CN112329089A - 基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，所述的系统包括：轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统、图表处理子系统以及数据库；本发明充分结合轧制程序表的计算特点，提出一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，满足设计人员和现场技术人员快速、简便、直观地计算分析各个产品规格生产全流程温度演变的现实需求，为产线控冷工艺的布置和设计以及现场控冷工艺的调整提供更准确、全面的计算依据。

Description

基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统
技术领域
本发明涉及领域为热轧棒线材生产领域，尤其涉及一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程的温度场计算系统。
技术背景
目前，国内已有数百家普通热轧棒材、高速线材以及高速棒材生产企业。随着螺纹钢筋新国标(GB/T 1499.2—2018)的实施，普通热轧棒材在满足国标要求的基础上，将继续以降低合金含量、负公差控制以及提高产量为主的方向发展。高速线材的轧制速度高，终轧速度可以达到100m/s以上，适合生产小规格热轧线材，未来的发展主要是以增加轧机小时产量、无扭/微张力组合以及提高产品尺寸精度、表面质量和组织性能为突破方向。高速棒材是利用高速线材精轧机的高轧制速度以及高速上钢系统(包括尾部制动器及其后的转毂)的快速制动系统和独立上钢系统来生产小规格直条棒材，不仅满足了市场对小规格直条棒材的需求，有效避免使用高线盘圆所引起的麻烦及浪费，而且提高小规格产品的产量，减少切分轧制所引起的表面质量不高以及故障偏多成材率偏低的缺陷，已成为棒材生产的重要生产方式，但产品组织性能仍然是其重要的关注点。
随着市场需求旺盛和对产品质量要求不断提高，国内外钢铁企业不断对已有产线进行产能升级改造，同时在国内外投资新建产线，扩大自身市场占有率和竞争力。此外，由于市场竞争压力、环保政策要求以及合金成本的攀升，生产企业越来越重视控冷技术的发展，对产线控冷工艺的要求也越来越严格。热轧棒线材轧线一般由粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、精轧机组以及减径机组组成。通常，在中轧机组后、精轧机组机后以及减定径机组后都设有控冷水箱，用以严格控制产品的冷却工艺，优化产品的合金含量，提高产品的综合性能，降低合金成本。因此，在项目设计规划前期，更应该根据产品要求和产线特点，计算各种规格在产线全流程中的温度场演变趋势，从而为产线设计和现场工艺的调整提供可靠的参考。
产线设计过程中，设计人员需要计算各个规格的轧制程序表等产能数据，并据此调整产线的工艺参数。长期以来，设计人员大多是根据实践经验来设计产线的控冷设备的布置形式和数量，而且传统轧制程序表中的温度计算仅是利用经验公式对轧机入口温度的估算，没有准确地计算棒线材在生产全流程的温度演变过程。此外，大多数钢铁生产企业一线，特别是棒线材厂，几乎没有配备轧线全流程温度演变的计算手段，技术人员和操作工更多地是关注个别工序点的温度值，再通过经验来判断工艺调整方案的可行性。因此，缺乏快速、高效、直观、简便的轧线全流程温度演变计算手段的问题，在当前市场控冷需求强烈的情况下愈加突显。
轧制程序表给出了产品规格、轧线孔型、轧制速度、道次温度等关键工艺参数，是设计人员需要计算的产线基本参数表，也是企业一线技术人员最易接受、最常用的的技术手段和生产工艺调整的重要依据。目前，也尚未查阅到结合产线轧制程序表的棒线材全流程温度演变的计算方法和系统。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明目的在于解决技术人员在工艺优化设计过程和现场生产工艺调整时，缺少对热轧棒线材生产全流程温度场的快速准确计算分析，缺乏直观图表、数据支撑的现实问题和迫切需求，提出一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统。
为达到上述目的，本发明基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，所述的系统包括：轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统、图表处理子系统以及数据库；其中：
