CN101477584B - 热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统和用途 - Google Patents

热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统和用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，该系统由软件窗体和软件模块两部分组成，所有的人机对话显示界面均包含在软件窗体部分，计算模块均包含在软件模块部分，通过在相应窗体中按钮实现相应模块计算，最终结果以文本的形式输出；计算模块包括粗轧和精轧轧制压力计算模块，宽度和凸度计算模块，精轧规程优化计算模块，粗轧和精轧电机校核模块，以及晶粒尺寸、层流冷却和轧制节奏计算模块；各模块之间相互发送信息。本发明可以为热轧车间轧机和主电机等设备的选择和布置提供更为有力合理的参考，尽可能减少今后的生产车间改造；并且具有可视化程度高、操作简便等优点。本发明适于在热连轧工程车间设备布局的优化设计中应用。

Description

热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统和用途
技术领域
本发明涉及工程设计领域，特别是一种热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，应用于热连轧工程车间重大设备选型和布局的优化设计。
背景技术
对于热连轧工程设计而言，需要更加精确的离线计算规程设计来指导轧线设备的更加合理的布局，需要一个有效的途径来反映离线计算的合理与否。过去某些热连轧工程的设计是照搬或者参照某些投产的生产线，工程设计和生产相脱节，对于设备的选型和布局不尽合理，经常需要技术改造，从而影响生产和造成经济上的浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，以便对热连轧工程车间重大设备选型和布局实现优化设计。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，其由软件窗体和软件模块两部分组成，所有的人机对话显示界面均包含在软件窗体部分，计算模块均包含在软件模块部分，通过在相应窗体中按钮实现相应模块计算，最终结果以文本的形式输出；计算模块包括粗轧和精轧轧制压力计算模块，宽度和凸度计算模块，精轧规程优化计算模块，粗轧和精轧电机校核模块，晶粒尺寸计算模块，层流冷却计算模块，以及轧制节奏计算模块；各模块之间可相互传递数据。
本发明提供的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，其在热连轧工程车间设备布局的优化设计中应用。
本发明与现有技术相比，具有以下的主要优点：
其一.在编写热连轧规程的基础上，增加计算轧后钢卷的组织性能预报，同时通过计算钢卷的晶粒尺寸和再结晶体积百分量反映该规程的设定是否合理，结合产品质量预报和生产实际制定合理的轧制规程，选择更为合适的设备参数，为热轧车间轧机和主电机等设备的选择和布置提供更为有力合理的参考，尽可能减少今后的生产车间改造。
其二.采用vb语言编写程序软件，具有可视化程度高、操作简便等优点。它是当今世界上应用最广泛的编程语言之一，它也被公认为是编程效率最高的一种编程方法。开发功能强大、性能可靠、操作简便。
附图说明
图1是本发明提供的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，该系统由软件窗体和软件模块两部分组成，所有的人机对话显示界面均包含在软件窗体部分，计算模块均包含在软件模块部分，通过在相应窗体中按钮实现相应模块计算，最终结果以文本的形式输出；计算模块包括粗轧和精轧轧制压力计算模块，宽度和凸度计算模块，精轧规程优化计算模块，粗轧和精轧电机校核模块，晶粒尺寸计算模块，层流冷却计算模块，以及轧制节奏计算模块；各模块之间相互发送信息。
所述的人机对话显示界面，包括软件说明界面、参数输入界面和相应结果显示界面。
所述的软件模块中的程序可以采用vb语言编写。
所述的粗轧轧制压力计算模块，用于实现粗轧机道次压下量分配、轧制速度确定、并计算各道次压下量时轧制压力和轧制力矩。
所述的精轧轧制压力计算模块，用于确定精轧机组各机架轧制道次分配、确定轧制速度和轧制温度、并计算各道次压下量时轧制压力和轧制力矩。
所述的宽度计算模块，用于轧制过程中轧件宽度的变化计算和出口宽度计算。
所述的凸度计算模块，用于计算轧件的板凸度。
所述的精轧规程优化计算模块，用于以各机架的轧制负荷相等为寻优目标，对精轧机组的轧制道次压下量进行优化分配，并进行相应的轧制力能计算。
所述的粗轧电机校核模块，用于计算主电机传动功率，校核所选粗轧电机是否满足过载要求，以供选择合适的粗轧主电机。
所述的精轧电机校核模块，用于计算主电机传动功率，校核所选精轧电机是否满足过载要求，以供选择合适的精轧电机。
所述的晶粒尺寸计算模块，用于计算精轧机组轧制后带钢再结晶后的晶粒尺寸和发生再结晶的体积百分数，以实现对带钢的组织性能预报。
所述的层流冷却计算模块，用于根据目标带钢卷取温度和轧后温度来计算冷却轧后带钢所需的水量及集水管数，以供层流集水管组数的设计选择。
所述的轧制节奏计算模块，用于计算轧制单块带钢所需要的时间，以便计算轧线的小时产能。
