热轧控制

热轧控制（共12篇）

热轧控制 篇1

热轧机温度控制系统由可逆轧机温度控制系统和连轧机温度控制系统组成。它们之间采用高速工业以太网通讯方式进行数据传输, 高温测量传感器的信号通过现场总线传送到温度控制单元, 计算机通过数学模型的信息处理, 输出控制信号, 控制轧机电机传动系统的速度和喷射系统流量, 实现带材的温度控制在允许的范围内。

下图为热轧机计算机控制系统:

热轧机轧制过程中, 可逆轧机和连轧机的带材温度变化, 直接影响带材的质量和板形, 所以, 为了保证连轧机能轧制出优质的产品, 精确控制可逆轧机出口转移坯料的温度是非常必要的。但是, 需要考虑与温度控制相关的主要问题:带材宽度、不同的合金和用途。它们对温度控制的要求是不同的。特别是不同的合金, 轧制过程中, 带材的温度变化是不同的。考虑到上述问题, 首先在可逆轧机出口安装了带材温度控制系统, 其包括:控制计算机系统、喷射系统、温度检测系统。

可逆轧机温度控制过程:

可逆轧机出口安装了冷却带材的喷射装置, 喷射设备分区控制, 每个区域的喷嘴控制阀可以独立控制。另外, 一个高温检测传感器T1安装在喷射区的入口侧, 另外一个高温检测传感器T2安装在喷射区的出口侧。带材温度控制过程中, 预先设定冷却液的流量、温度和喷射区域, 当带材通过喷射区时, 又控制计算机控制带材的移动速度、冷却液的流量和喷射时间, 带材通过喷射区的速度是根据喷射区入口高温传感器T1的测量温度偏差进行修正的, 带材通过喷射区时, 将导致带材温度下降, 并且, 温度下降的多少是由带材通过喷射区域的速度和时间长短决定的.速度控制由过程控制器完成, 因此, 带材的温度能精确控制。

带材向前控制:喷射区入口的高温传感器T1测量带材进入喷射区时刻的温度, 并且, 将温度信号通过现场总线传输到过程控制计算机, 计算出该时刻带材的速度和进入喷射区的温度测量点的间隔。

带材向后控制:带材温度由喷射区出口的高温传感器T2测量, 根据带材出口的目标温度与设定温度比较偏差, 通过比例、积分控制对轧制速度进行修正, 调节温度测量点的间隔。

可逆轧机温度控制的结果, 带材在整个长度方向的温度偏差在正负5℃的稳定状态。

下图为可逆轧机带材温度控制图:

连轧机的带材温度控制过程:

连轧机温度控制系统中, 连轧机的速度控制是预设定控制。连轧机F1#机架的入口安装了一个高温测量传感器T3, 用来检测连轧机入口带材的温度, 根据温度的测量值, 过程控制计算机通过计算机内部的数学模型预设轧制速度控制基准。F3#机架的出口安装了一个高温测量传感器T4, 用于测量最终带材出口的温度, 两个高温传感器的测量值通过现场总线传送到计算机控制系统与目标温度值比较, 对轧制速度基准进行反馈修正。连轧机轧制时, F1#机架入口带材的温度和F3#机架出口的带材温是不同的, 温度变化范围在正负150℃左右, 校正轧制速度和反馈温度控制是为了更有效地控制带材长度方向的温度更接近目标温度, 带材的温度直接影响带材表面的光洁度和深度冲压性能。

由于带材与冷却液、轧辊之间的热传递, 造成热量的变化, 影响出口带材温度的控制, 所以, 连轧机入口带材的温度衰减和波动用于温度负反馈控制, 校正每个机架的轧制速度基准。更好地控制带材的温度更接近目标温度。

下图为连轧机温度控制系统块图:

热轧机带材温度控制系统的应用, 有效地改善了产品的质量, 特别是不同的合金材料, 保证了带材沿长度方向上温度偏差控制在允许的范围, 提高了合金材料的性能。

热轧控制 篇2

山东地区是钢材消费的大省，随着山东地区的经济进一步的繁荣和发展，对钢材的依赖也是越来越强，通过对山东地区各个地市的走访和考察，结合对日钢客户订货情况的了解，获得以下信息：

1、临沂地区

临沂是山东地区日钢产品走量最大地区，平且用量增长速度很快。主要是分销商订货，主要发往临沂地区的客户有金茂、金马、和富、亿金、闽兴大等。月发货量大约6万吨以上，主要为普板，花纹和低合金比重较小。

销售模式：70%为开平后零售，且80%不带票销售。主要是因为临沂地区分销渠道较短，一般直接供给下游终端用户和零售商，而且终端用户多为较小的家庭作坊式的生产厂家，加之税务监管松散，下游生产商要求不带票折扣销售。

主要销售渠道：临沂本地及300公里以内的周边地区，如鲁南、苏北、安徽北部地区（枣庄、济宁、菏泽、徐州、连云港、盐城等地），偶尔也发往泰安或潍坊等地，量比较少。所发卷板主要用于机械制造和内河造船。徐州地区有徐工、临沂地区有临工、常林机械等工程机械制造企业及其配件厂。由于临沂地区距离日照较近，运输往返便捷，配载灵活，所以临沂地区发运的较为及时。

2、泰安地区

泰安地区满庄钢材市场是整个泰安市场集散地，月销售热卷20万吨左右，板材主要以热卷为主，代表钢厂为沧州中铁、河钢、济钢、莱钢和日钢等。泰安地区的代表客户有泰安泰昌板业，泰安浩然、泰安中冶、泰安永锋、泰安双英等。一级贸易商主要以分销为主，以普板销售为主，花纹、低合金比例较低，主要用于民用和工程建设。销售模式：以带发票为主。泰安地区运输就一个车队，最大发运量1000吨左右/天。

泰安地区日钢产品订货量大约2-3万吨左右

3、潍坊地区

潍坊地区板材月销售16万吨左右，以热卷和冷卷为主，代表钢厂主要为中铁、日钢、河钢等。主要辐射潍坊地区、青岛、淄博、滨州等地区。主要贸易商为山东远通工贸，山东万能钢铁、潍坊亿丰钢铁，潍坊长远，潍坊钢联、诸城兆丰机械等。潍坊地区重工业较发达，机械厂较多，最主要的机械制造商就是福田汽车。旗下衍生了很多机械加工企业和车辆厂，主要分布在诸城地区，如诸城兆丰机械、山东泰瑞、诸城康佛特机械等。

销售模式：一级代理商以整卷批量销售为主，开平零售为辅，带票销售。

潍坊地区的日钢产品订货量大约在4万吨/月。

4、青岛地区

青岛地区板材销售主要集中在闽龙钢市和城阳一带，主要的代表贸易商为五矿青岛、天津象屿、上海建发、青岛瑞马特、山东远通、青岛中冶、青岛仙鹏等，其中五矿青岛、天津象屿、上海建发、青岛瑞马特、山东远通为我司协议户，主要销往胶州、胶南、诸城等青岛

周边地区，主要销售模式为开票销售，且零售终端和零售批发相结合。下游终端用户主要以钢构厂为主，如青岛武晓、青岛东方铁塔、青岛豪迈等钢结构厂家。

该地区主要经销普材和低合金，大约月消耗吨

5、博兴地区（冷轧基料）

博兴地区为山东最大冷轧基料需求加工基地。现博兴市场上有轧机的或者有规划上轧机的客户有：远大板业、华鲁伟业、科瑞板业、新美达新材料、正大、唐荣、华韵、山东全通、恒宇、明锐、长虹、名扬新材料、李南霞等。规划上轧机的条数是52条，其中现在正常生产的有24条。月需求SPHC大约24万吨左右。另外淄博市场有山东凤阳、淄博森钛（无酸洗需要酸洗卷）和博山的祥和。

供应商主要有（供应SPHC的）：宝钢、首钢、济钢、莱钢、国丰、新金、日钢、普阳、天铁。其中以国丰的定价为标杆，国丰的定价平衡上下游的利润空间。日钢优势体现在运输快，钢卷大、重。略势体现在价格偏高，产品质量含碳量偏高。

5、东营广饶地区主要是车轮钢，用量在2-3万吨左右

济南地区主要以普碳低合金，但是量较少。周边是重型汽车制造和时风机械制造。

6、济宁地区是工程机械，梁山挂车制造厂。

7、日照地区主要以普碳低合金为主，有5家做销售公司，有两家主要做卷板分别是日照金亿源，天健钢铁，日照金瑞联经营卷板和螺线，日照昊业和山东天宝经营螺线为主。

日照钢铁附近去年成立了一个日照中瑞国际物流园，目前还没形成规模客户已经入住3-4家，没有和日钢签订协议。通过日照经销商代订。

日照钢铁西门成立一钢材市场，日照嘉银钢材市场。办公楼还没建好，但是处于停建状态。

2012-3-10

热轧控制 篇3

关键字：可逆轧辊；主速度；微张力

中图分类号：TG335.11 文献标识码：A文章编号：1007-9599 （2011） 06-0000-01

Hot Strip Rough Rolling Reversible Roll Control Functions Research

Zhuang Ningning,Li Lei,Ding Mengyi

(Automation Department,Shandong Laiwu Steel Group,Laiwu271104,China)

Abstract:This paper analyzes the rough rolling reversible roll in the process of reversing the main control functions,improve the control accuracy of the thickness of rough rolling,rolling design has a lot of reference value.