轧制程序表解析子系统，用于接收并从手动输入或以文件形式导入的轧制程序表数据中提取数据，并将其保存到数据库中，供其他子系统调用计算；
产线布置子系统，用于供技术人员根据轧制程序表的信息对应建立产线全流程的工艺布置简化模型；产线布置子系统包括粗轧机机组单元、中轧机机组单元、预精轧机机组单元、精轧机机组单元以及减径机机组单元、水冷单元以及冷床单元；产线布置过程中，技术人员需要根据工艺方案进行布置水冷单元的位置、数量和间距；对应布置的产线模型会与轧制程序表解析子系统提取的数据进行关联；
温度场计算子系统，用于计算轧件从1#轧机入口侧高温计处到到冷床出口之间的温度场演变过程，包括表层、芯部和1/4直径层(径向)的温度演变曲线；温度场计算子系统包括热辐射温降计算模块、空气对流温降计算模块、热传导温降计算模块、水冷温降计算模块、变形温升计算模块；
图表处理子系统，用支持并显示产线布置子系统的布置结果，同时对应工艺布置和工艺单元位点绘制和显示由温度场计算子系统输出的温度演变曲线，并以设定表格的形式显示棒线材表层、芯部和1/4直径层(径向)在关键工艺单元位点的温度值；
数据库，用于数据存储以及数据输入输出的管理，包括支持轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统和图表处理子系统之间的数据调用以及计算结果的保存；也包括钢种及其基本物性参数(包括合金成分、导热系数、比热和密度)。
进一步的，所提取的数据，包括轧线机架数量和类型(所谓类型，指粗轧机机组、中轧机机组、预精轧机机组、精轧机机组以及减径机机组)、机架间距、辊径、轧辊材质、辊缝、各道次的孔型类型(包括平辊、空过、椭、圆、菱、方、箱、预切、切分、椭×n、圆×n(n为切分数)等常用孔型)、轧机平立状态、坯料和各道次的料型尺寸(包括料高、料宽、横截面积)、压下量、坯料重量、钢种、开轧温度、各道次的轧制速度。
进一步的，所述水冷温降计算模块包括对轧辊冷却水子单元和轧线控冷水箱子单元产生的温降计算。
进一步的，在温度场计算子系统中，设置空冷换热系数和车间气温、水冷换热系数和水温、热辐射换热系数、钢种物性参数(包括导热系数、比热、密度)、冷床参数(包括长度、宽度和换热系数)，并需详细设置各个水冷单元的水压、水量。
进一步的，在温度场计算子系统中，能设定关键工艺单元位点的工艺目标温度。
进一步的，温度场计算子系统会根据目标温度反算相应水冷单元所需的水压和水量。技术人员可以根据计算结果，判断是否需要通过产线布置子系统调整产线全流程的工艺布置模型，以实现工艺目标温度的要求；
温度场计算子系统中所述关键工艺单元位点，包括轧件在各个轧机机组入口和出口的温度，在控冷水箱入口和出口附近的温度，在冷床入口和出口的温度；所述关键工艺单元位点还包括技术人员指定的其他温度点。
进一步的，图表处理子系统中的关键工艺单元位点，包括轧件在各个轧机入口和出口的温度，在水冷单元入口和出口附近的温度，在冷床入口和出口的温度。
进一步地，图表处理子系统输出的结果，可以图片和文件(如Excel表格)的形式导出，供用户查看分析。
进一步地，可以手动输入增加新的钢种及其基本物性参数信息。
进一步地，可以在基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统中输入并保存多个产品规格的轧制程序表，可以实现分别计算、保存和重复查看计算结果。
进一步地，基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统可基于B/S架构开发，系统前端可采用Vue框架，后端采用Java语言的Spring boot框架，数据库采用Mysql。
进一步地，本系统不仅可以离线计算，也可以链接在线生产数据，实时跟踪计算预报棒线材的全流程温度场，为实际生产过程提供参考。
本发明充分结合轧制程序表的计算特点，提出一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，满足设计人员和现场技术人员计算各个产品规格生产全流程温度演变的现实需求，为产线控冷工艺的布置和设计以及现场控冷工艺的调整提供更准确、全面的计算依据。
附图说明
图1为本发明的工作系统框图。
图2为某棒材厂的工艺布置简化模型。
图3为某棒材厂
Figure BDA0002714653060000041
螺纹钢筋上冷床前的温度演变曲线。
具体实施方式
下面具体对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，所述的系统包括：轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统、图表处理子系统以及数据库；其中：
