1、会计学1中厚板控轧控冷技术中厚板控轧控冷技术中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第1页/共173页1 概概 述述-控冷的意义控冷的意义两个通俗说法两个通俗说法:1 水是最廉价的合金元素水是最廉价的合金元素 (可以用水替代合金元素来改变钢材的性能可以用水替代合金元素来改变钢材的性能)2 中国的多数中板轧机是世界上最干旱的轧机中国的多数中板轧机是世界上最干旱的轧机 (目前我们还没有充分利用好水的作用目前我们还没有充分利用好水的作用)川崎水岛：川崎水岛：12000 m3/h，迪林根：迪林根：14000 m3/h 宝钢宝钢2050：14000 m3/h，1580:13000
2、 m3/h 第2页/共173页1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性 用户要求：产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能用户要求：产品性能（强度、韧性、焊接性、冲击性能）决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数决定性能的因素：组织结构（晶粒、析出、组织分数）决定组织的因素：成分和工艺（压下率、温度、冷却速度）决定组织的因素：成分和工艺（压下率、温度、冷却速度）材料加工过程是冶金过程柔性制造技术材料加工过程是冶金过程柔性制造技术钢种成分钢种成分加工工艺加工工艺3加工工艺加工工艺2加工工艺加工工艺1组织特征组织特征3组织特征组织特征2组织特征组织特征1用户需求用户需求3用户需求用户需求2用户
3、需求用户需求1第3页/共173页 急需通过控轧控冷改变性能的钢种急需通过控轧控冷改变性能的钢种 管线钢：开发西部，西气东输工程管线钢：开发西部，西气东输工程 高级别船板高级别船板 高强度工程机械用钢高强度工程机械用钢 抗震耐火钢（日本阪神大地震后提出）抗震耐火钢（日本阪神大地震后提出）新一代钢铁材料：超级钢新一代钢铁材料：超级钢1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发第4页/共173页 新一代钢铁材料：超级钢简介新一代钢铁材料：超级钢简介 思路：超洁净、超细晶、超均匀，实现强度翻番思路：超洁净、超细晶、超均匀，实现强度翻番 国家重大基础研究项目国家重大基础研究项目(973)，参
4、与国际竞争（日、美、，参与国际竞争（日、美、韩）韩）RAL承担通过轧制和冷却控制细化晶粒，提高性能承担通过轧制和冷却控制细化晶粒，提高性能 经过经过RAL实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产实验室实验、宝钢现场实验、小批量生产 工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度工艺改进：重新分配压下量，控制终轧温度，卷取温度 效果：效果：Q235屈服强度屈服强度400MPa，抗拉强度抗拉强度510MPa 延伸率延伸率28，宽冷弯合格，晶粒尺寸：，宽冷弯合格，晶粒尺寸：3.9微米微米1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发第5页/共173页超级钢实验情况：超级钢实验情况：Super
5、-SS400 宝钢首批试制宝钢首批试制200200吨，为一汽供货吨，为一汽供货 投料冲压作发动机前置横梁投料冲压作发动机前置横梁40004000件，成品率件，成品率100100 20012001年年千吨级供货，千吨级供货，20022002年万吨级；年万吨级；500500MPaMPa级超级钢级超级钢研究工作已经取得良好进展；研究工作已经取得良好进展；预期效果：预期效果：第一步第一步:通过控轧控冷，节省合金元素，通过控轧控冷，节省合金元素，降成本降成本(200(200元元/吨吨)第二步第二步:减小钢板厚度，减轻车重，降低油耗减小钢板厚度，减轻车重，降低油耗 第三步第三步:改进车型设计，远景：改进车
6、型设计，远景：3 3升车升车（宝钢参加国际行动）（宝钢参加国际行动）1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发第6页/共173页1.1 控轧控冷的必要性控轧控冷的必要性产品开发产品开发10001000，保温，保温3min3min，900900、20%20%变变形形850850、25%25%变形变形770770、67%67%变变形形 道次间道次间10/s10/s冷却冷却变形后变形后 7/s7/s冷却冷却25m25mm超级钢超级钢Super-SS400工业生产条件下显微组织工业生产条件下显微组织晶粒晶粒3.9卷取温度卷取温度400，抗拉强度，抗拉强度500实验室实验结果实验室实验结果
