CN104673992A - 一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于棒材在线热处理领域，提供了一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法，包括：根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件表面生成马氏体的临界相变温度和临界冷却速度；计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小水流量Qmin；根据所述Qmin，确认水流量初值Q；根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算在完成所述淬火阶段后生成的马氏体厚度；得出所要求的马氏体厚度；计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量区间Qm。本发明实现了控制冷却工艺中工艺参数的自动推导，相比较现有技术照搬或者参照已投产的生产线的方式，更加高效和精确。

Description

一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法和装置

技术领域

本发明属于棒材在线热处理领域，尤其涉及一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法和装置。

背景技术

控制冷却工艺是利用控制轧件轧后的冷却速度的不同，来控制钢材的组织和性能。通过轧后控制冷却能够在不降低轧件韧性的前提下进一步提高钢材的强度，并且缩短热轧钢材的冷却时间。

随着钢种的不同，控制冷却钢的强韧性取决于轧制条件和冷却条件。控制冷却工艺实施前，钢的组织形态决定于控制轧制工艺参数。控制冷却条件对热变形后奥氏体状态、相变前组织有影响，对相变机制、析出行为、相变产物组织形貌更有直接影响。控制冷却可以单独使用，但经实践证明，控制轧制工艺和控制冷却工艺有机地结合使用，可以取得控制冷却的最佳效果，也可以采用低碳钢代替微合金或低合金钢且产品质量好、金属收得率高、生产成本低，能为钢厂带来巨大的经济效益。

目前，棒材连续生产线上应用最广泛的是带肋钢筋的轧后表面淬火及自回火工艺。该工艺是通过水淬火在钢筋表面生成一定厚度的马氏体组织，然后通过内部残余热量从中心到表面逐渐扩散，对表面马氏体组织进行回火处理，最终进行空冷。在工艺过程中可单独控制的关键参数为淬火时间、冷却水流量，淬火阶段决定了一个特定的自回火温度，直接影响产品的组织性能。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法，以解决现有技术中多采用经验借鉴或者尝试的方法，没能给出针对钢种的轧制生产的自动化设置问题。

本发明一方面提供了一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法，所述方法包括以下步骤：

根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件表面生成马氏体的临界相变温度和临界冷却速度；根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小淬火水流量Qmin；根据所述Qmin，确认水流量初值Q；根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度；判断所述马氏体厚度是否满足工艺需求，若不满足则调整所述水流量，并再次计算完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度，直到得出所要求的马氏体厚度；计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量区间Qm。

另一方面本发明提供了一种棒材生产线控制冷却工艺的控制装置，所述装置包括输入模块、显示模块、处理器和存储模块，具体的：

所述输入模块，用于接收用户输入的轧制工艺参数；所述处理器，用于根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件表面产生马氏体的临界相变温度和临界冷却速度；根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小淬火水流量Qmin；根据所述Qmin，确认水流量初值Q；根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度；判断所述马氏体厚度是否满足工艺需求，若不满足则调整所述水流量，并再次计算完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度，直到得出所要求的马氏体厚度；计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量区间Qm；所述存储模块，用于存储各种钢种的CCT曲线；所述显示模块，用于显示用户输入的参数和最后计算的结果。

本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的有益效果包括：本发明实施例从棒材生产线控制冷却工艺的要求出发，包括：自回火温度控制、淬火阶段中相变组织的生成，并提炼出影响上述生产工艺的因素，从而基于控制系统迭代运算完成特定钢种采用控制冷却工艺生产的参数设置，本发明实现了控制冷却工艺中工艺参数的自动推导，相比较现有技术照搬或者参照已投产的生产线的方式，更加高效和精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种典型的连续冷却转变CCT曲线图；

图5是本发明实施例提供的一种典型的棒材经控制冷却工艺后相变组织的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图；

