中间冷却技术的发展及其控制双机座板轧制

文摘

在板轧制生产线,热机械的控制处理板质量是至关重要的。在这篇文章中,一组中间冷却设备的双机座板轧机超级密度喷嘴,中等压力,和小流。基于一个简化的动力学模型,冷却和结合前馈控制方案,提出反馈,和自适应算法。新的轧制过程控制和高效控制系统提高控制轧制效率平均为17.66%。拟议的中间冷却系统可以有效地抑制奥氏体晶粒的生长,提高冲击韧性和Q345B钢板的屈服强度,减少二氧化物的形成规模板表面的色差板表面,并极大地提高钢板的表面质量。

1。介绍

热机的控制加工(生产TMCP)是一种微观结构控制技术结合控制轧制和控制冷却。通过生产TMCP钢的机械性能介绍路线几乎是相当于那些通过热处理传统滚或锻钢。它可以优化控制奥氏体的相变冷却技术或热轧后过程中(1,2]。合适的选择的变形温度和应变速率,钢的强度可以增加。生产TMCP钢的强度高于相同的正火钢成分(3,4]。因此,生产TMCP钢有一个精简的作文(低合金含量)比传统的正火钢相同的力量。

控制轧制和控制冷却技术广泛应用于中、厚板生产,在产品的性能起着重要的作用。但控制轧制过程中,轧制部分再结晶温度范围的地区之间的再结晶和nonrecrystallization区域必须停止温度,以避免混合颗粒结构的出现将影响产品的质量。一般来说,空气冷却的温度保持过程完成摆动中间板在辊道5]。板在空气的冷却过程是一个相对缓慢的过程的温度下降,影响生产效率。使用控制轧制板磨机的生产能力普遍下降26 - 30%。因此,提高冷却效率和减少占用时间是一个重要手段,提高生产效率和综合属性的板6,7]。的有效途径之一是水冷却在轧制过程中,即中间冷却(IC)的过程。

IC技术是安装制冷设备之间的粗轧机(RM)和精轧机(FM)双机座板生产线减少占用时间和增加生产能力。研究表明,中间板的水冷温度过程可以减少占用时间和提高轧制效率前提下,没有机械性能的产品将会减少8- - - - - -11]。但是,在完成之前,中间板的rereddening过程应该完成水冷却后降低温度梯度沿厚度方向,避免影响轧制过程(12]。实验证明,中间板的温度下降水冷却在控制轧制可以减少15 - 20%的占用时间和提高轧制效率在一定程度上13]。结合实际情况制板厂的一卷的宽度3000毫米,我们设计了精轧机前的水冷设备迅速减少中间板的温度控制完成轧制温度,如图1。

2。中间冷却的概述

2.1。轧制力模型

集成电路部分位于RM和调频,和主要组件包括6组650毫米间距冷却器。集成电路技术和设备的基本参数如下。

中间板的厚度和宽度范围是40 - 110 mm和1600 - 2850 mm,分别;初始温度、终止温度和中间板的rereddening温度分别是1050 - 1030°C,低于950°C,和880 - 950°C;辊道辊间距是650毫米;冷却带的长度是3.9米;最长的中间板的长度是12米;冷却水为0.4 MPa的压力;RM的中心线之间的距离和精轧机的中心线是78 m, RM的中心线之间的距离和第一组冷却器的中心线是26.345 m;冷却模式是多用途中断冷却(MULPIC) one pass或摇摆;浑浊的循环水冷却水。冷却产品主要包括高强度低合金中间板等造船板块和结构板块。

2.2。设备

集成电路设备包括过滤系统、供水管道、流量调节装置,喷洒和冷却设备,测量仪器和自动控制系统。工作集成电路设备如图2。

机械系统是加速轧制后冷却系统的主要设备,加速冷却的基础。机械系统主要由以下子系统组成:供水和水回收系统、配水系统、高密度层流系统,边缘屏蔽系统,喷淋系统,和前后吹系统。供水系统的主要部分是泵送系统,其任务是提供冷却水,以满足要求的温度和流量对冷却系统冷却板时,由变频驱动泵和高压泵供水。冷却水循环系统主要由外厂冷却塔,冷却池,和其他组件。

