板坯連鑄動態(tài)二冷與輕壓下建模及控制的研究.pdf

1、動態(tài)二冷與動態(tài)輕壓下是現(xiàn)代連鑄工藝提高鑄坯質(zhì)量的一項重要技術(shù)。研究動態(tài)輕壓下模型與控制方法，需要對連鑄機輥列結(jié)構(gòu)、鑄坯凝固傳熱以及復雜熱—力學問題有深入的認識和理解。本文針對超高強度鋼(UHSS)動態(tài)輕壓下工藝的關(guān)鍵技術(shù)，開展實驗、設(shè)計、建模與控制方面的研究。在鑄坯高溫力學性能實驗與鑄機輥列設(shè)計的基礎(chǔ)上，開發(fā)了動態(tài)二冷與動態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)。 首先，在Gleeble-1500D熱/力模擬試驗機上進行了實驗，獲得了超高強度鋼高溫力學

2、性能參數(shù)及塑性曲線；同時分別采用凝固法和加熱法獲得了高溫固相區(qū)和兩相區(qū)的拉伸強度。實驗結(jié)果表明，拉伸強度隨著溫度的升高而呈近似線性降低；凝固法的拉伸強度小于加熱法的實驗值，加熱法和凝固法拉伸強度的區(qū)別是由不同的變形激活能所致。考慮應(yīng)變速率、溫度、應(yīng)力、固相分數(shù)和變形激活能等參數(shù)的粘塑性本構(gòu)方程為輕壓下工藝分析和關(guān)鍵參數(shù)確定提供了實驗及理論依據(jù)。 其次，分別采用多點彎曲多點矯直和改進的Concast連續(xù)彎曲連續(xù)矯直曲線對鑄坯斷面尺

3、寸為1100mm×180mm的板坯連鑄機進行了輥列設(shè)計。校核計算結(jié)果表明，兩種方案均滿足設(shè)計要求，設(shè)計結(jié)果合格，可靠，設(shè)計方法正確。 再次，基于板坯連鑄機的輥列和噴嘴布置，建立三維穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學模型，模型考慮了鑄坯與輥子間的接觸換熱及噴嘴特性。計算的溫度和凝固坯殼厚度分別與測溫和射釘實驗結(jié)果相吻合。通過模擬計算為實際生產(chǎn)中的二次冷卻工藝提出了有效的控制措施。 然后，根據(jù)鑄坯高溫塑性曲線、鑄機輥列及二冷區(qū)冶金準則，制定了超高

4、強度鋼等鋼種的表面目標溫度。同時，開發(fā)了動態(tài)二冷瞬態(tài)傳熱數(shù)學模型，采用增量型PID算法實現(xiàn)了動態(tài)二冷控制。結(jié)果表明，動態(tài)二冷模型與增量型PID算法能夠有效控制冷卻回路的目標溫度，可以準確及時地預(yù)測凝固末端位置。 最后，以鋼的高溫力學性能及本構(gòu)方程為依據(jù)，得出了950～1950mm×170mm板坯超高強度鋼及低碳鋼的動態(tài)輕壓下模型參數(shù)。采用多線程運行方式開發(fā)了板坯動態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)Visual Cast-Dynamic。分別以鋼的