图7是本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

实施例一

如图1所示为本发明实施例提供的一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图，本实施例的方法适用于棒材生产线各种控制冷却工艺，尤其针对用于带肋钢筋表面淬火及自回火工艺参数设置，包括：水流量大小和淬火时间。由图1可知，本发明提供的一种棒材控制冷却工艺的控制方法的实施例，

在步骤201中，根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件生成马氏体的临界相变温度和临界冷却速度。

如图4所示，为一种典型的连续冷却转变曲线特性(Continuous Cooling Transformation，简写为：CCT)曲线，当表层冷却温度低于图4中马氏体转变开始线，并且冷却速度大于马氏体临界转变速度，反应在图4中落于冷却速度V1曲线、坐标轴以及马氏体转变开始线构成的区域时，则表层便会生成马氏体。因此，所述临界相变温度和临界冷却速度可以是单独的两个数，也可以是准确记录所述马氏体转变开始线的矩阵，在此不作特殊的限定。

在步骤202中，根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小水流量Qmin。

由于，冷却过程中，轧件表层的温度相比中心和其它位置下降的快，因此，可依据马氏体组织生成时的临界相变温度和临界冷却速度，计算出轧件表面生成马氏体组织的最小水流量Qmin。

在步骤203中，根据所述Qmin，确认水流量初值Q。

在步骤204中，根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述淬火阶段后生成的马氏体厚度。

在步骤205中，判断所述马氏体厚度是否满足工艺需求，若不满足则调整所述水流量，并再次计算完成所述淬火阶段后生成的马氏体厚度，直到得出所要求的马氏体厚度。

在实际应用中，工业需求的马氏体厚度一般在一个区间值内，因此，根据完成所述淬火阶段后产生马氏体厚度计算得到的水流量结果也相应的是一个区间值。

在步骤206中，计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量区间Qm。

本实施例从棒材生产线控制冷却工艺的要求出发，包括：自回火温度控制、淬火阶段中生成一定厚度的马氏体组织，并提炼出影响上述生产工艺要求的因素，从而基于控制系统迭代运算完成特定钢种采用控制冷却工艺生产工艺的要求，需要提供的水流量和淬火时间，本发明实现了控制冷却工艺中工艺参数的自动推导，相比较现有技术照搬或者参照已投产的生产线的方式，更加高效和精确。

本实施例公开了如何根据控制冷却工艺需求中，对于淬火阶段要求生成一定厚度的马氏体组织，定量的给出了水流量和淬火时间的确定方式。然而，实际的生产中，除了要求轧件生成一定厚度的马氏体外，还会要求在完成自回火阶段后，得到的自回火温度满足预设的目标温度要求。所述自回火温度为完成淬火阶段后起始，以达到中心结点和表面结点温度温差在预设阈值内为结束。为了实现在完成所述自回火温度达到预设的目标温度要求，所述方法在计算得到所述满足马氏体厚度的水流量区间Qm后还需要进行以下步骤，如图2所示，具体的：

在步骤207中，通过有限差分模型计算自回火阶段中各结点温度Ti，并计算轧件经过自回火阶段后所能达到的自回火温度；

在步骤208中，判断所述自回火温度与预设的目标温度绝对差值是否在第一预设阈值内，如果不满足则根据所述水流量区间Qm调整水流量；从而确定出同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf。

无论是上述计算生成需求的马氏体厚度所要求的水流量，还是达到自回火温度都是在所述水箱长度值L1足够长情况下得到的。而实际上获取的水箱长度值L1可能无法提供足够长的淬火时间，从而不能生成满足需求的马氏体厚度和/或完成淬火阶段后达到淬火温度。因此，本实施例的递归过程还存在一种可嵌套的过程，具体的：在判断当前水箱长度值L1无法提供水流量Qf同时满足既生成满足厚度要求的马氏体又能够获得满足第一预设阈值的自回火温度时，调整轧制工艺参数中水箱长度值L1，并重新计算同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf；直到获得同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf，停止所述水箱长度值L1的调整。

