專利名稱：脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種脫脂生產(chǎn)工藝技術(shù)，特別涉及一種脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)化方法。

背景技術(shù)：
脫脂機組作為板帶生產(chǎn)的一個重要輔助機組，介于連軋機組與退火生產(chǎn)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(zhì)，使得帶鋼在進入退火前保持良好的表面清潔度，為生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。在脫脂生產(chǎn)過程中，卷取工藝作為脫脂機組的核心工藝，其設(shè)定的優(yōu)劣直接影響到后道工序的運行穩(wěn)定性與產(chǎn)品質(zhì)量，與下游罩式退火工序中鋼卷的粘結(jié)缺陷以及平整工序的“芯形卷”及松卷等缺陷密切相關(guān)?？v觀國內(nèi)外鋼帶處理線，對于卷取張力的設(shè)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(shè)定方法主要存在以下問題(1)恒張力設(shè)定方法不能實現(xiàn)卷取過程中內(nèi)部應(yīng)力隨著卷徑的變化而及時調(diào)整，使得卷取過程中內(nèi)部張力越來越大，在后步工序中問題最大，最常見的是粘結(jié)、心型卷問題。(2)三段四點控制張力法相對恒張力設(shè)定法而言是一個大的進步，該方法考慮到內(nèi)部應(yīng)力隨著卷徑的變化而及時調(diào)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(diào)范圍很小，不能實現(xiàn)卷取張力的精細控制。(3)由于現(xiàn)場產(chǎn)品剛種、規(guī)格多樣，上述表格方法只能合并規(guī)格分段處理，顯得過于死板，不能根據(jù)實際特定來料情況進行卷取張力優(yōu)化設(shè)定，因此心型卷、松卷、粘結(jié)缺陷問題仍然存在。為了解決上述問題，本發(fā)明經(jīng)過大量的現(xiàn)場試驗與理論分析，充分考慮到脫脂機組的設(shè)備及生產(chǎn)工藝特點，改變以往脫脂機組卷取張力的設(shè)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(jié)合起來，以粘結(jié)缺陷最小為優(yōu)化目標函數(shù)、將不出現(xiàn)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(yōu)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(shù)可以使得鋼卷內(nèi)部應(yīng)力分布更趨合理，最大限度的降低粘結(jié)、松卷以及心型卷缺陷發(fā)生的概率，提高下游機組的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量與成材率。本發(fā)明所述方案簡單明了，適合于在線使用。


發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種脫脂機組的卷取工藝綜合優(yōu)化方法，替代古板的表格設(shè)定方法，并能夠充分考慮下游機組的粘結(jié)、心型卷以及松卷等缺陷的治理，提高下游機組的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量與成材率。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案一種脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)化方法，包括以下可由計算機執(zhí)行的步驟 (1)收集脫脂機組卷取機的設(shè)備參數(shù)，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(shù)，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(shù)α、帶材的板形值Imax、板形系數(shù)aI1，aI2，aI3，aI4、帶材的板凸度值Δmax、板凸度系數(shù)aΔ1，aΔ2，aΔ3，aΔ4； (3)收集套筒的參數(shù)，主要包括套筒的內(nèi)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(yīng)力即心型卷缺陷的觸發(fā)應(yīng)力σ0； (5)設(shè)定卷取張力綜合優(yōu)化目標設(shè)定曲線T(r)＝a0+a1r+a2r2(式中r為卷取半徑，a0，a1，a2為優(yōu)化系數(shù))； (6)給定卷取張力搜索步長ΔT＝0.1Mpa，定義中間參數(shù)i； (7)令i＝1； (8)Tmax＝ΔT*i； (9)給定系數(shù)a2的搜索步長Δa2＝0.1e-9，定義中間參數(shù)j； (10)令j＝0； (11)a2＝Δa2*j； (12)計算優(yōu)化系數(shù) (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(nèi)部應(yīng)力計算方法計算出當(dāng)前狀態(tài)下鋼卷卸卷后內(nèi)部各個部位的壓應(yīng)力p(r)、摩擦應(yīng)力τ(r)(參考文獻1白振華，連家創(chuàng)，吳彬，等.冷軋鋼卷卷取過程內(nèi)部應(yīng)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(nèi)部應(yīng)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(nèi)部各個部位不等式

(式中μ為帶鋼與帶鋼間的摩擦系數(shù)；ξ1為考慮到帶鋼表面特性、卷取工況等因素的保險系數(shù))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(fā)生滑移，因此不會出現(xiàn)松卷問題。轉(zhuǎn)入步驟(16)。如果不等式不成立，說明松卷條件不滿足，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟(11)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a2； (16)判斷不等式

