一种乳化液粒径在线控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种冷轧乳化液粒径在线控制方法及系统，所述冷轧乳化液粒径在线控制方法在乳化液输送管路上设置管线式高剪切乳化机，所述管线式高剪切乳化机将轧制油和水进行乳化，并根据管线式高剪切乳化机的剪切转速与乳化液粒径之间的对应关系，通过调整高剪切乳化机的剪切转速来实现对乳化液粒径的在线控制。本发明专利技术能够在线调控乳化液粒径，减少钢种切换所需的乳化液粒径调整时间，解决现有技术通过混合箱调整乳化液粒径较慢的问题。

An on-line control method and system of emulsion particle size

【技术实现步骤摘要】
一种乳化液粒径在线控制方法及系统
本专利技术涉及冷轧乳化液润滑
，特别涉及一种乳化液粒径在线控制方法及系统。
技术介绍
冷轧过程常采用乳化液进行轧制润滑，乳化液的粒径大小及其分布均匀性是轧制润滑效果与轧后带钢表面质量的重要影响因素，需要根据冷轧现场产品规格、生产工艺严格控制。冷轧乳化液系统主要有直喷系统和循环系统，乳化液循环系统将乳化液喷淋在轧制辊缝以及轧辊表面，在轧制过程中起到润滑和冷却的双重作用，乳化液经回收处理后循环使用；乳化液直喷系统是将乳化液喷淋在到轧机辊缝一定距离的入口带钢表面上，在带钢表面析出一定厚度的润滑油膜，并轧机出口侧配备专门的冷却系统对轧辊进行冷却、乳化液则直接排放、不会循环使用。如图1所示，宝钢镀锡板厂1220二次冷轧机组采用乳化液直喷系统进行润滑，生产过程中预先由水泵11将水箱01的去离子水经水路流量计21、油泵12将油箱02的轧制油经油路流量计22按照一定的比例浓度输送到混合箱03，通过混合箱的搅拌器53将轧制油分散乳化在去离子水中形成乳化液，混合箱03中乳化液的粒径通过搅拌器53的搅拌时间与搅拌转速调控完成后，由乳化液泵13将混合箱03中的乳化液经由乳化液流量计23、乳化液三通阀33、乳化液单向阀43输送至乳化液上喷淋架61与乳化液下喷淋架62，经由乳化液喷淋架上安装的喷嘴均匀喷淋再带钢70的上下表面，并随带钢进入轧制辊缝进行润滑。然而，现场不同规格的钢种产品，甚至同一产品在不同的轧制速度下所需要的最优粒径大小是不同的，高强度的钢种、高速轧制往往需要较大的乳化液粒径来提供足够的润滑性能，表面质量要求较高的产品却需要较小且均匀的乳化液粒径来减少表面斑迹缺陷。现有的乳化液直喷系统在混合箱中预先调整好乳化液的粒径，随着现场生产的持续进行，需要对混合箱中乳化液进行补液，此时新加入的轧制油和水容易造成混合箱中乳化液粒径的波动，造成轧制润滑性能与产品质量波动；另外，混合箱中乳化液粒径的调整需要一定的搅拌时间才能完成，不能实现轧制过程中乳化液粒径实时在线调整，不能很好的适应现场生产钢种规格切换及轧制速度变化对于最优乳化液粒径快速调整的需求，限制了现场生产连续性与产品质量的稳定性的提升。现有关于乳化液轧制润滑的技术：专利技术专利：乳化液直喷系统喷淋距离确定方法(申请号：CN201410023960.X)通过确定摩擦系数来确定带钢轧制时形成的油膜厚度,再根据带钢表面形成的最大油膜厚度确定乳化液在带钢表面的可停留时间,最后根据乳化液在带钢表面的可停留时间和带钢运行速度,获得喷嘴到轧机中心的距离,即乳化液直喷系统喷淋距离。该专利的核心是乳化液直喷系统喷淋的确定，提供足够的润滑性能。专利技术专利：一种冷轧直喷乳化液喷淋方法(申请号：201210258380.X)通过模型计算和流量阀的设置使得带钢上下表面油膜厚度均等，解决了带钢下表面乳化液滴落损失而导致的润滑不足和上下表面润滑特性差异等问题，实现了上下工作辊对应轧制区域的润滑条件相同，提高轧制过程稳定性。该专利提供了乳化液直喷系统上下表面乳化液流量差异化控制的方法，解决乳化液滴落造成的下表面润滑不足问题，提高轧制润滑稳定性。论文：冷轧磁性过滤设备内乳化液流动特性的研究[J].轧钢,2017,34(4):30-35.研究了搅拌器转速、搅拌时间和静置时间等因素对冷轧乳化液的粒径大小及浓度变化的影响，发现过大粒径的乳化液是导致现场乳化液浓度不稳定的关键因素。