7、工业生产结果工业生产结果第7页/共173页1 概概 述述-国外控制轧制技术发展情况国外控制轧制技术发展情况第8页/共173页1 概概 述述-国外发展控制冷却设备情况国外发展控制冷却设备情况第9页/共173页第10页/共173页第11页/共173页第12页/共173页1 概概 述述-国外厚板轧机的控冷系统国外厚板轧机的控冷系统第13页/共173页1 概概 述述-国内轧机发展情况国内轧机发展情况第14页/共173页1 概概 述述-国内控制冷却设备发展情国内控制冷却设备发展情况况第15页/共173页1 概概 述述-国内发展情况国内发展情况第16页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制
8、轧制与控制冷却技术讲座第17页/共173页2.1 控轧控冷机理控轧控冷机理2.2 控制轧制控制轧制 轧制温度制度（加热、粗轧、精轧，待温）轧制温度制度（加热、粗轧、精轧，待温）轧制压下制度（粗轧、精轧压下量，方向）轧制压下制度（粗轧、精轧压下量，方向）液压弯辊等板凸度控制制度液压弯辊等板凸度控制制度2.3 控制冷却控制冷却ACC 冷却模式，冷却温度制度冷却模式，冷却温度制度2.4 直接淬火直接淬火DQ 淬火温度，回火制度（温度、时间）淬火温度，回火制度（温度、时间）2 控轧控冷的基本原理控轧控冷的基本原理第18页/共173页K2.1(DQ)(DQ)(ACC)第19页/共173页K2.24切变切
9、变多边形铁素体多边形铁素体 第20页/共173页K2.2第21页/共173页控轧控冷中工艺制度制订原则控轧控冷中工艺制度制订原则第22页/共173页轧制后奥轧制后奥氏体晶粒氏体晶粒铁素体铁素体形核形核相变后相变后控冷后控冷后形变硬化的铁素体形变硬化的铁素体第23页/共173页2.1 控制轧制和控制冷却机理示意控制轧制和控制冷却机理示意变形前奥氏体晶粒变形前奥氏体晶粒变形后晶粒被拉长变形后晶粒被拉长铁素体形核铁素体形核相变完成相变完成冷却冷却轧制轧制第24页/共173页T4.10变形带变形带变形带上变形带上的析出的析出第25页/共173页T4.15变形工具钢a)晶界b)退火孪晶c)变形带d)晶内
10、第26页/共173页试样为7mm厚的空冷钢板空心符号：无变形实心符号：热变形后空冷第27页/共173页n反复轧制再结晶使晶粒变细n低温再结晶区晶粒细化明显。第28页/共173页第29页/共173页T4.11含铌钢，Nb:0.03%低于30：变形带密度增加缓慢高于30：迅速增加第30页/共173页T4.12奥氏体晶粒尺寸有效的奥氏体晶界面积铁素体晶粒尺寸变形量晶界变形带第31页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第32页/共173页K230.18C1.36Mn钢各道次压下量20总计9道次轧制到20mm轧制温度变化范围200第33页/共173页K213压下量
11、压下量/压下量压下量/CMn钢轧制后1s水冷含铌钢轧制后3s水冷第34页/共173页K52钢板厚度10mm2mm切口夏氏值横向第35页/共173页K2413050MPa第36页/共173页n在变形带及位错处形成新的等轴铁素体晶粒n先析出铁素体变形后内部形成亚晶，使强度提高第37页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第38页/共173页K2.7第39页/共173页K62Nb钢在1070、1020 进行62.5的轧制，在850 进行50的轧制后，以710 进行轧制。YS提高60MPa（30）;FATT降低70。第三阶段变形量第三阶段变形量/200织构的织构的
12、反射强度反射强度第40页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第41页/共173页T6.10温度降低温度降低第42页/共173页T6.6Si0.25%,Mn1.10%温度低于900时，由于碳含量引起的变形抗力发生明显变化。1000 时，碳含量的变化对变形抗力不产生影响。附带说明：氮通过形成氮化钛和氮化铝等氮化物，细化晶粒而影响变形抗力温度降低温度降低第43页/共173页T6.7C0.10%,Si0.25%,Mn1.10%MoSiCrCuNiMn提高变形抗力第44页/共173页T6.8变形条件Tr加热温度1250T1第一阶段变形温度1050 T2第二阶段变形