在具体工业实现时，所述水箱长度值L1通常是固定的，则可以通过调整水箱的个数来实现，因此，本实施例中描述的水箱长度值L1的调整具体可以对应为工业实现中增加或者减少水箱的数量。其中，该调整水箱长度值L1的操作可以是由控制系统自动完成的，也可以是由操作人员确认后完成的。

虽然说本实施的重点是在给定轧制工艺参数后，计算得到控制冷却工艺所需的水流量值，但是，在实际应用工业制造中，操作人员通常还需要了解在完成所述淬火阶段、自回火阶段外和/或空冷阶段后，产生的其它相变组织的厚度。其中，所述控制冷却工艺由淬火阶段、自回火阶段外和空冷阶段三个阶段构成，并按照先后顺序依次进行。具体的用于计算生成的其它相变组织厚度的方法为：

通过有限差分模型计算自回火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述自回火阶段后产生的其它相变组织的厚度；通过有限差分模型计算空冷阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述空冷阶段后产生的其它相变组织的厚度。

其中，由于淬火阶段已经计算了各个结点的温度Ti和冷却速度Vi，因此，在淬火阶段计算马氏体厚度时便能同时计算得到其它相变组织的厚度。如图5所述，为一种典型的轧件经控制冷却工艺后生成的相变组织的示意图。

本实施例的递归过程还存在一种判断提示的方法，在判断水流量调整到所设计的轧制生产线所能提供的最大水流量，仍然无法计算得到满足所述第一预设阈值的自回火温度时，控制系统返回此钢种M采用该控制冷却工艺目标值需重新调整的提示信息。该判断过程可以是在本实施例获取到轧制参数时便进行。

或者，在确定出同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf不存在时，所述方法还包括：控制系统返回所述钢种M采用该控制冷却工艺目标值需重新调整的提示信息。所述提示信息内容还可以是“请尝试调整水箱长度值或者水箱个数后，再次进行计算”。

本实施例的实现需要基于现有的棒材生产线控制冷却工艺的相关算法，具体的算法公式因为不同公司实践和总结原因可能会有稍许不同，接下来将通过算法中主要过程来阐述如何实现通过淬火阶段时获取轧件的中心温度和表面温度，具体包括：

根据轧件规格D，将轧件的半径分成n-1个Δr，每隔Δr定义1个结点，即n个结点，根据钢种的特性确定结点的空间步长Δr和时间步长Δt；依据所述空间步长Δr和时间步长Δt，计算各结点之间的热量传递关系；根据水流量初值Q，推导轧件表面在淬火阶段的热流密度q1；并依据所述热流密度q1和各结点之间的热量传递关系，计算淬火中各结点冷却温度Ti和冷却速度Vi。

其中，依据所述空间步长Δr和时间步长Δt，计算各结点之间热量传递关系，具体包括：

应用热焓场代替温度场进行计算，将热焓场的偏微分方程应用泰勒级数展开式，结合控制容积法进行推倒，得出中心、内部、边界结点的显式差分方程，即各结点之间的热量传递关系；通过所述显式差分方程计算各结点在不同时刻的温度。

在自回火阶段和淬火阶段类似，根据所述轧件各结点的热量传递关系，计算轧件的自回火温度，具体包括：

依据斯蒂藩-玻尔兹曼公式，推导轧件表面在自回火阶段的热流密度q2和轧件心部向表面的热传导；并依据所述热流密度q2和所述各结点的热量传递关系，计算轧件的自回火温度。

在空冷阶段和自回火阶段类似，所述根据轧件的各结点的热量传递形式，计算轧件在空冷中各结点的冷却温度Ti和冷却速度Vi，具体包括：

依据斯蒂藩-玻尔兹曼公式，推导轧件表面在空冷阶段的热流密度q2；并依据所述热流密度q2和所述各结点的热量传递关系，计算轧件在空冷阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi。

