超快冷條件下中厚板溫度均勻性的研究及應(yīng)用.pdf

1、本文依托于國(guó)內(nèi)某4300mm中厚板生產(chǎn)線的新增軋后超快冷項(xiàng)目，以超快冷條件下軋件的溫度均勻性為研究對(duì)象，在軋件溫度模型的開發(fā)、溫度均勻性控制策略、超快冷過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用及其冷卻過(guò)程溫度均勻性控制策略的適應(yīng)性等方面開展研究工作。所開發(fā)的模型、策略及控制系統(tǒng)已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某4300mm中厚板生產(chǎn)線，在國(guó)內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)了超快冷條件下高等級(jí)鋼種的批量生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上，研究和分析了在粗軋機(jī)和精軋機(jī)之間以及軋后冷卻過(guò)程中進(jìn)行溫度均勻性控制

2、的可能性與適應(yīng)性，提出了應(yīng)用機(jī)架間和精軋后的附加冷卻系統(tǒng)進(jìn)行軋制過(guò)程軋件溫度均勻性的控制這一設(shè)想。本文的主要研究?jī)?nèi)容和成果有:
　　(1)由于超快冷條件下，會(huì)造成軋件表面與心部的較大溫度梯度，故需要開發(fā)超快冷條件下的溫度場(chǎng)模型，以充分考慮該溫度梯度的影響，提高模擬計(jì)算的精度?；诖耍疚囊詡鳠釋W(xué)為基礎(chǔ)，利用有限元法，開發(fā)了中厚板超快冷過(guò)程的新型溫度場(chǎng)模型。該模型通過(guò)單元比熱插值函數(shù)的引入考慮了單元內(nèi)部物性參數(shù)隨溫度變化的情形。為了

3、滿足在線模型對(duì)精度和實(shí)時(shí)性的要求，采用了逐層細(xì)分法對(duì)鋼板厚向進(jìn)行表面密集、心部稀疏的離散化處理;采用了變帶寬存貯法進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ);采用了變步長(zhǎng)模型對(duì)時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，基于VC++6.0編程平臺(tái)，開發(fā)了模型的在線程序。
　　(2)基于耦合相變的熱-彈-塑性有限元模型，以Deform軟件為計(jì)算平臺(tái)，對(duì)鋼板的冷卻過(guò)程進(jìn)行了溫度-組織-變形的耦合模擬。模擬結(jié)果表明，鋼板冷后的溫度、組織均與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)金相組織一致

4、。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析了鋼板厚向和寬向冷卻不均時(shí)的板形變化規(guī)律。當(dāng)鋼板厚向冷卻不對(duì)稱時(shí)，鋼板將向快冷的表面發(fā)生翹曲變形，鋼板的板形將整體呈現(xiàn)船形;而當(dāng)鋼板寬度方向邊部過(guò)冷時(shí)，鋼板的變形則主要發(fā)生在邊部區(qū)域，易形成邊浪。該研究結(jié)果為現(xiàn)場(chǎng)板形的調(diào)試提供了理論支撐。
　　(3)對(duì)超快冷過(guò)程中鋼板縱向的溫度均勻性進(jìn)行了研究，提出了對(duì)鋼板縱向進(jìn)行分段微加速度控制的思想，建立了超快冷過(guò)程的輥道速度優(yōu)化模型，并利用數(shù)學(xué)歸納法論述了該模型中樣本與

5、整體間的和諧統(tǒng)一關(guān)系。該模型有效解決了超快冷過(guò)程中鋼板水冷前不均勻縱向溫度的冷卻均勻性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鋼板全長(zhǎng)終冷溫度的高精度控制。
　　(4)基于溫度均勻性和控制的需要，設(shè)計(jì)了新一代中厚板軋后冷卻的自動(dòng)控制系統(tǒng)，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室將該系統(tǒng)命名為ADCOS-PM(Advanced Cooling System-Plate Mill)。開發(fā)了利用淬火機(jī)高位水塔做穩(wěn)壓器的特有超快冷供水模式，滿足了新一代TMCP工

6、藝的批量生產(chǎn)要求;提出了基于冷卻模式進(jìn)行系統(tǒng)切換的原則，采用了“先進(jìn)先出”的隊(duì)列存儲(chǔ)技術(shù)以及存儲(chǔ)限時(shí)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了新增超快冷系統(tǒng)與原ACC系統(tǒng)間的無(wú)縫銜接，二者有機(jī)組成了新一代ADCOS-PM。
　　(5)基于ADCOS-PM良好的冷卻均勻性，率先在國(guó)內(nèi)某中厚板生產(chǎn)線高等級(jí)產(chǎn)品的生產(chǎn)中進(jìn)行了低成本減量化工作。其中在管線鋼X70的生產(chǎn)中，實(shí)施新一代TMCP工藝后，取消了微合金元素V的添加;在高強(qiáng)鋼Q690的生產(chǎn)中，新一代TMCP+T工

7、藝取代了傳統(tǒng)TMCP+Q+T工藝。
　　(6)為了減少軋后冷卻系統(tǒng)的調(diào)整負(fù)荷，保證最終軋件質(zhì)量均勻性和穩(wěn)定性的要求，提出在粗軋機(jī)與精軋機(jī)之間和軋后輸出輥道上進(jìn)行軋件溫度均勻性預(yù)控的設(shè)想。本文通過(guò)理論分析和模擬分析驗(yàn)證了該設(shè)想的可行性和適用性。計(jì)算結(jié)果表明，水冷后軋件寬向的平均溫度與其平均值的偏差在±15℃以內(nèi);軋件縱向的溫度與其目標(biāo)終冷溫度的偏差在±10℃以內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)軋制過(guò)程軋件溫度均勻性的高精度控制。這將大大減輕軋后控制冷卻系統(tǒng)

8、的調(diào)整負(fù)荷，為最終獲得高溫度均勻性和性能均勻性的中厚板產(chǎn)品、提高產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性、減少切損（切頭、切尾、切邊）、提高成材率發(fā)揮重要的作用。
　　本文針對(duì)超快冷條件下軋件的溫度均勻性進(jìn)行系統(tǒng)研究，開發(fā)了滿足新一代TMCP工藝對(duì)軋件溫度均勻性控制要求的新一代ADCOS-PM，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。研究成果已成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)某4300mm中厚板生產(chǎn)線的新一代中厚板軋后冷卻的實(shí)際生產(chǎn)控制中。ADCOS-PM的工業(yè)應(yīng)用表明:所開發(fā)的新一代中厚板軋