冷連軋升降速過程中軋制加速度優(yōu)化設(shè)定技術(shù)

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。

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