Keywords:Reversible roll;Main speed;Micro-tension

莱钢1500宽带钢粗轧区的任务是把出炉的钢坯经过高压水除鳞，经E1/R1轧制，热卷箱卷取中间带坯并开卷、带坯头尾调换后输送到精轧区。加热好的坯料，由出钢机托出放到出炉辊道上，经粗除鳞箱除去炉生氧化铁皮后，由辊道送往E1、R1组成的可逆粗轧机组轧制（可逆轧制3～5道次）。R1采用四辊可逆轧机，轧机本体具有较高的刚度，能够提高中间坯的厚度精度和板形质量。为缩短车间长度，在R1末道次粗轧机组具有与热卷箱连轧连卷功能。

一、可逆轧辊主要控制功能

（一）R1的主速度控制。当粗轧区各种联锁条件都满足后，选择自动或半自动控制，此时每块钢的轧制道次数及各道次的咬钢速度、轧制速度、抛钢速度设定值由过程机或HMI设定。速度设定的内容有：轧机的咬（抛）钢速度的设定和轧制速度的设定。在工艺和设备允许的情况下，希望以尽可能快的速度进行轧制，以提高生产率。

两种设定方式：手动方式和自动方式。

手动方式由操作工在HMI画面上指定。

自动方式下，轧机的咬（抛）钢速度由工艺部门制定（在HMI画面设定）。咬（抛）钢速度确定后，轧机轧制速度按下式进行设定：

VR1（I）＝R1_SPEED_IN*（1+K）

式中：VR1：R1轧制速度

R1_SPEED_IN：R1咬钢速度

K：比例常数

对于电机来说，其允许的速度范围有一定的限制，所以轧制速度还应满足下式：

Vmin≦VR1（j）≦Vmax，式中：Vmin、V max，分别为轧机速度的上下限。

在不同时刻送出R1的速度设定值。在钢坯还未到来时，轧机以空转速度（爬行速度）运行；当钢坯使VE1前的热金属检测器HMD ON 时，R1开始以咬钢速度运转，准备把钢材咬入；当钢材咬入到R1时，此时设立两个软件定时器，一个叫开始加速定时器设为Ta1，一个叫开始减速定时器设为Td1。开始加速定时器所设的时间很短，当R1负荷继电器信号ON即R1咬入钢坯延时Ta1后升速至轧制速度运行。开始减速定时器设置的目的是保证在钢材尾部离开R1轧机时，其速度恰好等于抛钢速度，当开始减速定时器时间到时，送出抛钢速度直至抛钢。当R1负荷继电器信号OFF时，R1减速为零。然后立即进行R1 APC和R1前后推床位置APC定位控制，在APC定位完成后，R1准备偶道次反向轧制并升速至反向咬钢速度信号且以此速度运转，当钢材从反方向又进入R1时，这时和正方向相同，同时为反方向设立Ta2和Td2（每道次二者数值不同），当钢材在反方向离开R1时，VE1侧压APC完成，R1压下APC完成，R1前后推床位置APC完成，此时R1又进行正方向轧制，情况又和第一道次完全一样，如此循环。

R1轧机的速度曲线（以轧制三道次为例）如图1：

（二）微张力控制。VE1立辊轧机和R1可逆轧机进行奇数道次轧制时形成连轧，在R1偶数道次轧制时VE1立辊打开空过，在R1和VE1连轧时，以R1轧机速度为基准，根据秒流量相等的原则，对VE1进行速度设定和调节。即

VVE1=（1-ε）VR1

其中：ε--压下率（0<ε<1）

微张力控制的关键，在于如何去比较准确地检测出张力，并能保证一定精度，然后再去对张力进行控制。粗轧区VE1、R1双机架连轧微张力控制的方法采用头部力臂记忆（轧制力轧制力矩比记忆）的方法，由于张力对轧制力及轧制力矩的影响不同，而温度对轧制力及轧制力矩的影响基本相同，因此采用轧制力轧制力矩比法后可消除温度波动对张力控制的影响。

E1、R1轧机微张力如图2：

图2：粗轧E1、R1轧机微张力控制示意图

（三）R1轧机辊缝的APC功能。自动位置控制（APC）系统是指在指定的时刻将控制对象的位置自动地调节到预先由过程机或是HMI给出的目标值上，使调节后的位置与目标值之差保持在允许的误差范围内。

R1轧机辊缝空载设定采用两种方式：

1.手动设定：根据轧钢经验，通过键盘将辊缝设定值输入计算机作为给定值。

2.自动设定：（1）由计算机根据坯料的有关参数（道次、压下量、温度、钢种等）采用内存中查表的方法选取合适的辊缝设定值。（2）由计算机根据坯料的有关参数离线计算后将计算出的各道次辊缝值做为设定值。

二、结束语

根据该系统运行的实际效果看，该控制系统合理，控制先进，功能丰富，运行安全稳定可靠，很好地完成了带钢的厚度控制，确保了生产的顺行，取得了极好的经济效益。该自控系统具有一定的自扩展、自学习功能，在本行业及其他相关行业具有很高的推广价值。

热轧精轧机交叉辊控制 篇4

关键词：热轧,PC轧机,交叉辊控制

0 引言

随着社会的发展和生活质量的提高, 用户对各种带钢产品的需求量显著增加, 对钢铁产品质量、品种、性能方面的要求也越来越高。板形精度是热轧带钢的一项主要的质量指标和决定产品市场竞争力的重要因素。由此板型控制对于热轧线来说是至关重要的, 本文主要介绍PC轧机在基础自动化方面的板型控制——交叉辊的控制方案。包括正常轧制时, 交叉角根据L1/L2设定值自动定位功能;换辊时, 结合换辊步骤打开/关闭3mm功能;维护时, 单动或联合点动交叉头功能;换辊前或轧制零调时, 自动归0功能;以及测量交叉头间隙功能;并结合现场实际情况实现单侧打开/关闭3mm。

1 概述

某热轧精轧机组F2~F7采用PC轧机, 成对轧辊交叉, 即上支撑辊与上工作辊作为一对, 下支撑辊和下工作辊作为一对, 交叉角控制范围0~1.5°。上下交叉头各由一个电机控制, 入口或出口交叉头可单独动作, 依靠对应离合器和抱闸的开闭实现。上下两对辊组轴线的垂直面相交成一个很小的角度, 从而得到很大的辊凸度。偶数机架交叉辊始终往带钢轧制正方向交叉, 奇数机架的交叉辊始终往带钢轧制反方向交叉。

方向定义:RM方向=入口方向=PLG读数为负值DC方向=出口方向=PLG读数为正值

轧辊交叉系统的主要目的是改变辊缝形状, 使距轧辊中心越远的地方辊缝越大。这种设计的板凸度控制功能与采用带凸度的工作辊相同, 通过调整轧辊交叉角度即可对凸度进行控制。凸度与交叉角关系式:

式中, b为带钢宽度, mm;θ为交叉角度。Dw为工作辊直径, mm。

交叉辊的主要控制设备有2个电机 (上交叉辊电机、下交叉辊电机) ;4个离合器 (上入口离合器、上出口离合器、下入口离合器、下出口离合器) ;4个抱闸 (上入口抱闸、上出口抱闸、下入口抱闸、下出口抱闸) 。位置反馈有4个PLG;紧急限位8个, 每个交叉头设置入口和出口紧急限位。交叉头动作时随动设备有入口回拉缸、出口回拉缸, 交叉追随, 出口上切水板、出口下切水板。

1.1 PC轧机控制方案

1.1.1 模式说明

交叉头工作模式共分四种: (1) A模式: (自动状态) 处于轧制或轧机运转状态下, 且PC未处于运转状态; (2) B模式: (运转状态) 出侧交叉动作; (3) C模式: (运转状态) 入侧交叉动作; (4) D模式: (手动状态) 换辊状态或手动状态。

交叉头模式模式切换后, 对应回拉缸、交叉追随、出口上切水板和出口下切水板状态也发生变化;

1) 回拉缸控制。方案如图2所示。2) 交叉追随、出口切水板控制。方案如图3所示。

1.1.2 位置与角度转换

目标凸度与交叉角角度存在一定关系, 因此L1/L2对交叉辊的设定值为角度;而L1控制对象及位置检测都是位置;角度与位置的转换关系如下:

式中:

θ为交叉角角度;a为轧机中心线与交叉头中心的距离, mm;S为交叉角平均位置,

1.1.3 交叉角设定

交叉角设定主要用于正常轧制时, 根据L1/L2设定值通过APC进行交叉角动作, 完成角度自动定位, 见图4。

主要有以下几个步骤:

1) A/B/C/D模式切换指令:切至B模式 (TO DEL) 或C (TO ENT) 模式;

2) 所有离合器高力矩;

3) 所有抱闸打开;

4) 上下交叉头动作;

5) A/B/C/D模式切换指令:切至A模式;

6) 所有抱闸关闭。

1.2 交叉头打开/关闭3mm

交叉头的开闭在换辊时使用, 结合换辊步骤打开/关闭3mm, 在辊座与交叉头之间留出足够的间隙, 见图5。

打开3mm步骤:

1) A/B/C/D模式切换指令:切至D模式;

2) 离合器指令:上出口离合器高力矩, 下出口离合器高力矩;

3) 抱闸:上出口抱闸打开, 下出口抱闸打开;

4) 交叉头动作:上出口和下出口交叉头向设定3mm位置动作;

5) 抱闸:上出口抱闸关闭, 下出口抱闸关闭;

6) 离合器指令:上入口离合器高力矩, 下出口离合器高力矩;

7) 抱闸:上入口抱闸打开, 下入口抱闸打开;

8) 交叉头动作:上入口和下入口交叉头向设定-3mm位置动作;

9) 所有抱闸关闭。

关闭3mm步骤, 见图6:

1) A/B/C/D模式切换指令:切至D模式;

2) 离合器指令:上入口离合器低力矩, 下入口离合器低力矩;

3) 抱闸:上入口抱闸打开, 下入口抱闸打开;

4) 交叉头动作:上入口和下入口交叉头向设定0mm位置动作;

5) 抱闸:上入口抱闸关闭, 下入口抱闸关闭;

6) 离合器指令:上出口离合器低力矩, 下出口离合器低力矩;

7) 抱闸:上出口抱闸打开, 下出口抱闸打开;

8) 交叉头动作:上出口和下出口交叉头向设定0mm位置动作;

9) 所有抱闸关闭。

1.3 单动和联合点动

交叉头单独动作用于入出侧交叉头位置存在偏差的校正。

以下几种点动组合方式:

单独点动:入口上交叉头, 出口上交叉头, 入口下交叉头、出口下交叉头。

联合点动:上部交叉头、下部交叉头、上下交叉头。

1.4 自动归0

换辊和轧机零调开始时都需要交叉角在0位, 在预换辊和零调开始时都会发让交叉辊自动归0的指令。交叉控制方法同2.1交叉角设定, 只是设定值为0, 由换辊或零调触发。

1.5 间隙检测

间隙检测利用电机堵转原理简单确认轧辊轴承座与交叉头之间的间隙, 如图7所示。

偶数机架

1) A/B/C/D模式切换指令:切至B (TO DEL) ;

2) 所有离合器高力矩;

3) 所有抱闸打开;

4) 上下交叉头动作+0.08;

5) A/B/C/D模式切换指令:切至C (TO ENT) ;

6) 所有离合器高力矩;

7) 所有抱闸打开;

8) 上下交叉头动作-0.08;

9) A/B/C/D模式切换指令:切至D;

10) 离合器指令:上入口离合器低力矩, 下入口离合器低力矩;

11) 抱闸:入口抱闸打开;

12) 延时1s;记录此时入口交叉头位置;

13) 入口交叉头向出口以10%速度动作;至少1s, 且上入口交叉头位置两周期内无变化后, 延时500ms, 速度=0并记录此时上入口交叉头位置;下入口交叉头位置两周期内无变化后, 延时500ms, 速度=0, 并记录此时下入口交叉头位置;

14) 离合器指令:上入口离合器高力矩, 下入口离合器高力矩;

15) 抱闸:入口抱闸打开;

16) 入口交叉头恢复锁紧前位置APC速度;

17) 所有抱闸关闭。

奇数机架:

1) A/B/C/D模式切换指令:切至C (TO ENT) ;

2) 所有离合器高力矩;

3) 所有抱闸打开;

4) 上下交叉头动作-0.08�;

5) A/B/C/D模式切换指令:切至D;

6) 离合器指令:上入口离合器低力矩, 下入口离合器低力矩;