实际工业生产线中，所述自回火阶段的热流密度q2和空冷阶段的热流密度q2认为是相同的。

本发明实施例在实现时，为简化计算模型，忽略轧件与运输辊道的热传导。但是，作为本领域技术人员，在掌握本发明实施例方法后，也能够经过合理的推敲，无需经过创造性构思便能实现增加所述轧件与运输辊道的热传导的实现方式，因此，仍然在本发明保护范围之内。

本实施作为一种棒材生产线控制冷却工艺控制系统的实现方法，所述根据所述Qmin，确认水流量初值Q的方式，也可以是以下两种方式中的任意一种：

方式一、操作人员根据所述Qmin和所要设计的轧制生产线所能提供的水流量范围，向所述控制系统输入水流量初值Q；

方式二、控制系统根据所述Qmin和操作人员输入的所要设计的轧制生产线所能提供的水流量均值，将两者的中间值作为水流量初始值Q。

做为控制系统，也可以提供如下功能：

将最终能够满足控制冷却工艺生产需求的水流量Qm和调整后的水箱长度值，呈现给操作人员；所述控制冷却工艺生产需求包括：控制自回火温度、淬火阶段中生成一定厚度的马氏体组织。

实施例二

本发明实施例还提供了一种棒材生产线控制冷却工艺的控制装置，用于运行控制系统，所述控制系统用于实现上述实施例一的方法步骤，如图3所示，所述装置包括输入模块1、显示模块4、处理器2和存储模块3，具体的：

所述输入模块1，用于接收用户输入的轧制工艺参数。

所述处理器2，用于根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件表面产生马氏体的临界相变温度和临界冷却速度；根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界速度时，对应的最小水流量Qmin；根据所述Qmin，确认水流量初值Q；根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度；判断所述马氏体厚度是否满足工艺需求，若不满足则调整所述水流量，并再次计算完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度，直到得出所要求的马氏体厚度；计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量Qm。

所述存储模块3，用于存储各种钢种的CCT曲线。

所述显示模块4，用于显示用户输入的参数和最后计算的结果。

本实施例中，所述处理器2模块还用于完成实施例一中除了主干执行步骤201-步骤206以外，还能用于完成实施例一中描述的扩展的内容。例如：所述处理器2，在判断水流量调整到所设计的轧制生产线所能提供的最大水流量，仍然无法计算得到满足生成工艺需求的马氏体厚度时，通过所述显示模块4，显示此钢种M采用该控制冷却工艺目标值需重新调整的提示信息。。其他方法功能的实现，在此不一一赘述。

结合本实施例，存在一种优选的方案，其中，在完成所述淬火阶段后进入自回火阶段，在自回火阶段中所述处理器还用于，

通过有限差分模型计算自回火阶段中各结点温度Ti，并计算轧件经过自回火阶段后所能达到的自回火温度；判断所述自回火温度与预设的目标温度绝对差值是否在第一预设阈值内，如果不满足则根据所述水流量区间Qm调整水流量；从而确定出同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf。

实施例三

本实施例是基于实施例一主体执行步骤基础上，结合了实施例一中介绍的一个或者多个扩展实现方式后给出的一个功能比较全面的棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图，如图6所示，具体包括以下步骤：

在步骤301中，启动实施例二中所述装置中安装的控制系统软件。

在步骤302中，操作人员通过装置的显示模块4输入轧制工艺参数，包括：控冷轧件规格D、轧制速度V，冷却水温Tw、淬火水箱长度L1、钢种M等等。

在步骤303中，根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件生成马氏体的临界相变温度和临界冷却速度。

