[发明专利]一种热轧带钢层流冷却过程控制装置与方法

摘要

提供一种热轧带钢层流冷却过程控制装置与方法，其特征是层流冷却过程控制方法包括参数设置、组织性能预报、目标工艺优化、网络数据传输、现场控制模块；该装置主要包括精轧机组、测温装置、温度采集装置、层流冷却装置、边部遮挡装置、卷取机；由测温和温度采集装置测量和采集带钢钢板在出精轧机组时宽度方向的温度分布，并通过数据传输到计算机模拟模块中进行分析处理，来确定采用合适的冷却模式并通过现场设置的执行机构来控制冷却集管的开闭数量和边部遮挡装置的边部遮挡量，以调控卷取机入口带钢的温度小于50℃，该装置和方法解决了带钢沿宽度方向的组织性能不均匀问题，确保带钢的质量优良和组织性能均匀分布。

主权项

一种热轧带钢层流冷却过程控制方法，其特征是：该方法主要由热轧带钢层流冷却控制装置工艺方法与计算机模拟模块流程及方法两部分组成，热轧带钢层流冷却控制装置工艺方法为：带钢经过精轧机组轧制后，由测温装置测量带钢钢板在出精轧机组时宽度方向的温度分布，然后由温度采集装置采集其测量结果，将温度测量的结果通过数据传输到计算机模拟模块中进行分析处理，计算机模拟模块中的处理程序分两部分，一部分程序根据采集的温度来确定采用合适的冷却模式并通过现场设置的执行机构来控制集管的开闭数量，以调控卷取机入口带钢的温度；另一部分程序根据采集的温度来判断是否需要采用边部遮挡工艺及装置，如果需要采用边部遮挡工艺及装置，则在带钢出层流冷却装置后设置测温装置和设置温度采集装置，用于采集层流冷却后带钢板沿宽度方向的温度分布，如果温度采集结果为带钢板沿宽度方向中心和边部的温差超过50℃，则需要采用边部遮挡工艺及装置，来确保带钢在卷取机入口处沿带钢宽度方向中心和边部的温差小于50℃；计算机模拟模块主要由软件系统和数据库构成，其中软件系统的主运行文件为CLLQ.exe，文献的格式为Microsoft Excel文件，当系统启动后，所有系统的功能可以在主菜单上实现，计算机模拟模块流程及方法主要包括：1)、参数设置功能模块、2)、组织性能预报、3)、目标工艺优化、4)、网络数据传输、5)、现场控制模块；1)参数设置：在软件系统中，参数设置功能模块主要包括参数输入、调用参数、不保存退出、保存及退出、重置、输出结果和退出系统功能；参数输入用于输入实际的材料常数和工艺参数以及模型所要用到的计算参数，当选择输入参数后，系统将输入的参数划分成4个不同的参数组，包括：a.钢的基本成分和基本物理性能参数；b.层流冷却工艺参数；c.终轧温度和终轧完成时材料的微观结构参数；d.冷却过程组织性能模型预报参数；a.在钢的基本成分和基本物理性能输入模块中，主要让用户输入有关材料的主要化学成分、热传导系数、材料的比热和换热系数，并画出相关曲线，钢的基本成分和基本物性参数设置可以根据需要，在系统中对材料的化学成分和各种物性参数进行修改，修改时双击所需要修改的参数的单元格，然后输入对应的参数，对于材料的化学成分输入显示界面，双击右侧的CCT曲线则可以调用新的CCT曲线的相应图形文件，对于材料的物理性能参数输入和显示界面，数据修改完成后双击右侧的图形可以按照输入修改的数据更新曲线，在材料换热系数显示界面中，单击右侧的图形曲线可以更换曲线所显示的内容；b.层流冷却工艺参数的设置：层流冷却工艺参数的设定主要用于用户输入层流冷却的冷却方式、边部遮挡量以及板带的规格，根据生产现场的工艺布置，层流冷却共分为三段式冷却，即强冷区、缓冷区、精冷区，可以通过开启和关闭冷却水管集管的数量来调整冷却强度，根据生产要求，系统已经将所有的冷却方式编写在程序中，用户通过下拉菜单来进行选择，当选择完成后，屏幕上会通过图形直观地显示各冷却段水管的开闭状态；边部遮挡量根据用户要求，设定了无遮挡和四个不同的边部遮挡量，用户可以根据需要进行选择，系统所确定的4个边部遮挡量已经满足生产的要求，继续增大边部遮挡量对产品的影响不大；c.