13、温度900 NbTiV变形抗力增大第45页/共173页粗轧机架粗轧机架 待温辊道待温辊道 精轧机精轧机架架方案方案1粗轧机架粗轧机架 喷淋冷却喷淋冷却 精轧机精轧机架架方案方案2粗轧机架粗轧机架 交叉轧制交叉轧制 精轧机精轧机架架方案方案3第46页/共173页Blue10板凸度、板形控制的作用板凸度、板形控制的作用第47页/共173页n如果无板凸度调整手段，凸度无法保证，大压下形同虚设第48页/共173页hPhn力矩限制轧制力限制比例凸度恒定限制第49页/共173页最大改善30mm第50页/共173页BURBWRB第51页/共173页等效凸度横移距离第52页/共173页PC轧机P的原理与特点C
14、 CS S-S-S b b2 2tantan2 2 2Dw 2DwScScSSDwDwb b2 2tantanb b2 2 2 22 Dw2 DwC=C=式中：式中：b带钢宽度 b带钢宽度 轧辊交叉角 轧辊交叉角 Dw工作辊直径 Dw工作辊直径 b bDwDw80070060050040030020010000 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2Cr(um)Cr(um)(deg）(deg）第53页/共173页BURWRSS第54页/共173页Blue13第55页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第56页/共173页2.3 控制冷却组织变化（
15、细晶与相变强化）控制冷却组织变化（细晶与相变强化）第57页/共173页再结晶区控轧未再结晶区控轧两相区控轧控制冷却35m5 10 m1020m加热温度时间2.3 控制冷却晶粒细化和相变强化控制冷却晶粒细化和相变强化第58页/共173页第59页/共173页K29对再结晶奥氏体进行水冷效果并不明显，对未再结晶奥氏体进行水冷，会产生明显的晶粒细化效果。利用10/s的冷却速度进行冷却，可以明显提高强度，韧性可以保持不变。使用的设备：OLAC(On Line Accelerated Cooling),NKK冷却参数：开冷：760终冷：550钢种：Nb钢与Nb、V钢第60页/共173页K7.7压下率压下率
16、/冲击功冲击功/J贝氏体相变贝氏体相变通过控制冷却，得到微细的贝氏体；同样的压下率，强度可以提高6070MPa；同样的冲击功，利用控制冷却可以将强度提高5060MPa.第61页/共173页K7.1第62页/共173页K7.2SiMn钢：厚度25mmNb钢：19mm轧制与冷却条件：终轧温度：760开冷温度：760 终冷温度：450 室温效果：冲击性能：保持不变YS提高：70100MPaTS提高：5060MPa第63页/共173页KF12厚度14mm2mm，V形缺口，实物尺寸试样实现控制轧制，冲击功有下降的趋势。原因：控制轧制使强度升高，因而冲击性能会有所降低。MnS在轧制温度低的区域更加容易伸展
17、，会使夏氏试样的断裂面出现微细剥离裂纹现象。第64页/共173页KF21CR材的YS随Nb/V含量的增加而上升，达到X60X70的强度水平。抗拉强度Nb-V钢上升的幅度比C-Mn钢大。原因：Nb-V量增大，淬透性增大，高冷速段贝氏体的生成量增大。在冷却速度为10/s的情况下，比 CR轧制可以提高强度50100MPa.当加热温度相同时，冷却与控制轧制的效果大致相同，甚至可能稍有改善。加热到1200时，韧脆转变温度随冷速提高而变差，而1100 时，会改善。韧性主要由CR条件决定。低温CR时，夏氏冲击断口产生明显的分离，它会因精轧温度的降低和两相区轧制而增大发生的频率。第65页/共173页KF22第
18、66页/共173页KF23加热温度1100冷却速度7/sNb0.03%,强度出现饱和趋势IAC和CR的强度差别为5060MPa.影响因素：加热温度固溶铌的数量；相变前奥氏体的微细程度；快速冷却引起贝氏体生成数量。韧性随铌含量增大而提高，到0.08%出现饱和。影响因素：晶粒细化。包括初始晶粒细化，粗轧中抑制晶粒粗化，奥氏体再结晶温度升高造成未再结晶区的累计压下量增大。加热温度1200和1100时，韧脆转变温度差30。第67页/共173页KF24Ti0.02%,Ti与N完全结合，在凝固和奥氏体高温区形成TiN。此时强度变化甚少。第68页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控