本发明提供的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，其在热连轧工程车间设备布局的优化设计中应用时，采用以下方法：
1.编写热连轧规程：包括粗轧、精轧机的道次分配、速度选择以及轧制力能参数计算，并且给出相应的轧制程序表；轧制表包括道次压下量、轧制力、温度、宽展、轧制力矩、轧制节奏、小时产量数据，并以各机架的轧制负荷相等为寻优目标实现精轧轧制规程优化；
2.在编写热连轧规程的基础上，增加晶粒尺寸计算模块：通过优化后的轧制规程、静态再结晶模型、动态再结晶模型和再结晶后晶粒长大模型，计算晶粒尺寸，实现轧后钢卷的组织性能预报；
3.反映热连轧规程的设计是否合理并为设计提供依据：通过晶粒尺寸和再结晶体积百分量实现产品性能预报，同时反映相应规程的制定是否合理，若计算某一品种的晶粒尺寸符合实际合格的微观组织要求时，则反映相应的规程结果是合理的，否则需要考虑重新设定轧制道次分配和轧制力能参数计算；利用合理的规程所计算的生产常规和极限产品规格以及轧制状态时的轧制力、轧制力矩、所需传动电机功率、产品中间道次的规格，为包括轧机和电机在内的重大设备的选型和间距布置提供有力的参考。
以上的轧制规程设定计算以及轧后组织性能预报均通过软件来实现计算和反映。
下面对编写热连轧规程作进一步说明，但不限定本发明。
一.粗轧工艺参数的确定
根据参数输入界面上获得的成品规格确定精轧入口温度、从而确定粗轧出口温度和出炉温度。由成品厚度确定中间坯的厚度，再根据板坯厚度、中间坯厚度、宽度、轧机布置形式和轧制道次确定各架的累积能耗。结合能耗分配系数计算出各架轧机的能耗，再由能耗确定各架次的出口厚度。由各道次的轧制压下可计算出各道次的应变、延伸率等。利用温度模型计算出温度的变化从而得到各道次的温度。
由宽展和侧压模型确定各道次轧件出口宽度。从参数输入界面上获取该钢种的化学成分，再结合各道次温度利用变形抗力模型计算出各道次的变形抗力。由变形抗力和压扁弧长、应力状态系数等利用轧制压力模型计算出各架轧机的轧制压力，最后根据轧制力矩模型计算出轧制力矩，由轧制功率模型计算出各架轧机的功率。
其中粗轧机的布置形式(R1、R2两架粗轧机的数量选择)以及粗轧道次是可以在参数输入界面上作出选择的，而各道次的累计能耗分配系数就是根据成品厚度和宽度以及轧制道次来确定的。
1.压下制度的确定
由成品厚度和中间坯厚度，根据等功耗法确定各道次能耗分配系数，从而可计算出各道次能耗及入口厚度、出口厚度。立辊的侧压量压配也是根据能耗分配原则确定在结合宽展模型以确定每个侧压道次的入口和出口宽度。
2.粗轧各机架轧制温度的确定
出炉温度根据工艺要求可以从输入框读取，再根据热轧过程中的几个温降过程确定各轧制道次入口和出口温度以及轧制温度。
热轧过程中的几个温降过程如下：
(1)钢坯及带钢在辊道上或机架间传送时在空气中的辐射温降；
(2)高压水除鳞时的温降；
(3)机架间喷水或层流冷却时的温降；
(4)在机架中轧制时带钢温度的变化。
3.轧制压力和轧制力矩的计算
轧制压力采用循环迭代的方法计算。求出轧制压力P和压扁弧长lc后可求出轧制力矩M。
4.轧制功率的计算
依据公式P＝1.03M·n可求得各机架的轧制功率。n为轧辊转速。
二.精轧工艺参数的确定
精轧轧制力能参数的计算与粗轧类似。
1.压下制度的确定
由粗轧得到中间坯尺寸并且用户在数据输入界面给定了成品尺寸，可根据等功耗法确定各道次能耗分配系数，从而可计算出各道次能耗以及入口和出口的尺寸。
2.精轧机组速度制度的确定
根据压下分配计算精轧各道次前滑值f，依照不同的成品厚度确定精轧机组末机架的穿带速度V_min，从而可以确定精轧机组各机架的穿带速度。
3.精轧各机架轧制温度的计算
终轧温度根据工艺要求可以从数据输入框读取，精轧入口温度可以利用粗轧部分计算得到的粗轧出口温度用辐射降温、热传导、热对流公式求得，从而可以反推出精轧机组轧制过程中的综合换热系数α，再利用温降模型求出各机架的轧制温度。
4.轧制工艺优化
以各机架的轧制负荷相等为寻优目标，对精轧机组的轧制道次压下量进行优化分配，并进行相应的轧制力能计算。
三.精轧轧制过程中及轧后晶粒尺寸确定
根据初始条件可求出各道次的累积应变ε和发生动态再结晶所需的临界应变εc，判断是否发生静态再结晶或者发生动态再结晶，求出再结晶后的晶粒尺寸和再结晶体积百分数。
四.层流冷却水管开启数量确定
根据精轧出口温度，卷取温度和辐射温降公式，可求出层流冷段的总温降，确定层流下的冷速，从而可求出层流段的长度和集管开启数。
本发明提供的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统软件，用户使用时，只需输入来料及成品规格、选择钢种，并选择粗轧及精轧道次，则通过粗轧设定数学模型(温降模型、能耗模型、粗轧宽展模型、立辊侧压模型、变形抗力模型、轧制压力模型、轧制力矩模型、轧制功率模型、板凸度计算模型等)来计算相应的粗轧制度；同样经过精轧设定数学模型(前滑模型、穿带速度模型、实际轧制速度模型、精轧轧制过程温降模型、层流冷却段辐射换热温降模型、活套设定、晶粒尺寸计算模型、晶粒长大模型、轧后冷却段，晶粒大小模型、精轧各道次压下厚度分配、变形抗力模型、轧制压力模型、轧制力矩模型、轧制功率模型等)来确定精轧制度和轧后组织预报，实现对热轧工程设备布局的优化设计。

