CN109182731A - 一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法 - Google Patents

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张宝华
陈建洲
孙应军
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文康其
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Abstract

本发明涉及一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其控制步骤是：通过现场生产管理系统实时读取正在进行加热的轴承钢外形尺寸；启动钢坯温度预测数学模型；炉膛对流换热模型采用“布道洛夫”经验公式进行计算；对钢坯温度进行实时计算；根据钢坯实时温度结合高温扩散工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量；钢坯加热质量的判断依据包括钢坯当前宽度和厚度方向断面的温度分布状况以及钢坯的高温扩散时间；根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温；根据待出炉轴承钢的加热质量和装炉温度情况调整优化加热炉出钢节奏，减少加热炉待加热时间以提高轧钢生产效率。

Description

一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法
技术领域
本发明属于金属加热优化控制方法技术领域，涉及一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法。
背景技术
轴承钢是当今特钢品种中不可忽略的一种，它在滚动轴承生产和制造中有着至关重要的意义，因为其在连铸生产过程中存在着偏析的问题，需要在加热过程中进行高温扩散，因此其加热控制方法的选择至关重要。轴承钢在轧制前进行加热是其生产过程中一个必需的环节，轴承钢的加热质量直接影响到成品钢材的产量、质量和能源消耗。正确的加热工艺、精益化加热操作技术可以保证轧钢生产顺利进行。当前的轴承钢加热控制方法主要采取设定某一固定的炉温制度，规定加热炉各段的加热温度范围，然后对轴承钢在当前炉温下停留时间做规定的方式进行，但这种加热控制方法无法知晓轴承钢的本身的温度，也没有具体根据轴承钢本身温度控制其高温扩散时间。这些不恰当的加热控制方式会直接影响轧钢生产，容易造成轴承钢扩散不均匀、脱碳超标和过热等问题。因此，当前的轴承钢加热控制方法无法满足轴承钢精细加热的需求，寻求一种基于轴承钢本身温度和高温扩散工艺为基础的加热控制技术是十分必要的。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，它能够解决轴承钢加热控制问题，能够有效应用于高碳铬轴承钢连铸坯在轧制前的加热过程，使轴承钢满足加热温度与高温扩散时间的要求，实现对轴承钢连铸坯加热工艺的精细控制，达到有效改善轴承钢碳化物带状和液析的目的，最大限度的提高轴承钢的加热质量和轧钢生产效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其控制步骤是：
（1）通过现场生产管理系统实时读取正在进行加热的轴承钢外形尺寸，尺寸包括有钢坯的长度、宽度、厚度参数及化学成分参数，其中化学成分用来进行钢坯比热容和热导率的计算；
（2）启动钢坯温度预测数学模型，该模型是依据加热炉炉型特点和钢坯黑匣子测试数据等基础上优化建立的，数学模型内容包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型；
钢坯内部导热模型主要用于计算轴承钢内部的温度分布，计算方法采用二维直角坐标对钢坯宽度和厚度方向进行网格划分，采用有限差分法进行内部各点温度计算；
炉膛辐射换热模型采用辐射网络图的方法进行炉膛内各节点表面辐射热流的计算，计算的节点包括钢坯表面、炉墙、炉气、热电偶；
炉膛对流换热模型采用“布道洛夫”经验公式进行计算；
（3）对钢坯温度进行实时计算，必须实时采集每支钢坯的装炉温度；以钢坯的装炉温度作为初始温度，根据钢坯在炉内的停留时间、钢坯在炉内的位置及钢坯停留过程中炉气的温度，以20s为周期利用钢坯温度预测数学模型对钢坯进行温度计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；
（4）根据钢坯实时温度结合高温扩散工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量。钢坯加热质量的判断依据包括钢坯当前宽度和厚度方向断面的温度分布状况以及钢坯的高温扩散时间；
（5）根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温；
（6）重复进行步骤（3）-步骤（5），直至钢坯加热质量完全满足加热工艺要求。
（7）根据待出炉轴承钢的加热质量和装炉温度情况调整优化加热炉出钢节奏，减少加热炉待加热时间以提高轧钢生产效率。
所述温度预测所采用的数学模型包含钢坯辐射热流计算、钢坯对流热流计算、钢坯与水梁垫块导热热流计算及钢坯内部导热计算。
所述步骤（2）中的炉墙包括左右侧墙、炉顶和炉底。
所述步骤（3）中炉气温度由热电偶进行实时测量。
所述步骤（4）中高温扩散时间指钢坯断面平均温度达到某一温度要求后在加热炉内的停留时间。
所述步骤（6）所述钢坯加热质量主要指轴承钢加热温度和高温扩散时间。
本发明的积极效果是：可有效应用于高碳铬轴承钢连铸坯在轧制前的加热过程，使轴承钢满足加热温度与高温扩散时间的要求，实现对轴承钢连铸坯加热工艺的精细控制，达到有效改善轴承钢碳化物带状和液析的目的，最大限度的提高轴承钢的加热质量和轧钢生产效率。
附图说明
