[发明专利]一种基于力学性能预报和轧制能耗模型的精轧节能控制方法

摘要

一种基于力学性能预报和轧制能耗模型的精轧节能控制方法,涉及一种专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，用于热轧精轧生产线轧制工艺控制过程的轧制能耗控制，包括如下步骤收集带钢的化学成分、轧制工艺参数和力学性能目标值，检查力学性能预报模型的输入参数，调用轧制能耗计算过程，使用轧制能耗模型计算精轧总能耗，结合力学性能预报模型和轧制能耗模型，对精轧出口温度进行优化；比较优化前后的精轧总能耗，若优化后的能耗降低幅度＞能耗优化阈值，修改轧制工艺参数中的工艺温度条件，进行铸坯轧制。本方法可以在保证轧后带钢力学性能的前提下，通过优化精轧轧制温度，实现降低精轧轧制能耗，该方法的覆盖钢种范围广，可以应用于各种板坯热轧产线。

主权项

一种基于力学性能预报和轧制能耗模型的精轧节能控制方法，用于热轧精轧生产线轧制工艺控制过程的轧制能耗控制，其特征在于包括如下步骤：S100：在每块铸坯轧制之前，收集带钢的化学成分、轧制工艺参数和力学性能目标值，作为力学性能预报模型的输入参数；所述的力学性能预报模型如下：yi=ac(i)C+aMn(i)Mn+aP(i)P+aN(i)N+aSi(i)Si+aS(i)S+aTiC(i)TiC+aNbC(i)NbC+aVC(i)VC+aTiN(i)TiN+aNbN(i)NbN+aVN(i)VN+aDT(i)exp((DT+273)/1000)+aRT(i)exp((RT+273)/1000)+aST(i)exp((ST+273)/1000)+aFT(i)exp((FT+273)/1000)+aCT(i)exp((CT+273)/1000)+aH(i)ln(H)+aF1(i)F1+aF2(i)F2+βi]]>式中：yi表示带钢力学性能预报值，i＝1,2分别表示抗拉强度(Mpa)和屈服强度(Mpa)，C：剩余碳含量(总含量减以碳化物形式析出的碳含量)(％)，Mn：带钢的锰含量(％)，P：带钢的磷含量(％)，N：剩余氮含量(总含量减以氮化物形式析出的氮含量)(％)，Si：带钢的硅含量(％)，S：带钢的硫含量(％)，TiC：碳化钛析出量(％)，NbC：碳化铌析出量(％)，VC：碳化矾析出量(％)，TiN：氮化钛析出量(％)，NbN：氮化铌析出量(％)，VN：氮化矾析出量(％)，DT：铸坯出炉温度(℃)，RT：粗轧出口温度(℃)，ST：精轧入口温度(℃)，FT：精轧机出口温度(℃)，CT：卷取温度(℃)，H：带钢终轧厚度(mm)，F1：粗轧压下率(％)，F2：精轧压下率(％)，βi为模型的修正系数；S200：检查力学性能预报模型的输入参数的完备性和取值范围，若带钢的化学成分、轧制工艺参数和力学性能目标值，全部满足力学性能预报模型的要求，则转步骤S300；否则，保留本块铸坯原来的轧制工艺参数，转步骤S700；其中，带钢的化学成分范围为C≤0.3％，Mn≤2％，S≤0.07％，Si≤0.8％，P≤0.15％，Nb≤0.1％，Ti≤0.18％，V≤0.09％；轧制工艺参数范围为DT：1200℃～1300℃，RT：900℃～1100℃，ST：870℃～1080℃，FT：750℃～970℃，CT：500℃～750℃，H：1～20mm；S300：在粗轧轧制结束后，根据板坯规格参数、粗轧参数和轧制工艺参数，以原工艺温度条件中的精轧出口设定温度作为轧制能耗模型的输入参数，调用轧制能耗计算过程，使用轧制能耗模型计算精轧总能耗，得到原工艺温度条件下的精轧总能耗；所述的轧制能耗计算过程包括以下步骤：S310：根据轧件的变形抗力模型公式(1)计算变形抗力：其中，Δh＝H‑h；σ0为基准变形阻力，m为变形程度影响系数，n为变形速率影响系数，b为温度影响项系数，可根据钢种通过查表获得；H、h为入口厚度和出口厚度，R为轧辊原始半径，νR为轧辊速度，Δh为压下量，为变形程度，为变形速率，T为轧件的轧制温度；S320：根据轧件的轧制力模型公式(2)计算轧制力：F＝w·ld·km·Qp   (2)式中：F为轧制力，w为宽度，ld为压扁接触弧长，km为材料变形抗力，Qp为外摩擦影响系数；压扁接触弧长ld由压扁后轧辊半径R′及压下量Δh根据公式(3)和公式(4)计算得到： 外摩擦影响系数Qp由公式(5)计算得出： 式中，A、B、C是与轧辊材料性能及压下率有关的参数： C＝H‑h 式中，r为机架压下率；v为轧辊泊松系数；E为轧辊杨氏模量；q1(r)、q2(r)为与压下率相关的参数：q1(r)＝aF1+aF2·r，q2(r)＝aF3+aF4·r+aF5·r2；aF1～aF5为轧制力模型系数； S330：根据公式(6)计算轧制力矩： M＝2F·β·ld   (6) 式中，M为轧制力矩，β为力臂系数： 其中η为马达效率；am0～am3为轧制功率模型系数； S340：根据公式(8)计算轧制功率： 式中，P为轧制功率，M为轧制力矩，νR为轧辊速度，R为轧辊半径； S350：对应精轧每个机架重复执行步骤S310至S340，计算轧件在精轧每个机架内轧制时的变形抗力、轧制力及轧制功率；得到精轧各机架的轧制功率之后，对各机架求和得到精轧总能耗；S400：结合力学性能预报模型和轧制能耗模型，对精轧出口温度进行优化，计算满足带钢力学性能条件、并且精轧总能耗最低的精轧出口温度优化值；S500：比较优化前后的精轧总能耗，若优化后的能耗降低幅度＞能耗优化阈值，则转步骤S600；否则，保持本块铸坯轧制工艺参数中原来的工艺温度条件，转步骤S700；S600：修改本块铸坯轧制工艺参数中的工艺温度条件，将精轧出口设定温度替换为步骤S400得到的精轧出口温度优化值；S700：将本块铸坯的轧制工艺参数传递给过程控制计算机，进行铸坯的轧制生产。