适应变速轧制的精细化轧件温度计算和控制模型

针对因变速轧制和复合冷却带来的卷取温度模型预报精度降低的问题,以热输出辊道上的冷却设备布置信息和辊间冷却换热形式为出发点,采用Crank-Nicolson(C-N)六点格式有限差分方法构建轧件轧后冷却温度计算模型;以前馈为主、反馈为辅,不断进行自学习来对轧件冷却温度进行控制,在精轧出口按照固定时间周期对轧件进行分段采样和前馈设定,在卷取入口按照长度进行分段采样和周期性反馈控制;为使模型适应升速轧制和因终轧温度控制所带来的速度扰动叠加的速度变化,对轧件在冷却区的运动进行精确的位置跟踪,并在冷却区中增设速度补偿区,对设定的冷却规程进行更新以补偿升速带来的冷却不足或降速引起的过冷.新的卷取温度模型以辊间冷却为计算单元,可有效地集成不同的冷却形式,并对变速轧制过程进行有效适应.自现场应用以来,卷取温度设定精度和控制稳定性大幅度提高.     

Intelligent Control on Hot Strip Coiling Temperature

A new intelligent control scheme for hot strip coiling temperature is presented. In this scheme, the prediction mode1 of finishing temperature and the presetting model of main cooling zone are establish based on BP neural network, the feed-forward open-loop control model of main cooling zone is constructed based on T-S fuzzy neural network, a new improved structure of T-S fuzzy neural network is developed, and the feedback close-loop control model of precision cooling zone is obtained based on fuzzy control. The effectiveness of the proposed scheme has been demonstrated by computer simulation with a satisfactory result.     

热轧带钢层流冷却温度优化控制策略研究

在热轧带钢生产过程中,卷取温度是影响成品带钢性能的重要参数之一,其精度的高低对带钢质量至关重要.为保证产品具有良好的性能,采用层流冷却装置对热轧后的板带进行冷却控制,喷水系统的设定是层流冷却过程控制的关键.在冷却过程中带钢的温度不能在线连续检测,其过程具有强非线性和时变性,而且在冷却过程中存在相变,因此难以建立精确的数学模型去描述这一冷却过程.随着带钢厚度,精轧出口温度和轧制速度的变化,单独的前馈/反馈控制很难满足高精度的温度控制需要.在本文的研究中,一系列层流冷却控制策略被采用,包括前馈/反馈控制,自适应算法,以及控制带钢整体温度的均匀性策略.实践应用表明这些控制策略得到很好的检验,能有效地提高卷取温度的控制精度和均匀性.     

升速轧制对热轧带钢层流冷却出口温度的影响

采用传热学原理建立了层流冷却温度有限差分模型,并用现场实测数据对水冷换热系数进行了自适应修正.对德盛1 150 mm热轧带钢层流冷却过程的温度变化进行了数值模拟,建立了一套层流冷却温度仿真系统,分析和研究升速轧制时带钢在层流冷却中温度变化的趋势.结果表明,层冷出口温度受带钢的速度影响较大,在升速过程中,如果不采用集管动态喷水调节,带钢温度出现前低后高的现象,并且随着加速度的增加带钢前后温差越大.以此为依据,现场过程自动化系统L2级硬件采用过程服务器,基础自动化系统L1级硬件采用西门子PLC,L2级和L1级软件分别在C++和Step7V5.4下编程实现,并采用了带钢头尾宏跟踪和过程自动化系统采用带钢样本微跟踪的控制策略,对处于变速及高速运动中的带钢沿长度方向逐点实施控制,用动态调节的冷却集管系统来保证在速度变化期间带钢层流冷却出口温度的稳定性.     

Analysis of the factors affecting thermal evolution of hot rolled steel during coil cooling

1. IntroductionPrecipitation is the most important metallurgicalprocess during coil cooling in a hot rolling mill. Beingone of the strengthening approaches, precipitationhardening contributes to the strength of steel products[1-5]. It is well known that p…     

X70管线钢热轧钢卷冷却过程中的相变与应力变化

为了分析钢卷冷却对带钢板形的影响,运用有限元方法研究了层流冷却后的X70管线钢热轧钢卷冷却过程,建立了热轧钢卷热力耦合模型,计算了卷取温度分别为500℃和550℃时冷却过程中的钢卷温度、相变体积分数、残余应力.模型考虑了钢卷径向层间接触对传热的影响,以及钢卷内径壁、外径壁和2个端面的换热系数的差异.结果表明:冷却过程中,钢卷的温度和相变不均匀使得钢卷的切向上边部受拉应力,而中部受压应力;钢卷在550℃卷取后,带钢边部20 mm以内的拉应力超过基体的屈服应力,板形有边浪趋势;降低带钢的卷取温度至500℃促进相变充分进行,有利于钢卷冷却后残余应力的降低.开卷后X70管线钢的边浪和横向C型弯曲板形是不均匀的层流冷却和不均匀钢卷冷却共同作用的结果.     

