轧制自动控制8-板带钢冷却技术精选.ppt

温度控制的目的的意义 对于热轧：加热温度、开轧温度、终轧温度和卷曲温度直接影响产品性能； 对于中厚板来说：加热温度、开轧温度、控温温度、终轧温度和终冷温度直接影响产品性能； 温度对成品的金相组织、晶粒度、机械性能、焊接性能以及表面状态都有直接影响。（举例：表面红色铁皮现象、冷却造成的翘曲等现象） 温度是轧制过程最活跃的工艺参数，轧制力与温度之间关系非常密切。 轧制过程温度变化的基本规律 钢板在加热炉中进行加热（推钢式加热炉容易产生水印）。 轧制过程温度不断下降，对于中厚板产品，为了控制产品性能，常采取控温轧制；而热连轧通过机架间冷却水控制钢板终轧温度。 加速冷却：为了得到良好的晶相组织，需要控制产品的相变过程，层流冷却系统得到广泛应用。（层流介绍） 自然冷却或卷取：卷取相当于一种热处理，可改善钢板性能。 热轧过程的温度变化范围比较大，其开轧温度一般在1100℃～1200℃之间，而终轧温度根据钢种不同有很大差别。带钢一般在800～870℃之间，中厚板650～1000℃之间。与带钢热连轧过程的温度变化不同的是：中厚板轧制过程由于轧件比较厚，轧件表面和中心温度差别比较大，但是其头尾的温度差异不太明显。 温度模型介绍 薄板空冷温度变化 温度模型介绍 高密集管层流冷却系统 管层流冷却设备的关键点（1） 水流的性质：稳定的均匀的层流。这一点已经在实验室得到证实。现场是与辊道 平行布置的高位水箱（实际是粗管道），保证了每一个层流集管的状况与实验室是一样的。 适当的足够的水压： 压力过高，水流喷溅，不沿板面流动，降低传热效果； 压力过低，击不破水膜，降低传热效果； 压力过低，降低阀门的响应特性； 管层流冷却设备的关键点（3） 足够的水量： 水系统的能力； 高位水箱的储水能力； 辊道运动速度可以部分补偿水冷能力的不足。 水幕装置 U形管喷头的结构 可以以近似理论极限冷却速度，世界最高冷却速度（700℃/秒-板厚3mm）对钢板实行全面、均匀的冷却 该设备可以大幅度提高冷却温度控制精度，从而提高钢材的质量（通过晶粒细化、均匀化达到高强高韧化、焊接性稳定、加工性能提高） 倾斜喷射；压力；较近距离；消除膜态沸腾，实现核态沸腾；2－5倍的冷却效率 新型控制冷却系统基本配置 仪表配置 控制系统组成 第2级过程控制级：通过数学模型进行设定计算，板坯跟踪，数据采集，模型自学习，打印报表，人机接口，历史数据存储，报警等； 第1级基础自动化级：顺序控制，设备控制和质量控制，执行过程机的设定，保证板坯头部、尾部、边部与中间部分的温度一致。通过控制，使产品冷却速度及全长的温度达到要求的精度； 第0级数字DC传动控制级：轨道的速度及加速度控制。 仪表：HMD、测温仪、流量计 常规层流设备性能保证值 同板温度差2σ≤20℃； 异板温度差2σ≤25℃； 控制冷却钢板厚度范围：6～60mm； 控制冷却钢板宽度范围：1500～2600mm； 控制冷却钢板最大长度：30000 mm； 控制冷却开始温度范围：700～1000℃； 控制冷却终冷温度范围：450～750℃； 辊道速度调整范围：0.2～2 .0m/s； 注：控冷区辊道速度应与控冷区前后辊道速度匹配。 板形：矫直后成品板形满足或优于国家标准的1/2； 一次性能合格率：＞99.5％； 冷却速率范围：1.5－50℃/s （视水温和板厚而定），对于20mm厚钢板，冷却速度最大为20℃/s； 系统的计算机、PLC投入运行率≥99.5％。 冷却策略制定初始的冷却计划，为前馈控制模型提供初始化数据。模型在其提供的初始值基础上进行计算，减少了计算量。 冷却数学模型是前馈控制模型的核心，通过反复调用冷却数学模型进行温降计算，给出实现目标的冷却规程。 温度均匀性控制分析 冷却过程翘曲简要分析 分析认为，在冷却初始阶段钢板大部分未发生相变，因此钢板产生翘曲的主要影响因素是热应力的作用，钢板朝强冷侧产生收缩；相变发生后，强冷侧相变膨胀的影响逐渐增大，钢板翘曲量减小，最终向反方向产生了翘曲，反向翘曲的极值为；相变结束后，热应力成为影响钢板翘曲的主要因素，随着钢板上下部分的温差增大翘曲量也不断增大；随着冷却过程的进行，钢板上下部分的温差逐渐缩小，钢板的翘曲也逐渐减小。 应力失稳分析 基于弹塑性理论，当热应力和组织应力之和大于临界屈曲应力，钢板发生变形，产生板形缺陷。从应力曲线可以看出，只有将热应力和组织应力之和控制在屈曲临界以内，才能避免翘曲现象的发生。根据热应力和弹性不稳定理论，计算出了厚度、宽度和长度方向的临界屈服应力，如表3.2所示。分析可知钢板是否产生变形取决于以下因素：（1）温差，即冷却过程中钢板冷却越不均匀，钢板内部温度梯度越大，就越容易产生板形缺陷；（2）厚宽比，即越薄的钢板，厚度和宽度的比值越