CN113680830B

CN113680830B - 一种热轧带钢边部遮挡区间确定方法、遮挡方法及控制系统

Info

Publication number: CN113680830B
Application number: CN202110980428.7A
Authority: CN
Inventors: 赵志毅; 王文广; 费爱庚; 杨孝鹤; 薛润东; 艾矫健
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2021-08-25
Publication date: 2022-10-28
Anticipated expiration: 2041-08-25
Also published as: CN113680830A

Abstract

本发明实施例提供一种热轧带钢边部遮挡区间确定方法，一种热轧带钢边部遮挡区间确定方法，包括以下步骤：1)获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上的内应力演变规律；2)基于所述内应力演变规律设定边部遮挡区间。本发明从板宽方向不同位置的内应力演变规律出发，提出在相变应力大于热应力的区域实施边部遮挡，减缓相变进程，从而减少边部的相对膨胀量，减小相变应力，降低板宽方向内应力分布的不均匀性，改善边浪缺陷。

Description

一种热轧带钢边部遮挡区间确定方法、遮挡方法及控制系统

技术领域

本发明涉热轧带钢领域，具体而言，涉及一种热轧带钢边部遮挡区间的确定方法及遮挡方法。

背景技术

热轧带钢层流冷却过程中冷却水会向钢板边部流动，使得板宽方向上边部区域的冷速大于中部区域，导致层流冷却过程中板宽方向温度场分布不均匀。除此之外，精轧出口的初始温差(终轧温度中部高、边部低)也是板宽方向温度场不均匀分布的原因之一。温度场的分布不均，一方面会导致热应力分布不均；另一方面会导致不同时相变和不均匀相变的发生，从而引起相变应力的分布不均。在不均匀的热应力和相变应力的耦合作用下，板宽方向最终会产生不均匀的内应力分布，会使钢板出现边浪缺陷，影响产品的质量和应用。

针对层流冷却过程中冷却不均匀的问题，现阶段研究者们提出采用边部遮挡技术来实现不均匀冷却控制。中国专利CN 110860565 A提出通过检测带钢横向温度分布以及调整边部遮挡机构的横向位置，实现带钢边部对称遮挡的精确控制。另外，中国专利CN110270598 A提出了一种层流冷却边部遮挡装置及控制方法，该方法是通过调节冷却水在带钢宽度方向上的喷淋面积，解决层流冷却系统对带钢宽度方向上冷却分布不均的现象。目前公开的边部遮挡技术主要是涉及的装备，关于实施方法及原理方面的内容较少，基本是从降低温度分布的不均匀性方面来考虑的。而温度的不均匀分布只是表面物理现象，导致边浪缺陷产生的根本原因是钢板宽度方向“中部拉、边部压”的不均匀内应力分布。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种热轧带钢边部遮挡区间的确定方法及遮挡方法。从板宽方向不同位置的内应力演变规律出发，提出在相变应力大于热应力的区域实施边部遮挡，减缓相变进程，从而改善相变的不同时性，降低板宽方向内应力分布的不均匀性，改善边浪缺陷。

本发明实施例的第一方面提供一种热轧带钢边部遮挡区间的确定方法，包括以下步骤：1)获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上的内应力演变规律；2)基于所述内应力演变规律设定边部遮挡区间。

本发明实施例提供的热轧带钢边部遮挡区间的确定方法，依据带钢产生边浪机理，提出了采用内应力演变的方法来确定边部遮挡区间，从而实现了对遮挡区间的精确定位，相较于现有技术中通过检测带钢横向温度分布的方式来控制遮挡区域的方式，省去了扫描整个冷却区间的温度分布，其次结合内应力演变确定遮挡区间，对于遮挡区域有了理论基础作为支撑，大大地改善了边浪缺陷。

在一种可能的实现方式中，所述步骤2)中，所述遮挡区间为相变应力大于热应力的区间。

在一种可能的实现方式中，当存在多个相变应力大于热应力的区间时，对所述多个相变应力大于热应力的区间取并集，得到所述遮挡区间。

本发明实施例第二方面提供了一种热轧带钢边部遮挡方法，包括以下步骤：1)获取带钢在冷却过程中的温度参数；2)基于所述温度参数选取特征位置；3)获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上的内应力演变规律；4)基于所述内应力演变规律设定边部遮挡区间，基于所述特征位置选取遮挡宽度。