热轧带钢终轧温度控制模型的应用研究

为了适应加速轧制时高精度终轧温度控制的要求,在机架间冷却单元的基础上开发了在线自适应、前馈与反馈相结合的在线终轧温度控制模型,并现场测试了机架间冷却阀门的开度和流量曲线。结果表明,该模型对于提高终轧温度控制精度是有效的。     

非接触式悬浮测温装置仿真与试验研究

针对层流冷却区温度测量易受冷却水、雾气干扰的问题,利用喷射的气体产生的气垫效应,开发了非接触式悬浮测温装置.采用计算流体力学(CFD)方法研究间距、喷嘴下缘面积和均压槽深度等关键结构参数对喷嘴受力、带钢表面气体压力分布的影响,通过动力学仿真研究黏性阻尼系数对悬浮的响应速度、稳定性的影响,并确定了非接触式测温装置的基本系统参数.开发的非接触式悬浮测温装置具有良好的间距自调节能力,能够稳定地悬浮在带钢表面.将该装置应用到某钢厂层流工况物理模拟系统中,结果表明,在冷却水扰动、被测物体高速移动和振动的恶劣工况下,该装置仍能取得满意的测量效果.     

CSP生产线精轧区带钢温度设定模型研究

通过对某钢厂CSP轧制区生产工艺特点的分析,得出带钢温度下降的主要因素为水冷,由此建立基于水冷的带钢温度模型,并利用现场数据回归得到了综合水冷系数。将带钢温度预测值与设定值进行比较,发现水冷带钢温度模型可满足带钢温度设定要求。     

热轧低碳钢不同卷取温度下的相变模拟

针对某热轧带钢厂1780生产线,研究了三种不同卷取温度下低碳钢的相变行为,包括铁素体体积分数沿带钢长度方向的分布,组织中组成相的体积分数随时间的变化,并将计算结果与生产试验进行了比较.研究表明,卷取温度高,组织中铁素体的含量多.卷取温度过低,带钢的室温组织中出现魏氏组织,恶化带钢的性能.     

CSP带钢热连轧机架间水冷传热数值模拟

采用有限差分方法,建立了CSP热轧过程轧件传热及温度场模拟模型,对CSP带钢热连轧过程中机架间冷却过程的传热进行了模拟计算.讨论了机架间水冷对带钢传热和断面温度演变的影响.     

X80钢层流冷却温度场的有限元模拟

针对X80钢精轧后进行的层流冷却过程,借助MSC.Marc有限元软件并结合实测的X80钢精轧后的温度分布,建立有限元仿真模型,对不同冷却工艺下X80钢宽度方向的温度场进行分析计算,得到X80钢沿宽度方向的温度分布;通过实验获取X80钢层流冷却过程中换热系数,将获得的换热系数加载到冷却模型中模拟X80钢层流冷却过程的温度变化情况,对比得出不同层流冷却模式的冷却强弱效果。结果表明：对于强冷区,冷却方式为101的冷却效果比冷却方式为110和011的好;对于缓冷区,冷却方式为0011111000的冷却效果比冷却方式为1111100000和0000011111的好。     

热连轧带钢层流冷却过程温度场模拟

轧后冷却过程中,卷取温度对带钢最终的微观组织和力学性能有重要影响。针对带钢轧后的层流冷却过程,分别采用有限差分法和有限元法,建立了带钢厚度方向的温度场模型,并将模型计算值与实测值进行对比。结果表明,两种方法建立的模型均能较准确地反映层流冷却过程中带钢的瞬态温度分布,为进一步分析带钢的微观组织转变和力学性能提供了依据。     

中厚板加速冷却过程控制

中厚板轧后冷却直接影响钢板的强度和韧性。为保证中厚板质量,提出一种新的加速冷却过程控制模型,对反馈偏差进行前馈补偿,并采用控制容积积分法建立钢板温度场,包括一维温度场模型,空冷模型,水冷模型,特别是对金属温度变化时发生的相变潜热进行处理。实验结果表明,该控制模型精度较高,返红温度偏差±5℃,可应用于生产实际。     

连退炉导向辊热凸度对辊形及带钢应力分布的影响

为了更有效地控制连退炉内导向辊热凸度和改善带钢的跑偏及瓢曲变形,以单锥度辊为研究对象,运用MARC有限元软件,定量计算了在加热段和快冷段不同导向辊温差时的导向辊热凸度及其对导向辊辊形和带钢应力分布的影响.研究发现：导向辊热凸度随导向辊温差增大呈直线上升的趋势.在加热段,随着导向辊温差的增大,导向辊产生热凸度后的形状分别为双锥度辊、单锥度辊和“M”型辊,带钢张应力和带钢最大应力分布随着导向辊温差的增大而改变;在快冷段,导向辊产生热凸度后变为双锥度辊,导向辊热凸度会影响带钢张应力值和最大应力值,但不影响其分布.     