图1为本发明加热控制方法的实施步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。
参见图1，一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其控制步骤是：
（1）通过现场生产管理系统实时读取正在进行加热的轴承钢外形尺寸，尺寸包括有钢坯的长度、宽度、厚度参数及化学成分参数，其中化学成分用来进行钢坯比热容和热导率的计算；
（2）启动钢坯温度预测数学模型，该模型是依据加热炉炉型特点和钢坯黑匣子测试数据等基础上优化建立的，数学模型内容包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型；
钢坯内部导热模型主要用于计算轴承钢内部的温度分布，计算方法采用二维直角坐标对钢坯宽度和厚度方向进行网格划分，采用有限差分法进行内部各点温度计算；
炉膛辐射换热模型采用辐射网络图的方法进行炉膛内各节点表面辐射热流的计算，计算的节点包括钢坯表面、炉墙、炉气、热电偶；
炉膛对流换热模型采用“布道洛夫”经验公式进行计算；
（3）对钢坯温度进行实时计算，必须实时采集每支钢坯的装炉温度；以钢坯的装炉温度作为初始温度，根据钢坯在炉内的停留时间、钢坯在炉内的位置及钢坯停留过程中炉气的温度，以20s为周期利用钢坯温度预测数学模型对钢坯进行温度计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；
（4）根据钢坯实时温度结合高温扩散工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量。钢坯加热质量的判断依据包括钢坯当前宽度和厚度方向断面的温度分布状况以及钢坯的高温扩散时间；
（5）根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温；
（6）重复进行步骤（3）-步骤（5），直至钢坯加热质量完全满足加热工艺要求。
（7）根据待出炉轴承钢的加热质量和装炉温度情况调整优化加热炉出钢节奏，减少加热炉待加热时间以提高轧钢生产效率。
所述温度预测所采用的数学模型包含钢坯辐射热流计算、钢坯对流热流计算、钢坯与水梁垫块导热热流计算及钢坯内部导热计算。
所述步骤（2）中的炉墙包括左右侧墙、炉顶和炉底。
所述步骤（3）中炉气温度由热电偶进行实时测量。
所述步骤（4）中高温扩散时间指钢坯断面平均温度达到某一温度要求后在加热炉内的停留时间。
所述步骤（6）所述钢坯加热质量主要指轴承钢加热温度和高温扩散时间。
实施例1
以某厂在采用L2级燃烧优化模型前后的加热工艺的调整优化情况再做个说明。
采用L2级燃烧优化模型前的L1级燃烧控制模式下的GCr15轴承钢加热温度制度（见表1），采用L2级燃烧优化模型后的GCr15轴承钢加热温度制度（见表2）：
表1
表2
以上仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的原则之内,所作任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于控制步骤是：
（1）通过现场生产管理系统实时读取正在进行加热的轴承钢外形尺寸，尺寸包括有钢坯的长度、宽度、厚度参数及化学成分参数，其中化学成分用来进行钢坯比热容和热导率的计算；
（2）启动钢坯温度预测数学模型，该模型是依据加热炉炉型特点和钢坯黑匣子测试数据等基础上优化建立的，数学模型内容包括钢坯内部导热模型、炉膛辐射换热模型及炉膛对流换热模型；
钢坯内部导热模型主要用于计算轴承钢内部的温度分布，计算方法采用二维直角坐标对钢坯宽度和厚度方向进行网格划分，采用有限差分法进行内部各点温度计算；
炉膛辐射换热模型采用辐射网络图的方法进行炉膛内各节点表面辐射热流的计算，计算的节点包括钢坯表面、炉墙、炉气、热电偶；
炉膛对流换热模型采用“布道洛夫”经验公式进行计算；
（3）对钢坯温度进行实时计算，必须实时采集每支钢坯的装炉温度；以钢坯的装炉温度作为初始温度，根据钢坯在炉内的停留时间、钢坯在炉内的位置及钢坯停留过程中炉气的温度，以20s为周期利用钢坯温度预测数学模型对钢坯进行温度计算，得到钢坯内部各点的模型计算温度；
（4）根据钢坯实时温度结合高温扩散工艺要求预测当前加热制度和生产节奏下的钢坯加热质量；钢坯加热质量的判断依据包括钢坯当前宽度和厚度方向断面的温度分布状况以及钢坯的高温扩散时间；
（5）根据预测的钢坯加热质量自动调整设定各段炉温；
（6）重复进行步骤（3）-步骤（5），直至钢坯加热质量完全满足加热工艺要求；
（7）根据待出炉轴承钢的加热质量和装炉温度情况调整优化加热炉出钢节奏，减少加热炉待加热时间以提高轧钢生产效率。
2.如权利要求1所述基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中温度预测所采用的数学模型包含钢坯辐射热流计算、钢坯对流热流计算、钢坯与水梁垫块导热热流计算及钢坯内部导热计算。
3.如权利要求1所述基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中的炉墙包括左右侧墙、炉顶和炉底。
4.如权利要求1所述基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：所述步骤（3）中炉气温度由热电偶进行实时测量。
5.如权利要求1所述基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：所述步骤（4）中高温扩散时间指钢坯断面平均温度达到某一温度要求后在加热炉内的停留时间。
6.如权利要求1所述基于温度时间控制的高碳铬轴承钢连铸坯加热控制方法，其特征在于：所述步骤（6）所述钢坯加热质量主要指轴承钢加热温度和高温扩散时间。
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