终轧温度和终轧完成时材料的微观结构参数：由于终轧温度直接影响到后续冷却过程的温度分布，终轧后奥氏体的晶粒尺寸和应变积累状态直接影响相变的动力学，因此需要对层流冷却开始前的原始状态进行设定，原始状态的设定包括从板带的中心至边部的温度分布状况，终轧时奥氏体的晶粒尺寸以及奥氏体中的残余应变，其中终轧温度的设定可以根据现场的工艺条件和经验进行输入，而终轧时奥氏体的晶粒尺寸和残余应变需要根据有关的材料学模型进行简单计算得到；d.冷却过程组织性能模型预报参数：层流冷却过程中，微观组织的演变规律的预报以及最终产品力学性能的预报，是根据材料学原理所建立的模型，并针对材料的特性所设定的相关模型参数而实现预报的，预报的准确性与模型设定的参数密切相关，因此在实际使用时，必须根据现场的情况和工艺装备以及工艺参数对模型的参数进行适当的调整，本系统将层流冷却过程中奥氏体的组织演变分成了不同阶段来进行参数的设定，包括相变前过冷奥氏体的冷却过程，主要是奥氏体晶粒的长大和奥氏体的再结晶，随着温度的降低，取决于相变温度和临界冷却速度，奥氏体会向铁素体转变，珠光体转变，贝氏体转变以及马氏体转变，模型对各转变都设定了相应的转变动力学参数，对组织性能关系，系统按照混合定律，分别计算各个相的体积分数和强度，然后合并计算材料的屈服强度、抗拉强度和伸长率；参数设置完成后将参数保存到磁盘文件中，选择保存后，系统将弹出界面，让用户选择数据文件保存的目录和文件名，用户在输入文件名时，不要输入文件的扩展名，系统将给文件自动命名扩展名为mater和materA，其中mater扩展名文件以二进制的形式保存了所有的参数，而materA以文本格式保存了文字信息，如果在参数修改后，不想保存相应的参数，选择“不保存退出“，放弃对参数文件的修改，“退出系统”将关闭所有的系统功能，退出组织性能预报系统，2).组织性能预报参数设置功能模块完成后，通过计算机模拟模块进行简单运算后生成数据库文件，通过数据库操作，了解该规格钢板的横截面宽度方向的温度分布以及带钢宽度方向的各个位置处经不同的层流冷却工艺后各组织的百分比含量、屈服强度、抗拉强度和伸长率，热轧带钢层流冷却组织性能预报计算机软件系统实现整个冷却过程的组织演变规律的预报，在程序设计中只有在正确输入了材料的基本参数和模型参数，才能实现正确预报，在退出参数设置功能时，系统将给出一个提示窗口，告知根据当前所设置的参数；用户根据需要查看沿板带中心至边部的各个节点在层流冷却过程中的冷却曲线和瞬时冷却速度，根据各个节点的冷却曲线，系统对各节点的组织组成相和力学性能进行了预报，3)、目标工艺优化根据用户的要求，目标工艺优化功能主要从目标卷取温度和目标抗拉强度进行优化，对于目标卷取温度的优化，首先通过网络通讯，从现场取得要求的目标卷取温度和板带心部和边部的温度差要求，取得了要求的目标卷取温度和中心与边部的温度差要求后，系统将首先对所有的冷却模式进行目标卷取温度的优化，找到能够达到目标卷取温度的冷却模式，然后根据中心与边部的温度差要求进行遮挡工艺的优化，最终得到相应的层流冷却工艺参数，抗拉强度目标优化也是设定一个目标的抗拉强度，然后通过对模型的优化处理，得到优化后的抗拉强度；同理，得到优化后的屈服强度、抗拉强度和伸长率；4)、网络数据传输：目标工艺优化完成后，系统通过网络数据传送，将确定的优化工艺和边部遮挡量的控制方案通过网络传输传送至现场控制模块；5)、现场控制模块：现场控制模块通过执行机构来控制层流冷却装置的集管开闭量和控制边部遮挡设备的边部遮挡量，实现了目标温度和目标性能的在线工艺设定、优化和层流冷却过程和装备的智能化，为开发高强度宽厚板提供了有力的技术支持。