轧制程序表解析子系统，用于接收并从手动输入或以文件形式导入的轧制程序表数据中提取数据，并将其保存到数据库中，供其他子系统调用计算；
产线布置子系统，用于供技术人员根据轧制程序表的信息对应建立产线全流程的工艺布置简化模型；产线布置子系统包括粗轧机机组单元、中轧机机组单元、预精轧机机组单元、精轧机机组单元以及减径机机组单元、水冷单元以及冷床单元；产线布置过程中，技术人员需要根据工艺方案进行布置水冷单元的位置、数量和间距；对应布置的产线模型会与轧制程序表解析子系统提取的数据进行关联；
温度场计算子系统，用于计算轧件从1#轧机入口侧高温计处到到冷床出口之间的温度场演变过程，包括表层、芯部和1/4直径层(径向)的温度演变曲线；温度场计算子系统包括热辐射温降计算模块、空气对流温降计算模块、热传导温降计算模块、水冷温降计算模块、变形温升计算模块；
图表处理子系统，用支持并显示产线布置子系统的布置结果，同时对应工艺布置和工艺单元位点绘制和显示由温度场计算子系统输出的温度演变曲线，并以设定表格的形式显示棒线材表层、芯部和1/4直径层(径向)在关键工艺单元位点的温度值；
数据库，用于数据存储以及数据输入输出的管理，包括支持轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统和图表处理子系统之间的数据调用以及计算结果的保存；也包括钢种及其基本物性参数(包括合金成分、导热系数、比热和密度)。
实施例一：
本发明一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其具体实施步骤为：
步骤一、轧制程序表模块，录入每个产线下不同规格的轧制程序数据，作为后续模块的基础数据。
步骤二、产线布置模块，将产线拆分成多个工艺单元(粗轧机机组单元、中轧机机组单元、预精轧机机组单元、精轧机机组单元以及减径机机组单元、水冷单元以及冷床单元)，并为每个工艺单元提供输入参数配置，用户可根据不同的产线选择相应的工艺单元进行组合。
步骤三、全流程温度演变模块，离线计算时直接使用轧制程序表的数据进行计算。先选择具体产线再选择具体规格的轧制程序表作为数据源，分别计算摩擦热温升、热辐射温降、空气对流温降、热传导温降、水冷温降和变形温降，最终会以曲线图的形式显示轧件在不同位置芯部、表层、1/4直径处的温度变化。实时跟踪计算时，还需要选择传感器仪表数据作为初始温度的数据源。
实施例二：
以某棒材厂
Figure BDA0002714653060000053
螺纹钢筋的轧制程序表(单线轧制)为例进行计算。该厂共有18架轧机，在中轧机机组后设有1组控冷水箱，在精轧机机组后设有2组控冷水箱，冷床宽12m、长110m。用户首先以Excel表格的形式直接导入
Figure BDA0002714653060000054
螺纹钢筋的轧制程序表(也可在参数输入窗口，手动输入数据)，见表1。
轧制程序表解析子系统读取导入的轧制程序表数据(表1)，识别到该产线前面6机架为粗轧机机组(RS)、中间6机架为中轧机机组(MS)、后面6机架为精轧机机组(FS)，同时识别各个机架间距数值、孔型类别、轧机的平立状态、各道次的压下量和轧制速度以及开轧温度
表1某棒材厂
Figure BDA0002714653060000051
螺纹钢筋的轧制程序表
坯料(mm)：167×167×12000 坯重(kg)：2543 轧制时间(s)：43.8 钢种：20MnSi
Figure BDA0002714653060000052
Figure BDA0002714653060000061
产线布置子系统根据轧制程序表解析子系统读取进行产线工艺布置，同时设置控冷水箱的具体参数，形成图2所示的产线工艺布置简化模型。同时，可在产线布置子系统界面设置水箱几何参数，包括中轧后控冷水箱长5m、回复段12m；精轧后1号控冷水箱长5m、回复段5m；精轧后2号控冷水箱长5m、回复段80m(含轧件控冷结束后直接上冷床的输送辊道长度)。
在温度场计算子系统中设置水冷单元参数，包括轧机冷却水为25℃的低压浊环水；中轧后控冷水箱水压0.25MPa、水泵开口度52％；精轧后1号控冷水箱水压0.51MPa、水泵开口度65％；精轧后2号控冷水箱水压0.42MPa、水泵开口度60％。温度场计算子系统根据轧制程序表解析子系统读取的各道次的压下系数、变形速度计算、料型尺寸以及输入的水冷参数计算
Figure BDA0002714653060000064
螺纹钢筋全流程的温度变化数据，包括层、芯部和1/4直径层(径向)的温度演变，最终保存到数据库中。