中压水穿过水箱过滤后在车间,然后分配给每一个冷却器。水冷却器的直接通过集成电路部分的沟,然后返回到水处理系统。配水系统由中等水箱和水经销商在车间。中等水平水箱稳定流动,水缓冲,排气功能。水分配器的主要功能就是将水均匀地分布在中等水平水箱冷却器,以实现钢板的均匀冷却。一边屏蔽系统可以自动调节的水平喷水冷却箱根据钢板的不同宽度,提高控制精度的水平钢板的温度。

一边屏蔽系统可以提高冷却水的冷却效率和能力,提高钢板的冷却均匀性。吹系统可以保证板表面清洗板进入和离开时的冷却区,提高钢板的表面质量,改善板温度的检测精度。

2.3。工艺流程

最基本的一种集成电路包括再结晶类型控制轧制,unrecrystallization类型控制轧制和(α+β)两阶段控制轧制区域类型。在实际生产过程中,工程师通常需要两个或三个以上的组合基本类型的控制轧制基于轧制设备的能力,产品性能需求,和成本效益分析。采用生产TMCP模式从高温再结晶控制轧制控制轧制unrecrystallization类型或类型(α+β)两相区域类型控制轧制,一方面,可以避免在奥氏体再结晶区,防止水晶奥氏体和混合,另一方面,可以改变传统的风冷温度控股和减少保温时间,此外,可以缓解产能压力造成的短的距离之间的辊道RM和调频。

工艺流程简述如下。

步骤1。中间板进入粗轧后控制冷却区。

步骤2。确定冷却方案根据测量温度和中间板的厚度计算。

步骤3。当中间板进入冷却区,前面吹系统打开防止冷却水返回沿板表面,影响测量仪器和传感器的正常工作当中间板被冷却的控制冷却区。

步骤4。根据相应的冷却导管打开冷却方案。

第5步。中间板后的冷却区,后面吹系统及时吹散残余水板表面防止绞缆筒的现象不均匀冷却造成的板板的上下表面的轧制过程。

步骤6。中间板后的冷却区,实现rereddening达到均匀温度的中间板,以防止不均匀的显微组织缺陷。

3所示。温度模型和控制方案

3.1。轧制力模型

移动的钢板可以视为质量流量沿冷却辊,转达了表的入口(粗轧)出口(完成滚动)。在这段时间,钢板交流能源与环境通过对流和辐射。

板的入口和出口的位置被定义为的几何边界冷却过程的动态模型。高温计安装在入口和出口的位置提供温度测量。整个冷却部分分为低温冷却区,每个中间板分为段。每一段的板由控制器实时跟踪。

表面温度曲线板的冷却区可以被描述为一个函数的跳动z(14]: 在哪里和分别代表了环境温度和入口温度。和模型系数,由板厚度、入口速度、传热、导电板。的价值可以计算的14] 在哪里热传导系数和吗导热系数。他们是由经验曲线。经验参数和是常数,板的厚度。换热系数和是板的上下表面,分别。这两个因素与自适应遗传算法的估计。是一个系数根据水箱压力、水温、板速度。其价值决定使用实验数据为特定的植物和操作条件。

3.2。前馈控制算法

通常有12电流量控制阀和12气动阀门在冷却部分,位于冷却区。冷却区和每一个区域的阀门编码在系统准备控制序列。

前馈控制被激活就一盘进入冷却区。板分为段根据采样时间。采样时间是固定的,每个段的长度可能随板的速度。基于模型(1),每个段的出口温度可以由以下公式预测离散形式: 在哪里是冷却区域的总数。为板段进入米th低温冷却区,环境温度和入口温度可用的传感器。的价值计算使用(2)。

