的總體框圖； 圖3是本發明一個較佳實施例中來料板形分布曲線圖； 圖4是本發明一個較佳實施例中來料板凸度分布曲線圖； 圖5是本發明一個較佳實施例中步驟13中卷取張力曲線圖； 圖6是本發明一個較佳實施例中步驟14中鋼卷卸卷后內部各個部位的壓應力分布曲線圖； 圖7是本發明一個較佳實施例中中步驟14中鋼卷卸卷后內部各個部位的摩擦應力分布曲線圖； 圖8是本發明一個較佳實施例中卷取張力優化目標曲線圖。
具體實施例方式 實施例 附圖2是脫脂機組卷取工藝綜合優化的總體框圖。現以規格為0.17mm×730mm、鋼種為MR-T2.5A的帶鋼為例，借助特定的脫脂卷取機組來描述卷取工藝綜合優化實現過程。
首先，在步驟1中，收集脫脂機組卷取機的設備參數，卷取機為普通四棱錐卷取機，卷筒輥徑R＝254mm； 隨后，在步驟2中，收集待卷取帶材的工藝參數，帶材的鋼種為MR-T2.5A，寬度B＝730mm；厚度h＝0.17mm，最大卷徑rmax＝858mm，幅度變化系數α＝0.85；帶材的板形值Imax＝5，板形系數aI1＝1.25，aI2＝-0.0781，aI3＝0，aI4＝0；帶材的板凸度值Δmax＝5，板凸度系數aΔ1＝1.25，aΔ2＝-0.0781，aΔ3＝0，aΔ4＝0，有關板形與板凸度所對應的曲線如附圖3、附圖4所示； 隨后，在步驟3中，收集套筒的參數，套筒的內徑r0＝254mm；套筒的外徑r1＝259mm；套筒長度L＝1.05m； 隨后，在步驟4中，計算出套筒臨界破壞變形應力即心型卷缺陷的觸發應力σ0＝920.4Mpa，計算公式如下
式中σ0-套筒臨界破壞力； R-套筒平均半徑，取 E-材料彈性模數，取E＝2.1×1011Mpa； n-套筒失穩時沿橫向形成的整波數，取n＝1； m-殼失穩時沿縱向形成的半波數，取m＝1； μ-材料泊松比，取μ＝0.3； 隨后，在步驟5中，設定卷取張力綜合優化目標設定曲線T(r)＝a0+a1r+a2r2； 隨后，在步驟6中，給定卷取張力搜索步長ΔT＝0.1Mpa，定義中間參數i； 隨后，在步驟7中，令i＝1； 隨后，在步驟8中，令Tmax＝ΔT*i＝0.1Mpa； 隨后，在步驟9中，給定系數a2的搜索步長Δa2＝0.1e-9，定義中間參數j； 隨后，在步驟10中，令j＝0； 隨后，在步驟11中，令a2＝Δa2*j＝0； 隨后，在步驟12中，計算優化系數 隨后，在步驟13中，分別將中間系數Tmax、a1、a2代入公式T(r)＝Tmax+a1r+a2r2，計算出帶材的卷取張力T(r)，相關曲線如附圖5所示； 隨后，在步驟14中，利用文獻1與文獻2(參考文獻1白振華，連家創，吳彬，等.冷軋鋼卷卷取過程內部應力三維分布的研究.鋼鐵.2001年第9期；參考文獻2白振華.鋼卷卷取及卸卷過程中內部應力分布的研究.中國機械工程，2004年第15期，增刊)所述卷取及卸卷過程鋼卷內部應力計算方法計算出當前狀態下鋼卷卸卷后內部各個部位的壓應力p(r)、摩擦應力τ(r)分布曲線如附圖6、附圖7所示； 隨后，在步驟15中，判斷鋼卷內部各個部位不等式
(式中μ為帶鋼與帶鋼間的摩擦系數，取0.05；ξ1為考慮到帶鋼表面特性、卷取工況等因素的保險系數，取2.75)；是否都成立。經過判斷，此不等式成立，說明在該卷取張力T(r)條件下，帶材層間不會發生滑移，因此不會出現松卷問題。轉入步驟16； 隨后，在步驟16中，判斷不等式
是否成立。顯然成立，轉入步驟17； 隨后，在步驟17中，判斷不等式p(r1)≤ξ2σ0(式中ξ1為考慮到套筒材質不均勻、鋼卷內部熱應力釋放等因素影響的保險系數，取5.0)是否成立，如果都成立，說明在該卷取張力T(r)條件下，鋼卷不可能發生心型卷缺陷。對照附圖6可以看出，在初始值下此不等式成立，轉入步驟18； 隨后，在步驟18中，判斷不等式