19、制冷却技术讲座第69页/共173页T9.1各种氮化物在奥氏体和铁素体中的溶解度均低于相应金属的碳化物。溶解度依 V，Nb，Al，Ti 的顺序降低。故 Ti 在高温区即已析出；V 在低温区析出。除 AlN 之外，碳化物和氮化物均为立方晶体结构，可以忽溶，故常以碳氮化物析出。除极低含碳量的高氮钢外，很少形成VN，NbN;含钛钢中，首先形成TiN，当全部钛以.TiN的形式与钛结合之后，TiC才随钛含量的增加而发生沉淀。溶解度降低第70页/共173页T9.2第71页/共173页K25第72页/共173页T9.3SiMn钢0.04Nb钢预应变0.50.08TI钢0.10V钢预应变0.5变形温度900T9
20、.4第73页/共173页T9.5900,0.002%C900,0.10%Nb,预变形0.5第74页/共173页T9.6基本化学成分：0.01%C0.25Si1.50MnTR:1100TF:780 900 以下的总压下率70铌含量大于0/03时，强度饱和铌含量或钛含量大于0.06%时，冲击韧性趋于饱和钛与氮结合阶段（钛低于0.02%）第75页/共173页T9.7含钒的铌钢和钼、钛钢的力学性能含钒的铌钢和钼、钛钢的力学性能通过添加V，促进沉淀强化，性能进一步提高；冲击韧性保持不变注意：厚规格的钢板适于用V强化，因为它的强化机制以低温析出为主，与晶粒细化强化的机制不同，与控制冷却的速度关系不大。第7
21、6页/共173页K214钢种成分：C-Mn钢：0.13C,1.2MnNb钢：0.16C,1.4Mn,0.03NbTi钢：0.13C,1.1 Mn,0.02Ti碳锰钢随轧制温度的提高，晶粒长大明显；Nb钢1050以下，不发生再结晶。1150 发生明显的长大；Ti钢晶粒无明显的长大第77页/共173页K28微合金元素添加4大作用：抑制加热时奥氏体晶粒长大抑制再结晶相变行为析出硬化固溶在奥氏体中的铌和钛能很好的控制加工后的再结晶，再结晶温度提高100以上。再结晶临界压下量/第78页/共173页K2110.08C-1.5Mn-Nb钢第79页/共173页K64管线钢控制点：待温点：待温温度，待温厚度终轧
22、点：终轧温度第80页/共173页T4.5T4.6第81页/共173页T4.6第82页/共173页T4.7第83页/共173页T4.7T4.8（a）普碳钢与含铌钢再结晶动力学的比较（b）溶质Nb对含铌钢再结晶动力学的影响（c）PPT曲线与RRT曲线的叠加注意：钒钢不会发生此种效应，因为钒的碳氮化物在低温阶段析出，此时，再结晶已经完成第84页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第85页/共173页M10.06C-0.25Si-1.4Mn，Nb/V/Ti最多0.08加热温度：1100，900以下轧制压下量75精轧温度：800 板厚：19 mm第86页/共173
23、页T4.13第87页/共173页K2.25直接淬火或淬火回火钢的组织特点：M或B的位错亚结构，析出物。更加微小的尺度。主要组织要素：M:旧奥氏体的晶界、马氏体束（bundle）、马氏体包(packet)、板条(lath)、板条内的位错B:B-F析出物见于旧奥氏体的边界，板条边界，板条内。第88页/共173页K2.26组织变化对强度与韧性的影响 回火引起组织与性能的变化第89页/共173页K2.27RH轧制温度高MH轧制温度中LH轧制温度低（奥氏体未再结晶区轧制）a由于合金元素完全固溶引起的淬透性的提高b由于奥氏体粗化引起淬透性提高causforming（强化与组织细化）d促进铁素体相变，淬透性
24、降低，组织细化轧制条件、材料本身的淬透性对淬火钢的性能有重要影响！轧制条件、材料本身的淬透性对淬火钢的性能有重要影响！第90页/共173页K2230.01C1.5Mn0.04Nb0.09VSv有效奥氏体晶界面积（代有效奥氏体晶界面积（代表变形量的大小）表变形量的大小）通过加速冷却，抑制铁素体相通过加速冷却，抑制铁素体相变，促进贝氏体相变，实现相变，促进贝氏体相变，实现相变强化。变强化。第91页/共173页M30.06C-0.25Si-1.4MnNb/V/Ti最多0.08加热温度：1100900以下轧制压下量75精轧温度：800 板厚：19 mm第92页/共173页M6M7第93页/共173页K
