CN109201748A - 一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，涉及螺纹钢生产领域；所述轧制工艺流程为：粗轧机轧制—1号飞剪机飞剪—中轧机轧制—中轧件冷却智能控制—2号飞剪机飞剪—精轧机轧制—精轧件冷却智能控制—3号飞剪机飞剪—冷床冷却，所述轧件冷却智能控制包括中轧件冷却智能控制和精轧件冷却智能控制，所述中轧件冷却智能控制设在中轧机轧制后，所述精轧件冷却智能控制设在精轧机轧制后，轧件冷却过程中采用智能控制技术进行控制各个过程温度，使得最终螺纹钢在不需要添加V合金的情况下获得珠光体和铁素体组织，节约了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术

技术领域：

本发明涉及螺纹钢生产领域，具体涉及一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术。

背景技术：

我国是当之无愧的钢铁大国，新世纪以来的十几年间，我国钢铁工业迅猛发展，粗钢产量快速增加，常年位居世界第一，粗钢产量达8亿吨，约占世界粗钢产量的49.5％。目前全国共有钢铁企业1400余家。其中螺纹钢产量约3 亿吨，生产线超过500条。

目前国内螺纹钢生产线自动化和智能化水平均较低，对人的依赖度高，成本高。螺纹钢生产近年来工艺发展快速，由原来的单线轧制快速发展为二切分、三切分、四切分、五切分轧制，六切分轧制已试验成功，自动化控制水平有所提高，但智能化控制水平低，轧制工序、控制冷却系统及生产收集工序等涉及到现场操作的工作仍要人工操作，控制滞后，精准度差，人员劳动强度大。钢坯轧制过程中，过程温降造成轧件温度前高后低；螺纹钢多线切分后，由于轧件的断面温差造成切分后每线轧件温度差别大。轧件出精轧成品轧机后，钢温在950℃—1000℃，传统穿水装置用一组长穿水，直接强制冷却轧件至400℃左右，形成闭环马氏体强化以提高钢材力学性能。新国家标准要求钢材金相组织为铁素体+珠光体，不允许出现马氏体。为了不出现马氏体，现有工艺在提高Si、Mn到上限范围的同时，增加0.025％以上的V合金，提高了生产成本。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，通过对轧件冷却过程智能化控制，使轧件冷却后温差小，螺纹钢最终组织中不含马氏体，不需要添加V合金，节约了生产成本，提高了生产效率。

本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：

一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，所述轧制工艺流程为：粗轧机轧制—1号飞剪机飞剪—中轧机轧制—中轧件冷却智能控制—2号飞剪机飞剪—精轧机轧制—精轧件冷却智能控制—3号飞剪机飞剪—冷床冷却，所述轧件冷却智能控制包括中轧件冷却智能控制和精轧件冷却智能控制，所述中轧件冷却智能控制设在中轧机轧制后，所述精轧件冷却智能控制设在精轧机轧制后，轧件冷却智能控制技术步骤如下：

(1)在控制冷却装置冷却水管道上安装气动调节阀、水压检测仪、水量检测仪、温度计，在冷却装置后安装轧件温度检测仪，将开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，每5s计算各参数平均值，以气动调节阀开口度为自变量，轧件冷却后温度为因变量建立线性关系，将开轧温度、水压、水温作为前馈调整值；

(2)设定轧件冷却后温度，并检测轧件实际冷却温度，当实际冷却温度低于设定值时，调小气动调节阀开口度，当实际冷却温度高于设定值时，调大气动调节阀开口度，直至实际冷却温度与设定值相同时，保持气动调节阀开口度不变；

(3)将步骤(2)调整后的参数存入数据库，下一支钢坯轧制时，根据开轧温度、水压、水温前馈值的变化，系统自动从数据库中提取与要轧制的钢坯相同或最相近的一组数据，采用此组数据的气动调节阀开口度，提前对轧件冷却装置进行调整，保证轧件冷却后温度与设定值相同。

所述精轧件冷却智能控制还包括以下步骤：

(1)在精轧成品轧机后设置3-4组控制冷却装置，每组控制冷却装置内设置与轧制切分线数相等的控制冷却单元，形成多组、多线控制冷却系统；

(2)设定每组控制冷却装置后轧件冷却温度，第一组控制冷却装置在调整冷却温度达到设定值前，第二组、第三组不作调整，第一组控制冷却装置温度达到设定值后，将冷却后温度反馈作为第二组控制冷却装置的进口温度，在第二组控制冷却装置调整冷却温度达到设定值前，第三组不作调整，以此类推；

