[发明专利]一种中厚板淬火工艺的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及中厚板热处理技术领域，特别是涉及一种中厚板淬火工艺的控制方法。

背景技术

中厚板淬火工艺涉及温降、形变、组织转变等过程，具有多场耦合、非线性关系复杂等特点。淬火数学模型的建立存在如下技术难点：①建模复杂、适应性不强；②相关参数测量困难；③模型边界条件难以精确确定；④模型求解困难。进口中厚板淬火设备不具备完备的淬火机各冷却方式淬火模型控制系统，在科学合理制定淬火规程并准确快速执行方面还存在一定的欠缺。此外，淬火工艺规程的制定还需紧密结合钢板冷却路径，实现钢板淬后组织和性能控制。目前，国内中厚板淬火设备不具备多冷却方式冷却规程制定和冷却路径控制功能，阻碍了中厚板淬火过程高精度工艺控制和淬后性能控制的深入发展。

专利CN101603120A，公开了一种淬火机水冷过程控制方法，通过优化原淬火机PLC硬件系统和软件程序，利用钢板跟踪系统实现高低压冷却段各冷却喷嘴开闭控制，提高了供水稳定性和钢板表面质量。该方法为单纯的通过PLC控制淬火机冷却段开闭的方法，并未涉及淬火工艺规程的制定和冷却数学模型的建立，与本发明涉及到复杂的工艺过程控制无关。

专利CN101928811A，公开了一种基于模型控制的钢板淬火冷却方法，根据钢板成分和目标硬度计算冷速和钢板走速，再利用水量模型和温度模型计算钢板温度分布和冷速分布。该方法主要针对水冷，利用建立的模型计算板温、冷速和辊速，并未涉及其他冷却方式。此外，该方法建立模型多为经验公式，并未深入研究水冷换热原理，换热系数计算理论基础不强，导热方程模型过于简化，不能较精确的描述钢板水冷温降过程，与本发明涉及模型的建立基础和计算精度有一定差距。

发明内容

本发明的目的是提出一种中厚板淬火工艺的控制方法，通过建立数学模型制定冷却策略和冷却规程，实现不同冷却方式下中厚板淬火工艺自动控制和钢板冷却路径控制。

上述目的是通过下述方案实现的：

一种中厚板淬火工艺的控制方法，包括钢板淬火策略制定、淬火参数的模型计算和淬火规程的制定，其特征在于首先根据钢板计划信息和模型参数信息，自动选择四种淬火方式之一：水冷、汽雾冷、强风冷和空冷，并制定相应冷却策略；再根据冷却设备结构尺寸和控制参数初始化冷却参数，计算钢板表面综合换热系数；结合热物性参数模型，根据导热方程计算钢板温降，不断优化淬火参数，直至冷速、终冷温度均达到目标值；最后进行组织性能分析和冷却规程制定，并将计算好的规程发送至数据库、PLC和界面。

根据上述中厚板淬火工艺的控制方法，其特征在于自动选择冷却方式及制定相应冷却策略的步骤如下：

根据获取的钢板计划信息调用数据库中的模型参数，比对相近参数后自动选择冷却方式；

若冷却方式为水冷，根据目标冷速、终冷温度和淬后性能制定冷却路径，结合水冷设备结构尺寸、供水水力模型、管嘴出流水力模型初始化各水冷段喷嘴开闭方式、水量、水比、辊速和中间温度，初始化水冷前钢板温度分布；利用水冷综合换热系数模型、热物性参数模型和钢板温降模型计算高压水冷段温降，通过调整高压段冷却策略使中间温度满足目标要求，利用相同步骤计算淬火机低压水冷段温降，通过调整低压段冷却策略使终冷温度和冷速满足目标要求；

若冷却方式为汽雾冷，根据目标冷速、终冷温度和淬后性能制定冷却路径，结合汽雾冷却设备结构尺寸和气液两相耦合计算模型初始化汽雾冷却策略和冷前钢板温度分布；利用汽雾冷综合换热系数模型、热物性参数模型和钢板温降模型计算各汽雾冷却段温降和冷速，不断调整冷却策略使计算终冷温度和冷速满足目标要求；

若冷却方式为强风冷，根据目标冷速、终冷温度和淬后性能制定冷却路径，结合强风冷却设备结构尺寸、喷射参数模型和风温模型初始化冷却策略和冷前钢板温度分布；利用强风冷却综合换热系数模型、换热器换热模型和钢板温降模型循环计算各强风冷却段温降和冷速，不断调整冷却策略使计算终冷温度和冷速满足目标要求；

若冷却方式为空冷，根据辐射温降模型、对流温降模型和接触温降模型计算冷却时间和冷速；

各冷却方式冷却参数计算完毕后，绘制冷却曲线，利用临界冷速模型和淬透性预测模型计算淬透层深度，预测淬后钢板性能；之后，制定冷却规程，并将规程发送至数据库、PLC和界面。