25、710基本成分：0.06C,1.4Mn20mm厚铌、钛对提高强度有效，V效果不大。淬火组织为贝氏体微细铁素体的混合组织。通过降低Ae3增加贝氏体的体积分数，提高强度。第94页/共173页K7.90.11C-1.2Mn-0.6Cr-0.5Mo钢回火：575，1hA:RQB:DQ(加热温度下50压下)C;DQ(820 下50压下)DQ的重要性在于此的重要性在于此第95页/共173页K7.11基本成分：0.06C,1.4Mn20mm厚通过控制轧制，强度略有降低，但是韧性大幅度改善。通过控轧，铁素体的体积分数仅仅少量增长，通过铁素体的对奥氏体的阶段效果，将贝氏体变成更小的单元，贝氏体铁素体板条的长度变
26、短，故大大改善了韧性。注意：在30之前，上述效果并不明显，在大于50以后，其效果急剧增大。第96页/共173页K7.12第97页/共173页K7.130.13C,1.4Mn,0.025Nb比再加热淬透性提高。随轧制温度的降低，强度降低，但是韧性大幅度提高。原因：奥氏体晶粒细化；未再结晶区变形引起淬透性降低。若进一步增加未再结晶区的变形量，可以看到TMT的效果。Nb可以提高淬透性（有利于贝氏体相变），回火时析出，可以利用。第98页/共173页K7.140.01%Nb以下，随Nb的增加，强度提高。原因：淬透性提高，沉淀析出。大于0.01%Nb后，降低。原因：奥氏体再结晶温度提高，未再结晶区变形淬透
27、性降低。大于0.02%Nb之后，强度提高。原因：未再结晶状态下加工量增加，TMT的效果显现。280MPa第99页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第100页/共173页KF1材料为铝镇静钢，0.14C-0.30Si-1.30Mn,其中单独或复合添加Nb,V,Cu,Cr,Ni。150mm厚度的板坯预先轧制到60mm，冷却后沿相同方向继续轧制到12mm。加热温度：1250，1150按每道次20的压下量进行7个道次的精轧。CRIII与HR相同的加热温度，但是进行低温轧制，900的以下总压下量达到60。CRIV的加热温度为1150.第101页/共173页KF2
28、0.14C-0.30Si-1.30Mn在0.01Nb以下，随着Nb含量的增加，脆性转变温度急剧降低。到0.03%Nb之前，随随着Nb含量的增加，强度提高。CRIII和CRIV效果最为显著。第102页/共173页KF30.14C-0.30Si-1.30Mn添加Nb和V，均使材料的YS和TS升高。但是添加V，对韧性的改进不大。V对对YS和脆性转变温度的影响和脆性转变温度的影响第103页/共173页KF4第104页/共173页细晶强化细晶强化 析出强化析出强化 细晶强化细晶强化 析出强化析出强化HR048342CRII1535535CRIII351520300.01Nb0.033V第105页/共17
29、3页KF50.50%Si-1.4%Mn-0.045Nb,改变C含量。采用CRIII规程进行控制轧制。C从0.13%降低到0.05%YS几乎不发生变化，因为晶粒尺寸变化甚微，均为5mm左右TS有一定的降低冲击功增加1.5倍珠光体的量由2427降低到78，故冲击功增加。第106页/共173页KF6厚度厚度14mm第107页/共173页KF70.14C-0.24%Si-1.23%Mn厚度10mm第108页/共173页KF8厚度14mm2mmV形缺口实物尺寸试样S含量控制到0.01以下时，冲击性能明显提高改善L、C方向的压下比，可以显著改善C方向的冲击性能第109页/共173页KF11TS:550-6
30、50MPa2mm，V形缺口，实物尺寸试样第110页/共173页KF9厚度915mmTS:550-650MPa第111页/共173页KF10厚度：12mm成分：0.17C-0.13%Si-1.12%Mn-0.2Cu-0.2%Cr-0.019%Nb改变横轧比实际上是将MnS夹杂物向各个不同的延伸方向分配，从而将S所决定的各方向的延展性向L，C方向分配。第112页/共173页KF26第113页/共173页3.1 中厚板中厚板 控轧控冷的特点控轧控冷的特点 3.2 控制冷却的关键技术控制冷却的关键技术 横向温度均匀性控制横向温度均匀性控制 纵向温度均匀性控制纵向温度均匀性控制 上下表面温度均匀性控制上
31、下表面温度均匀性控制3.3 控制冷却装置及其布置控制冷却装置及其布置3 中厚板中厚板 TMCP的特点和关键技术的特点和关键技术第114页/共173页3.1 中厚板中厚板 控轧控冷的特点控轧控冷的特点 厚度大，表面与中心温差大，对模型精度的要求高厚度大，表面与中心温差大，对模型精度的要求高 厚度大，内部热量传到表面需要时间，提高冷却速度困厚度大，内部热量传到表面需要时间，提高冷却速度困难难 宽度大，横向均匀性要求高宽度大，横向均匀性要求高 上下表面冷却条件不对称，导致上下面性能不对称，瓢上下表面冷却条件不对称，导致上下面性能不对称，瓢曲曲 轧件短，头尾占长度的比例大，对头尾的控制要求高轧件短，头