(3)每组控制冷却装置后冷却温度均达到设定值后，将每组每线开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，建立控制模型，用于下一支轧件的控制冷却。

所述精轧件冷却智能控制过程中测温仪采用具有弧形扫描功能的测温仪，将测温仪安装在多线切分轧件的上方，测温仪红外摄像头从多线切分第一线到最后一线进行扫描，将扫描区域温度输入计算机处理，滤除不符合要求的温度，对每线温度输出。

所述开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度之间建立多元回归模型，所述多元回归模型建立包括以下步骤：

(1)建模：在生产线的相应位置安装传感器，实时采集初始钢温、燃料热值、加热炉温度、加热炉压力、穿水流量、水压、水温、成品速度作为自变量参数，同时采集最终钢温作为因变量参数，在自变量矩阵和因变量矩阵之间建立多元回归模型，模型如下：

Y_n＝X_n×pA_p

Y_n+1＝X_(n+1)×pA_p

式中，Y为因变量矩阵，X为自变量矩阵，A为矩阵系数；n为矩阵行数， p为矩阵列数；

(2)建立、更新数据库：根据多次采集的自变量和因变量参数生成数据库，按照因变量对各个自变量的敏感度进行优先级排序，按照优先级顺序选取参数状态，通过存储不同状态下的因变量和自变量，从数据库中读出与当前状态最接近的参数状态，根据最接近的参数状态调整当前状态，并将调整后的状态参数再次存储到数据库，从而进一步更新数据库，作为下一次控制参数的依据。

本发明提供了一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，其有益效果为：

(1)轧件冷却过程中采用智能控制技术进行控制各个过程温度，使得最终螺纹钢在不需要添加V合金的情况下获得珠光体和铁素体组织，节约了生产成本，提高了生产效率。

(2)在中轧机和精轧机间采用中轧件冷却智能控制，使中轧件在进入精轧机前温度不高于960℃，不低于900℃，精轧机后设置精轧件冷却智能控制，对每组每线轧件冷却分别控制，并实现智能自学习调整，冷却温度控制在720℃以上，以获取理想晶粒度和金相组织，符合国家标准的力学性能。

(3)采用具有弧形扫描功能的测温仪，对每组每线温度进行区域扫描，每线检测出的温度为轧件上部多点温度的平均值，代表性强，能准确反映轧件冷却后真实温度。

附图说明：

图1为本发明生产的螺纹钢金相组织(珠光体和铁素体)示意图；

具体实施方式：

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1：

一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，所述轧制工艺流程为：粗轧机轧制—1号飞剪机飞剪—中轧机轧制—中轧件冷却智能控制—2号飞剪机飞剪—精轧机轧制—精轧件冷却智能控制—3号飞剪机飞剪—冷床冷却，所述轧件冷却智能控制包括中轧件冷却智能控制和精轧件冷却智能控制，所述中轧件冷却智能控制设在中轧机轧制后，所述精轧件冷却智能控制设在精轧机轧制后，轧件冷却智能控制技术步骤如下：

(1)在控制冷却装置冷却水管道上安装气动调节阀、水压检测仪、水量检测仪、温度计，在冷却装置后安装轧件温度检测仪，将开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，每5s计算各参数平均值，以气动调节阀开口度为自变量，轧件冷却后温度为因变量建立线性关系，将开轧温度、水压、水温作为前馈调整值；

(2)设定轧件冷却后温度，并检测轧件实际冷却温度，当实际冷却温度低于设定值时，调小气动调节阀开口度，当实际冷却温度高于设定值时，调大气动调节阀开口度，直至实际冷却温度与设定值相同时，保持气动调节阀开口度不变；

(3)将步骤(2)调整后的参数存入数据库，下一支钢坯轧制时，根据开轧温度、水压、水温前馈值的变化，系统自动从数据库中提取与要轧制的钢坯相同或最相近的一组数据，采用此组数据的气动调节阀开口度，提前对轧件冷却装置进行调整，保证轧件冷却后温度与设定值相同。

所述精轧件冷却智能控制还包括以下步骤：

(1)在精轧成品轧机后设置4组控制冷却装置，每组控制冷却装置内设置与轧制切分线数相等的控制冷却单元，形成多组、多线控制冷却系统；

(2)设定每组控制冷却装置后轧件冷却温度，第一组控制冷却装置在调整冷却温度达到设定值前，第二组、第三组不作调整，第一组控制冷却装置温度达到设定值后，将冷却后温度反馈作为第二组控制冷却装置的进口温度，在第二组控制冷却装置调整冷却温度达到设定值前，第三组不作调整，以此类推；