Claims (5)

1.一种热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，其特征是：所述系统由软件窗体和软件模块两部分组成，所有的人机对话显示界面均包含在软件窗体部分，计算模块均包含在软件模块部分，通过在相应窗体中按钮实现相应模块计算，最终结果以文本的形式输出；计算模块包括粗轧和精轧轧制压力计算模块，宽度和凸度计算模块，精轧规程优化计算模块，粗轧和精轧电机校核模块，晶粒尺寸计算模块，层流冷却计算模块，以及轧制节奏计算模块；各模块之间相互发送信息；
所述的粗轧轧制压力计算模块，用于实现粗轧机道次压下量分配、轧制速度确定、并计算各道次压下量时轧制压力和轧制力矩；
所述的精轧轧制压力计算模块，用于确定精轧机组各机架轧制道次分配、确定轧制速度和轧制温度、并计算各道次压下量时轧制压力和轧制力矩；
所述的宽度计算模块，用于轧制过程中轧件宽度的变化计算和出口宽度计算；
所述的凸度计算模块，用于计算轧件的板凸度；
所述的精轧规程优化计算模块，用于以各机架的轧制负荷相等为寻优目标，对精轧机组的轧制道次压下量进行优化分配，并进行相应的轧制力能计算；
所述的粗轧电机校核模块，用于计算主电机传动功率，校核所选粗轧电机是否满足过载要求，以供选择合适的粗轧电机；
所述的精轧电机校核模块，用于计算主电机传动功率，校核所选精轧电机是否满足过载要求，以供选择合适的精轧电机；
所述的晶粒尺寸计算模块，用于计算精轧机组轧制后带钢再结晶后的晶粒尺寸和发生再结晶的体积百分数，以实现对带钢的组织性能预报；
所述的层流冷却计算模块，用于根据目标带钢卷取温度和轧后温度来计算冷却轧后带钢所需的水量及集水管数，以供层流集水管组数的设计选择；
所述的轧制节奏计算模块，用于计算轧制单块带钢所需要的时间，以便计算轧线的小时产能。
2.根据权利要求1所述的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，其特征是：人机对话显示界面包括软件说明界面、参数输入界面和相应结果显示界面。
3.根据权利要求1所述的热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统，其特征是：软件模块中的程序采用vb语言编写。
4.一种根据权利要求1至3中任一权利要求所述热连轧轧制规程优化设计及轧后组织性能预报系统的用途，其特征是在热连轧工程车间设备布局的优化设计中应用。
5.根据权利要求4所述的用途，其特征是：
(1)编写热连轧规程：包括粗轧、精轧的道次分配以及轧制力能参数计算和主电机校核，并且给出相应的轧制程序表；轧制表包括道次压下量、轧制力、温度、宽展、轧制力矩、轧制节奏、小时产量数据，并以各机架的轧制负荷相等为寻优目标实现精轧轧制规程优化；
(2)在编写热连轧规程的基础上，增加晶粒尺寸计算模块：通过轧制规程、静态再结晶模型、动态再结晶模型和再结晶后晶粒长大模型，实现轧后成品钢卷的组织性能预报；
(3)反映热连轧规程的设计是否合理并为设计提供依据：通过晶粒尺寸和再结晶体积百分量实现产品性能预报，同时反映相应规程的设定是否合理，若某一品种的晶粒尺寸符合合格的微观组织要求时，则可反映相应的规程结果是合理的，否则需要考虑重新计算道次分配和轧制力能参数；利用合理的规程所计算的生产常规和极限产品规格以及轧制状态时的轧制力、轧制力矩、所需传动电机功率、产品中间道次的规格，为包括轧机和电机在内的重大设备的选型和间距布置提供有力的参考。
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