图表处理子系统接收轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统的数据，绘制
Figure BDA0002714653060000065
螺纹钢筋从1#粗轧机入口到冷床入口的的温度变化数据，包括层、芯部和1/4直径层(径向)的温度演变曲线，如下图3所示。同时，以设定表格的形式显示棒线材表层、芯部和1/4直径层(径向)在关键工艺单元位点的温度值，如表2所示。本系统显示的曲线、数据表都最终保存在数据库中，可以反复查看，也可以下载导出供技术人员分析用。
表2某棒材厂
Figure BDA0002714653060000062
螺纹钢筋部分工艺单元位点的工艺温度
Figure BDA0002714653060000063

Claims (7)

1.一种基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，所述的系统包括：轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统、图表处理子系统以及数据库；其中：
轧制程序表解析子系统，用于接收并从手动输入或以文件形式导入的轧制程序表数据中提取数据，并将其保存到数据库中，供其他子系统调用计算；
产线布置子系统，用于供技术人员根据轧制程序表的信息对应建立产线全流程的工艺布置简化模型；产线布置子系统包括粗轧机机组单元、中轧机机组单元、预精轧机机组单元、精轧机机组单元以及减径机机组单元、水冷单元以及冷床单元；产线布置过程中，技术人员需要根据工艺方案进行布置水冷单元的位置、数量和间距；对应布置的产线模型会与轧制程序表解析子系统提取的数据进行关联；
温度场计算子系统，用于计算轧件从1#轧机入口侧高温计处到到冷床出口之间的温度场演变过程，包括表层、芯部和1/4直径层(径向)的温度演变曲线；温度场计算子系统包括热辐射温降计算模块、空气对流温降计算模块、热传导温降计算模块、水冷温降计算模块、变形温升计算模块；
图表处理子系统，用支持并显示产线布置子系统的布置结果，同时对应工艺布置和工艺单元位点绘制和显示由温度场计算子系统输出的温度演变曲线，并以设定表格的形式显示棒线材表层、芯部和1/4直径层(径向)在关键工艺单元位点的温度值；
数据库，用于数据存储以及数据输入输出的管理，包括支持轧制程序表解析子系统、产线布置子系统、温度场计算子系统和图表处理子系统之间的数据调用以及计算结果的保存；也包括钢种及其基本物性参数。
2.如权利要求1所述的基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，所提取的数据，包括轧线机架数量和类型、机架间距、辊径、轧辊材质、辊缝、各道次的孔型类型、轧机平立状态、坯料和各道次的料型尺寸、压下量、坯料重量、钢种、开轧温度、各道次的轧制速度。
3.如权利要求1所述的基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，所述水冷温降计算模块包括对轧辊冷却水子单元和轧线控冷水箱子单元产生的温降计算。
4.如权利要求1所述的基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，在温度场计算子系统中，设置空冷换热系数和车间气温、水冷换热系数和水温、热辐射换热系数、钢种物性参数、冷床参数，并需详细设置各个水冷单元的水压、水量。
5.如权利要求1所述的基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，在温度场计算子系统中，能设定关键工艺单元位点的工艺目标温度。
6.如权利要求1所述的基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，温度场计算子系统会根据目标温度反算相应水冷单元所需的水压和水量。
7.如权利要求1所述的基于轧制程序表的热轧棒线材全流程温度场计算系统，其特征在于，温度场计算子系统和图表处理子系统中的关键工艺单元位点，包括轧件在各个轧机入口和出口的温度，在水冷单元入口和出口附近的温度，在冷床入口和出口的温度；所述关键工艺单元位点还包括技术人员指定的其他温度点。
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CN113909296A (zh) * 2021-09-07 2022-01-11 阳春新钢铁有限责任公司 一种精确控制负公差、减少金属损耗的方法

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