(3)每组控制冷却装置后冷却温度均达到设定值后，将每组每线开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，建立控制模型，用于下一支轧件的控制冷却。

所述精轧件冷却智能控制过程中测温仪采用具有弧形扫描功能的测温仪，将测温仪安装在多线切分轧件的上方，测温仪红外摄像头从多线切分第一线到最后一线进行扫描，将扫描区域温度输入计算机处理，滤除不符合要求的温度，对每线温度输出。

实施例2：

一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，所述轧制工艺流程为：粗轧机轧制—1号飞剪机飞剪—中轧机轧制—中轧件冷却智能控制—2号飞剪机飞剪—精轧机轧制—精轧件冷却智能控制—3号飞剪机飞剪—冷床冷却，所述轧件冷却智能控制包括中轧件冷却智能控制和精轧件冷却智能控制，所述中轧件冷却智能控制设在中轧机轧制后，所述精轧件冷却智能控制设在精轧机轧制后，轧件冷却智能控制技术步骤如下：

(1)在控制冷却装置冷却水管道上安装气动调节阀、水压检测仪、水量检测仪、温度计，在冷却装置后安装轧件温度检测仪，将开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，每5s计算各参数平均值，以气动调节阀开口度为自变量，轧件冷却后温度为因变量建立线性关系，将开轧温度、水压、水温作为前馈调整值；

(2)设定轧件冷却后温度，并检测轧件实际冷却温度，当实际冷却温度低于设定值时，调小气动调节阀开口度，当实际冷却温度高于设定值时，调大气动调节阀开口度，直至实际冷却温度与设定值相同时，保持气动调节阀开口度不变；

(3)将步骤(2)调整后的参数存入数据库，下一支钢坯轧制时，根据开轧温度、水压、水温前馈值的变化，系统自动从数据库中提取与要轧制的钢坯相同或最相近的一组数据，采用此组数据的气动调节阀开口度，提前对轧件冷却装置进行调整，保证轧件冷却后温度与设定值相同。

所述精轧件冷却智能控制还包括以下步骤：

(1)在精轧成品轧机后设置3组控制冷却装置，每组控制冷却装置内设置与轧制切分线数相等的控制冷却单元，形成多组、多线控制冷却系统；

(2)设定每组控制冷却装置后轧件冷却温度，第一组控制冷却装置在调整冷却温度达到设定值前，第二组、第三组不作调整，第一组控制冷却装置温度达到设定值后，将冷却后温度反馈作为第二组控制冷却装置的进口温度，在第二组控制冷却装置调整冷却温度达到设定值前，第三组不作调整，以此类推；

(3)每组控制冷却装置后冷却温度均达到设定值后，将每组每线开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，建立控制模型，用于下一支轧件的控制冷却。

所述精轧件冷却智能控制过程中测温仪采用具有弧形扫描功能的测温仪，将测温仪安装在多线切分轧件的上方，测温仪红外摄像头从多线切分第一线到最后一线进行扫描，将扫描区域温度输入计算机处理，滤除不符合要求的温度，对每线温度输出。

所述开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度之间建立多元回归模型，所述多元回归模型建立包括以下步骤：

(1)建模：在生产线的相应位置安装传感器，实时采集初始钢温、燃料热值、加热炉温度、加热炉压力、穿水流量、水压、水温、成品速度作为自变量参数，同时采集最终钢温作为因变量参数，在自变量矩阵和因变量矩阵之间建立多元回归模型，模型如下：

Y_n＝X_n×pA_p

Y_n+1＝X_(n+1)×pA_p

式中，Y为因变量矩阵，X为自变量矩阵，A为矩阵系数；n为矩阵行数， p为矩阵列数；

(2)建立、更新数据库：根据多次采集的自变量和因变量参数生成数据库，按照因变量对各个自变量的敏感度进行优先级排序，按照优先级顺序选取参数状态，通过存储不同状态下的因变量和自变量，从数据库中读出与当前状态最接近的参数状态，根据最接近的参数状态调整当前状态，并将调整后的状态参数再次存储到数据库，从而进一步更新数据库，作为下一次控制参数的依据。