通过在现场逐渐调整乳化液的性质，将乳化液平均粒径从原来的17.6μm调整到10μm左右，整体的乳化液稳定性大幅改善，最终解决了生产过程中因乳化液系统导致的轧制不稳定问题。该方案是通过调整乳化液的性质来调整乳化液粒径的，可以将乳化液粒径稳定在10μm左右。论文：冷轧乳化液颗粒度与润滑性能的关系[J].润滑与密封,2015(4):110-114.选用合适的基础油与油性剂、抗氧剂、极压抗磨剂和防锈剂等功能添加剂，利用亲油亲水平衡体系调节乳化油的乳化状态制备不同颗粒度分布的冷轧乳化液。通过MS-10A杠杆式摩擦试验机考察颗粒度与乳化液极压、抗磨性能的关系；借助实验用四辊可逆冷轧机组,对比分析不同颗粒度分布的乳化液润滑下轧后的板面质量。实验结果表明,乳化液的颗粒度分布与其稳定性和润滑性能存在一定的对应关系；在一定体积平均粒径范围内,随着颗粒度的增大有利于提高乳化液的抗磨减摩性能,改善冷轧成品板面质量。该论文分析了乳化液粒径与润滑性能以及板面质量之间的关系，但仍然是通过调整乳化液的添加剂来调控乳化液粒径的。现有技术均无法实现生产过程乳化液粒径的在线调节控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种乳化液粒径在线控制方法及系统，本专利技术能够在线调控乳化液粒径，减少钢种切换所需的乳化液粒径调整时间，用以解决现有技术通过混合箱调整乳化液粒径较慢的问题。为实现上述目的，本专利技术的方案是：一种乳化液粒径在线控制方法，所述冷轧乳化液粒径在线控制方法在乳化液输送管路上设置管线式高剪切乳化机，所述管线式高剪切乳化机将轧制油和水进行乳化，并根据管线式高剪切乳化机的剪切转速与乳化液粒径之间的对应关系，通过调整高剪切乳化机的剪切转速来实现对乳化液粒径的在线控制；所述乳化液粒径的在线控制方法的具体步骤如下：A)构造冷轧乳化液粒径计算模型；B)收集冷轧乳化液粒径在线控制的主要工艺参数，包括：管线式高剪切乳化机定齿组齿数ns；管线式高剪切乳化机动齿组齿数nd；轧制油的密度ρO；水的密度ρW；轧制油的动力粘度μO；水的动力粘度μW；乳化液管路直径D；C)根据管线式高剪切乳化机粒径试验数据，采用Powell优化算法，计算乳化液粒径影响系数数组的最优值；D)将步骤(C)得到的乳化液粒径影响系数数组的最优值代入乳化液粒径计算模型，并根据实际生产带钢所需的乳化液流量和乳化液浓度，得到实际生产所需乳化液粒径；E)根据实际生产带钢所需的乳化液流量、乳化液浓度以及乳化液粒径，计算并输出管线式高剪切乳化机剪切转速最优设定值；F)根据剪切转速最优设定值控制管线式高剪切乳化机的剪切转速，实现乳化液粒径的在线控制。进一步地，冷轧乳化液粒径计算模型为：式中，d为乳化液粒径；ns为管线式高剪切乳化机定齿组齿数；nd为管线式高剪切乳化机动齿组齿数；N为管线式高剪切乳化机剪切转速；Re为乳化液的雷诺数；ρ为乳化液密度；D为乳化液管路直径；v为乳化液的平均流速；μ为乳化液的动力粘度；Q为乳化液流量；C为乳化液浓度；QO为油路流量；QW为水路流量；ρO为轧制油的密度；ρW为水的密度；μO为轧制油的动力粘度；μW为水的动力粘度；a为乳化液粒径雷诺数影响系数，取值范围为0.1～0.6；b为乳化液粒径齿数影响系数，取值范围为0.3～1.0；η为乳化液粒径剪切转速影响系数，取值范围为0.4～1.0。进一步地，所述步骤(C)具体包括以下步骤：C1)收集现场管线式高剪切乳化机M组试验数据，包括：油路流量QOi；水路流量Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种冷轧乳化液粒径在线控制方法，其特征在于：所述冷轧乳化液粒径在线控制方法在乳化液输送管路上设置管线式高剪切乳化机，所述管线式高剪切乳化机将轧制油和水进行乳化，并根据管线式高剪切乳化机的剪切转速与乳化液粒径之间的对应关系，通过调整高剪切乳化机的剪切转速来实现对乳化液粒径的在线控制；/n所述乳化液粒径的在线控制方法的具体步骤如下：/nA)构造冷轧乳化液粒径计算模型；/nB)收集冷轧乳化液粒径在线控制的主要工艺参数，包括：管线式高剪切乳化机定齿组齿数n

