熱軋帶鋼卷取溫度對卷后應力影響研究

魏林濤

摘要：近年來，我國的各行各業的發展迅速，在熱軋帶鋼的生產過程中，卷取溫度的控制精度是決定產品質量優劣的關鍵參數之一，它不僅影響產品最終的物理性能，且對帶鋼能否安全下線及成品外觀均有影響。如何進一步提高熱軋帶鋼卷取溫度的控制精度是國內外業界關注的熱點之一。由于熱軋卷取前層流冷卻生產線為時變的大滯后系統，且多變量間呈現強非線性、強耦合的特性，傳統的數學模型難以精確地表達所有的物理過程，因此在實際生產中會導致如下后果：（1）不同規格的帶鋼，新上線時頭幾塊鋼的溫度命中率不高;（2）隨著帶鋼厚度的增加，卷取溫度的控制精度隨之降低;（3）帶鋼卷取前不同區域溫差較大，使成品帶鋼變形。通過優化傳統數學模型參數的方法提高帶鋼卷取溫度精度已無明顯效果，而將智能優化算法與先進控制理論相結合應用于實際的生產環節，則是提高帶鋼卷取前溫度控制精度的新途徑。

關鍵詞：熱軋帶鋼卷取溫度;卷后應力影響;研究

引言

熱軋生產線生產帶鋼經粗軋、精軋、層流冷卻及卷取等工藝環節后成為帶鋼卷，而后以鋼卷的形式在自然環境下從卷取溫度冷卻至室溫。在卷取后自然冷卻的過程中，伴隨著溫度的變化，帶鋼發生收縮變形，引起鋼卷層與層之間相互作用的改變，帶鋼內部的應力場也將發生變化。帶鋼的降溫幅值與其卷取溫度直接相關，卷取溫度的波動會引起帶鋼卷后內部應力場和層間相互作用力的波動。卷取溫度波動量過大，會引起鋼卷產生層間縫隙甚至是層間錯動，使得鋼卷發生松卷、錯層等不良現象。卷取溫度變化可使熱軋帶鋼再結晶晶粒直徑、析出物的量和形態發生變化，從而使其力學性能發生變化。帶材卷徑計算中最常用的速度計算法和圈數計算法，分析了熱軋卷取特點，比較分析了兩種方法的優缺點。人工檢測熱軋鋼帶表面缺陷錯漏率高的現狀，提出基于深度學習的熱軋鋼帶表面缺陷檢測方法。將遺傳算法與神經網絡結合起來，能夠提高卷取溫度預報精度的系統。對實際生產中影響熱軋帶鋼寬度精度因素進行了分析，根據實踐經驗和分析，給出了提高熱軋帶鋼寬度控制精度進而提高成材率的解決方案。為探索提升熱軋帶鋼卷型的提升策略，加強卷取設備的管理與維護、加強對側導板的控制以及有效控制卷取張力等方面論述了具體的解決對策。

1提升方案

針對產線關鍵工藝溫度管理短板，為提升寧鋼熱軋關鍵工序管理水平，完善體系運行，加強產品性能風控能力，經過系統調研和策劃，制定了熱軋關鍵工藝溫度管控方案，主要內容如下：1）將產線實際生產過程中的終軋溫度和卷取溫度定義為關鍵工藝溫度;2）以產線過程機收集的實際溫度數據及其統計的溫度命中率為依據，把終軋溫度和卷取溫度命中率

2熱軋鋼卷冷卻變形的理論模型

為簡化模型的影響因素并聚焦于鋼卷應力場的演化規律，本文引入如下基本假設：鋼卷為多層同心圓柱體，卷取溫度在各層鋼卷內相同，卷取溫度波動用層間溫差表示，忽略相變帶來的影響。本模型重點關注鋼卷降溫過程中的力和變形的相對變化，將鋼卷完成卷取時的狀態作為初始狀態并設置為零應力狀態，將模型的各層從內向外依次編號為第1～n層。需要注意的，本模型中假設鋼卷為彼此相對獨立的一圈圈同心圓環，降低了層與層之間長度方向的連續性，強化了各層的變形和應力，在后續的模型分析中需要進行等效弱化處理，以使仿真結果與實際情況更為接近，更好為熱軋帶鋼的生產提供理論參考。