低残余应力热轧带钢层流冷却工艺的数值模拟

通过建立厚度为3.0 mm的Q345热轧带钢在层流冷却过程中的温度与相变耦合计算有限元模型,计算了热轧带钢冷却后在宽度方向上温度、组织转变、内应力的分布,分析了采用2种冷却工艺下带钢宽度方向上的温度、相变和内应力的差别.结果表明:带钢经过中凸型水流分布的层流冷却后,沿带钢宽度方向温度趋于一致,从而使得相变后得到的铁素体及珠光体沿宽度方向上均匀分布.与常规均匀流量分布层流冷却相比,中凸水流量分布层流冷却后,带钢边部压应力减少80 MPa;带钢在宽度方向上的应变差变小,从原来的7.69×10-6减少到3.71×10-6,降低幅度为51.7%,有利于获得更好的板形。     

不确定因素影响下的混凝土结构温度场仿真计算方法

混凝土结构前期仿真计算各控制参数存在着不确定性,若将其忽略,计算结果的准确性甚至温控方案合理性将受影响。根据这些不确定性因素具有区间分布特性且缺乏统计资料的特点,引入了区间数学理论,推导了相应的区间有限元公式。通过分析,在摄动理论和区间单调性理论的基础上,提出了所推导的区间有限元整体方程的近似"最窄"解区间的求解方法。考虑到实际工程中水管冷却的一些影响因素也存在不确定性,提出了考虑冷却方案区间变化的的水管冷却温度场迭代计算方法。利用Fortran语言编制了相应的区间有限元计算程序,对某现场非绝热温升实验块进行仿真计算,通过计算结果与实测数据的对比分析,验证了算法理论及程序的有效性和准确性。     

Analysis of the thermal profile of work rolls in the hot strip rolling process

A 2-dimension axisymmetric model was developed by the finite-difference method, which can be used to predict the transient temperature field and thermal profile of work rolls in the hot strip rolling process. To demonstrate the accuracy and reliability of the solution developed, the calculation results were compared with the production data of a 1700 mm hot strip rolling mill and good agreement was found between them. The effect of strip width and roll shifting on the thermal expansion of the work rolls was studied.It is found that the strip width has marked effect on the efficient thermal crown. Initially, when the rolling strip changes from narrow to wide, a bigger efficient thermal crown can be quickly achieved; afterwards, when the rolling strip changes from wide to narrow,not only the influence of uneven wear can be reduced but also the excessive efficient thermal crown can be avoided. It is also found that the work roll shifting has a determinate but not obvious effect on the reduction of the efficient thermal crown, and will make the strip shape unstable without being used properly.     

Modeling of microstructure evolution and mechanical properties during hot-strip rolling of Nb steels

An integrated metallurgical model was developed for Nb steels to predict the microstructure evolution and mechanical properties during the hot-strip rolling and cooling process. On the basis of the industrial data, the transformation kinetics, strength, and elongation rate were evaluated for different chemical compositions and processing parameters. The yield strength and tensile strength increase with increasing Nb content or decreasing finishing temperature. The bainite distributed in finer ferrite matrix, which is produced at relatively low coiling temperatures, can greatly increase the strength of steel, especially tensile strength, thereby decreasing the yield ratio. A reasonable agreement was found between the predicted and measured results. It indicates that the present models can be used to simulate the actual production process.     

高碾压混凝土坝快速施工过程中的温度控制措施

提出了高碾压混凝土坝施工期温度时空动态控制方法,该方法的核心在于通过调整水管冷却的5个要素(冷却开始时刻、通水时间、水温、流量和水流方向)来动态控制混凝土的温度,进而达到温控防裂的要求.基于ANSYS平台开发了大体积混凝土施工期温度场、应力场三维有限元仿真程序,将温度时空动态控制方法应用于官地高碾压混凝土重力坝的施工过程中,并做跟踪监测和反演计算.实践证明,该方法易于操作,且在官地大坝的施工过程中未出现危害性的裂缝,有效解决了其温控防裂问题,给类似工程提供了借鉴和参考.