7) 抱闸:入口抱闸打开;

8) 延时1s;记录此时入口交叉头位置;

9) 入口交叉头向出口以10%速度动作;至少1s, 且上入口交叉头位置两周期内无变化后, 延时500ms, 速度=0并记录此时上入口交叉头位置;下入口交叉头位置两周期内无变化后, 延时500ms, 速度=0, 并记录此时下入口交叉头位置;

10) 离合器指令:上入口离合器高力矩, 下入口离合器高力矩;

11) 抱闸:入口抱闸打开;

12) 入口交叉头恢复锁紧前位置APC速度;

13) 所有抱闸关闭;

结果:上部间隙为入口向出口动作前上入口交出辊位置-动作后位置;下部间隙为入口向出口动作前下入口交出辊位置-动作后位置。

2 功能改进

根据现场实际使用情况, 结合本钢厂交叉角的机械结构, 完善打开/关闭3mm功能。

现场情况:某钢厂4个交叉头由2个电机控制, 通过切换4个交叉头上的离合器实现4个交叉头的单独动作。轧钢时, 4个交叉头离合器都在H力矩状态, 4个交叉头一起动作;而换辊时打开/关闭3mm, 却是入口侧2个交叉头一起动作, 出口2个交叉头一起动作, 入口和出口离合器不能同时吸合, 但如果离合器出故障, 有一个或一侧的离合器故障, 无法脱开, 交叉头无法打开3mm, 换辊无法顺利进行, 但此情况下不正常影响轧钢;

解决方案:考虑换辊时间、生产节奏, 在HMI的交叉角画面上添加“ENT”和“DEL”两个按钮, 选中后, 执行打开/关闭3mm时, 不执行相应侧的交叉头动作, 并完善接口, 使换辊能够顺利进行。

3 结束语

本文详细介绍了交叉角在基础自动化的控制方案。某钢厂使用上述PC轧机控制方案已稳定运行使用数年, 板型良好, 实践证明本文中介绍的交叉角控制方案效果良好。

参考文献

[1]何一明.PC轧机的工作原理和特性简析[J].武钢大学学报, 1997 (-1) .

锌锅用热轧钢板解理断裂行为分析 篇5

锌锅用热轧钢板解理断裂行为分析

随着冶金设备和技术水平的不断提高，中国钢铁企业生产的钢板质量和性能也得到较大的提升。然而仍不可避免有灾难性钢板脆性断裂失效事故发生，影响了用户的使用安全和钢厂的产品信誉。钢板发生断裂的原因十分复杂，涉及应力载荷条件、使用环境、钢板本身质量等等诸多因素，因此失效分析并不那么容易!尤其是对技术人员认为本不该脆断的具有良好塑性的低强度级别热轧钢板。

鞍钢技术中心的学者通过断裂试样断口的宏观和显微分析、显微组织表征、拉伸和冲击试验以及解理断裂应力条件，讨论分析了锌锅用低强度级别钢板弯曲成形断裂的微观解理断裂行为。结果表明，钢板发生解理断裂的微观机制与冲击试样断裂相同，即晶粒尺寸控制的穿过晶界的裂纹扩展是解理断裂的临界事件。粗大的铁素体晶粒的面积分数过高显著降低了裂纹扩展阶段所需的局部解理断裂应力σf。断口宏观分析判断在钢板边部应存在导致应力集中的初始裂纹源，这极大降低了启动解理断裂的断裂应力并同时提高裂纹源前端的正应力σxy，扩大了解理断裂活跃区至初始裂纹前端，从而不可避免地发生脆性解理断裂。

热轧控制 篇6

【关键词】控制结构;辊缝;卷径计算

0.简述

热卷箱装设在粗轧区R1机后辊道与飞剪机之间。它将粗轧机轧完后的中间坯弯曲卷绕成卷。然后反向以粗轧出口的中间坯尾部为头部，开卷后送往切头飞剪和精轧机组。 热卷箱一般由偏转辊、弯曲辊、成形辊、稳定器、移送托卷辊、开尾辊、开尾销、出口夹送辊等部分组成。经粗轧后的中间坯进入热卷箱之前，先经过热卷箱前侧导板，将中间坯引导着沿轧制中心线进入热卷箱。中间坯经热卷箱前侧导板对中后，进入偏转辊，偏转辊及其导板将中间坯折向斜上方向，并送入弯曲辊。弯曲辊的辊缝由计算机设定好。弯曲辊上面两个辊，下面一个辊子，下辊固定在机架上。由上面两个辊同时压向下弯曲辊。中间坯在三个辊之间被弯曲。辊缝的大小直接影响卷绕变形曲率。变形曲率与材质、温度、厚度和辊缝大小有关。中间坯弯曲过程中含有弹性弯曲和塑性弯曲两部分，其主要的弹性弯曲部分，在轧件经过弯曲辊之后立即弹复。而塑性弯曲部分则保留下来，在成形辊附近被“限制”而保持稳定卷绕。随着卷绕长度(或卷绕层数)的增加，已卷绕的重量增大，到增大一定程度之后钢卷掉下，被1#托卷辊托住继续卷绕。热卷箱稳定器同时向钢卷两侧面靠拢，起到稳定钢卷侧面和防止热辐射损失的作用。所以稳定器的开口度略大于中间坯宽度。 由于粗轧末道次轧出的中间坯长度有时会大于粗轧机到热卷箱之间的距离。即轧件尚未完全轧出R1时中间坯已进入热卷箱卷绕，所以要求热卷箱的速度与R4末道次轧制速度相匹配，而实现“连轧、连卷”的功能要求。热卷箱开卷后，经飞剪切头和精除鳞机后立即进入F1精轧机。热卷箱开卷位置中心距F1轧机中心约18米，所以它远小于中间坯长度，所以热卷箱开卷速度要与E2和F1的入口速度相匹配，实现“连开连轧”的功能要求。莱钢1500mm轧机热卷箱在整线上是轧制工艺的中间环节，带钢经过热卷箱卷曲、再开卷可减少带钢头部和尾部的温差，从而提高了产品材料的均匀性，缩短输送辊道等优点。

1.热卷箱弯曲辊辊缝控制系统的设计实现

1.1弯曲辊

弯曲辊是使中间坯进入弯曲辊产生所设定的中间坯弯曲曲率半径，然后实现中间坯的完全卷曲成卷。完成上述功能根据中间坯的厚度、宽度、材质等因素设置弯曲辊辊缝。辊缝设置由下面二个公式分别计算入口弯曲辊辊h1，出口弯曲辊辊缝h2，入口弯曲辊出口弯曲辊辊缝大小分别由四个液压缸驱动作位置调整显示(通过位置传感器)便可完成弯曲辊辊缝的设置。

弯曲辊包括一个三辊弯曲装置和位于上部两辊之间的一个挡板. 下弯曲辊安装在热卷箱侧机架上. 上部入口弯曲辊安装在一个枢轴架上, 该枢轴架安装在侧机架上并由侧机架上安装的两个液压缸来提升. 上部出口弯曲辊安装在一个枢轴架上, 在上入口弯曲辊的中心处用枢轴连接并由上入口弯曲辊机架上安装的两个液压缸来提升. 两个上弯曲辊由一个250千瓦电机通过一个双输出减速箱来驱动, 而下辊由一个250千瓦电机通过一个单输出减速箱来驱动.

四个油缸中的每一个都配有一个内部的传感器并通过一个比例阀来操纵. 这允许每个辊在所有时候和在任何工作条件下都能保持与下弯曲辊间准确的平行度. 设定的两个辊缝保证将按规定的曲率弯曲中间坯，此曲率会使曲线头的端部接触到上部成形挡板。辊缝设定值是中间坯厚度的一个函数。对于两个辊缝，操作员有一个辊缝偏移量，用此值可以调整弯曲动作。在开始成卷阶段，辊缝要保持恒定，然后当带卷直径增大时，上部弯曲辊机架将逐渐提升以保证稳定成卷并控制中间坯的反向弯曲。

在所有的工作条件下, 传动侧和操作侧必须保持准确的同步.

(1) 3个弯曲辊（入口弯曲辊，出口弯曲辊，下弯曲辊）：

直径：450mm

长度：1550mm

最大速度：5m/s

(2)顶部弯曲辊液压缸定位精度：+/-0.05mm

1.2 弯曲辊辊缝的位置参考值

(1)热卷箱控制系统使用PLC中的两个公式以便自动调节上下弯曲辊之间的距离。公式如下：

辊缝=a x 中间坯的厚度+bx宽度+c x材料硬度+ d+ 操作员辊缝偏移量

(2)厚度由2级自动化系统提供或由操作员在HMI显示屏上输入。

(3)其中’a’,’b’,’c’ 和’d’是恒量。

(4)入口和出口的辊缝偏移量是由操作员给定的，以便自动调节辊缝设定值，使其适合实际的操作条件。

a = 0.75；b = 49；c = 1.15；d = 0；e = 0；f = 20

(5)当松卷时，热卷箱会为下个中间坯准备好并假定中间坯厚度不变，除非之前已有新的中间坯信息发给热卷箱控制系统。

(6)在启动粗轧机最后道次和粗轧机控制系统后，粗轧机将发送最终材料的信息，且如有必要，热卷箱控制器将在中间坯到达HMD1之前改变辊缝位置。

(7)当带卷直径达到900mm（在控制器内可调）时，出口辊缝开始按下表1增大。

(8)当HMD1是关闭+定时器，入口辊缝将以最快的速度变大。这有助于使尾部保持平直便于开卷，并且减小尾部脱轨的可能性。

1.3 操作员干预

(1)操作员可以通过操作台上的“成卷速度控制器”来控制弯曲辊的速度。当RM的金属在机架上的信号一消失，“成卷速度控制器”就会激活，并且一直保持激活状态直到下一个中间坯的操作开始。

(2)操作员可以通过HMI更改经过RM中间辊道的热卷箱的导引速度（CLS）。

(3)随时可以使用“压出按钮”。按下这个按钮将会减慢RM速度基准（如果在连续方式下），和中间辊道基准并给一号托辊一个较快的速度基准。减慢的数量是当前速度的3%。

(4)热卷箱操作员可以在HMI中更改上部入口和上部出口辊缝的弯曲辊缝偏移量。

(5)热卷箱操作员可以在任何操作方式下，使用“入口弯曲辊缝”和“出口弯曲辊缝”按钮来修改弯曲辊缝。移动量作为一个偏移量使用并且在中间坯的整个处理过程中保持。当为下一个中间坯设定辊缝时，偏移量取消。

(6)在手动方式下，弯曲辊缝保持在同一个位置处，除非操作员改变它，或是激活自动或模拟方式。

1.4 标定

(1)操作员在HMI校准屏上有一个上弯曲辊的直径输入。

(2)操作员在HMI校准屏上有一个下弯曲辊的直径输入。

(3)当校准辊缝时，必须首先校准入口辊缝，并且出口辊必须完全离开下辊。

(4)操作员通过下降机架来校准入口辊缝，直到上入口弯曲辊接触到下弯曲辊，然后按下HMI校准屏上的校准按钮。

(5)校准出口辊縫，首先设定入口辊缝准确地为100mm。然后下降出口辊机架，直到上出口弯曲辊接触到下弯曲辊，然后按下HMI校准屏上的校准按钮。

2.结论

由于系统采用了良好的弯曲辊辊缝系统控制，自投运以来设备运行良好，很少出现堆钢废钢现象，创造了很大的经济效益。■

【参考文献】

［１］陈桂友,李岐强.自动化专业英语.山东工业大学,2001.

