CN111069309A - 一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法 - Google Patents

一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于轧钢生产冷却技术领域，提供一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，主要应用在中厚板生产线上。具体工艺过程是：精轧完后厚度范围6～80mm的钢板，由传输辊道输送到轧后冷却区域，将温度720～900℃的钢板快速冷却至250～600℃，冷却完成后钢板通过矫直机输送至冷床。本发明采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法，解决传统单一换热系数精度差问题。本发明采用静态模型表按水温分区方法，换热系数实时适应水温及季节变化解决命中速度慢的问题。本发明采用前馈动态模型引入开冷温度波动提前修正换热系数方法，解决轧制温度波动对冷却精度的影响。采用本发明，贝氏体钢轧后冷却模型控制温度精度98％命中±10℃，不受季节影响直接或第二块命中。

Description

一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法
技术领域
本发明属于轧钢生产冷却技术领域，提供一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法。
背景技术
当奥氏体过冷到低于珠光体转变温度和高于马氏体转变温度之间的温区时，将发生由切变相变与短程扩散相配合的转变，其转变产物叫贝氏体，钢中的贝氏体是铁素体和碳化物的混合组织。管线钢X70、X80及高强钢Q550、Q690等均为贝氏体钢。轧后冷却系统通过控制轧件的开冷温度、冷却速率和终冷温度来控制钢材的组织形态及分布、相变过程，达到细化晶粒，提高钢板的强度和韧性的目的。轧后冷却工艺的应用对于贝氏体钢的生产尤为重要。
目前，国内中厚板贝氏体钢轧后冷却数学模型控制一直是个难题，控制精度差，其中换热系数模型参数是轧后冷却数学模型的核心。贝氏体钢具有强度高、冷却速率大及控制温度低等显著特点，温降近400℃。现有轧后冷却数学模型具有换热系数单一无法适应不同温度区间进行变化调整、忽略不同水温对于换热系数的影响及精轧轧制温度的不稳定性对于冷却控制精度的影响等问题。
发明专利《一种中厚板轧后超快冷过程温度场的耦合控制方法》(申请号/专利号：201210142276.4)中提到根据PDI数据利用温度场耦合控制算法对每一个水流密度层别分别进行温度场仿真，并根据冷却工艺要求，进行冷却规程设定，包括超快冷集管的流量、开启组数及集管组态，并下发。发明专利《一种中厚板辊式淬火机自动控制系统》(申请号/专利号：201110388062.0)所述过程控制系统用于根据入炉触发获得钢板计划信息后，调用淬火机数据库中模型参数和物性参数预计算淬火规程，并将计算结果存储到淬火机数据库中。
因此，目前国内均没有保证贝氏体钢轧后冷却精度的有效办法。针对贝氏体钢从高温冷却至低温采用同一换热系数精度差，即使采用自学习精度还差。同时，无法适应水温和季节的变化，也无法适应控轧温度的波动，导致模型命中速度慢及精度差等一系列问题。因此，急需开发一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，以满足产量日益增长的中厚板贝氏体钢的开发及生产。
发明内容
本发明的目的提供一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，解决了贝氏体钢从高温冷却至低温采用同一换热系数精度差问题；解决了模型换热系数无法适应水温和季节的变化，也无法适应控轧温度波动，导致模型命中速度慢及精度差等一系列问题。采用此方法后贝氏体钢轧后冷却模型控制温度精度98％命中±10℃，不受季节更替影响直接或第二块命中精度。
本发明的技术方案是：一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，生产步骤如下：
步骤1：精轧完后厚度范围6～80mm的钢板，由传输辊道输送到轧后冷却区域；
步骤2：采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法和用静态模型表按水温分区方法，将温度720～900℃的钢板快速冷却至250～600℃；
步骤3：冷却完成后钢板通过矫直机输送至冷床。
进一步地，步骤2所述采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法，换热系数实时适应钢板≥650℃高温、550～650℃中温及＜550℃低温不同钢板温度区间变化。具体方法如下：确定贝氏体钢开冷温度Ts及目标冷却温度Tf，设置开冷温度Ts冷却至650℃温度场换热系数§1，设置650℃冷却至550℃温度场换热系数§2，设置550℃冷却至Tf温度场换热系数§3，轧后冷却有限差分模型分别在对应的温度区间采用对应的换热系数计算温度场，计算开启集管组数及开启位置等参数并下达执行。
进一步地，步骤2所述采用静态模型表按水温分区方法，水温按照每5℃阶梯设置一档，换热系数实时适应水温及季节变化。具体方法如下：生产者通常会将生产需要及优化后的工艺参数放入静态模型表，动态模型从静态模型表里读取固定的工艺参数及模型参数作为输入数据进行动态模型计算，计算结果再进行输出。在静态模型库表中针对水温Tw进行分区，分成Tw≥35℃、30≤Tw＜35℃、25≤Tw＜30℃、20≤Tw＜25℃、15≤Tw＜20℃、Tw＜15℃，共分成六档，每一档内均设置独立的换热系数§1、§2、§3，冷却过程中根据水温Tw查找对应的模型换热系数进行计算。