本发明提供的热轧带钢边部遮挡方法，获取终轧和卷取时沿宽度方向的温度曲线，并基于温度曲线选取特征位置，从上述特征位置上选取遮挡宽度；此外依据带钢产生边浪机理，提出了采用内应力演变的方法来确定边部遮挡区间，从而实现了对热轧带钢边部具体的遮挡参数。

在一种可能的实现方式中，所述步骤4)中，所述遮挡区间为相变应力大于热应力的区间。

在一种可能的实现方式中，所述特征位置包括如下位置中的一个或多个：带钢的中心位置、边部位置、终轧温度开始波动位置、卷取温度开始波动位置、层流冷却过程中温降最大位置以及依据上述位置的间距，插入一个或多个补充位置。

在一种可能的实现方式中，所述步骤3)中，获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上特征位置的内应力演变规律。

在一种可能的实现方式中，所述步骤4)中，所述带钢宽度方向上卷取温度开始波动位置距离边部的距离作为所述遮挡宽度。

本发明第三方面提供了一种热轧带钢边部遮挡的控制系统，包括温度测量系统，用于测量带钢在冷却过程中的温度参数；

存储器，所述存储器内存储有不同带钢材料在不同工艺参数下的内应力演变曲线；

控制器，用于接收所述温度测量系统传递的温度参数，选取特征位置确定遮挡宽度；并基于输入的所述带钢材料及工艺参数，调取相应内应力演变曲线，确定边部遮挡区间；

执行机构，所述执行机构用于接收控制器输出的所述遮挡宽度和遮挡区间数据，并执行遮挡操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的低合金高强度热轧带钢沿板宽方向温度场分布图；

图2为本发明实施例提供的板宽方向不同位置在层流冷却过程中的内应力演变图；

图3为图2中2号位置的应力拐点情况；

图4为图2中3号位置的应力拐点情况；

图5为图2中4号位置的应力拐点情况；

图6为图2中5号位置的应力拐点情况；

图7为本发明实施例中边部遮挡具体实施的示意图；

图8为本发明实施例提供的控制系统结构示意图。

图标：1-温度测量系统；2-存储器；3-输入端；4-控制器；5-执行机构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本实施例采用低合金高强度热轧带钢作为本发明的实施对象。该钢种的化学成分见表1。

表1低合金高强度热轧带钢的化学成分

如图1所示，低合金高强度热轧带钢实际生产过程中检测的板宽方向温度场分布图，横轴代表带钢宽度方向尺寸，纵轴代表温度；带圆点的曲线表示终轧温度，带三角形的曲线表示卷取温度，带“×”状的曲线表示层流冷却过程中的温降，即终轧温度与卷取温度的差值。为了防止数据畸变及实际生产过程获取数据的便利性，可以从温度场曲线的边部切边一定的尺寸作为钢板的实际边部位置，本实施例中，优选切边10mm作为钢板的实际边部位置，即图1中的5号位置作为钢板边部。由图1可知，钢板宽度方向中心处(0号位置)终轧温度在890℃左右，距钢板中心±585mm处，即3号位置，终轧温度开始下降，边部(5号位置)的终轧温度在790℃左右，终轧温度在钢板宽度方向3号位置之间的范围内分布较为均匀，即1170mm的范围内；钢板宽度方向中心处，即0号位置的卷取温度在568℃左右，距钢板中心-370mm(1'号位置)和312mm处(1号位置)开始下降，5号位置的的卷取温度在350℃左右。为了便于研究，将钢板宽度方向的温度场视为对称分布，所以舍弃1'号位置，以1号位置作为代表板宽方向卷取温度开始下降的特征位置。卷取温度在钢板宽度方向中心682mm的范围内分布较均匀，即1'号位置与1号位置之间的范围。从图1中的带“×”状的曲线可以看出，钢板宽度方向温降最大的位置在距中心±663mm左右处(4号位置)。