［２］王有铭,簏守礼,韦光.控制轧制.北京:冶金工业出版社,1986.

［３］喻士林等.电气传动自动化技术手册.北京:机械工业出版社,1992.

热轧层流冷却与温度控制浅析 篇7

1 层流冷却的原理

层流冷却技术是使经过精轧轧制后的带钢在输出辊道上使其表面覆盖上一定厚度的水层, 由于带钢与水、空气间存在热交换作用, 使带钢快速冷却到生产工艺要求的卷取温度偏差范围内。各环节的具体实现方法可以总结为使大量的低压水覆盖在带钢表面, 形成一层一定厚度的水层, 随着带钢前行, 层冷辊道两侧的侧喷水吹动覆盖的水层, 使水层得到不断更新, 不断将带钢的大量热量带走, 实现层流冷却水、空气对带钢冷却的目的。理论基础和生产实践都能证明, 对于热轧带钢来说, 层流冷却技术是一种很好的带钢冷却方式。冷却水从上下集管中连续而稳定的流出, 形成平滑、连贯的水流, 呈层流状直接接触带钢表面, 在带钢表面也形成层流, 流速稳定, 控制简单, 便于维护。层流冷却功能的温度控制精度高、控制也较为稳定、耗水量较低。

2 层流冷却控制的数学模型

我们通过热传导原理可以知道, 带钢在层流辊道上与冷却水、空气都可以进行热交换。其中带钢与冷却水的热交换称为水冷, 带钢与空气的热交换称为空冷。带钢表面温度用冷却时间的函数可表示为:

上式中T为带钢离开层流冷却区的温度, T0为层流冷却区的环境温度, Ti为进入层流冷却区的带钢温度, K为层流冷却模型自学习系数, P为时间常数, Z为带钢经过层流冷却区的时间。

按下面公式计算:

上式中h是带钢目标厚度, Te是带钢的导温系数, We是带钢的导热系数, K1、K2是模型系数、α1是上喷水与带钢的热交换系数、α2是下喷水与带钢的热交换系数、F是水温、水压和带钢速度综合修正系数。从数学模型可以看出带钢通过层流冷却区的温度随时间的变化是指数关系, 而带钢目标厚度、带钢导温、导热特性、冷却区冷却能力、水温、水压和带钢运行速度等都会影响到带钢温度指数降低的陡度。

带钢在粗轧机抛钢后, 经过模型计算, 精轧机架计算程序启动层流冷却卷取温度控制策略程序。根据钢种材质、规格、精轧机架数和卷取温度目标值等, 能够计算出冷却方案, 确定喷水模式、冷却方式和模型自学习系数等。之后进行层流冷却模型的预计算, 计算出实现目标卷取温度所需打开的喷水阀门数以及阀门打开、关闭的位置, 并完成最大冷却能力校验。然后模型启动带头调整程序, 计算出带钢头尾干头、热头等有特殊卷取温度要求所需的喷水阀门数, 再最后向基础自动化下发模型设定结果, 并在人机交互画面终端上显示结果。

层流冷却的控制量包括阀门个数、阀门位置、喷水模式等, 被控量是带钢卷取温度。

3 层流冷却控制难点

提高卷取温度的控制精度是保证热轧带钢产品质量和较好板型的关键因素, 然而提高卷取温度控制精度仍存在着一些控制难点, 这些难点可归纳为:

1) 影响卷取温度控制精度的因素较多, 而且这些因素对其影响较为复杂, 包括钢种材质、目标厚度、运行速度, 集管冷却水流量、水压、水温及水流运动形态、精轧出口的终轧温度、热传导、对流、辐射的条件, 还有层流冷却装置的设备状况等等。以上因素都影响层流冷却的控制机理, 而且其中有一些具有很强的时变性, 因此很难将这些因素在温度控制在线数学模型中全部考虑。2) 层流冷却水量的调节是不连续的, 它控制的单元是一个水阀所控制的水量, 而卷取温度控制精度就受这个单元大小的影响。3) 一般情况下, 卷取前高温计CT安装在层流冷却区外的10m甚至更远位置。相对于控制点, 在时间上高温计对温度的检测滞后程度较大, 极易产生振荡现象, 严重制约反馈控制。另外, 在水阀封水效果不好的情况下, 控制水阀的开关及冷却水从出水口落到带钢表面, 会产生较大滞后效应、不利于模型对带钢的动态控制。4) 层流冷却集管等设备装置分布在精轧出口80多米长的输出辊道的上、下方。带钢上任一点通过层流冷却区都需要5~15s的时间, 由于带钢在输出辊道上存在一定的加速度, 带钢上各点通过层流冷却区的时间差异较大。所以说层流冷却控制实际上是在很长的输出辊道上对处于加速运动中的带钢沿长度方向逐点 (段) 温度控制。可见, 卷取温度控制是一个较为复杂的分布控制过程。5) 带钢在层流冷却过程中, 存在如奥氏体到铁素体的转变此类的相变。冷却过程中, 还存在复杂的导热现象, 这些都对热流换热系数影响很大。

4 结语

综上所述, 从模型温度控制的角度, 卷取温度控制的难点可总结为:带钢上任一点从精轧末机架运行到卷取高温计时, 该点和其后相当长一段带钢的冷却过程实际已完成。但是, 在冷却过程中, 又不可能对各点温度进行实测和通过实时调节层流冷却水量进行控制, 但同时又要满足带钢上各点到卷取高温计CT时检测的卷取温度都在工艺要求的卷取温度偏差范围之内。也就是说, 在控制过程中, 无法对受控带钢的温度实时检测的情况下, 对带钢全长各点的卷取温度进行目标控制, 最终保证带钢上各点到达控制终点位置时, 卷取温度满足工艺要求的目标温度及偏差范围要求。

摘要：层流冷却作为控制带钢冷却技术的重要组成部分之一, 直接影响带钢的组织性能, 因此层流冷却是热轧生产中的一个非常重要的环节。

关键词：层流冷却,控制,热轧,温度,模型

参考文献

[1]孔鹏祥.1500mm热轧带钢层流冷却自动控制系统研究与应用[D].上海交通大学, 2013.

[2]程剑.热连轧带钢层流冷却过程中相变有限元分析[D].武汉科技大学, 2013.

[3]蔡福来.热轧带钢层流冷却控制系统的研究与设计[D].华东交通大学, 2009.

[4]郑会平.热轧带钢层流冷却过程的建模与仿真研究[D].东北大学, 2008.

热轧控制 篇8

莱钢大型H型钢生产线于2005年9月建成投产,是一条集成多项冶金生产先进技术的现代化生产线。大型H型钢生产线建成投产以来,整体运行状况良好,但也暴露出以下几个方面的问题:

轧件腹板与翼缘温差过大。在生产现场对轧件不同部位进行温度测量的结果如下:较大规格的产品,轧后腹板与翼缘温差可达150度左右,甚至高达200度左右。这必将导致产品内部出现较大的残余应力并使断面各部位的组织和性能存在较大的差异。

使用过程中翼缘和腹板间出现裂纹。在大规格H型钢的使用过程中,切割出现腹板裂纹情况。初步分析是由于温差过大而导致残余应力过大造成的。

从目前的实际生产情况看,大型H型钢生产线轧机生产潜力较大,改善冷却条件后可进一步提高产能。

为均匀化H型钢断面温度场的分布、降低H型钢残余应力,减少H型钢腹板开裂现象、进一步发挥设备生产能力,实现对产品性能的可控性,决定增加雾化冷却系统。

2 系统组成

系统由西门子公司的S7400系列CPU415。构成基础自动化系统。采用一台工控机,配置19寸彩色工业终端,Windows XP操作系统合WINCC操作软件,组成计算机操作站,实现人机通讯(HMI)。见图1自动化系统配置简图。

冷却控制系统PLC通过以太网与HMI进行信息交换;利用HMI实现冷却系统的功能控制及状态监控;还可以以此平台进行工艺模型开发,实现功能扩展。现场检测及控制信号、就地操作信号均以直接I/O方式进主控制柜。

冷却控制系统PLC可以通过工业以太网与轧线主PLC实现通讯,接收来自轧线主PLC的信号,包括轧制速度、轧制道次、轧件位置等。液压站系统作为子站系统状态上传入冷却控制系统PLC,并在操作员站及控制台上显示,确保机后冷却段能够正常工作。

人机接口(HMI):该控制系统可根据不同的控制要求,通过人机接口是先自动化系统的人际接口功能。如:(1)针对不同的工艺要求,设定、修改控制所需要的来自主机的轧制信号的类型、类别等。若因特殊原因,主机不能给其提供信号,也可以自行设置控制所需的信号;(2)轧制过程中各设备状态、参数的动态显式及工艺参数的人工调整;(3)设备的一般操作及显示;(4)故障报警与记录;(5)生产报表的生成、存储等。

3 控制实现

本套控制系统是以高性能工业微机、可编程序控制器(PLC)为核心,用最新数字系统构成的现代化控制系统,工艺灵活性较高。该控制系统自成体系,不和生产控制系统发生干涉,安全级别较高。

系统的自动控制系统分为机械控制和水、气路控制,由同一套控制系统统一控制。整个系统的控轧、控冷装置是在PLC的控制下执行的。系统分为机架间冷却和轧机后冷却系统两部分。机架间冷却系统只在冷却装置的侧面安装冷却喷嘴冷却翼缘,机后冷却系统除了在冷却装置的侧面安装冷却喷嘴冷却翼缘外,还在腹板的上下位置设置冷却喷嘴冷却上、下R角。机架间冷却装置分为UR-E机架间冷却装置和E-UF机架间冷却装置两段。轧机后冷却系统总共分为五段,第1段冷却装置长度为11米,其余四段的长度都为7.96米。每段冷却装置上装有四个满行程液压缸,其行程为300mm。

系统将在一套安全、高精度的控制系统的控制下完成所有的功能。在工作过程中能够实现对机械系统、水路和气路系统的精确控制,以保证设备的安全和产品质量。

3.1 控制思路

轧制过程中机架间冷却段从第N道次开始冷却,机后冷却段不参与轧制过程中的冷却。

机架间冷却装置从第N道次(N可以根据需要由HMI人机界面进行设定)开始工作。当道次信号传输给计算机控制系统或者安装在UR-E轧机间冷却装置起始端的热金属检测器接收到红钢到达的信号时,控制系统对UR-E轧机间冷却装置和E-UF轧机间冷却装置发出执行命令,机架间冷却系统开始工作。