32、尾占长度的比例大，对头尾的控制要求高 无张力，容易瓢曲无张力，容易瓢曲第115页/共173页3.2 中厚板中厚板 控轧控冷的关键技术控轧控冷的关键技术第116页/共173页时间开 关头尾冷却部分尾遮蔽头遮蔽喷射冷却点第117页/共173页供水管路三通阀溢流阀回水管路分流管路喷嘴钢板第118页/共173页双薄膜快速开闭气动阀电动调节阀手动调节阀流量调节范围：25 100（水幕）15%100（高密直集管）第119页/共173页VtTtVtTt头580尾520恒速加速第120页/共173页凸型水量分布凸型水量分布边部遮蔽边部遮蔽(3000以上的宽板效果明显以上的宽板效果明显)第121页/共173页形
33、成水量凸度由前馈和自适应控制遮蔽宽度第122页/共173页第123页/共173页下冷却系统流量上冷却系统流量流量比1:2.5流量比1:1.5最大流量最小流量第124页/共173页芯部临界冷却温度表面临界冷却温度冷却强度过高第125页/共173页芯部临界冷却温度表面临界冷却温度冷却强度适宜芯部临界冷却温度表面临界冷却温度冷却强度过低第126页/共173页喷射喷射气雾气雾水幕层流水幕层流管式层流管式层流3.4 控制冷却装置控制冷却装置冷却方式冷却方式第127页/共173页1.钢板钢板2.上喷上喷3.下喷下喷 4.手动蝶阀手动蝶阀 5.流量调节阀流量调节阀6.气动薄膜阀气动薄膜阀7.冷却过滤器冷却过
34、滤器8.蓄水池蓄水池9.新水新水10.供水泵供水泵 11.高位水箱高位水箱12.回水管回水管1324679810121154543.4 控制冷却装置控制冷却装置单水箱供水系统单水箱供水系统第128页/共173页1324679810121154543.4 控制冷却装置控制冷却装置双水箱供水系统双水箱供水系统第129页/共173页高位水箱输水管第130页/共173页3.4 控制冷却装置管式层流控制冷却装置管式层流 直管式层流喷头的结构直管式层流喷头的结构直管式层流冷却装置的优点：直管式层流冷却装置的优点：1 容易制作；容易制作；2 不易堵塞；容易通堵不易堵塞；容易通堵第131页/共173页定位孔板
35、定位孔板水水 枕枕层流管层流管层流管层流管进水管进水管阻尼孔阻尼孔溢流孔溢流孔正视图正视图横截面视图横截面视图高密度直集管原理图高密度直集管原理图第132页/共173页中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座中厚板控制轧制与控制冷却技术讲座第133页/共173页4 数学模型与自动控制数学模型与自动控制 第134页/共173页tT1qzTyTxT2222224.1 数学模型数学模型 热传导方程热传导方程轧件内部热传导轧件内部热传导过程的控制方程过程的控制方程第135页/共173页4.14.1数学模型数学模型-有限元求解公式有限元求解公式 )133pTKTKtKtttT第136页/共173页4.14.1数
36、学模型数学模型温度场边界条件BAAB第137页/共173页4.14.1数学模型数学模型温度场边界条件4T对流：对流：Qc=hc A(T-T w)hc与冷却介质、表面、温度等有关与冷却介质、表面、温度等有关AAB第138页/共173页4.14.1数学模型数学模型温度场求解实例温度场求解实例yT zyxABCDB1超薄单元板坯侧表面板厚中心板宽中心轧辊表面接触表面第139页/共173页645.0clwsu355.05wppDTlog15.150.2TTw1072.9hw第140页/共173页4.14.1数学模型热交换系数数学模型热交换系数第141页/共173页空冷温降模型侧喷（SIDESPRAY）
37、温降模型层流水冷（BANK LAMINOR）温降模型第142页/共173页airairbHFaBPCBAX2KKFDTRTIMEHFAXCTair3311000/31B轧件热幅射系数；aair空冷回归系数；bair空冷回归系数；HF板厚，mm；STEFAN BOLTZMAN常数；Cp平均比热，kJ/kgC；比重，kg/m3；CTair空冷温降量，C；TIME空冷时间；FDTR精轧出口温度，C；K绝对温度换算值。式中：空冷温降模型空冷温降模型第143页/共173页侧喷温降模型侧喷温降模型HFCVQKXLTpSDSS36001000式中：TS侧喷温降量，C；LSD侧喷喷射幅，m；KX侧喷个数；QS
