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、超快冷過程自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用及其冷卻過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)用于國內(nèi)某4300mm中厚板生產(chǎn)線，在國內(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)行軋制過程軋件溫度均勻性的控制這一設(shè)想。本文的主要研究內(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?，本文以傳熱學(xué)為基礎(chǔ)，利用有限元法，開發(fā)了中厚板超快冷過程的新型溫度場模型。該模型通過單元比熱插值函數(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、滿足在線模型對精度和實(shí)時(shí)性的要求，采用了逐層細(xì)分法對鋼板厚向進(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);采用了變步長模型對時(shí)間步長進(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)，對鋼板的冷卻過程進(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)場實(shí)測溫度數(shù)據(jù)、實(shí)測金相組織一致

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)場板形的調(diào)試提供了理論支撐。
　　(3)對超快冷過程中鋼板縱向的溫度均勻性進(jìn)行了研究，提出了對鋼板縱向進(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程中鋼板水冷前不均勻縱向溫度的冷卻均勻性問題，實(shí)現(xiàn)了對鋼板全長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