在步骤304中，根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小水流量Qmin。

在步骤305中，确定空间步长Δr和时间步长Δt。

由于本发明实施例采用的是有限差分模型计算方式，因此，在确定空间步长Δr和时间步长Δt，要求其满足收敛性。

在步骤306中，操作人员在获取到最小水流量Qmin后，借鉴所设计的控制冷却工艺生产线所能提供的水流量范围，输入初始水流量Q。

在步骤307中，计算淬火区热流密度q1。

具体的，轧件在淬火阶段中与水对流换热过程中，其边界条件可表示为：

q1＝h(T_R-T_w)    (1)

h＝1000·0.36W^0.556      (2)

$W=\frac{Q}{A}---\left(3\right)$

式(1)、(2)、(3)中：q1为热流密度W/m²；h为轧件与水的对流换热系数W/(m²·K)；T_R为轧件表面温度K；TW为冷却水温度K；W为水流密度L/(m²·s)；Q为冷却水流量m³/h；A为冷却轧件表面积m²。

在步骤308中，应用有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti，冷却速度Vi。

由于淬火阶段轧件各个结点的温度变化可以认为是匀速，因此，在通过实施例一得出热量传递关系后，便能确定各个结点温度Ti和冷却速度Vi。

在步骤309中，判断生成的马氏体组织厚度是否满足要求。判断结果为满足则进入步骤310；如果判断结果为不满足，则进入步骤306调整水流量后，再次执行步骤307-309。

在步骤310中，计算空冷区热流密度q2。

在运输辊道上空冷的过程中，其边界条件可表示为：

q2＝εσ[T_R+273)⁴-(T_a+273)⁴]      (4)

式(4)中：ε为钢坯黑度系数，通常取0.7～0.8；σ为斯蒂藩-玻尔兹曼常数，它是个自然常数，其值为5.67×10-8(W/m²·K⁴)；Ta为环境温度，取25℃。

在步骤311中，应用有限差分模型计算空冷中各结点温度Ti和冷却速度Vi。

在步骤312中，判断轧件断面各结点是否完成相变，即判断是否达到生成相变组织的结束条件的结点温度。如果判断完成了，则进入步骤313；如果判断没完成，则累加时间步长Δt，回到步骤312继续计算结点温度Ti。

在本实施例中，默认的空冷长度能够使轧件断面的各结点均完成相变。

在步骤313中，输出结果。

本实施例结合了实施例一和实施例二，并就具体的如何通过递归流程，依据淬火阶段马氏体组织生成条件和空冷阶段其它相变组织生成条件判断，针对水流量的确定给出了详细的阐述。接下来的实施例四将进一步结合实施例一中针对自回火温度要求，进行详尽的阐述。

实施例四

本实施例是基于实施例一主体执行步骤基础上，结合了实施例一中介绍的一个或者多个扩展实现方式后给出的一个功能比较全面的棒材生产线控制冷却工艺的控制方法的流程图，如图7所示，具体包括以下步骤：

在步骤401中，启动实施例二中所述装置中安装的控制系统软件。

在步骤402中，操作人员通过装置的显示模块4输入轧制工艺参数，包括：控冷轧件规格D、轧制速度V，冷却水温Tw、淬火水箱长度L1、钢种M等等。

在步骤403中，根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件生成马氏体的临界相变温度和临界冷却速度。

在步骤404中，根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小水流量Qmin。

在步骤405中，确定空间步长Δr和时间步长Δt。

由于本发明实施例采用的是有限差分模型计算方式，因此，在确定空间步长Δr和时间步长Δt，要求其满足收敛性。

在步骤406中，操作人员在获取到最小水流量Qmin后，借鉴所设计的棒线材生产线控冷工艺所能提供的水流量范围，输入初始水流量Q。

在步骤407中，计算淬火区热流密度q1。

具体的，轧件在淬火阶段与水对流换热过程中，其边界条件可表示为：

q1＝h(T_R-T_w)     (1)

h＝1000·0.36W^0.556       (2)

$W=\frac{Q}{A}---\left(3\right)$

式(1)、(2)、(3)中：q1为热流密度W/m²；h为轧件与水的对流换热系数W/(m²·K)；T_R为轧件表面温度K；T_W为冷却水温度K；W为水流密度L/(m²·s)；Q为冷却水流量m³/h；A为冷却轧件表面积m²。