进一步地，在采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法和用静态模型表按水温分区方法的基础上，采用前馈动态模型引入开冷温度波动提前修正换热系数方法，同批次钢板开冷温度波动超过±10℃修正换热系数，换热系数提前实时适应开冷温度波动变化。具体方法如下：前块钢板冷却完后将开冷温度Tsb写入静态模型库表中，本块同批次钢板调用前块钢板开冷温度Tsb与本块钢板开冷温度Tsf进行比较，如果-10℃≤Tsf-Tsb≤10℃，换热系数不进行修正，温度波动超过±10℃修正换热系数§1、§2、§3，修正后的新的换热系数§1n＝(1+0.025*(Tsf-Tsb)/10)*§1、§2n＝(1+0.025*(Tsf-Tsb)/10)*§2、§3n＝(1+0.025*(Tsf-Tsb)/10)*§3。
贝氏体钢轧后冷却模型控制温度精度98％命中±10℃，不受季节更替影响直接或第二块命中精度。
贝氏体钢轧后冷却通常从800℃温度冷却到500℃温度以下，温降300-500℃，现有静态模型库表均采用同一换热系数模型参数进行有限差分计算，实际上不同温度区间钢板与水的换热效果差别很大，采用同一换热系数计算800℃到400℃整个温降温度场与实际温度场不符，因此贝氏体钢轧后冷却温度精度差，温降越大精度越差。同时，水温对于贝氏体钢冷却能力及换热系数模型参数差别甚大，例如20℃与35℃水温对于钢板换热系数差别近一倍多，如果不按照水温划分静态模型表，如果水温变化或者季节变化第一块钢板精度命中率极低，并且需要学习多块比如4-5块才能学习至适应现有水温的换热系数，才能命中精度。最后，中厚板控轧是轧后冷却的前提，控轧温度的稳定性对于轧后冷却精度影响较大，通常同批次钢板工艺要求控制温度在±10℃，如果温度波动较大，容易出现轧后冷却精度波动大及精度差等问题。因此，采用本发明的一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法能有效的解决上述问题。
针对本发明的一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法主要优点如下：
(1)解决了贝氏体钢轧后冷却控制精度差及换季模型命中速度慢的问题；
(2)采用变换热系数适应贝氏体钢不同温度区间变化，提高模型精度；
(3)静态模型表按水温分区，换热系数适应水温及季节变化，提高命中速度；
(4)前馈动态模型引入开冷温度波动提前修正换热系数方法，提高前馈精度；
(5)采用此方法后贝氏体钢轧后冷却模型控制温度精度98％命中±10℃；
(6)采用此方法后不受季节更替影响直接或第二块命中精度。
本发明装置广泛适用中厚板轧钢生产领域，适用范围广，能实现贝氏体钢轧后冷却温度高精度控制，具有较高的温度精度命中率；能较好的实现贝氏体钢的轧后冷却工艺要求，保证贝氏体钢的组织性能要求；能保证较好的贝氏体钢性能稳定性，贝氏体钢性能同批次差、同板差较小，最终保证贝氏体钢顺利完成交货。
附图说明
附图1为本发明的中厚板轧后冷却工艺的结构示意图。
1-精轧机 2-轧后冷却装置 3-强力矫直机
附图2为本发明贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数示意图。
4-开冷温度Ts 5-650℃ 6-550℃ 7-终冷温度Tf 8-§1温度区 9--§2温度区 10--§3温度区
附图3为本发明静态模型表按水温分区示意图。
11-贝氏体钢钢种 12-钢板厚度 13-水温分区 14-高温区换热系数 15-中温区换热系数 16-低温区换热系数
具体实施方式
实施例一：以生产22mm厚度的X80钢板为例，精轧机出口距离轧后冷却装置54m，春季水温22℃，采用附图1布置的中厚板轧后冷却工艺的应用技术为例来进一步描述其工艺方法。由附图1精轧机(1)轧完后的钢板，由传输辊道将钢板送入附图1轧后冷却装置(2)区进行冷却，将钢板由附图2中开冷温度Ts(4)冷却到附图2中终冷温度Tf(7)，其中Ts＝800℃，Tf＝450℃。钢板从800℃冷却到附图2中650℃(5)为附图2§1温度区(8)，采用换热系数§1＝5200W/(m2·K)。钢板从附图2中650℃(5)冷却到附图2中550℃(6)为附图2§2温度区(9)，采用换热系数§2＝4800W/(m2·K)。钢板从附图2中550℃(6)冷却到附图2中终冷温度Tf(7)为附图2§3温度区(10)，采用换热系数§3＝4600W/(m2·K)。轧后冷却之后的钢板经输入辊道直接进入附图1强力矫直机(3)区进行矫直。采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法，温度精度98.64％命中±10℃，并且各项性能指标均达到技术要求。
实施例二：同样以生产22mm厚度的X80钢板为例，夏季水温32℃，工艺过程同实施例一。从静态模型库表中查询附图3贝氏体钢钢种(11)为X80，查询附图3钢板厚度(12)为22mm，按照附图3水温分区(13)为30≤Tw＜35℃查找附图3高温区换热系数(14)§21，附图3中温区换热系数(15)§22，附图3低温区换热系数(16)§23。其中§21＝4200W/(m2·K)、§22＝3900W/(m2·K)、§23＝3700W/(m2·K)。实施案例一为春季生产，实施案例二为夏季生产，同钢种同规格夏季生产的第一块钢命中455℃，目标温度为450℃，精度+5℃，命中速度为1块，并且各项性能指标均达到技术要求。
实施例三：同样以生产22mm厚度的X80钢板为例，夏季水温32℃，工艺过程同实施例二。开冷温度为800℃时§21＝4200W/(m2·K)、§22＝3900W/(m2·K)、§23＝3700W/(m2·K)。由于控轧温度不稳定，第二块钢开冷温度为820℃，§21＝4410W/(m2·K)、§22＝4095W/(m2·K)、§23＝3885W/(m2·K)，在前馈动态模型预设定就修正了静态模型库表查询的换热系数，进行有限差分模型计算。第二块钢命中454℃，目标温度为450℃，精度+4℃，保证了较好的轧后冷却精度，不受控轧轧制温度波动的干扰。