【技术特征摘要】
1.一种冷轧乳化液粒径在线控制方法，其特征在于：所述冷轧乳化液粒径在线控制方法在乳化液输送管路上设置管线式高剪切乳化机，所述管线式高剪切乳化机将轧制油和水进行乳化，并根据管线式高剪切乳化机的剪切转速与乳化液粒径之间的对应关系，通过调整高剪切乳化机的剪切转速来实现对乳化液粒径的在线控制；
所述乳化液粒径的在线控制方法的具体步骤如下：
A)构造冷轧乳化液粒径计算模型；
B)收集冷轧乳化液粒径在线控制的主要工艺参数，包括：管线式高剪切乳化机定齿组齿数ns；管线式高剪切乳化机动齿组齿数nd；轧制油的密度ρO；水的密度ρW；轧制油的动力粘度μO；水的动力粘度μW；乳化液管路直径D；
C)根据管线式高剪切乳化机粒径试验数据，采用Powell优化算法，计算乳化液粒径影响系数数组的最优值；
D)将步骤(C)得到的乳化液粒径影响系数数组的最优值代入乳化液粒径计算模型，并根据实际生产带钢所需的乳化液流量和乳化液浓度，得到实际生产所需乳化液粒径；
E)根据实际生产带钢所需的乳化液流量、乳化液浓度以及乳化液粒径，计算并输出管线式高剪切乳化机剪切转速最优设定值；
F)根据剪切转速最优设定值控制管线式高剪切乳化机的剪切转速，实现乳化液粒径的在线控制。


2.根据权利要求1所述的冷轧乳化液粒径在线控制方法，其特征在于：冷轧乳化液粒径计算模型为：



式中，d为乳化液粒径；ns为管线式高剪切乳化机定齿组齿数；nd为管线式高剪切乳化机动齿组齿数；N为管线式高剪切乳化机剪切转速；Re为乳化液的雷诺数；ρ为乳化液密度；D为乳化液管路直径；v为乳化液的平均流速；μ为乳化液的动力粘度；Q为乳化液流量；C为乳化液浓度；QO为油路流量；QW为水路流量；ρO为轧制油的密度；ρW为水的密度；μO为轧制油的动力粘度；μW为水的动力粘度；a为乳化液粒径雷诺数影响系数，取值范围为0.1～0.6；b为乳化液粒径齿数影响系数，取值范围为0.3～1.0；η为乳化液粒径剪切转速影响系数，取值范围为0.4～1.0。


3.根据权利要求1所述的冷轧乳化液粒径在线控制方法，其特征在于：所述步骤(C)具体包括以下步骤：
C1)收集现场管线式高剪切乳化机M组试验数据，包括：油路流量QOi；水路流量QWi；管线式高剪切乳化机剪切转速Ni；乳化液粒径检测值dmi；i为试验组数编号，其中i＝1，2，……，M；
C2)定义乳化液粒径影响系数数组X＝{a,b,η}，初始化粒径影响系数数组X0＝{a0,b0,η0}及其搜索步长ΔX＝{Δa,Δb,Δη}；
C3)根据乳...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀军，瞿培磊，韦晓，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31