在步骤408中，应用有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti，冷却速度Vi。

由于淬火阶段轧件各个结点的温度变化可以认为是匀速，因此，在通过实施例一得出热量传递关系后，便能确定各个结点温度Ti和冷却速度Vi。

在步骤409中，判断生成的马氏体组织厚度是否满足要求。判断结果为满足则进入步骤410；如果判断结果为不满足，则调整水流量后进入步骤407，再次执行步骤407-409。

在步骤410中，进一步计算在结束自回火阶段时，达到的自回火温度是否满足预设目标温度。如果达到了，则进入步骤411；如果没有达到则调整水流量，再次执行步骤407-410。

在步骤411中，判断是否记录完允许生成马氏体组织厚度，在最大值和最小值时，所对应的水流量值。如果已经记录完则进入步骤412；如果没有记录完所述允许生成马氏体组织厚度，最大值和最小值情况下的水流量，则调整水流量值，然后再次执行步骤407-411。

其中，需求的马氏体厚度为一个区间值，可以由所述控制系统自身存储的参数值，也可以是有操作人员在步骤402中输入完成，在此不作特殊限定。

在步骤412中，记录满足条件409-411的水流量值，得到水流量区间Qf。

在步骤413中，计算空冷区热流密度q2。

在运输辊道上空冷的过程中，其边界条件可表示为：

q2＝εσ[T_R+273）⁴-(T_a+273)⁴]      (4)

式(4)中：ε为钢坯黑度系数，通常取0.7～0.8；σ为斯蒂藩-玻尔兹曼常数，它是个自然常数，其值为5.67×10-8(W/m²·K⁴)；Ta为环境温度，取25℃。

在步骤414中，应用有限差分模型计算空冷中各结点温度Ti和冷却速度Vi。

在步骤415中，判断是否完成相变。如果判断完成了，则进入步骤416；如果判断没完成，则累加时间步长Δt，回到步骤414继续计算结点温度Ti、冷却速度Vi。

在本实施例中，默认的空冷长度能够使轧件的各结点均完成相变。

在步骤416中，输出结果。

本实施例借鉴了实施例一中介绍的如何综合考虑自回火温度和生成马氏体厚度两个条件，来确定控制系统允许给予的水流量的区间。并且在此基础上改进了计算方法，保持了各个结点温度和冷却速度计算的延续性，并给出了具体的实现流程。

实施例三和实施例四都没有增加对于水箱长度的调整，但是本领域技术人员能够基于本发明实施例一中公开的内容，在无需创造性构思的基础上，就能够将水箱长度的调整过程衔接到本实施例的执行步骤中，在此不一一赘述。

本领域普通技术人员还可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，包括ROM/RAM、磁盘、光盘等。

Claims (10)

1.一种棒材生产线控制冷却工艺的控制方法，其特征在于，控制系统中录入有各种钢种的连续冷却转变曲线特性，在进行所述控制方法时，控制系统首先获取轧制工艺参数，所述轧制工艺参数包括：钢种M，轧件的轧制规格D、轧制速度V、初始温度Tb、冷却水温度Tw、水箱长度值L1，则所述方法具体包括：

根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件表面生成马氏体组织的临界相变温度和临界冷却速度；

根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小淬火水流量Qmin；

根据所述Qmin，确认水流量初值Q；

根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度；

判断所述马氏体厚度是否满足工艺需求，若不满足则调整所述水流量，并再次计算完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度，直到得出所要求的马氏体厚度；

计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量区间Qm。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在完成所述淬火阶段后进入自回火阶段，在自回火阶段中所述方法还包括：