3熱軋帶鋼廠工序能耗的影響因素

在整個熱軋帶鋼廠生產工序中，約80%的耗能是由加熱造成的，加熱工序所消耗的耗材包括煤氣、電能、軟化水和氮氣等，如果能夠對這些材料的使用進行優化，就能夠極大地提升熱軋帶鋼廠加熱工序的耗能使用率，從而大幅減少軋鋼工藝所消耗的耗能。影響到熱軋帶鋼廠工序能耗的因素包括人為、加熱機器、材料自身特性、方法和環境等。

3.1人員

熱軋帶工程的生產工序耗能受到源管理人員、技術管理人員和實際操作人員這三大類人員的影響最大。能源管理人員是整個熱軋帶鋼廠生產工序的設計人員，熱軋帶鋼廠生產工序的整個過程由他們設計，受他們監督。因此，如果能源管理人員制定的熱軋帶鋼廠生產工序不夠完善，就會造成整個熱軋帶鋼廠加熱工序的耗能過高。除此之外，能源管理人員還負責制定整個熱軋帶鋼廠生產的總體目標，能源管理人員對熱軋帶鋼廠制定的生產目標是否合理，一定程度上也影響著整個生產工序的耗能。技術管理人員是能源管理人員的補充，技術管理人員會對能源管理人員所提出的生產目標進行評估，并對實際的熱軋帶鋼廠生產過程進行監督，并及時對這些過程中出現的問題進行技術指導，如果技術管理人員的專業技能不夠扎實，那么在熱軋帶鋼廠生產過程中出現問題時，就不能第一時間得到有效的解決，從而對熱軋帶鋼廠的生產耗能造成影響。實際操作人員工作時將能源管理人員和技術管理人員提出的要求進行實踐，是整個熱軋帶鋼廠生產過程的直接操作者;實際操作員若自身本身的環保意識較高，就會在進行生產時注重對鋼材加熱的溫度控制，避免過度加熱造成能源消耗。能源管理者、技術管理者與實際操作人員這3類工作者一同影響著熱軋帶鋼廠生產過程的能耗。

3.2生產機器

熱軋帶鋼廠加熱工序的最主要機器耗能來源于加熱爐，當前我國普遍采用三段式加熱爐，在使用這種加熱爐時，要求使用工序與爐子結構必須一致，否則就非常容易造成資源的浪費，采用其他類型加熱爐的熱軋帶鋼廠生產也是一樣，必須要選擇適用于自身加熱爐生產方式的加熱工序，否則就會造成加熱不均或能源浪費。對于加熱爐的維護是否到位也決定著熱軋帶生產加熱工序的能源消耗情況。加熱爐的構造一般分為爐壁、爐頂、爐底、爐基等，這些構造如果出現老化、損壞等情況，就會造成熱軋帶鋼廠加熱工序整體協調不佳，不但會使鋼廠無法得到均勻的加熱，還會造成加熱能源的浪費。因此，熱軋帶鋼廠的檢測人員必須對加熱爐進行定期的檢修和維護，確保各個加熱爐部件的運轉正常，從而避免能源的浪費。最后，爐體的熱量損失也是熱軋帶鋼廠加熱工序的熱能損耗之一，但如果加熱爐的熱量傳導過慢，雖然有效地控制了加熱爐爐體的熱量損失，但也會對鋼材的加熱質量造成影響，且加熱爐爐體的熱量損失在整體的加熱爐熱量消耗中所占的比例較小，并不是熱軋帶鋼廠加熱工序耗能的最主要因素。

結語

當前我國的鋼材生產耗能較大，生產成本較高，對環境的負擔也較高，傳統的粗放式鋼材生產方式已經不能保持我國的工業生產的持續性和高質量;在現代國際競爭日益激烈的大環境下，我國的鋼鐵行業要想在世界競爭中保持足夠的競爭力，就必須對自身的生產方式進行改革。熱軋帶鋼廠生產的最主要能源消耗來自于軋制工程的加熱工序，因此，對加熱工序進行改革，有利于促進鋼鐵軋制產業減少資源消耗量，從而促進資源生產率提高。

參考文獻

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