对于一个给定的参考出口温度,前馈控制的目标是最小化的区别在预测出口温度之间和:

如果预计出口温度函数,等于,控制变化可以由下面的转换: 在哪里跳动的时间是这样决定的吗等于。从(5),

结合(6)和(7)的收益率

跳动的变化时间计算如下:

假设板速度是恒定在一个冷却区,激活的变化冷却冷却区对应线段的长度是确定吗

冷却长度的变化实现通过调整数量和开放的流动冷却阀门,阀门之间的距离是固定的。

3.3。反馈控制算法

一旦第一部分进入完成轧制区,其温度测量启动反馈控制。测量温度的值替换对应的预测值的前馈控制。

冷却温度测量功能,冷却长度的变化可以得到如下:

3.4。自适应控制算法

为了进一步提高测量冷却温度的控制精度,校正因子介绍了调整的价值在模型(3)如下:

决定使用出口温度测量根据自适应规则如下: 在哪里是滤波器系数和是由

的初始值第一板部件被分配使用先前的经验数据。

控制方案如图3,在那里是参考温度,反馈的温度,是预测温度,是控制的值。

4所示。中间冷却控制系统

4.1。系统结构

控制系统结构设计为三个层次。0级领域设备水平,主要包括传感器、阀门、a - c和直流数字驱动器。一级基础自动化层(L1)是由可编程逻辑控制器(plc)和微机管理系统的功能逻辑,单一设备控制,并与传感器接口。2级(L2),也被称为过程自动化水平,由微型计算机处理工艺流程和生产目标,为用户提供工厂监督和诊断的工具。应用自动化控制系统用于中间控制图所示4。

4.2。过程自动化级(L2)

过程自动化水平,主要指的是过程计算机和相应的应用程序,负责设置计算过程模型,发送设置值(开放模式,钢板的冷却区,速度和阀门的调节值)L1,并实现人机界面(HMI) L1和L2之间。L2计算机或其他设备之间的通信是通过以太网。

L2工作流描述如下:在辊缝的粗,HMI计算机提供PDI参数大小,年级,完成温度和L2计算机,计算预设值,将结果发送到PLC;当头部的中间板达到入口高温计,L2计算机计算动态设置基于起始温度,然后将控制信号发送到PLC;当中间板通过出口高温计,L2电脑记录冷却流,板速度,开放模式,终止温度、rereddening温度,等等,对于模型自学习下一个中间板相同的规范。

4.3。过程自动化级(L2)

L1使用西门子s7 - 300 PLC作为主控站和西门子ET200远程IO站。L1函数如下:(1)头部和尾部跟踪控制。PLC计算中间板的位置根据hmd和其他传感器的信号。(2)辊道的速度控制和摇摆控制基于L2中间板的设置。(3)冷却器的流控制。相对应的功能模块调节的开放位置电动调节阀控制冷却器的水流,每组开启或关闭阀组根据模型的设置和跟踪结果。(4)信号测量和收集。PLC收集来自传感器的信号有效性检查和过程控制。(5)与过程控制计算机通信。PLC接收命令从L2和收集到的信号传送到L2。

4.4。人机界面(HMI)

HMI系统是一个重要的组件的集成电路控制系统以及人机交互的窗口。控制系统的功能分为手动、半自动和自动模式选择的运营商。操作员发送命令控制系统通过人机界面,与此同时,监控系统的运行状态。HMI系统主要完成的任务流程监控、显示、报告输出,在线参数设置(速度参数,边缘屏蔽板头和尾巴的长度,喷嘴组的数量,切除卵巢喷嘴的流动,等等),模型校正,故障报警、趋势记录,泵站远程监控,等等。主界面如图5。