通过有限差分模型计算自回火阶段中各结点温度Ti，并计算轧件经过自回火阶段后所能达到的自回火温度；

判断所述自回火温度与预设的目标温度绝对差值是否在第一预设阈值内，如果不满足则根据所述水流量区间Qm调整水流量；从而确定出同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述棒材生产线控制冷却工艺的控制方法包括所述淬火阶段、自回火阶段外，还包括空冷阶段，具体的：

通过有限差分模型计算自回火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述自回火阶段后产生的其它相变组织的厚度；

通过有限差分模型计算空冷阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述空冷阶段后生成的其它相变组织的厚度。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在确定出同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf不存在时，所述方法还包括：

调整轧制工艺参数中水箱长度值L1，并重新计算同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf；

直到获得同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf，停止所述水箱长度值L1的调整。

5.根据权利要求2-4任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，具体包括：

根据钢种的特性确定结点的空间步长△r和时间步长△t，将轧件的半径分成n-1个△r，每隔△r定义1个结点，即n个结点；

根据热量的传递形式，推导出各结点之间在不同时间步长△t的热量传递关系；

根据水流量初值Q，推导轧件表面在淬火阶段的热流密度q1；

依据所述热流密度q1和各结点之间热量传递关系，计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过有限差分模型计算自回火阶段和/或空冷阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，具体包括：

依据斯蒂藩-玻尔兹曼公式，推导轧件表面在自回火阶段和/或空冷阶段的热流密度q2；

依据所述热流密度q2和所述各结点热量传递关系，计算自回火阶段和/或空冷阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，依据所述空间步长△r和时间步长△t，计算各结点之间热量传递关系，具体包括：

应用热焓场代替温度场进行计算，将热焓场的偏微分方程应用泰勒级数展开式，结合控制容积法进行推倒，得出中心、内部、边界结点的显式有限差分方程，即各结点之间的热量传递关系；

通过所述显式有限差分方程计算各结点在不同时刻的温度。

8.根据权利要求1-7任一所述的方法，其特征在于，所述根据所述Qmin，确认水流量初值Q，具体包括：

操作人员根据所述Qmin和所要设计的轧制生产线所能提供的水流量范围，向所述控制系统输入水流量初值Q；或者，

控制系统根据所述Qmin和操作人员输入的所要设计的轧制生产线所能提供的水流量均值，将两者的中间值作为水流量初始值Q。

9.一种棒材生产线控制冷却工艺的控制装置，其特征在于，所述装置包括输入模块、显示模块、处理器和存储模块，具体的：

所述输入模块，用于接收用户输入的轧制工艺参数；

所述处理器，用于根据所述钢种M和相应的连续冷却转变曲线特性，确定轧件表面生成马氏体的临界相变温度和临界冷却速度；根据水箱长度值L1和轧件的轧制速度V计算淬火时间t1，并通过所述淬火时间t1和冷却水温度Tw，计算出达到所述临界相变温度和临界冷却速度时，对应的最小水流量Qmin；根据所述Qmin，确认水流量初值Q；根据所述水流量初值Q，通过有限差分模型计算淬火阶段中各结点温度Ti和冷却速度Vi，并计算在完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度；判断所述马氏体厚度是否满足工艺需求，若不满足则调整所述水流量，并再次计算完成所述淬火阶段后产生的马氏体厚度，直到得出所要求的马氏体厚度；计算得到最终满足需求马氏体厚度的水流量区间Qm；

所述存储模块，用于存储各种钢种的CCT曲线；

所述显示模块，用于显示用户输入的参数和最后计算的结果。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在完成所述淬火阶段后进入自回火阶段，在自回火阶段中所述处理器还用于，

通过显式有限差分模型计算自回火阶段中各结点温度Ti，并计算轧件经过自回火阶段后所能达到的自回火温度；判断所述自回火温度与预设的目标温度绝对差值是否在第一预设阈值内，如果不满足则根据所述水流量区间Qm调整水流量；从而确定出同时满足马氏体厚度又满足自回火温度要求的水流量区间Qf。