机架后的冷却系统在轧制过程中不参加冷却,只参与轧件出轧机后的冷却。为了节约用水,对机后各段冷却装置设置延时控制。当计算机控制系统接收到轧机发出的最后一道次的轧制信号或者安装在冷却装置第1段起始端的热金属检测器感应到的红钢到达的信号后,控制系统向机后冷却装置的各段液压缸发出命令信号,液压缸开始动作,把导轨推动到预定位置。第1冷却单元首先开始工作,其余4个冷却单元相继延时工作。当计算机控制系统接收到安装在冷却装置第5段末端的热金属检测器发出的红钢已通过的信号时,控制系统向各个冷却段发出停止命令,喷嘴停止工作,液压缸返回,H型钢冷却工作结束。其控制逻辑示意图如图2、图3所示。

3.2 控冷反馈控制数学模型及控制策略

控冷反馈系统是一个比较典型的大滞后系统,在PID控制的基础上,采用Smith预估器控制器来对滞后系统系统进行补偿,以获得更好的控制结果。

根据轧件温度的实测值与目标值的偏差,通过对必要冷却量的计算动态调节冷却喷嘴的开口度来消除温度偏差。必要冷却量是指轧件冷却过分或欠缺的集管排放水量,它表示轧件实际温度与目标温度之间的温度偏差,当必要冷却量大于0时,说明目前轧件实际温度高于目标温度,即轧件的冷却量不足,因此需增加向轧件喷水的集管数目;当必要冷却量小于0时,需减少向轧件喷水的集管数目。

每个精调集管所产生的温度降模型为:

控冷实测终冷温度偏差∆Τf与增减集管数N的关系计算如下:

式中:γ:比重,kg/m3

Cp:比热,kJ/kg℃

HF:腹板厚度,mm

V:夹送辊线速度,m/sec

QXF:每个精调集管热流密度,k J/m2h

lu:每个精调集管长,m

ΔTf:控冷实测终冷温度偏差,℃

N:消除ΔT所需的集管组数。

以上模型相当于只采用P调节时的模型,实际上不能直接采用。当采用PID控

制模型时,应作如下修改:

1)在使用PID控制策略时,将PID的放大倍数先设定为1,由此得到的PID控制算法的输出设为ΔTu;

2)将最终集管的增减量N的计算公式修改如下:

式中:α为控冷反馈控制调节因子,其取值范围为0<α<1。

VL:实测轧件线速度,m/s;

VMAX:轧件最高速度,m/s。

3.3 精轧机抛钢后的冷却水前馈控制策略

当轧件尾部减速及精轧机抛钢时要发生速度变化,因此,要预测轧件尾部速度并对尾部速度变化时喷水组态的补偿量进行计算。前馈控制以样本长度跟踪为控制周期,经过每一个样本长度输出一次前馈控制附加喷水组态,跟踪的样本长度由过程机给出。轧件的运行速度由夹送辊的线速度(现场调试时决定)给出,在每一个样本长度内,对速度采样n次(现场调试时决定),平均后作为轧件的当前运行速度。在精轧机抛钢时,过程机给出此时的控制冷却喷水组态并保持不变,PLC将根据实测的轧件线速度,对轧件尾部进行前馈补偿控制。前馈补偿控制的输出结果是:在过程机输出喷水组态的基础上,对集管进行开关控制。

3.3.1前馈控制模型

末机架抛钢后,轧件的运行速度由夹送辊的线速度VMD给出,此时过程机的前馈控制输出的喷水组态保持不变,由于抛钢后轧件的速度为VMD,由轧件的速度变化所产生的控冷温度预测偏差ΔT与增减集管组数N的关系计算如下:设精轧机抛钢的瞬间,轧件的线速度为VOL,过程机输出的喷水组态集管的总长度为LOL,所产生的温度降为∆TOL,则有下式:

设精轧机抛钢后,轧件的线速度变为VMD,此时输出的喷水组态集管的总长度为

LOL+∆LMD,所产生的温度降为∆TMD,则有下式:

式中:γ:比重,kg/m3

CP:比热,kJ/kg℃

HF:腹板厚度,mm

VMD:精轧机抛钢后轧件的实测线速度,m/sec

VOL:末机架抛钢瞬间轧件的锁定速度,m/sec

QXF:集管热流密度,k J/m2h

LOL:精轧机抛钢时喷水集管的总长度为LOL,m

ΔLMD:设精轧机抛钢后应输出的喷水长度的附加量长度,m

ΔTOL:精轧机抛钢时刻冷却集管喷水组态所产生的温度降,℃

ΔTMD:精轧机抛钢后冷却集管喷水组态所产生的温度降,℃

令上两式相等,则经过推导有下式:

在上式中,LOL与轧机抛钢时刻所输出的喷水集管数是对应的,作为一个实用的

前馈补充控制,可采样如下的补偿算法:

上式中:NUOL:为精轧机抛钢时过程机输出的冷却粗调上集管数;

NDOL:为精轧机抛钢时过程机输出的冷却粗调下集管数;

∆NUMD:为消除抛钢后轧件速度变化所需增加的精调上集管数;

∆NDMD:为消除抛钢后轧件速度变化所需增加的精调下集管数;

α:前馈控制调节系数,通常0.6≤α≤1,在现场调试时确定。

3.4 控轧控冷系统水气控制逻辑要求

在控制的过程中,机架间冷却装置的水路、气路按一个单元控制。机架后冷却装置的水路分为五个单元。

4 应用效果

本系统自投入使用以来,运转良好,极大提高了H型钢的成材率,创造了可观的经济效益和社会效益。

摘要：本文结合H型钢轧制的特点,制定了H型钢控制冷却的最优方案以及自动控制的思路与实现,其中控冷反馈采用Smith预估器来对滞后系统进行补偿,对H型钢控制冷却的研究有着极大的参考价值。

关键词：H型钢,控制冷却,自动控制,汽化冷却

参考文献

[1]王有铭.钢材的控制轧制和控制冷却[M].北京:冶金工业出版社,1995.

[2]陈火红.Marc有限元实例分析教程[M].北京:机械工业出版社,2002.

[3]董志洪.世界H型钢和钢轨生产技术[M].北京:冶金工业出版社,1999.

铝板热轧机的液压AGC控制 篇9

1 液压AGC的特点

液压AGC即液压压下厚度自动控制系统, 是利用电液伺服阀直接控制压下缸的位置, 使轧辊保持恒定的辊缝。它具有以下特点: (1) 安全可靠, 操作灵敏。由于AGC液压缸行程5～20mm, 可调范围大, 因而具有过载保护功能, 伺服阀控制灵敏可靠。 (2) 液压系统采用标准液压元件, 通用性好, 简化了机械结构, 同时较机械传动效率高。 (3) 惯性小, 响应快, 控制精度高。由于AGC缸等运动部件的惯性比电机的小, 它的加速度大, 可达120mm/s2, 压下速度可达5mm/s, 系统频率可达15Hz以上。与电动压下相比较其优越性见表1。 (4) 采用液压压下可以根据需要改变轧机的当量刚度, 实行对轧机从“恒辊缝”到“恒压力”的控制。

但是液压AGC系统比较复杂, 设备制造精度高, 一旦出现故障, 查找排除比较困难。尤其对油的污染特别敏感, 因此, 在维护中需非常注意。

2 液压AGC设备的组成

2.1 油箱。

全部采用不锈钢焊接而成, 容积1500L, 采用46#抗磨液压油, 为保证油的洁净度和温度, 系统设有自循环过滤 (过滤精度5μm) 和冷却装置。采用一台双联叶片泵, 利用大流量泵进行自循环。在油箱上配有高、低液面控制器及电接点式温度表, 以保证正常油面高度和温度。同时在操纵台上的工控机界面上设有报警显示。

油管采用不锈钢管和高压软管。

2.2 主泵站由两台高性能恒压柱塞泵组成, 一台工作, 一台备用。

电机地脚固定采用弹性缓冲垫, 可有效降低振动。高压泵的吸口装有限位开闭器, 可保证当吸口开闭器没打开时无法起动主泵。泵的出口有精密的双筒过滤器 (可手动切换, 过滤精度10μm) 。出口并联两个63L蓄能器, 保证泵站的压力恒定和油缸快速动作时补油。

2.3 阀前过滤块等部件。

为进一步保证伺服阀不被污染, 在阀前各装有一个高压过滤器 (过滤精度3μm) 。为保证伺服阀的压力恒定, 在阀的入口并联一个6.3L的蓄能器。在这个过滤块上还装有一个高压油瓶, 高压油瓶主要是在实现恒压力轧制时, 为更好地保证板材的板形而增设的。

2.4 伺服阀与压下缸部件。

伺服阀通过阀块安装在压下缸上, 据资料介绍, 当伺服阀与压下缸之间的配管从6m缩短到3m时, 系统的频率可以从10Hz提高到15Hz。因此, 采用将伺服阀直接装在压下缸上, 经过验证效果很好。伺服阀采用MOOG72系列, 流量96L/min (7MPa) , 压力可达31.5MPa。该阀精度高, 动作快, 性能稳定、可靠, 寿命长, 国内有与其相近似的阀可替代进口产品。在此阀块上还有压力传感器、安全阀及控制高压油瓶与压下缸相连通的电磁球阀。

压下缸装在牌坊窗口顶部, 在压下缸的活塞中间安装位移传感器, 活塞缸体材质都是S30Cr2Ni2Mo锻钢, 表面镀铬, 镀层厚度0.05～0.07mm。油缸密封选用进口材质的同轴密封圈, 其特点是摩擦阻力小, 低速起动性好, 寿命长 (可达3～4年) 。

3 液压AGC系统的控制原理。

如图1所示, 液压AGC系统的工作过程如下:

首先由给定电位器 (即位置信号给定装置) 预给定初始辊缝调整信号5, 此信号经放大器输入电液伺服阀4, 伺服阀将控制液压缸1的动作, 同时位置传感器将液压缸运动的位移量转变为电信号反馈到位置比较器5, 与给定的值相比较, 直到液压缸的行程达到给定值So时才停止动作, 此时即达到原始辊缝的设定值。

然后根据轧件的给定厚度, 预先输入与给定厚度相应的轧制力P0, 在轧制过程中, 轧制力发生变化, 输入压力比较器9与给定的轧制力P。比较后, 即可输出轧制力波动值dp, 给压力和位置转换器6转换成机座的弹性变形波动量dp/C, 调节系统装置7将调节系数CP与dp/C相乘后, 即可输出根据规定的机座定效刚度, 应该补偿的轧辊辊缝调整量CP×dp/C。

1-液压缸;2-位置传感器;3-压力传感器;4-电液伺服阀;5-位置比较器;6-压力和位置转换器;7-调节系统装置;8-综合比较调节器;9-压力差运算器

上述的压力反馈回路和位置反馈回路的信号均输入综合比较调节器8中, 只要调节器8有信号输出, 电液伺服阀就根据这一输出信号是液压缸动作, 直到偏差信号为0, 液压缸才停止动作, 此时, 轧机按规定的机座等效刚度进行了一次轧辊辊缝的调整。

