[發(fā)明專利]一種熱軋帶鋼層流冷卻過程控制裝置與方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410244700.5
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104070075B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李軍;朱國輝;王科;陳其偉;肖湖福;楊樹寶;葛國軍;胡敏燕;朱恒;楊玉芳;林紅
• 申請（專利權(quán)）人: 北京中冶設(shè)備研究設(shè)計總院有限公司;安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B21B37/74
• 分類號: B21B37/74
• 代理公司: 北京中安信知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11248
• 代理人: 周淑昌

1.一種熱軋帶鋼層流冷卻過程控制方法，其特征是：該方法主要由熱軋帶鋼層流冷卻控制裝置工藝方法與計算機(jī)模擬模塊流程及方法兩部分組成，熱軋帶鋼層流冷卻控制裝置工藝方法為：帶鋼經(jīng)過精軋機(jī)組軋制后，由測溫裝置測量帶鋼鋼板在出精軋機(jī)組時寬度方向的溫度分布，然后由溫度采集裝置采集其測量結(jié)果，將溫度測量的結(jié)果通過數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C(jī)模擬模塊中進(jìn)行分析處理，計算機(jī)模擬模塊中的處理程序分兩部分，一部分程序根據(jù)采集的溫度來確定采用合適的冷卻模式并通過現(xiàn)場設(shè)置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制集管的開閉數(shù)量，以調(diào)控卷取機(jī)入口帶鋼的溫度；另一部分程序根據(jù)采集的溫度來判斷是否需要采用邊部遮擋工藝及裝置，如果需要采用邊部遮擋工藝及裝置，則在帶鋼出層流冷卻裝置后設(shè)置測溫裝置和設(shè)置溫度采集裝置，用于采集層流冷卻后帶鋼板沿寬度方向的溫度分布，如果溫度采集結(jié)果為帶鋼板沿寬度方向中心和邊部的溫差超過50℃，則需要采用邊部遮擋工藝及裝置，來確保帶鋼在卷取機(jī)入口處沿帶鋼寬度方向中心和邊部的溫差小于50℃；計算機(jī)模擬模塊主要由軟件系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，其中軟件系統(tǒng)的主運(yùn)行文件為CLLQ.exe，文獻(xiàn)的格式為Microsoft Excel文件，當(dāng)系統(tǒng)啟動后，所有系統(tǒng)的功能可以在主菜單上實現(xiàn)，計算機(jī)模擬模塊流程及方法主要包括：1)、參數(shù)設(shè)置功能模塊、2)、組織性能預(yù)報、3)、目標(biāo)工藝優(yōu)化、4)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、5)、現(xiàn)場控制模塊；1)參數(shù)設(shè)置：在軟件系統(tǒng)中，參數(shù)設(shè)置功能模塊主要包括參數(shù)輸入、調(diào)用參數(shù)、不保存退出、保存及退出、重置、輸出結(jié)果和退出系統(tǒng)功能；參數(shù)輸入用于輸入實際的材料常數(shù)和工藝參數(shù)以及模型所要用到的計算參數(shù)，當(dāng)選擇輸入?yún)?shù)后，系統(tǒng)將輸入的參數(shù)劃分成4個不同的參數(shù)組，包括：a.鋼的基本成分和基本物理性能參數(shù)；b.層流冷卻工藝參數(shù)；c.終軋溫度和終軋完成時材料的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)；d.冷卻過程組織性能模型預(yù)報參數(shù)；a.在鋼的基本成分和基本物理性能輸入模塊中，主要讓用戶輸入有關(guān)材料的主要化學(xué)成分、熱傳導(dǎo)系數(shù)、材料的比熱和換熱系數(shù)，并畫出相關(guān)曲線，鋼的基本成分和基本物性參數(shù)設(shè)置可以根據(jù)需要，在系統(tǒng)中對材料的化學(xué)成分和各種物性參數(shù)進(jìn)行修改，修改時雙擊所需要修改的參數(shù)的單元格，然后輸入對應(yīng)的參數(shù)，對于材料的化學(xué)成分輸入顯示界面，雙擊右側(cè)的CCT曲線則可以調(diào)用新的CCT曲線的相應(yīng)圖形文件，對于材料的物理性能參數(shù)輸入和顯示界面，數(shù)據(jù)修改完成后雙擊右側(cè)的圖形可以按照輸入修改的數(shù)據(jù)更新曲線，在材料換熱系數(shù)顯示界面中，單擊右側(cè)的圖形曲線可以更換曲線所顯示的內(nèi)容；b.層流冷卻工藝參數(shù)的設(shè)置：層流冷卻工藝參數(shù)的設(shè)定主要用于用戶輸入層流冷卻的冷卻方式、邊部遮擋量以及板帶的規(guī)格，根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝布置，層流冷卻共分為三段式冷卻，即強(qiáng)冷區(qū)、緩冷區(qū)、精冷區(qū)，可以通過開啟和關(guān)閉冷卻水管集管的數(shù)量來調(diào)整冷卻強(qiáng)度，根據(jù)生產(chǎn)要求，系統(tǒng)已經(jīng)將所有的冷卻方式編寫在程序中，用戶通過下拉菜單來進(jìn)行選擇，當(dāng)選擇完成后，屏幕上會通過圖形直觀地顯示各冷卻段水管的開閉狀態(tài)；邊部遮擋量根據(jù)用戶要求，設(shè)定了無遮擋和四個不同的邊部遮擋量，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，系統(tǒng)所確定的4個邊部遮擋量已經(jīng)滿足生產(chǎn)的要求，繼續(xù)增大邊部遮擋量對產(chǎn)品的影響不大；c.終軋溫度和終軋完成時材料的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù)：由于終軋溫度直接影響到后續(xù)冷卻過程的溫度分布，終軋后奧氏體的晶粒尺寸和應(yīng)變積累狀態(tài)直接影響相變的動力學(xué)，因此需要對層流冷卻開始前的原始狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定，原始狀態(tài)的設(shè)定包括從板帶的中心至邊部的溫度分布狀況，終軋時奧氏體的晶粒尺寸以及奧氏體中的殘余應(yīng)變，其中終軋溫度的設(shè)定可以根據(jù)現(xiàn)場的工藝條件和經(jīng)驗進(jìn)行輸入，而終軋時奧氏體的晶粒尺寸和殘余應(yīng)變需要根據(jù)有關(guān)的材料學(xué)模型進(jìn)行簡單計算得到；d.冷卻過程組織性能模型預(yù)報參數(shù)：層流冷卻過程中，微觀組織的演變規(guī)律的預(yù)報以及最終產(chǎn)品力學(xué)性能的預(yù)報，是根據(jù)材料學(xué)原理所建立的模型，并針對材料的特性所設(shè)定的相關(guān)模型參數(shù)而實現(xiàn)預(yù)報的，預(yù)報的準(zhǔn)確性與模型設(shè)定的參數(shù)密切相關(guān)，因此在實際使用時，必須根據(jù)現(xiàn)場的情況和工藝裝備以及工藝參數(shù)對模型的參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，本系統(tǒng)將層流冷卻過程中奧氏體的組織演變分成了不同階段來進(jìn)行參數(shù)的設(shè)定，包括相變前過冷奧氏體的冷卻過程，主要是奧氏體晶粒的長大和奧氏體的再結(jié)晶，隨著溫度的降低，取決于相變溫度和臨界冷卻速度，奧氏體會向鐵素體轉(zhuǎn)變，珠光體轉(zhuǎn)變，貝氏體轉(zhuǎn)變以及馬氏體轉(zhuǎn)變，模型對各轉(zhuǎn)變都設(shè)定了相應(yīng)的轉(zhuǎn)變動力學(xué)參數(shù)，對組織性能關(guān)系，系統(tǒng)按照混合定律，分別計算各個相的體積分?jǐn)?shù)和強(qiáng)度，然后合并計算材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率；