38、侧喷热流密度，kJ/m2h。第144页/共173页层流水冷温降模型层流水冷温降模型HFCVQXLTpbnk36001000 式中：Lbnk层流冷却区长度，m；QX上下喷嘴总热流密度（QX=Q+Q），kJ/m2h；第145页/共173页3020)7371.51(fVENNaCTWffQ式中：Q层冷上半部分喷嘴的热流密度，kJ/m2h；f0热流密度系数，kJ/m2h；f2上部喷嘴热流密度修正系数；CTW水温修正系数；a前面喷嘴喷水状况修正值；N上面部分的计算对象的组数（集管）；N0上面部分的实际的组数（集管）；f3压力修正系数（1：通常压力，0.5：1/2压力）。上部喷嘴上部喷嘴热流密度模型热流密
39、度模型第146页/共173页020NNaCTWffQ式中：f2下部喷嘴的热流密度修正系数；a下面部分的前面喷嘴喷水状况修正值；N下面部分的计算对象的组数（集管）；N0下面部分的实际组数（集管）；下部喷嘴下部喷嘴热流密度模型热流密度模型第147页/共173页)(08765VLLCCTFDTRCVCTCWCTCFDTRCWFCHFCCff4321010式中：f1基本热流密度系数.(学习系数)；C0C8基本热流密度修正系数；WF带钢宽度，mm；CT卷取温度，C；V带钢速度，m/s；LL0 FDTCT之间的距离，m；热流密度系数模型热流密度系数模型第148页/共173页比热数学模型比热数学模型CTFD
40、TRRGCTRGFDTCp式中：Cp平均比热，kJ/kgC；RGFDTFDT的含热量，kJ/kgC；RGCTCT的含热量，kJ/kgC；1)1(1212 RGRTFDTRRTRTRGRGRGFDT 第149页/共173页第150页/共173页自适应v辊道速度自适应v阀门流量自适应数据存储：vPDI数据存储v模型参数存储v自适应参数存储v层别数据存储控制冷却过程自动化控制冷却过程自动化第151页/共173页计算机1234前馈控制自适应控制4.2 自动控制系统控制策略自动控制系统控制策略 第152页/共173页OFF区低ON区ON区4.2 自动控制系统控制策略自动控制系统控制策略 第153页/共1
41、73页4.2 自动控制系统控制策略自动控制系统控制策略 控制器控制器过程过程反馈修正反馈修正终冷温度终冷温度预测模型预测模型前馈前馈实测温度实测温度冷却量冷却量反馈反馈目标温度目标温度预测值预测值+-控制策略反馈控制控制策略反馈控制第154页/共173页水流量闭环控制框图水流量闭环控制框图（通过控制开闭组数和单组喷头流量来控制总流量）（通过控制开闭组数和单组喷头流量来控制总流量）FF+-+Fr(t)流量反馈流量反馈Fs流量设定流量设定流量闭流量闭环环控制器控制器F4.2 自动控制系统控制手段自动控制系统控制手段 第155页/共173页辊道速度控制框图ns(t)速度设定辊道速度控制；辊道速度控制
42、；辊道加速度控制；辊道加速度控制；钢板摆动定位控制钢板摆动定位控制6RA24DC DriverS7-400nr(t)实际速度sr(t)钢板位置光电编码器4.2 自动控制系统控制手段自动控制系统控制手段 第156页/共173页头部跟踪头部跟踪HMD 红外测温红外测温 喷淋喷淋/水幕水幕红外测温红外测温 HMD 尾部跟踪尾部跟踪Fene 头头尾尾尾尾头头T阀开闭控制阀开闭控制n(s，T)onoffstsFt(s，T)s辊道速度控制辊道速度控制水流量控制水流量控制LTL恒速控制恒速控制加速控制加速控制钢板温度曲线钢板温度曲线a(T)r(s，T)Fhnh lelh恒速控制钢板温度曲线恒速控制钢板温度曲
43、线加速控制钢板温度曲线加速控制钢板温度曲线头部跟踪头部跟踪尾部跟踪尾部跟踪通通过过式式冷冷却却控控制制方方式式原原理理图图第157页/共173页0 0 头部跟踪头部跟踪尾部跟踪尾部跟踪尾部跟踪尾部跟踪d=1.5lsd=ils+i=1，2;n=摆动次数，n3。ls1+ndFcnf 阀开闭控制阀开闭控制n(s，T)onoffstsFt(s，T)s摆动两次摆动两次辊道速度控制辊道速度控制水流量控制水流量控制喷淋喷淋/水幕水幕nb lelhHMD 红外测温红外测温 红外测温红外测温 HMD ls尾部跟踪尾部跟踪d=1.333lsnf n(s，T)s摆动一次摆动一次辊道速度控制辊道速度控制nb 摆摆动动
44、式式冷冷却却控控制制方方式式原原理理图图第158页/共173页LLLLSS每组水流量凸度分布边部遮蔽尾部遮蔽通板速度水流量控制冷却控制冷却过程控制矫直机轧制过程控制L矫直过程控制中板厂控制冷却系统概要中板厂控制冷却系统概要第159页/共173页合理水量密度计算冷速、水温、公称板厚最优上下水量比计算水温、通板速度、冷却温度区、水量密度、板宽最优水量凸度计算公称板厚、实际板厚横向分布、板温横向分布水量纵向分布计算冷却温度区间、设备区域划分最优通板速度计算过程条件、上限速度、设备分区、自适应系数、控制因素水量密度、水量纵向分布、上下比、水量凸度、辊道速度、区段长度过程条件冷却温度区、冷速过程机跟踪数