是否成立？初始值a2＝0，不等式成立，令a0＝Tmax，轉入步驟19； 隨后，在步驟19中，定義優化目標函數 隨后，在步驟20中，判斷powell條件是否成立，如果成立，則表明優化目標函數最小，即鋼卷內部最大壓應力最小，退火過程中粘結缺陷發生的概率最小，輸出最佳優化系數a0y，a1y，a2y，轉入步驟21。否則，說明當前卷取張力的設定不是最優，令j＝j+1，轉入步驟8，調整優化系數a0，a1，a2，重復上述步驟，直到不等式成立為止。最后，根據計算，a0y＝43.4075，a1y＝-0.2631e-2，a2y＝1.8009e-8； 隨后，在步驟21中，輸出最優卷取張力設定曲線Ty(r)＝43.4075-0.2631×10-2r+1.8009×10-8r2，相關卷取張力優化目標曲線如附圖8所示。
權利要求
1.一種脫脂機組卷取工藝綜合優化方法，包括以下可由計算機執行的步驟
(a)收集脫脂機組卷取機的設備參數；
(b)收集待卷取帶材的工藝參數；
(c)收集套筒的參數，主要包括套筒的內徑r0、套筒的外徑r1、套筒長度L；
(d)計算出套筒臨界破壞變形應力即心型卷缺陷的觸發應力σ0；
(e)設定卷取張力綜合優化目標設定曲線T(r)＝a0+a1r+a2r2；
(f)給定卷取張力搜索步長ΔT＝0.1Mpa，定義中間參數i；
(g)令i＝1；
(h)Tmax＝ΔT*i；
(i)給定系數a2的搜索步長Δa2＝0.1e-9，定義中間參數j；
(j)令j＝0；
(k)a2＝Δa2*j；
(l)計算優化系數
(m)計算出帶材的卷取張力T(r)＝Tmax+a1r+a2r2；
(n)計算出當前狀態下鋼卷卸卷后內部各個部位的壓應力p(r)、摩擦應力τ(r)；
(o)判斷鋼卷內部各個部位不等式τ(r)＜ξ1μp(r)是否都成立，如果都成立，轉入步驟(p)；如果不等式不成立，令j＝j+1，轉入步驟(k)，調整優化系數a2；
(p)判斷不等式a2＜1是否成立，如果成立，轉入步驟(q)；如果不成立，令i＝i+1，轉入步驟(h)，調整優化系數Tmax；
(q)判斷不等式p(r1)≤ξ2σ0是否成立，如果都成立，轉入步驟(r)；如果不等式不成立，令j＝j+1，轉入步驟(k)，調整優化系數a2；
(r)判斷不等式a2＜1是否成立，如果成立，令a0＝Tmax，轉入步驟(s)；如果不成立，令i＝i+1，轉入步驟(h)，調整優化系數Tmax；
(s)定義優化目標函數
(t)判斷powell條件是否成立，如果成立，輸出最佳優化系數a0y，a1y，a2y，轉入步驟(u)；否則，令j＝j+1，轉入步驟(h)，調整優化系數a0，a1，a2，重復上述步驟，直到不等式成立為止。
(u)輸出最優卷取張力設定曲線Ty(r)＝a0y+a1yr+a2yr2；
(v)結束計算。
2.根據權利要求1所述的脫脂機組卷取工藝綜合優化方法，其特征是步驟(a)中脫脂機組卷取機的設備參數主要包括卷取機的類型、卷筒外徑R。
3.根據權利要求1所述的脫脂機組卷取工藝綜合優化方法，其特征是步驟(b)中所述收集待卷取帶材的工藝參數主要包括鋼種、帶材的寬度B、厚度h、最大卷徑rmax、幅度變化系數α、帶材的板形值Imax、板形系數aI1，aI2，aI3，aI4、帶材的板凸度值Δmax、板凸度系數aΔ1，aΔ2，aΔ3，aΔ4。
4.根據權利要求1所述的脫脂機組卷取工藝綜合優化方法，其特征是步驟(c)中所述收集套筒的參數主要包括套筒的內徑r0、套筒的外徑r1、套筒臨界破壞變形應力即心型卷缺陷的觸發應力σ0。
全文摘要
本發明公開一種二次冷軋機組軋制模式下工藝潤滑制度綜合優化方法，其是經過大量的現場試驗與理論分析，充分考慮到脫脂機組的設備及生產工藝特點，改變以往脫脂機組卷取張力的設定以表格法為主的思路，首次將脫脂工序與下游罩式退火及平整工序緊密的結合起來，以粘結缺陷最小為優化目標函數、將不出現松卷與心型卷缺陷作為約束條件，提出一套新的脫脂機組卷取張力綜合優化方法，并以二次曲線的形式給出了卷取張力隨半徑的變化曲線，操作簡單、實用。通過本項技術可以使得鋼卷內部應力分布更趨合理，最大限度的降低粘結、松卷以及心型卷缺陷發生的概率，提高下游機組的生產效率、產品質量與成材率。
文檔編號G05B19/418GK101776908SQ201010033310
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月2日 優先權日2010年1月2日
發明者白振華, 何高, 張冬冬, 馬莉萍, 吳東闖, 彭沖 申請人:燕山大學