Claims (4)

1.一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，其特征在于：其主要步骤如下：
步骤1：精轧完后厚度范围6～80mm的钢板，由传输辊道输送到轧后冷却区域；
步骤2：采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法和用静态模型表按水温分区方法，将温度720～900℃的钢板快速冷却至250～600℃；
步骤3：冷却完成后钢板通过矫直机输送至冷床。
2.根据权利要求1所述的一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，其特征在于：步骤2所述采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法，换热系数实时适应钢板≥650℃高温、550～650℃中温及＜550℃低温不同钢板温度区间变化；具体方法如下：确定贝氏体钢开冷温度Ts及目标冷却温度Tf，设置开冷温度Ts冷却至650℃温度场换热系数§1，设置650℃冷却至550℃温度场换热系数§2，设置550℃冷却至Tf温度场换热系数§3，轧后冷却有限差分模型分别在对应的温度区间采用对应的换热系数计算温度场，计算开启集管组数及开启位置参数并下达执行。
3.根据权利要求1所述的一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，其特征在于：步骤2所述步骤2使用静态模型表按水温分区方法，水温按照每5℃阶梯设置一档，换热系数实时适应水温及季节变化；具体方法如下：生产者将生产需要及优化后的工艺参数放入静态模型表，动态模型从静态模型表里读取固定的工艺参数及模型参数作为输入数据进行动态模型计算，计算结果再进行输出；在静态模型库表中针对水温Tw进行分区，分成Tw≥35℃、30≤Tw＜35℃、25≤Tw＜30℃、20≤Tw＜25℃、15≤Tw＜20℃、Tw＜15℃，共分成六档，每一档内均设置独立的换热系数§1、§2、§3，冷却过程中根据水温Tw查找对应的模型换热系数进行计算。
4.根据权利要求1所述的一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法，其特征在于：在采用贝氏体钢高、中、低温冷却过程变换热系数方法和用静态模型表按水温分区方法的基础上，采用前馈动态模型引入开冷温度波动提前修正换热系数方法，同批次钢板开冷温度波动超过±10℃修正换热系数，换热系数提前实时适应开冷温度波动变化；具体方法如下：前块钢板冷却完后将开冷温度Tsb写入静态模型库表中，本块同批次钢板调用前块钢板开冷温度Tsb与本块钢板开冷温度Tsf进行比较，如果-10℃≤Tsf-Tsb≤10℃，换热系数不进行修正，温度波动超过±10℃修正换热系数§1、§2、§3，修正后的新的换热系数§1n＝(1+0.025*(Tsf-Tsb)/10)*§1、§2n＝(1+0.025*(Tsf-Tsb)/10)*§2、§3n＝(1+0.025*(Tsf-Tsb)/10)*§3。
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