对比例：

生产公称直径为∮6mm-∮28mm规格的Ⅱ级热轧螺纹钢筋的生产过程。在提钒-炼钢双联工艺下以含钒铁水和硅锰合金为主要合金化原料生产Ⅱ级热轧螺纹钢筋，该工艺是在保证Ⅱ级螺纹钢筋性能的基础上，通过增加钢筋中V 含量，适当降低Ⅱ级螺纹钢筋钢筋中Mn、Si元素来降低钢筋的生产成本，钢筋中的Si、Mn元素主要来源于硅锰合金，C元素主要来源于炼钢终点C以及液态含钒铁水带入的C元素，V元素主要来源于炼钢终点残钒、液态含钒铁水带入的V元素以及还原转炉终渣中V₂O₅中的V元素，通过该工艺生产的Ⅱ级热轧螺纹钢筋既保证了钢筋性能，同时大大降低Ⅱ级热轧螺纹钢筋的生产成本。

对以上各实施例和对比例制备的螺纹钢的生产成本和生产效率做统计，结果如下：

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，其特征在于，所述轧制工艺流程为：粗轧机轧制—1号飞剪机飞剪—中轧机轧制—中轧件冷却智能控制—2号飞剪机飞剪—精轧机轧制—精轧件冷却智能控制—3号飞剪机飞剪—冷床冷却，所述轧件冷却智能控制包括中轧件冷却智能控制和精轧件冷却智能控制，所述中轧件冷却智能控制设在中轧机轧制后，所述精轧件冷却智能控制设在精轧机轧制后，轧件冷却智能控制技术步骤如下：

(1)在控制冷却装置冷却水管道上安装气动调节阀、水压检测仪、水量检测仪、温度计，在冷却装置后安装轧件温度检测仪，将开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，每5s计算各参数平均值，以气动调节阀开口度为自变量，轧件冷却后温度为因变量建立线性关系，将开轧温度、水压、水温作为前馈调整值；

(2)设定轧件冷却后温度，并检测轧件实际冷却温度，当实际冷却温度低于设定值时，调小气动调节阀开口度，当实际冷却温度高于设定值时，调大气动调节阀开口度，直至实际冷却温度与设定值相同时，保持气动调节阀开口度不变；

(3)将步骤(2)调整后的参数存入数据库，下一支钢坯轧制时，根据开轧温度、水压、水温前馈值的变化，系统自动从数据库中提取与要轧制的钢坯相同或最相近的一组数据，采用此组数据的气动调节阀开口度，提前对轧件冷却装置进行调整，保证轧件冷却后温度与设定值相同。

2.根据权利要求1所述的螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，其特征在于，所述精轧件冷却智能控制还包括以下步骤：

(1)在精轧成品轧机后设置3-4组控制冷却装置，每组控制冷却装置内设置与轧制切分线数相等的控制冷却单元，形成多组、多线控制冷却系统；

(2)设定每组控制冷却装置后轧件冷却温度，第一组控制冷却装置在调整冷却温度达到设定值前，第二组、第三组不作调整，第一组控制冷却装置温度达到设定值后，将冷却后温度反馈作为第二组控制冷却装置的进口温度，在第二组控制冷却装置调整冷却温度达到设定值前，第三组不作调整，以此类推；

(3)每组控制冷却装置后冷却温度均达到设定值后，将每组每线开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度存储在数据库中，建立控制模型，用于下一支轧件的控制冷却。

3.根据权利要求2所述的螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，其特征在于，所述精轧件冷却智能控制过程中测温仪采用具有弧形扫描功能的测温仪，将测温仪安装在多线切分轧件的上方，测温仪红外摄像头从多线切分第一线到最后一线进行扫描，将扫描区域温度输入计算机处理，滤除不符合要求的温度，对每线温度输出。

4.根据权利要求1所述的螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制技术，其特征在于，所述开轧温度、水压、水温、气动调节阀开口度和轧件冷却后温度之间建立多元回归模型，所述多元回归模型建立包括以下步骤：

(1)建模：在生产线的相应位置安装传感器，实时采集初始钢温、燃料热值、加热炉温度、加热炉压力、穿水流量、水压、水温、成品速度作为自变量参数，同时采集最终钢温作为因变量参数，在自变量矩阵和因变量矩阵之间建立多元回归模型，模型如下：

Y_n＝X_n×pA_p

Y_n+1＝X_(n+1)×pA_p

式中，Y为因变量矩阵，X为自变量矩阵，A为矩阵系数；n为矩阵行数，p为矩阵列数；

(2)建立、更新数据库：根据多次采集的自变量和因变量参数生成数据库，按照因变量对各个自变量的敏感度进行优先级排序，按照优先级顺序选取参数状态，通过存储不同状态下的因变量和自变量，从数据库中读出与当前状态最接近的参数状态，根据最接近的参数状态调整当前状态，并将调整后的状态参数再次存储到数据库，从而进一步更新数据库，作为下一次控制参数的依据。