是否成立。如果成立，轉(zhuǎn)入步驟(17)。如果不成立，令i＝i+1，轉(zhuǎn)入步驟(8)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)Tmax； (17)判斷不等式p(r1)≤ξ2σ0(式中ξ2為考慮到套筒材質(zhì)不均勻、鋼卷內(nèi)部熱應(yīng)力釋放等因素影響的保險系數(shù))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(fā)生心型卷缺陷，轉(zhuǎn)入步驟(18)。如果不等式不成立，說明鋼卷有可能出現(xiàn)心型卷缺陷，該卷取張力T(r)的設(shè)定不合理，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟(11)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a2； (18)判斷不等式

是否成立。如果成立，令a0＝Tmax，轉(zhuǎn)入步驟(19)。如果不成立，令i＝i+1，轉(zhuǎn)入步驟(8)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)Tmax； (19)定義優(yōu)化目標函數(shù) (20)判斷powell條件是否成立，如果成立，則表明優(yōu)化目標函數(shù)最小，即鋼卷內(nèi)部最大壓應(yīng)力最小，退火過程中粘結(jié)缺陷發(fā)生的概率最小，輸出最佳優(yōu)化系數(shù)a0y，a1y，a2y，轉(zhuǎn)入步驟(21)。否則，說明當(dāng)前卷取張力的設(shè)定不是最優(yōu)，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟(8)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a0，a1，a2，重復(fù)上述步驟，直到不等式成立為止。
(21)輸出最優(yōu)卷取張力設(shè)定曲線Ty(r)＝a0y+a1yr+a2yr2。
(22)結(jié)束計算。



以下結(jié)合附圖對本發(fā)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(yōu)化的總體框圖； 圖3是本發(fā)明一個較佳實施例中來料板形分布曲線圖； 圖4是本發(fā)明一個較佳實施例中來料板凸度分布曲線圖； 圖5是本發(fā)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(fā)明一個較佳實施例中步驟14中鋼卷卸卷后內(nèi)部各個部位的壓應(yīng)力分布曲線圖； 圖7是本發(fā)明一個較佳實施例中中步驟14中鋼卷卸卷后內(nèi)部各個部位的摩擦應(yīng)力分布曲線圖； 圖8是本發(fā)明一個較佳實施例中卷取張力優(yōu)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(yōu)化的總體框圖?，F(xiàn)以規(guī)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(yōu)化實現(xiàn)過程。
首先，在步驟1中，收集脫脂機組卷取機的設(shè)備參數(shù)，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(shù)，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(shù)α＝0.85；帶材的板形值Imax＝5，板形系數(shù)aI1＝1.25，aI2＝-0.0781，aI3＝0，aI4＝0；帶材的板凸度值Δmax＝5，板凸度系數(shù)aΔ1＝1.25，aΔ2＝-0.0781，aΔ3＝0，aΔ4＝0，有關(guān)板形與板凸度所對應(yīng)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(shù)，套筒的內(nèi)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(yīng)力即心型卷缺陷的觸發(fā)應(yīng)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(shù)，取E＝2.1×1011Mpa； n-套筒失穩(wěn)時沿橫向形成的整波數(shù)，取n＝1； m-殼失穩(wěn)時沿縱向形成的半波數(shù)，取m＝1； μ-材料泊松比，取μ＝0.3； 隨后，在步驟5中，設(shè)定卷取張力綜合優(yōu)化目標設(shè)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(shù)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(shù)a2的搜索步長Δa2＝0.1e-9，定義中間參數(shù)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(yōu)化系數(shù) 隨后，在步驟13中，分別將中間系數(shù)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(guān)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(chuàng)，吳彬，等.冷軋鋼卷卷取過程內(nèi)部應(yīng)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(nèi)部應(yīng)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(nèi)部應(yīng)力計算方法計算出當(dāng)前狀態(tài)下鋼卷卸卷后內(nèi)部各個部位的壓應(yīng)力p(r)、摩擦應(yīng)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(nèi)部各個部位不等式