參數(shù)設(shè)置完成后將參數(shù)保存到磁盤文件中，選擇保存后，系統(tǒng)將彈出界面，讓用戶選擇數(shù)據(jù)文件保存的目錄和文件名，用戶在輸入文件名時，不要輸入文件的擴(kuò)展名，系統(tǒng)將給文件自動命名擴(kuò)展名為mater和materA，其中mater擴(kuò)展名文件以二進(jìn)制的形式保存了所有的參數(shù)，而materA以文本格式保存了文字信息，

如果在參數(shù)修改后，不想保存相應(yīng)的參數(shù)，選擇“不保存退出“，放棄對參數(shù)文件的修改，

“退出系統(tǒng)”將關(guān)閉所有的系統(tǒng)功能，退出組織性能預(yù)報系統(tǒng)，

2).組織性能預(yù)報

參數(shù)設(shè)置功能模塊完成后，通過計算機(jī)模擬模塊進(jìn)行簡單運(yùn)算后生成數(shù)據(jù)庫文件，通過數(shù)據(jù)庫操作，了解該規(guī)格鋼板的橫截面寬度方向的溫度分布以及帶鋼寬度方向的各個位置處經(jīng)不同的層流冷卻工藝后各組織的百分比含量、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率，熱軋帶鋼層流冷卻組織性能預(yù)報計算機(jī)軟件系統(tǒng)實現(xiàn)整個冷卻過程的組織演變規(guī)律的預(yù)報，在程序設(shè)計中只有在正確輸入了材料的基本參數(shù)和模型參數(shù)，才能實現(xiàn)正確預(yù)報，在退出參數(shù)設(shè)置功能時，系統(tǒng)將給出一個提示窗口，告知根據(jù)當(dāng)前所設(shè)置的參數(shù)；

用戶根據(jù)需要查看沿板帶中心至邊部的各個節(jié)點在層流冷卻過程中的冷卻曲線和瞬時冷卻速度，根據(jù)各個節(jié)點的冷卻曲線，系統(tǒng)對各節(jié)點的組織組成相和力學(xué)性能進(jìn)行了預(yù)報，