在压力反馈回路中, 给出不同的辊缝调节系统Cp就能使轧机突现出“恒辊缝”控制到各种软特性控制的厚度控制。如果将位置反馈回路断开, 仅使轧制力P与给定的轧制力Po相比较, 使系统保持P=Po, 这就是恒压力控制。

4 2000热轧机AGC电控系统的组成

图2是2000热轧机的压下控制原理图, 在2000轧机中有自动和手动两种控制方式, 操纵工可以按工艺要求选择自动或手动方式。在自动和手动控制中, 液压AGC都可实现定压和定位两种功能。选择自动控制和手动控制的区别在于:自动控制是每道次的压下量、轧制力是按一张预先排好的轧制表来执行的;手动控制是由操纵工按照经验设定每道次的压下量和轧制力。这两种控制方式都可实现机架的弹跳补偿。

4.1 定压控制。

当操作者通过选择开关K选到定压控制方式时, 此时, 压力反馈回路接通位置反馈为开路。是压力闭环, 属恒压控制。此时轧机并不调整由于坯料厚差所形成的轧件厚差, 此时轧件的板形最好。在2000热轧机上, 轧制力的给定是通过操纵台上的调节器输入给定的。如在轧制中产生压差将通过控制器、放大器、伺服阀来保证油缸压力恒定。在实际生产中, 轧制力不宜太大, 此时板形较好。一般自动控制很少使用。

4.2 定位控制。

当选择开关K选到定位控制时, 压力反馈回路开路, 位置反馈回路接通, 此时实现位置闭环。此时的厚控原理按照h=s0+Δp/c+Δs0

式中:h——轧后轧件厚度;

s0——原始辊缝;

ΔP/c——轧机经人工零位预压靠后的弹跳补偿;

Δs0——轧件在轧制中产生的厚差。

按照工艺特性, 对不同的合金板材, 可选择两种偏差补偿。

(1) 选取调节系数C0=0, 此时轧件厚差完全不补偿, 辊缝不调整, 保持恒定辊峰; (2) 选取调节系数C0在0～1之间, 此时轧件厚差按照C0的选取值不同, 对厚差进行部分或全部补偿。在2000热轧机经现场调试选取C0值在0.5～0.85之间, 轧出的板材偏差较小, 另一方面系统也较稳定。

由于2000热轧机是可逆轧机, 在坯料轧制中, 仅在轧制成品板材最后两道次时投入AGC进行厚差控制补偿。

结语

2000热轧机改造中增设液压AGC控制系统后, 功能进一步增加, 轧机的控制精度进一步提高, 产品的精度和质量明显提高。与原系统相比, 有许多新增功能, 例如可实现手动和自动程序控制, 并具有自动测定轧机刚度程序和自动靠零程序功能。系统软件采用施耐德Machbus plus操作系统, 功能强大, 操作方便。工控机选用质量可靠性能稳定的研华工控机。经过此次改造该轧机的装机水平及自动化程度都大为提高。

摘要：介绍了铝板热轧机液压AGC系统的控制原理以及AGC的几种控制方式。

热轧控制 篇10

连续式加热炉是轧钢行业中重要的工艺生产设备之一。加热炉在保证安全运行及完成加热钢坯任务的同时,还要考虑高效及经济地燃烧。如何采用合理有效的控制策略,当加热炉控制系统的负荷及煤气的质量等因素发生波动时,仍然能使加热炉内的炉膛温度、炉膛压力、排烟温度等参数稳定在控制范围之内,并且能够使加热炉工作在最佳燃烧区内,提高产品质量且能节约能耗、减少加热钢坯的氧化铁皮、降低对环境造成的污染等等,是提高企业竞争力的主要措施,也是企业界和科技界对加热技术改进一直关注的热门课题。

1 一种新的燃烧控制策略研究

1.1 燃料热值不稳给燃烧控制带来的问题

在目前国内运行的大部分加热炉中,为了降低成本投入,大都采用高炉煤气和焦炉煤气的混合燃料。当混合煤气热值的不稳定时,利用固定的空燃比计算出来的燃料流量往往会导致燃料流量和空气流量的不匹配,严重影响了炉膛内的温度控制效果以及加热炉燃烧系统的热效率。为了彻底解决煤气热值不稳问题,在下文中提出了一种新的燃烧控制策略。

1.2 燃烧控制系统结构

本文中提出了一种新的燃烧控制方法,即解开了燃料和空气的基本固定的配比关系,根据燃烧系统的供热平衡和燃料中可燃物质的燃烧平衡方程式,让供风(氧气)量跟随生产率和出钢温度设定值而变化,燃料需求量还是根据串级限幅控制来控制加热炉膛的温度。通过理论的分析和实践的证明,这种控制方法不仅能够很快地调整炉膛内的温度,而且能够保证空燃比在合适的范围之内,依然能够基本保证燃烧系统工作在最佳燃烧区域内,也保证了加热炉的燃烧效率。

燃烧控制系统的结构如图1所示:

1.3 控制系统设计的理论基础

下面我们来分析文中提出的新的燃烧控制策略的理论基础,在这之前,先来分析一下加热炉常用混合煤气燃料的组成。

1.3.1 高炉煤气和焦炉煤气

高炉煤气是炼铁的副产物。一般,高炉每消耗一吨的焦炭可以得到3800~4000米3的高炉煤气,数量是很大的。高炉煤气的特点是含有大量的N2和CO2,所以发热量比较低,通常只有3350~4200千焦/标米3,大型高炉煤气的热值则更低一些。高炉煤气由于发热量低,燃烧的温度也较低,火焰的辐射能力弱,在加热炉上单独使用困难,往往是和焦炉煤气混合使用。

焦炉煤气是炼焦的副产物,每炼制一吨焦炭可得400~450克/标米3焦炉煤气。焦炉煤气的主要可燃成分是H2、CH4、CO、C2H4等,此外还有H2S、焦油、氨、苯等,还有不可燃的CO2、N2和水分等,焦炉刚出来的煤气含有水蒸气300~500克/标米3。

一般在钢铁联营企业里,可以同时得到大量的高炉煤气和焦炉煤气,焦炉煤气和高炉煤气的产量的比值大约为1:10,单独使用焦炉煤气从企业总的能源分配来看是不合理的。所以,在许多钢铁联营企业里可以利用不同比例的高炉煤气和焦炉煤气的各种发热量的混合煤气,其发热量约为5900~9200千焦/标米3供企业各种加热炉作为燃料。

假设焦炉煤气在混合煤气中占的百分比为x,焦炉煤气的热值为R焦,高炉煤气的热值为R高,则混合煤气的热值为R混,R混=x R焦+(1-x R高。无论当高炉煤气或焦炉煤气各自的组成成分发生变化,或着高炉煤气和焦炉煤气的配比有波动时,都会影响混合煤气的热值R混。

1.3.2 理论空气系数和煤气热值之间的关系

在工程计算中,各种组分的煤气计算时都折算成标煤计算。折算时应该是燃料热值的线性关系。每标煤的燃料所需的空气的配比u应是恒定的,则从上可以得出,燃烧系统要求的理论空燃比应近似是热值RG的线性关系,即有u=K×RG,其中K是一个与煤气组成及热值无关的系数。

1.3.3 燃料完全燃烧所需空气量的计算

燃料中的可燃气体成分与氧进行的化学反应是燃料燃烧时的一个主要过程。燃料的可燃成分是由碳、氢、硫等元素组成。如果燃烧过程中所有的可燃气体成分都与氧化合成CO2、H2O、SO2等产物,这种燃烧称之为完全燃烧。如果燃烧产物中还存在有可燃物质,则称为不完全燃烧。燃料只有在完全燃烧时才能放出最大的热量,所以燃烧系统都要求做到完全燃烧。

为了达到燃料完全燃烧,应很好地组织燃烧过程并对燃烧过程是否完善进行检测,为此,必须进行燃料的燃烧计算,获得有关燃烧过程的重要数据。其中最重要的是燃料燃烧时所需的空气量。为了简化计算,在工程计算准确度允许范围内作以下假定。

1)对空气和烟气中的所有气体成分,包括水蒸气,都作理想气体处理。

2)在温度不超过2000℃时,在计算中不考虑烟气的热分解,也不考虑固体燃料的灰质的热分解产物,例如Ca CO3→Ca O+CO2的CO2,因为这部分产物是非常有限的。

3)略去空气中微量的稀有气体和CO2。

从供热平衡角度分析,设加热炉的生产率为P吨/小时,钢进来时的温度为T0,出钢温度设定值为TSP,钢的比热为C钢。生产率检测由红外探测器实现,通过检测出钢速度以及单位钢坯的重量,就可以计算每小时的出钢产量。在推钢式加热炉中,由于出钢和进钢的速度是一样的,则单位时间内进入的钢。加热成品所需要吸收的热量为Q吸热:

设煤气的热值为RG,即每立方米煤气完全燃烧能发出来的热量为RG,则单位时间内煤气燃料完全燃烧能发出的热量为F煤流×RG,其中F煤流为煤气流量。另外,排烟温度要带走一部分的热量Q排烟,冷却水要带走一部分的热量Q冷却水,再加上炉子本身不可避免的一部分热损失Q损失,包括炉门及其它不严密的地方逸出气体带走得热损失及不完全燃烧造成的热损失等等,都需要从煤气燃烧发热量来提供。从供热需求平衡角度,有:

设u为理论上应设定的空燃比,即每立方米的煤气完全燃烧需要u立方米的空气,为保证燃烧系统工作在最佳燃烧区域内,u应该随着燃料质量(与热值相关)的变化而变化,当煤气质量好,热值高时,单位体积的煤气完全燃烧需要相对多一点的空气,u要选择大一点,反之,u要小一点。

式(3)表示V煤流体积的煤气完全燃烧需要u×V空流体积的空气。由该式可以得到:

再由式(2)有:

代入(4)有:

上面已经分析过,空气过剩率u与燃料的热值RG近似呈正比关系,则(6)可写成:

其中K=u/RG。

从式(7)中可以看出,在假定Q排烟、Q冷却水和Q损失都不变的条件下，供风需求量是生产率P和出钢温度TSP设定值的函数。这样,当生产率和出钢温度不变时,供风量可以保持不变。当煤气的质量差时,可燃气体组成成分将降低,热值下降,按照原来的空燃比将不能保证最佳燃烧,实际燃烧中将有一部分空气多余,这样导致炉膛温度下降,由于流量仍采用串级控制回路,为保证炉膛温度,将会增加煤气流量,这样,实际的空燃比将会减少,这完全符合由于热值的下降导致实际空燃比的减少,燃烧系统仍能维持最佳燃烧或次最佳燃烧状态。反之亦然,当煤气质量好时,将导致炉膛温度升高,煤气的流量将会相应地减少,实际的空燃比增加,使系统维持在最佳燃烧或次最佳燃烧状态。

2 结论

在实际生产测试中,文中提出的燃烧控制方法,明显地提高了系统的响应速度,使炉膛温度能很快的跟随设定值的变化而变化。当加热炉的生产负荷发生变化时,从热平衡的角度来分析,供风流量马上跟着变化。实际的供风量的变化趋势基本上跟着生产率保持一致。与可变幅值的双交叉控制方法结果相比,当煤气的热值和生产率有波动时,煤气流量的变化幅值也不是很大,而且煤气流量和风流量的即时空燃比也基本合理,解决了煤气热值不稳给控制系统控制带来的困难。

摘要：加热炉是冶金企业最主要的耗能设备,其自动控制策略是过程控制领域内的一个重要的研究方向。本文以加热炉的控制系统设计为背景,就现场中遇到的燃料的热值不稳定等问题,提出了一种新的燃烧控制思想并作了深入的分析。此燃烧策略能基本保证最佳燃烧控制,使系统有更强的抗干扰能力,并且收到了比上述两种方法更佳的炉温控制效果。

关键词：加热炉,冶金企业,燃烧控制

参考文献

[1]何用梅.现代连续式加热炉[M].冶金工业出版社,1981.