(式中μ為帶鋼與帶鋼間的摩擦系數(shù)，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(shù)，取2.75)；是否都成立。經(jīng)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(fā)生滑移，因此不會出現(xiàn)松卷問題。轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)不均勻、鋼卷內(nèi)部熱應(yīng)力釋放等因素影響的保險系數(shù)，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(fā)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(zhuǎn)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(zhuǎn)入步驟19； 隨后，在步驟19中，定義優(yōu)化目標函數(shù) 隨后，在步驟20中，判斷powell條件是否成立，如果成立，則表明優(yōu)化目標函數(shù)最小，即鋼卷內(nèi)部最大壓應(yīng)力最小，退火過程中粘結(jié)缺陷發(fā)生的概率最小，輸出最佳優(yōu)化系數(shù)a0y，a1y，a2y，轉(zhuǎn)入步驟21。否則，說明當(dāng)前卷取張力的設(shè)定不是最優(yōu)，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟8，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a0，a1，a2，重復(fù)上述步驟，直到不等式成立為止。最后，根據(jù)計算，a0y＝43.4075，a1y＝-0.2631e-2，a2y＝1.8009e-8； 隨后，在步驟21中，輸出最優(yōu)卷取張力設(shè)定曲線Ty(r)＝43.4075-0.2631×10-2r+1.8009×10-8r2，相關(guān)卷取張力優(yōu)化目標曲線如附圖8所示。
權(quán)利要求
1.一種脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)化方法，包括以下可由計算機執(zhí)行的步驟
(a)收集脫脂機組卷取機的設(shè)備參數(shù)；
(b)收集待卷取帶材的工藝參數(shù)；
(c)收集套筒的參數(shù)，主要包括套筒的內(nèi)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(yīng)力即心型卷缺陷的觸發(fā)應(yīng)力σ0；
(e)設(shè)定卷取張力綜合優(yōu)化目標設(shè)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(shù)i；
(g)令i＝1；
(h)Tmax＝ΔT*i；
(i)給定系數(shù)a2的搜索步長Δa2＝0.1e-9，定義中間參數(shù)j；
(j)令j＝0；
(k)a2＝Δa2*j；
(l)計算優(yōu)化系數(shù)
(m)計算出帶材的卷取張力T(r)＝Tmax+a1r+a2r2；
(n)計算出當(dāng)前狀態(tài)下鋼卷卸卷后內(nèi)部各個部位的壓應(yīng)力p(r)、摩擦應(yīng)力τ(r)；
(o)判斷鋼卷內(nèi)部各個部位不等式τ(r)＜ξ1μp(r)是否都成立，如果都成立，轉(zhuǎn)入步驟(p)；如果不等式不成立，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟(k)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a2；
(p)判斷不等式a2＜1是否成立，如果成立，轉(zhuǎn)入步驟(q)；如果不成立，令i＝i+1，轉(zhuǎn)入步驟(h)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)Tmax；
(q)判斷不等式p(r1)≤ξ2σ0是否成立，如果都成立，轉(zhuǎn)入步驟(r)；如果不等式不成立，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟(k)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a2；
(r)判斷不等式a2＜1是否成立，如果成立，令a0＝Tmax，轉(zhuǎn)入步驟(s)；如果不成立，令i＝i+1，轉(zhuǎn)入步驟(h)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)Tmax；
(s)定義優(yōu)化目標函數(shù)
(t)判斷powell條件是否成立，如果成立，輸出最佳優(yōu)化系數(shù)a0y，a1y，a2y，轉(zhuǎn)入步驟(u)；否則，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)入步驟(h)，調(diào)整優(yōu)化系數(shù)a0，a1，a2，重復(fù)上述步驟，直到不等式成立為止。
(u)輸出最優(yōu)卷取張力設(shè)定曲線Ty(r)＝a0y+a1yr+a2yr2；
(v)結(jié)束計算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)化方法，其特征是步驟(a)中脫脂機組卷取機的設(shè)備參數(shù)主要包括卷取機的類型、卷筒外徑R。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)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(shù)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(shù)α、帶材的板形值Imax、板形系數(shù)aI1，aI2，aI3，aI4、帶材的板凸度值Δmax、板凸度系數(shù)aΔ1，aΔ2，aΔ3，aΔ4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脫脂機組卷取工藝綜合優(yōu)化方法，其特征是步驟(c)中所述收集套筒的參數(shù)主要包括套筒的內(nèi)徑r0、套筒的外徑r1、套筒臨界破壞變形應(yīng)力即心型卷缺陷的觸發(fā)應(yīng)力σ0。
全文摘要
本發(fā)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(yōu)化方法，其是經(jīng)過大量的現(xiàn)場試驗與理論分析，充分考慮到脫脂機組的設(shè)備及生產(chǎn)工藝特點，改變以往脫脂機組卷取張力的設(shè)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(jié)合起來，以粘結(jié)缺陷最小為優(yōu)化目標函數(shù)、將不出現(xiàn)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(yōu)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(shù)可以使得鋼卷內(nèi)部應(yīng)力分布更趨合理，最大限度的降低粘結(jié)、松卷以及心型卷缺陷發(fā)生的概率，提高下游機組的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2010年1月2日
發(fā)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(xué)