连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法技术

本发明专利技术提供一种连轧机能量流模型建模方法，本发明专利技术的建模方法针对某冷轧厂酸洗‑连轧产线中由变频电机控制的五机架连轧机机组，利用了能量流的理论方法，依据输出功率的特性和运行机理，将五机架连轧机的能量输出分为用于轧制工艺的功率Pz、轧辊变速能耗的功率Pg、轴颈与轴承摩擦损失的功率Pf1与传动机构摩擦损失的功率Pf2，轧机的输入功率等于四个输出功率之和。根据各输出功率与工艺参数之间的物理和力学关系，建立输出功率与对应工艺参数之间的平衡方程。所建立的模型用于评估轧机能量消耗的情况，为后续冷轧能耗优化研究提供基础。本发明专利技术方法建立的功率模型物理意义明确、结构简单、合理，也可应用于单机架轧机功率计算。

Modeling Method of Roll Variable Speed Energy Flow Model and Roller Energy Flow Model for Continuous Rolling Mill

The invention provides an energy flow model modeling method for a continuous rolling mill. According to the theory and method of energy flow, the energy output of the five stand continuous rolling mill is divided into the power Pz for rolling process and the variable speed energy for rolling rolls according to the characteristics and operation mechanism of the output power, aiming at the five stand continuous rolling mill unit controlled by the variable frequency motor in the pickling and continuous rolling production line of a cold rolling mill. The input power of the mill is equal to the sum of four output power. According to the physical and mechanical relationship between the output power and the process parameters, the equilibrium equation between the output power and the corresponding process parameters was established. The established model is used to evaluate the energy consumption of rolling mill, which provides a basis for subsequent research on energy consumption optimization of cold rolling. The power model established by the method has clear physical meaning, simple structure and rationality, and can also be applied to power calculation of single stand rolling mill.