低碳高强度热轧薄板生产技术研究 篇11

关键词 CSP 低碳高强度钢 低合金高强度钢

1 热轧高强度钢（板）的用途

随着我国和世界经济的发展，消费者对钢铁工业提出了越来越多的要求，与此同时，钢铁替代品的不断涌现也使得钢铁工业面临前所未有的竞争压力。钢材的高强度化成为钢铁工业近20年最具活力和创造性进展的领域，一系列热轧高强度钢（板）被越来越广泛用于建筑业、制造业和加工业，特别是载重汽车、轿车、桥梁、起重机、舰船、铁路、集装箱、容器、工程机械、甚至航空航天等领域。可以预见，高强度钢的用途将越来越广泛，也越来越重要，如火车提速、汽车减重等。

2 国内外高强度钢（板）的发展

提高钢材强度的一般途径有：高碳、合金化、热处理等，但都各有利弊。自上世纪50年代以来，低合金高强度钢（HSLA）作为成熟的钢种，比较大量的生产和应用，并形成一系列钢号和生产标准。

近年来，高强度钢的研发一直受到国内外的高度重视，不少国家，如日本，甚至将其列为国家重点研究项目，在欧洲最高级的研究项目- 尤里卡计划的新材料研究项目资助下，奥迪汽车等联合研制的轻型高强度薄板可以使汽车用钢减少25%。1994年，世界18家汽车生产厂联手成立了超轻汽车钢（ULSAB）财团，支持高强度汽车用钢的研究。我国“973”计划中更是把新一代高强度钢铁材料的研究作为重大课题。俄罗斯也在重点研究高强度铁道用钢，力图在降低车厢自重的条件下，车厢载重能力由60-70t提高到100-110t。

随着国内外高强度钢的不断研发，双相钢（DP）、相变诱导塑性钢（TRIP）、复相钢（CP）、贝氏体钢（B）、和马氏体钢（M）也相继投入工业化生产。各种高强度钢的强度和伸长率范围如图1所示。

国际上也形成一些先进的高强度钢生产厂，以瑞典，SSAB公司为例，该公司的TUNNPLAT厂2001年产钢材250万t，其中冷轧钢55万t，各种镀层板35万t，彩涂板20万t，热轧高强度板达到140万t，占其总产量的56%.

在SSAB生产的高强度钢中，屈服强度范围达到：315-700MPa，该公司正在开发750和800MPa级的极高强度板（UHS）。如图2所示。

但是，总的来说，在世界范围内的高强度钢领域，HSLA钢仍然是最主要的生产和应用钢种。根据最新统计，全世界HSLA钢的产量大约在8000万t左右，约占世界钢产量的10%，在工业发达国家，占钢产量的7%-15%[1]。1998年，我国HSLA钢的产量约为630万t[2]，约占钢产量的5%左右。

3 低碳高强度钢（HSLC）的研究和生产实践

本文所研究的冶金企业引进德国FUCHS150t竖式交流电炉和SMS CSP 生产线，1999年8月全线投产，二期新增意大利DANIELI 150t 预热式电炉、LF精炼炉、VOD真空处理炉、以及SMS薄板坯连铸机各1座/台。是国内唯一1条短流程CSP生产线，具有生产周期短、产品精度控制和强度控制好等一系列优点。

自1999年8月一期工程投产以来，一直注重于新产品开发，特别是市场欢迎的高强度热轧板的开发，已开发出X52、SPA-H、ZJ510L、ZJ590L等一系列鋼种，在热轧钢板的传统钢种领域，对应生产的ZJ330、ZJ400、ZJ470等系列钢种的普遍特点是在塑性不降低且更优的情况下、强度均高于类似国标钢种，创造出一种低成本生产高强度钢的生产工艺流程，低碳高强度钢（High Strength Low Carbon）已成为产品的一个鲜明特色。在现有工艺条件下生产的热轧高强度钢板有别于HSLA钢，最明显的差别是低碳、合金含量低、成分设计中没有添加任何微合金元素等，目前，开发的汽车用热轧钢板，最高强度等级已经达到600MPa。将生产的这类高强度钢统一命名为低碳高强度钢，简称HSLC钢。

3.1 热轧板的成分与性能特点

HSLC板性能特点如下：

（1）方向异性小（如图3所示）；

（2）伸长率高。目前所有品种均达到国标或JIS标准对伸长率要求，大部分品种均有20%以上的富余量，图4为ZJ330伸长率生产统计结果；

（3）焊接性能好。投产以来，未发生因为焊接性能不合导致的客户投诉；

（4）组织均匀，晶粒细小（如图5、6所示，略）；

（5）强度高。表1和表2例举了C<0.08%和C<0.20%两组朱钢生产的钢种和类似国标牌号在成分和抗拉强度方面的比较。

从表1和表2可知，在低碳系列钢种中，强度等级高于类似国标牌号约10%以上。正因如此，加上板材薄规格的优势，不少用户用低牌号的钢种代替国标高牌号的钢种，客观上已经实现了开发高强度钢的目标。

图7显示了几种典型钢种强度趋势，对比图2可知，钢板强度已进入超高强度范围，预计在几年内，可以用较低的成本开发出极高强度钢（600-700MPa级）。

综上述，热轧板在各向异性、伸长率、焊接性能等表现出优良的特性，当然，在某些性能指标方面，如某些钢种屈强比略高、特殊条件下存在带状组织等，其原因还在分析中。

3.2 生产工艺特点

（1）主要设备配置

炼钢系统：电弧炉/t 150×2、精炼炉/t 150×2、真空炉/t 150×1、 冶炼周期/min 60

原料 ：废钢、海绵铁、生铁

CSP铸机：类型 立弯式、流数1+1、坯厚度/mm 50、坯宽度/mm 1000-1350、中包容量/t 28、结晶器长度/mm 1100、拉坯速度/m·min-1 2.8-6、出坯温度/℃ 1050

辊底炉：长度/m 192、加热方式 燃油摆动式辊底炉、缓冲时间/min 20

CSP 精轧机：事故剪 液压定剪、除鳞 高压除鳞、轧机 6机架、带卷厚度/mm 1.2-12.7、带卷宽度/mm 1000-1350、卷重/t 23（最大）、工作辊直径/mm 720-800（F1-F3）540-600（F4-F6）、轧制力/t 3000、带卷冷却方式 层流冷却、卷取机 1、卷取类型 地下，踏步控制

在成分设计上不采取高合金化思路，仍能够保证生产出高强度钢的主要归因于先进的工艺控制手段，这包括洁净钢生产技术、CSP薄板坯连铸高拉速控制技术、温度控制技术以及控轧控冷技术等。

（2）洁净多生产技术

现代钢质量研究表明，提高钢水纯净度对于改善钢材综合性能具有非常重要的意义，薄板坯连铸机的生产实践也对钢水质量（成分和温度）提出严格的要求。

在采用废钢为原料、短流程工艺、无真空处理手段等不利条件下，通过优化配料、电炉全程泡沫渣控制、电炉终点控制技术、无渣出钢、优化的精炼造渣制度和吹氩控制技术以及钙处理工艺等一系列手段使精炼结束的钢水纯净度达到一个较高的水平，其中：

a[o]<3×10-6；TO<25×10-6；[N]<60×10-6；[S]<50×10-6；[P]<150×10-6；[Al]s<20×10-6；

（3）CSP薄板坯连铸高拉速控制技术

CSP薄板坯连铸机设计拉速为：4-6m/min，拉速的控制受到钢种、过热度、钢水温度等因素的限制，拉速本身同时又对铸坯组织性能及最终板卷性能产生影响，一般来说，拉速越高越有利于铸坯晶粒细化，但同时也导致铸坯表面质量恶化，同时增加了连铸漏钢的几率。因此，必须优化连铸配套的工艺条件，在连铸保护渣的研究、钢水上台温度和成分控制范围、SEN的使用等方面做了大量工作，针对不同的钢种和规格，摸索出最佳的拉速控制范围，目前，低碳钢平均的拉速水平达到5.3m/min，最高达到6m/min。

（4）温度控制技术

提高连铸连浇率是所有钢厂共的目标，对于薄板坯连铸来说，虽然拉速较宽的可调范围有利于连铸对钢水的适应性，但是，由于SEN寿命的限制，特别是由于性能稳定性的要求，多炉连浇是以稳定性为前提条件，主要是拉速的稳定，只有这样，才能保证稳定的铸坯组织和入炉温度，而拉速的稳定是以炉次见的成分和温度稳定为前提。目前已能够实现10炉（浇注时间 10 h）以上的稳定连浇。

另一方面，通过控制拉速和二冷水，保证出矫直机进均热炉的铸坯温度达到1000℃以上，并且铸坯表面和内部温度偏差较小，没有发生α→γ的相转变。

（5）控轧控冷技术

控轧控冷技术是在消化吸收SMS的轧制技术基础上进行优化板材性能控制的又一手段，通过对6机架间轧材中间品的解剖分析，了解到机架间轧材的组织变化，如图8和图9[3]（略）所示，为控轧控冷工艺的实现创造了条件。

在控制控冷工艺方面，主要比较了不同机架不同压下力对板材性能的影响，研究了不同终轧温度、卷取温度、冷却方式、成品规格等诸冷却条件下的冷却度及对成品板材力学性能的影响规律。

如图10可知，随着终轧温度的降低，可以看到厚度为2.0 mm的成品板的屈服强度有了明显的提高 ，由344MPa提高到 367 MPa，而其抗拉强度变化不大，均在400 MPa左右。不同终轧温度下成品板的伸长率变化也较为明显，终轧温度为840℃时，成品板的伸长率较低，仅为25%，另外两种终轧温度下成品板的伸长率相对较高，分别达到了29%和30%。