需要指出的是，本实施例采用的是常见的层流冷却过程，但也可以将本发明的方法应用于紊流冷却过程中；在热轧带钢冷却过程中，存在温度场与带钢中心不对称的情况，为了方便数据的处理，采用上述舍弃1'号位置，以1号位置作为特征位置；但是在实际操作过程中，可以采用不对称的位置算法，只要选取的特征位置为特定位置即可，所述特定位置为边部，温降开始位置，温差最大位置，中心位置等；本实施例中的内应力演变曲线是内应力演变规律的一种表现形式，还可以采用云图等其他表示方式。

本实施例中，特征位置可以包括如下位置中的一个或多个：0号位置是钢板中心位置，1号位置是卷取温度开始下降的位置，3号位置是终轧温度开始下降的位置，4号位置是层流冷却过程温降最大的位置，5号位置是钢板的边部位置。为了增加数据的样本，可以在间距较大的位置插入一个或多个普通位置，本实施例中，优选插入了一个普通位置，即2号位置，2号位置是选取的增加温度场分布数据点的普通位置。由于0号位置和1号位置属于均匀的温度场范围之内，二者的温度数据相同，因此可以选择0号位置或1号位置中的任一个，所以总共有6个代表钢板宽度方向温度场分布的区域，只需要分析5个温度场分布的区域即可。

根据现场生产数据，层流冷却区域长度103m，钢板穿过层流冷却段的速度为6m/s，得出钢板各个区域经历的层冷时间为17s左右，由于低合金高强度热轧带钢层流冷却过程中的喷嘴全开，可视为全流程近似均匀冷却，再结合各个区域的温降，即可计算出各个区域的平均冷速。以图1中的1-5号位置的温度场数据作为内应力演变试验的工艺参数，具体的工艺参数设定情况见表2。

表2内应力演变试验的工艺参数

图2是板宽方向不同位置在层流冷却过程中的内应力演变图，横轴为时间轴，纵轴为内应力，由于0号位置与1号位置的温度数据相同，所以两者选其一分析即可。层流冷却过程中，材料会发生相变，由于铁素体、贝氏体等相变产物的比容大于奥氏体，所以相变过程中体积会发生膨胀，在材料内部产生压缩方向的相变应力；另外，随着温度的下降，热胀冷缩效应会导致体积发生收缩，产生拉伸方向的热应力。所以层冷阶段的内应力水平是热应力和相变应力耦合的结果。从图2中可以看出，1号位置的内应力总体上呈平缓增加的趋势，2-5号位置的内应力曲线均表现出先增后减再增的趋势。应力曲线出现反向变化是因为相变膨胀产生的压应力会抵消冷却收缩的拉应力，在拐点时候热应力与相变应力持平，应力曲线下降表明此时的相变应力大于热应力，随后曲线继续上升表明热应力大于相变应力。

图3～6是2-5号位置的应力曲线拐点时刻分析图。从图3～6中可以得到2-5号位置出现应力曲线下降的区间分别为3.59～12.35s、7.48～11.22s、8.21～13.02s、5.87～11.04s，对这四个区间求并集，结果为3.59～13.02s。层流总长103m，钢板速度6m/s，由此计算出在距层冷开始端21.54m处开始遮挡，在距层冷开始端78.12米处停止遮挡，遮挡长度为56.58m。实施时距层冷开始端的范围可以控制在20～23m，轧向方向的遮挡区间控制在55～58m。钢板宽度方向中部区域终轧温度均匀的范围比卷取温度大，卷取温度在1号位置处即开始下降，1号位置距边部的距离为468mm，实施时遮挡宽度可以按照470mm的宽度进行遮挡，所以钢板单边遮挡的宽度定为470mm。本发明中用钢板宽度方向边部与中部内应力的波动系数δ来表示板宽方向内应力的不均匀性，如式(1)所示。

式中，δ是钢板宽度方向边部与中部内应力的波动系数，σ₁是边部的内应力，σ₀是中部的内应力。δ越小，板宽方向内应力的不均匀性越小。

图7是边部遮挡具体实施的示意图。其实施效果如表3所示。

表3旧方法和新方法下的带钢内应力分布不均匀性

上述旧方法指的是采用检测带钢横向温度分布以及调整边部遮挡机构的横向位置，实现带钢边部对称遮挡的精确控制。

可以理解的是，上述实施例中在确定冷却过程中的内应力演变规律时，优选地采用特征位置的应力演变规律来确定遮挡区间；但是也存在不通过特征位置的应力演变规律来确定遮挡区间，只不过遮挡区间的精度有所降低，但也能实现相同的功能，即改善边浪缺陷。因此在确定遮挡区间和遮挡宽度时，两计算过程可以相关也可以无关。