【技术实现步骤摘要】
连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法
本专利技术涉及冷轧机组轧机的能耗优化
，尤其涉及一种连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法。
技术介绍
冷轧生产是我国制造业中重要产业，冷轧的薄板产品用于制造业的很多领域。由于冷轧设备大型化，冷轧产品产量巨大，消耗的能源也惊人，冷轧工艺的能耗问题十分突出。随着我国越来越注重节能减排，降低能源消耗，冷轧工序的节能减排任务面临着严重挑战。冷轧工艺作为钢铁生产的终端工序，长期以来关注的一直是产品的质量和交货期等指标，能耗很少被关注。五机架连轧机是冷轧生产中消耗电能最大的设备，也是节能潜力最大的装备。五机架连轧机的节能降耗研究具有十分重要的意义。传统的能量流模型是一种为描述和评估数控机床加工系统能量消耗的建模方法。申请号为201410524619.2的专利利用能量流的理论，系统的建立了数控机床切削过程的功率模型，平均误差只有1.3％。酸轧产线的五机架连轧机与数控机床同为变频电机驱动控制机器，加工过程的参数与能耗有着密切的关系。五机架连轧机的额定功率更大，根据某冷轧厂提供的数据，一台轧机的电机容量可以达到5250kW，而一台数控机床的额定功率通常为7～12千瓦。能量流的理论方法也可以用于五机架连轧机。申请号为201410487219.9的专利，依据能量流模型，对数控机床加工过程的切削参数进行了优化，提高了能量效率。根据现有的文献以及专利情况，目前还没有采用能量流建立冷轧机组功率模型，来对能耗进行描述和评估，并开展节能优化研究。申请号为201610487049.3的专利针对整条酸洗连轧生产线的大部分设备进行了功率建模，并且针对酸轧产线酸洗槽需要消耗热功率，建立了电功率与热功率耦合的酸轧产线功率模型。在五机架连轧机功率模型中，轧制过程中的张力也是影响轧制工艺功率的一个重要参数。但是该专利所述的冷轧机组功率模型的五机架连轧机模型，没有体现出张力与轧制功率的影响关系。在冷轧加工过程中，由于相邻两卷带钢之间的焊缝通过轧机的时候，轧辊需要减速，同时钢卷的品种规格非常的多，轧辊需要频繁的进行变速，而轧辊本身具有较大的质量和转动惯量，因此轧辊变速消耗的动能不可忽略，而该专利中的五机架连轧机功率模型没有考虑这个因素。因此，上述专利记载的五机架连轧机模型存在一定的不足之处。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的实施例提供了一种连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模方法，用于弥补现有技术的不足。本专利技术的实施例提供一种连轧机轧辊变速能量流模型建模方法，包括如下步骤：A1：对连轧机中的每一个轧辊构建轧辊电功率模型，该轧辊电功率模型包括单个轧辊变速消耗的轧辊动能Pgi,Pgi的计算公式为其中,轧辊的端部为轴颈，轧辊通过轴颈可转动的固定于轴承中，i整数，Pgi为第i个轧辊的密度，Lgi为第i个轧辊的长度，Rgi为第i个轧辊的半径，Lji为第i个轧辊的轴颈的长度，Rji为第i个轧辊的轴颈半径，αi为第i个轧辊变速时的角加速度，ni为第i个轧辊的转速；A2：计算连轧机中所有轧辊变速消耗的轧辊动能和Pg，得到连轧机轧辊变速能量流模。本专利技术的实施例提供一种连轧机能量流模型建模方法，包括如下步骤：B1：对酸洗-连轧产线中的连轧机构建连轧机电功率模型，该连轧机电功率模型包括连轧机的输入功率P，P的计算公式为P＝Pz+Pg+Pf1+Pf2其中，Pz为连轧机轧制工艺所需功率，Pg为连轧机中所有轧辊变速消耗的轧辊动能和，Pf1为连轧机中所有轴颈与轴承摩擦损失的功率，Pf2为连轧机中所有轧辊与带钢摩擦损失的功率；连轧机中单个的轧辊变速消耗的轧辊动能为Pgi，轧辊的端部为轴颈，轧辊通过轴颈可转动的固定于轴承中，N为连轧机中轧辊的总数，i整数，Pgi为第i个轧辊的密度，Lgi为第i个轧辊的长度，Rgi为第i个轧辊的半径，Lji为第i个轧辊的轴颈的长度，Rji为第i个轧辊的轴颈半径，αi为第i个轧辊变速时的角加速度，ni为第i个轧的辊转速；B2：对酸洗-连轧产线中酸洗槽建立热功率模型，耦合连轧机电功率模型和热功率模型得到连轧机能量流模型。进一步地，Pz的计算公式为：其中，为第k台连轧机轧制时的平均单位压力，为第k台连轧机轧制前后带钢的平均宽度，ψ为第k台连轧机的轧制力臂系数，R为连轧机的轧辊的半径，所有轧辊具有相同的半径，c为与连轧机工艺有关的系数，n0为连轧机轧辊转速，h0为连轧机初始轧制厚度，h为带钢出轧机时的厚度，η为连轧机电机输出功率传到轧机的效率，Δh为连轧机轧制的压下量。进一步地，Pf1的计算公式为：其中F为单个轧辊的轧制力，d1为轴颈直径，d1＝2R,f为摩擦系数，所述轧辊具有相同的摩擦系数，n1是总功率系数。进一步地，Pf2的计算公式为：n2是总功率系数进一步地，总功率系数等于2。本专利技术的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：1.本专利技术针对冷轧工艺的酸洗-连轧产线的五机架连轧机，进行功率输入输出的分析，建立了电功率模型，解决了当前冷轧产线缺少能效评估的模型，并解决了现有的轧机模型存在的不足，为后续的能效优化研究提供了理论基础。2.本专利技术使用了能量流的理论，依据输入到机组的功率与机组输出的功率相等的原理，对每个机组的功率输出进行分解，分别建立与工艺参数有关的平衡方程，获得了功率模型。3.采用本专利技术方法建立的冷连轧机组功率模型，只需给出合同中带钢的尺寸等参数，即可快速获得加工所需功率，在生产中具有一定的预测作用。4.由于轧辊变速消耗的轧辊动能对连轧机轧辊变速能量流模型和连轧机能量流模型建模具有较大的影响，而现有的功率模型均没有考虑轧辊变速消耗的轧辊动能，本专利技术弥补了现有技术的该点不足，使构建的连轧机能量流模型建模更接近实际生产情况和更具有参考、指导价值。附图说明图1至图2本专利技术连轧机能量流模型建模方法中的参数Δh(压下量)与功率(能耗)之间的关系图；图2为本专利技术连轧机能量流模型建模方法中的参数n0(轧制速度)与功率(能耗)之间的关系图；图3为迭代过程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地描述。本专利技术的实施例提供了一种连轧机轧辊变速能量流模型建模方法，包括如下步骤：A1：对连轧机中的每一个轧辊构建轧辊电功率模型，该轧辊电功率模型包括单个轧辊变速消耗的轧辊动能Pgi,Pgi的计算公式为其中,i整数，Pgi为第i个轧辊的密度，Lgi为第i个轧辊的长度，Rgi为第i个轧辊的半径，Lji为第i个轧辊的轴颈的长度，Rji为第i个轧辊的轴颈半径，αi为第i个轧辊变速时的角加速度，ni为第i个轧辊的转速。A2：计算连轧机中所有轧辊变速消耗的轧辊动能和Pg，得到连轧机轧辊变速能量流模。本专利技术的实施例还提供了一种连轧机能量流模型建模方法，包括如下步骤：B1：对酸洗-连轧产线中的连轧机构建连轧机电功率模型，该连轧机电功率模型包括连轧机的输入功率P，P的计算公式为P＝Pz+Pg+Pf1+Pf2其中，Pz为连轧机轧制工艺所需功率，Pg为连轧机中所有轧辊变速消耗的轧辊动能和，Pf1为连轧机中所有轴颈与轴承摩擦损失的功率，Pf2为连轧机中所有轧辊与带钢摩擦损失的功率。由上文可知，连轧机中单个的轧辊变速消耗的轧辊动能为Pgi，N为连轧机中轧辊的总数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连轧机轧辊变速能量流模型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：A1：对连轧机中的每一个轧辊构建轧辊电功率模型，该轧辊电功率模型包括单个轧辊变速消耗的轧辊动能Pgi,Pgi的计算公式为