5。应用效果

5.1。生产效率改善

根据AC的占用时间,交货时间,轧制时间,和中间板的数量,它可以计算出,保证温度均匀性的前提下,集成电路可以减少冷却时间,提高生产效率。通过比较中间板的温度场40 - 110毫米在不同工艺条件下,生产效率改进的理论价值的变化条件下的单板控制轧制和multislab交替控制轧制。单板集成电路的生产效率和multislab替代集成电路改进的23 - 87%和49.1 - -14.5%,分别,单板IC意味着冷却板,multislab替代集成电路是指同时冷却板的多元性。

提高价值生产效率的单板IC来自 在哪里节省时间,是空气冷却时间,是水的冷却时间,中间冷却时间,是rereddening IC。

提高价值生产效率的multislab替代IC来源于 在哪里每个板的节省时间,每个板的空气冷却时间,每个盘子的水的冷却时间,是总水的冷却时间,板间隔时间,是运输时间,板的数量。

在实际生产中,由于操作原因或逻辑控制系统的限制,生产效率提高了IC当然不是高达的理论价值。与传统的控制轧制过程相比,集成电路过程具有较高的生产效率。图6表明单板集成电路的生产效率和multislab备用IC提高79.13%和22.65%,分别为轧制厚度从63 mm到25毫米和30.36%和12.67%,分别为轧制厚度从76 mm到46毫米。可以看到,IC有效地改善了控制轧制的生产效率。

5.2。力学性能的改进

为了调查生产集成电路之间的力学性能的差异,传统的交流,我们测试了两个不同的进程的影响对Q345B钢板的力学性能相同的规范。钢板的力学性能如表所示1。结果表明,集成电路可以有效地改善冲击能量和屈服强度,但不能明显改变伸长。这是因为IC抑制奥氏体的再结晶晶粒生长和改进谷物。

Q345钢的微观结构在室温下产生的高效控制轧制过程如图7。双方的表面微观结构和中心是细铁素体和珠光体。和铁素体晶粒尺寸数字1/4厚度钢板的位置是10.4 - -10.6。核心组织更小,并伴随着少量的带状结构。Q345钢由传统生产TMCP工艺,生产数量的铁素体晶粒尺寸在1/4位置厚度只有8.6 - -9.1。

5.3。减少合金的影响

铌(Nb)是一种重要的合金化元素添加到高强度船板,它可以有效地提高成品板的强度和韧性。但Nb是昂贵的,和Nb含量高的合金导致高成本。采用中间冷却、材料成分优化和工艺参数优化,Nb内容逐渐减少从平均200 ppm到120 ppm的前提下确保高强度船板的合格和稳定的性能。因此,降低成本和提高效率的目的。钢板的屈服强度分布如图之前和之后的优化8,可以发现,峰值间隔略有增加,波动范围基本上是不变的。

5.4。减少合金的影响

如图9、集成电路和交流比较表面质量。可以看出中间冷却,减少二氧化物的形成规模板表面的色差板表面,大大提高了钢板的表面质量。因为中间板的表面温度,降低中间冷却减少铁的形成₂O₃的二次氧化铁规模,促进FeO说的形成和铁₃O₄和FeO说转换成均匀致密的氧化物铁组成的规模具有较强的附着力₃O₄低温+铁。因此,这种钢板不仅表面光滑,而且还具有良好的耐大气腐蚀在运输和储存的过程中,已通过实验验证(15]。

6。结论

在分析基于IC工艺和设备,冷却和结合前馈控制方案,提出了反馈,和自适应算法。集成电路控制系统实现均匀冷却有效缩短冷却时间和平均控制轧制效率提高了17.66%。

中间冷却可以有效地抑制奥氏体晶粒的生长,提高冲击韧性和Q345B钢板的屈服强度。通过使用这种机制,alloy-reduced生产高强度钢造船包含Nb和Q345B钢含有肌萎缩性侧索硬化症。

板表面的二次氧化的形成规模和板表面的色差减少钢板的表面质量是很大的提高。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这部分工作是由中国国家自然科学基金(51404021)、北京市自然科学基金(3154035)和中央大学的基础研究基金(润扬悬索桥- tp - 15 - 061 - a3)。

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