如图11所示，当卷取温度为640℃时，成品板的屈服强度和抗拉强度都相对较低，屈服强度为320MPa，抗拉强度仅为381 MPa。当卷取温度设定为550℃时，成品板的屈服强度和抗拉强度比卷取温度为640℃时都有了显著的提高，分别提高了24MPa和31MPa。在不同的卷取温度下成品板的延伸率相差不大，均在28%至30%之间。

3.3 低碳热轧板高强度化的成因初析

短流程CSP生产线生产的低碳钢板与普通厚板坯连铸軋制线生产的热轧板在组织形态和力学性能特征等方面表现出明显的差异性，特别是较高的强度方面，值得注意的是，在以前，对于这方面的研究工作国内外均很少有报道，投产以来陆续开展一些相关研究，初步取得一些进展。

3.3.1 晶粒细化

研究表明：晶粒细化是热轧板高强度化最主要的因素。

尽管由于铸坯薄、拉速快、冷却速度高，铸坯组织表现为：表面为细晶区、内部为柱状晶、基本看不到等轴晶的存在，但是，因为铸坯在连铸后的工始终保持在1000℃以上，F1～F2轧制中产生高温大变形率，导致奥氏体发生再结晶，F3～F6虽然轧制温度下降，奥氏体再结晶困难，但是由于变形量较小、道次间隔短，回复和再结晶进行不充分，造成应变不断积累，晶界上成核速度和形核点大大增加，终轧后，经过层流冷却，由于轧材较薄，因此冷却既较快，很快形成相变，铁素体在奥氏体晶界和晶粒内部大量形核，最终导致冷态组织明显细化。

3.3.2 纳米级粒子的析出

进一步的研究表明，在冷态组织中发现大量细小、弥散的A2lO3、MnS二相粒子析出物，约30mm左右，以及 Al2O3/MnS复合析出物，约 100～200mm左右，如图12（略）所示[4]。

初步分析表明：这些细小、弥散的析出物也是导致低碳热轧板强度提高的一个重要原因。

3.3.3 残余元素的作用

由于短流程的炼钢特性，以废钢为主要原料生产的钢水中不可避免的存在较高的[Cr]、[Ni]、[Cu]等合金元素，这些非刻意添加的合金元素特别是[Cr]、[Ni]等也客观上造成板材强度提高，关于这一点，在传统理论上已有解释。但其对强度的贡献有多大，对塑性的弱化有多大？目前仍在进一步研究中。

4 结论

（1）在短流程CSP生产线一定的工艺条件下，普通低碳热轧钢板的强度可以提高2倍，达到400-600 MPa，并且，其他力学特性仍保持优良水平。

（2）低碳热轧板高强度化的主要原因是：晶粒细化、纳米级粒子的析出以及残余元素的作用综合结果。

（3）低碳高强度钢（HSLC）由于不以合金化或微合金化为主要强化手段，因此，与HSLA钢相比，在成本上具有明显优势。

参考文献

1 王祖滨，沈 荣.建筑钢结构用低合金高强度钢 .钢结构，2002，3，47.

2 东 涛，付俊岩.我国微合金化技术应用和微合金化钢发展的调查.2001中国钢铁年会论文集，北京：2001.719.

3 霍向东.CSP连轧过程中低碳钢的组织变化规律.钢铁，37（7）.

热轧控制 篇12

1 自动化控制系统

1.1 系统组成。

热轧板带生产线特点是连续、高速、实时、高精度, 在马钢2250热连轧线控制系统完全体现了这样的特点。如图1所示, 通过EGD网络, 二级服务器直接与基础自动化以及特殊仪表通讯;通过TOSLINE网络, 基础自动化 (PLC) 与电气传动和执行机构进行通讯, 网络拓扑结构简单, 系统集成方便。最为重要的是, 全部网络设备选用标准化商业产品。

1.2 高速、稳定的通讯技术。

通常, 常规热轧生产线的各级自动化控制系统拥有数量种类众多的控制器, 如服务器, PLC控制器, 单片机等等;操作系统也五花八门, 如WINDOWS, UNIX, LINUX, VMS或者嵌入式操作系统。为了实现简单网络拓扑上的高速稳定的通讯, 马钢2250热轧生产线采用了EGD技术和TCNET技术。1.2.1 EGD技术。EGD是英文“Ethernet Global Data”的缩写, 是美国GE公司首倡的一种TCP/IP通讯协议, 通过EGD通讯技术, 可以实现计算机之间高速的数据交换。可以实现各种操作系统下的TCP/IP通讯是其最大优点之一。马钢2250热轧带钢生产线实现了过程控制服务器, 基础自动化PLC控制器, 特殊仪表之间高速的EGD通讯, 部分数据交换速度已达20ms。1.2.2 TCNET技术。TCNET技术是日本TOSHIBA公司研制的一种以太令牌光纤环网 (根据控制要求, 也可以设置成以光纤双环网或者单环网) , 通过TCNET技术, 可以实现PLC控制器及计算机之间高速的数据交换。通过TCNET技术, 马钢2250热轧线PLC控制器之间的部分数据流交换速度已达1 ms, 这极大地满足了高速控制器特别是HGC控制器之间的通讯要求。

2 传动系统趋于更加稳定、过载能力更强

马钢2250热轧带钢生产线, 其主传动变频器选用TMEIC公司生产的大功率IEGT变频器, IEGT是英文"Injection Enhanced Gate Transistor"的缩写EGT变频器为三电平交-直-交变频器。TMEIC公司生产的IEGT变频器的控制特点:系统保持高稳定性, 速度调节器拟合了反超调控制技术, 系统输出没有超调;采用模拟跟随控制技术 (SFC控制) , 降低了冲击速降, 避免了扭振与机电共振;功率因数控制技术, 系统功率因数为1, 电网不须要安装高次谐波滤波器与静态无功补偿装置;使用高性能测速元件 (Resolver) , 系统静态精度达0.01%, 同时IEGT元件能忍受很高的di/dt与dv/dt。这些特点决定了马钢2250热轧带钢生产线的主传动系统更加稳定、过载能力更强。

在马钢2250热轧带钢生产线X80钢种的开发过程中, 由于X80的特点决定需要低温轧制, 超低的出炉温度, 超低的精轧开轧温度, 超低的精轧出口温度, 超低的卷取温度, 这是对主传动系统的严重考验:

2.1 由于材质太硬, 粗轧区域, 上下辊的负荷分配严重不平衡, 导致了上辊负荷有时可达190%。

2.2 精轧F6甚至工作在170%的过载状态;

2.3 当目标厚度为20 mm时, 卷取机的卷取负荷处于过载状态;

即使是工作在这样苛刻的环境下, , 主传动系统没有因此而跳闸堆钢, 这是以前的主传动系统所没法比拟的。

3 基础自动化系统

目前, 一般热连轧生产线选择的基础自动化控制系统都是使用PLC作为主要的控制器, 马钢2250热轧带钢生产线选用TMEIC生产的V系列控制器, , 其特点为:微型化、网络化、PC化、高速化、分布式。

3.1 马钢2250热轧带钢生产线的基础自动化系统的主要应用功能有:

3.1.1全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪 (微跟踪) ;3.1.2全生产线所有设备的逻辑、顺序控制;3.1.3全生产线的各种自动位置控制 (APC) ;3.1.4粗轧、精轧、卷取主令控制及其他设备的速度控制;3.1.5全生产线的各种辊道控制;3.1.66粗轧机负荷平衡控制;3.1.7飞剪控制;3.1.8精轧机活套控制;3.1.9板坯宽度控制;3.1.10带钢厚度自动控制 (AGC) ;3.1.11全生产线的模拟轧钢。

3.2 V系列控制器。

V系列控制器属于PLC范围, 在实际的应用中, 使用方法与工业控制PC计算机非常相似。其特点是:PC化:V系列控制器的C3CPU模块就完全可以说是一台计算机, C3CPU模块拥有工业PC机的全部硬件设备, 兼容WINDOWS 2000或者其他操作系统, 有各种外设接口 (如显示设备、键盘、鼠标接口、串并口、USB口) 。同时C3CPU模块因为是PLC控制器, 还具有PLC控制器特有的高速I/O访问能力。高速化:V系列控制器的STC控制器拥有超高速的扫描能力, 扫描速率最快可达2 ms。网络化:V系列控制器配有普通以太网模块TN721, 通过TN721模块, 可以对V系列控制器进行网络配置, 配置跟普通PC计算机网卡原理一致;完成网络配置后, 工程师可以在同一网络上的任何计算机访问任意一台V系列控制器, 这极大的简化了工程师的工作量, 同时也为V系列控制器的分布式特性打下了基础。

3.3 V系列控制器的分布式监控、维护工具

Vtool Vtool是V系列控制器的监控、维护工具工具, 其特点除了简单方便外、其最大特点是分布式访问。Vtool与V系列控制器之间采用分布式连接技术中最为复杂的"众播通知式联接", 因此网络中任何有效安装了Vtool工具包的节点都可以独立自由的访问同一网络中的V系列控制器节点, Vtool工具与V系列控制器的任何节点出了问题不会影响其他节点。

3.4 高速在线数据采集系统ODG。

TMEIC提供的基础自动化系统的在线数据采集ODG可以提供非常高速的数据采集。最高速率可达5 ms每次。

4 过程控制系统

马钢2250热轧带钢生产线不仅仅只有基础自动化系统, 其过程自动系统 (L2) 同样具有高速控制, 高速通讯能力, 许多以往只能在基础自动系统实现的功能在马钢2250热连轧线由过程自动系统来实现。

4.1 过程控制系统主要功能有。

4.1.1生产和控制数据的输入及管理;4.1.2工艺和控制数据的在线采集和处理;4.1.3全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪 (宏跟踪) ;4.1.4过程自动化各项设定值的计算;4.1.5模型参数自学习以实现优化控制;4.1.6轧制节奏控制;4.1.7终轧温度控制 (FTC) ;4.1.8卷取温度控制 (CTC) ;4.1.9过程自动化级人机对话以实现全生产线的数据监控和数据处理;4.1.10全生产线的模拟轧

4.2 软硬件产品标准化。

马钢2250热轧带钢生产线的过程控制系统的硬件系统全部选用标准化商业计算产品, 软件系统选用TMEIC的PASolution系统平台。

4.3 过程控制系统实现高速数据采集由于马钢

2250热轧带钢生产线具有高度通讯功能, 过程控制系统直接采集工艺和控制参数, 并且在线向模型计算和自学习进行反馈, 大大提高了模型计算预设定精度。

4.4 传统基础自动化功能向过程控制系统移植

马钢2250热轧带钢生产线的过程系统中具有许多在线控制功能, 如终轧温度控制 (FTC) 和卷取温度控制 (CTC) , 全生产线物料的实时位置跟踪及数据跟踪 (宏跟踪) , 这是很多传统的过程控制系统没法实现的。由于模型计算和在线控制集于一体, 大大提高了模型设定和控制功能。

4.5 工艺分析和优化更加简便。