【技术特征摘要】
1.一种连轧机轧辊变速能量流模型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：A1：对连轧机中的每一个轧辊构建轧辊电功率模型，该轧辊电功率模型包括单个轧辊变速消耗的轧辊动能Pgi,Pgi的计算公式为其中,轧辊的端部为轴颈，轧辊通过轴颈可转动的固定于轴承中，i整数，Pgi为第i个轧辊的密度，Lgi为第i个轧辊的长度，Rgi为第i个轧辊的半径，Lji为第i个轧辊的轴颈的长度，Rji为第i个轧辊的轴颈半径，αi为第i个轧辊变速时的角加速度，ni为第i个轧辊的转速；A2：计算连轧机中所有轧辊变速消耗的轧辊动能和Pg，得到连轧机轧辊变速能量流模。2.一种连轧机能量流模型建模方法，其特征在于，包括如下步骤：B1：对酸洗-连轧产线中的连轧机构建连轧机电功率模型，该连轧机电功率模型包括连轧机的输入功率P，P的计算公式为P＝Pz+Pg+Pf1+Pf2其中，Pz为连轧机轧制工艺所需功率，Pg为连轧机中所有轧辊变速消耗的轧辊动能和，Pf1为连轧机中所有轴颈与轴承摩擦损失的功率，Pf2为连轧机中所有轧辊与带钢摩擦损失的功率；连轧机中单个的轧辊变速消耗的轧辊动能为Pgi，轧辊的端部为轴颈，轧辊通过轴颈可转动的固定于轴承中，N为连轧机中轧辊的总数，i整数，Pgi为第i个轧辊的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，肖亭，张文颖，苏兆杰，陈霖，边汝霖，缪钟毅，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：湖北,42