45、据实测水温展开计算各集管水量、出入口吹扫、总水量控制系统电气控制系统、检测控制系统设备操作条件实测板厚实测板温板温实测纵向横向自适应第160页/共173页水幕冷却计算机控制系统水幕冷却计算机控制系统水幕冷却在线上位机SINEC-H1与喷淋冷却PLC网络相连CP443|1S-H1PLC扩展站，EU2PS407CPU416|2DP987654321CPUPSLIMM1AI8CS516RA24轧后冷却PLC，EU1SINEC-L2DPM27CS516RA24181716151413121110AI8AI8AI8SM431AI8198765432IM460|1IMCNT2SM431SM431SM431
46、SM431FM450|1IM461|1CP1411181716151413121110SM432CNT:16;AI:48;AO:48;DI:288;DO:288AO8CNT2CNT2CNT2CNT2CNT2CNT2CNT2AI8AO8SM432SM431AO8AO8SM432SM432IM460|31PSL98765432IM461|3IM轧后冷却操作台PLC，EU3IMIMSM422DO32SM422SM422SM421SM421DO32DO32SM421SM422DI32DI32DI32DI32DO16SM432AO8SM432AO8SM421DI16SM421DI16PS407FM450
47、|1FM450|1FM450|1FM450|1FM450|1FM450|1FM450|1PSLDI16198765432IMSM421SM422SM422IM461|1SM422SM422SM422SM422181716151413121110SM422DO16DO16DO16DO16DO16DO16DO16DI16DI16SM421SM421DI16DO16SM422SM421SM422DO16SM422DO16SM422DO16SM422DO16PS407SM421DI16SM421DI16SM421SM421SM421SM421DI16DI16DI16DI16CP1411水幕冷却备用上位
48、机第161页/共173页国外典型厚板厂控制冷却系统的形式、布置与参数5 国外厚板轧机控轧控冷介绍国外厚板轧机控轧控冷介绍第162页/共173页NSC八八幡幡NSC君君津津NSC大大分分NKK福山KSC水水岛岛SMI鹿鹿岛岛KSL加加古古川川CLCCLCCLCOLACMACSDAC-IKCLCWCSpraySprayU-pipepipeCWCU-pipeSpraySpraySpraySprayjet-nozzleSpraySpray第163页/共173页MRW曼曼海海姆姆ClabecqTarantoLinzThyssenDillingerSSABMULPICAPCICSCWCpipeCWCCWC
49、U-pipepipepipeU-pipeCWCpipeCWCCWCpipepipepipepipe第164页/共173页25 m27 m14 mDACIDACII矫直机轧机第165页/共173页19 m40 m13 mACCDQ矫直机轧机第166页/共173页钢板规格：钢板规格：1050max5350 38000冷却装置尺寸：冷却装置尺寸：5350 40000冷却段数：冷却段数：4冷却方式：同时冷却冷却方式：同时冷却冷却喷嘴：上部圆柱层流；下部水幕冷却喷嘴：上部圆柱层流；下部水幕上下水量比：上下水量比：1：3冷却速度：冷却速度：211/s(厚度厚度 50 mm)第167页/共173页58 m3
50、9.1 m14 mKCL矫直机轧机第168页/共173页abc矫直机轧机CLC a b c八幡八幡 99.7 5.6 15.5名古屋名古屋 77 4 21君津君津 87 7.1 19.8大分大分 116 6.5 13.8第169页/共173页第170页/共173页*中厚板控轧控冷技术是改进钢材性能的有效途径中厚板控轧控冷技术是改进钢材性能的有效途径*中厚板中厚板TMCP在国外是成熟技术，早已普遍应用在国外是成熟技术，早已普遍应用*国内差距较大，市场需求强劲，近年将有快进展国内差距较大，市场需求强劲，近年将有快进展*对对TMCP已有认识，尚需积极推进已有认识，尚需积极推进*国内在国内在TMCP的