3)、目標(biāo)工藝優(yōu)化

根據(jù)用戶的要求，目標(biāo)工藝優(yōu)化功能主要從目標(biāo)卷取溫度和目標(biāo)抗拉強(qiáng)度進(jìn)行優(yōu)化，對于目標(biāo)卷取溫度的優(yōu)化，首先通過網(wǎng)絡(luò)通訊，從現(xiàn)場取得要求的目標(biāo)卷取溫度和板帶心部和邊部的溫度差要求，

取得了要求的目標(biāo)卷取溫度和中心與邊部的溫度差要求后，系統(tǒng)將首先對所有的冷卻模式進(jìn)行目標(biāo)卷取溫度的優(yōu)化，找到能夠達(dá)到目標(biāo)卷取溫度的冷卻模式，然后根據(jù)中心與邊部的溫度差要求進(jìn)行遮擋工藝的優(yōu)化，最終得到相應(yīng)的層流冷卻工藝參數(shù)，抗拉強(qiáng)度目標(biāo)優(yōu)化也是設(shè)定一個目標(biāo)的抗拉強(qiáng)度，然后通過對模型的優(yōu)化處理，得到優(yōu)化后的抗拉強(qiáng)度；同理，得到優(yōu)化后的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長率；

4)、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸：目標(biāo)工藝優(yōu)化完成后，系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送，將確定的優(yōu)化工藝和邊部遮擋量的控制方案通過網(wǎng)絡(luò)傳輸傳送至現(xiàn)場控制模塊；

5)、現(xiàn)場控制模塊：現(xiàn)場控制模塊通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制層流冷卻裝置的集管開閉量和控制邊部遮擋設(shè)備的邊部遮擋量，實現(xiàn)了目標(biāo)溫度和目標(biāo)性能的在線工藝設(shè)定、優(yōu)化和層流冷卻過程和裝備的智能化，為開發(fā)高強(qiáng)度寬厚板提供了有力的技術(shù)支持。

2.一種熱軋帶鋼層流冷卻過程控制裝置，包括相互連接和彼此關(guān)聯(lián)的帶鋼、精軋機(jī)組、軋后測溫裝置、軋后溫度采集裝置、層流冷卻裝置、冷卻后測溫裝置、冷卻后溫度采集裝置、邊部遮擋裝置、卷取機(jī)；其特征是：還包括計算機(jī)模擬模塊：計算機(jī)模擬模塊的模擬過程和建立過程由a.幾何建模/網(wǎng)格化分、b.定義材料的參數(shù)、c.加載初始條件、d.加載邊界條件、e.定義加載歷程、f.定義作業(yè)、g.后處理幾部分組成；a.幾何建模/網(wǎng)格劃分：由于帶鋼具有對稱性，取帶鋼寬度的1/2進(jìn)行網(wǎng)格劃分，根據(jù)帶鋼橫截面的溫度分布規(guī)律：中心部位的溫度高于邊部且中部很大的區(qū)域溫度都比較均勻，邊部大概200mm的區(qū)域溫度波動較大，故在網(wǎng)格劃分的時候中部的網(wǎng)格劃分的間距為100mm，邊部的網(wǎng)格劃分間距為20mm；b.定義材料參數(shù)：將實驗測得的大梁鋼的熱傳導(dǎo)系數(shù)，比熱，密度，泊松比參數(shù)加載至到模型；c.加載初始條件：在所建立的模型上進(jìn)行初始條件的加載，不同節(jié)點位置上的溫度分布規(guī)律都是不同的，需要逐步的加載，加載初始條件后模型的溫度分布用不同的顏色代替，每組不同的顏色代表不同的溫度；d.邊界條件的加載：將實驗獲得的不同材料的表面綜合換熱系數(shù)加載到模型的邊界，換熱系數(shù)應(yīng)加載至材料的熱力學(xué)(thermal)中的表面熱流(face film)；e.定義加載歷程：加載歷程的時候，進(jìn)入熱傳導(dǎo)加載界面，進(jìn)入瞬態(tài)變化選項而不是穩(wěn)態(tài)變化項，因為整個層流冷卻過程的溫度是時時變化的，然后進(jìn)入瞬態(tài)變化選項，選擇加載的條件，加載初始條件、邊界條件還有輸入整個層流冷卻過程的總的時間，確定整個冷卻過程的采集數(shù)據(jù)時間間隔；f.定義作業(yè)：定義作業(yè)就是把所建立的模型進(jìn)行運(yùn)算，得到所需要的整個層流冷卻過程的溫度分布；g.后處理：后處理就是模擬得到整個層流冷卻過程的溫度，然后選取所需節(jié)點的溫度分布圖，步驟如下：進(jìn)入歷史繪圖(history polt)選項；進(jìn)入歷史繪圖選項后，點擊選擇節(jié)點(set nodes)，從中選擇所需要分析的節(jié)點，然后收集數(shù)據(jù)(collect global date)，進(jìn)入繪圖選項(nodes/variables)選擇所繪圖形的X軸和Y軸，最后繪圖，再把下圖的數(shù)據(jù)提取出來，點擊(copy to)直接復(fù)制到excel表格中，最后excel表格的命名按照層流冷卻的方式命名，110-1111000000-1313，然后保存到組織預(yù)報軟件中data文件夾目錄下，至此，計算機(jī)模擬模塊的模擬過程和建立過程完成。