本发明另一实施例提供了一种热轧带钢边部遮挡的控制系统，包括温度测量系统1，用于测量带钢冷却过程中的温度参数；存储器2，所述存储器2内存储有不同带钢材料在不同工艺参数下的内应力演变规律；控制器3，用于接收所述温度测量系统传递的温度参数，基于温度参数选取特征位置确定遮挡宽度；并基于输入端4输入的所述带钢材料及工艺参数，调取相应内应力演变规律确定边部遮挡区间；执行机构5，所述执行机构用于接收控制器输出的所述遮挡宽度和遮挡区间数据，并执行遮挡操作。

需要指出的是，上述温度参数包括沿带钢宽度方向上终轧温度的分布和卷取温度的分布，以及冷却过程中带钢温度的变化等。工艺参数包括钢板穿过冷却段的速度，终轧温度，卷取温度，冷却过程中的温度等。

控制器3的算法有多种，第一种为如上述实施例所示，通过获取温度参数中的特征位置，从存储器中调取特征位置的内应力演变规律得到遮挡区间；另一种方法是控制器3从温度测量系统1中获取带钢在冷却过程中带钢表面的温度变化，获得冷却速度，基于终轧温度，卷取温度及冷却速度，在存储器中调取相应的内应力演变规律得到遮挡区间。存储器的输入端4可以为通过鼠标键盘输入相应的带钢材料，成分或其他工艺参数，如冷却水流速等。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种热轧带钢边部轧向遮挡区间确定方法，应用于层流或紊流冷却过程中，其特征在于，包括以下步骤：1）获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上不同位置的内应力演变图；2）基于所述内应力演变图的规律设定边部轧向遮挡区间，所述轧向遮挡区间为相变应力大于热应力的区间。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当存在多个相变应力大于热应力的区间时，对所述多个相变应力大于热应力的区间取并集，得到所述轧向遮挡区间。

3.一种热轧带钢边部遮挡方法，应用于层流或紊流冷却过程中，其特征在于，包括以下步骤：1）获取带钢在冷却过程中的温度参数；2）基于所述温度参数选取特征位置；所述特征位置包括如下位置中的一个或多个：带钢的中心位置、边部位置、终轧温度开始波动位置、卷取温度开始波动位置、层流冷却过程中温降最大位置以及依据上述位置的间距，插入一个或多个补充位置；3）获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上不同位置的内应力演变规律；4）基于所述内应力演变规律设定边部轧向遮挡区间，基于所述特征位置选取遮挡宽度，所述轧向遮挡区间为相变应力大于热应力的区间。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，当存在多个相变应力大于热应力的区间时，对所述多个相变应力大于热应力的区间取并集，得到所述轧向遮挡区间。

5.根据权利要求3-4任一所述的方法，其特征在于，所述步骤3）中，获取冷却过程中所述带钢在宽度方向上特征位置的内应力演变规律。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中，所述带钢宽度方向上卷取温度开始波动位置距离边部的距离作为所述遮挡宽度。

7.一种热轧带钢边部遮挡的控制系统，应用于层流或紊流冷却过程中，其特征在于，包括温度测量系统，用于测量带钢在冷却过程中的温度参数；

存储器，所述存储器内存储有不同带钢材料在不同工艺参数下的内应力演变规律；

控制器，用于接收所述温度测量系统传递的温度参数，选取特征位置确定遮挡宽度；并基于输入的所述带钢材料及工艺参数，调取相应内应力演变规律，确定边部轧向遮挡区间；所述特征位置包括如下位置中的一个或多个：带钢的中心位置、边部位置、终轧温度开始波动位置、卷取温度开始波动位置、层流冷却过程中温降最大位置以及依据上述位置的间距，插入一个或多个补充位置；所述轧向遮挡区间为相变应力大于热应力的区间执行机构，所述执行机构用于接收控制器输出的所述遮挡宽度和轧向遮挡区间数据，并执行遮挡操作。