1、 学 号 : 1210121083 毕 业 论 文（设 计） 课 题 550 连轧机热轧带钢温度控系统 的优化设计 学生姓名 段生火 院 别 机械工程学院 专业班级 2012 级材料成型及控制工程 2 班 指导教师 郭蓓蓓 二 一 六 年 六 月 目 录 摘 要 .I Abstract.II 第 1 章 绪论 .1 1.1 550 连轧机热轧带钢生产线简介 .1 1.2 热轧带钢需要控制的温度及意义 .1 1.3 本 课题研究内容 .2 第 2 章 热轧带钢生产工艺 .3 2.1 热轧带钢近几年 的发展 .3 2.2 热轧带钢轧机工艺 .3 第 3 章 具体的温度优化的方法 .5 3.1 加热
2、炉的温度优化控制 .5 3.1.1 加热炉的温度优化的意义 .5 3.1.2 加热炉的温度优化设计 .5 3.2 终轧温度的控制 .5 3.2.1 终轧温度优化的意义及传统的方法 .6 3.2.2 终轧温度的控制优化 .6 3.3 冷却均匀性的控制 .6 3.3.1 带钢纵向温度均匀性 .7 3.3.2 微加、减速度来减少带钢温度梯度 .7 3.3.3 宽度方向均匀性分析 .8 3.4 卷取温度的控制 .9 3.4.1 控制卷曲温度的意义 .9 3.4.2 卷曲温度的优化设计 .9 3.5 前馈 反馈控制方法 .10 3.6 轧件的具体跟踪 .10 3.7 温度返红 .11 3.8 控制的精度
3、分析 .13 总 结 .14 参考文献 .15 致 谢 .16 插图清单 图 1-1 550mm热连轧机组 生产流程图 .1 图 2-1 热轧带钢轧机工艺流程图 .3 图 2-2 热轧工艺流程图 .4 图 3-1 带钢的物理分段控制示意图 .10 图 3-2 层流冷却前馈控制系统结构图 .13 图 3-3 与 PY302 测温仪器距离 .14 图 3-4 沿带钢长度方向测量 .15 图 3-5 实测卷曲温度与目标卷曲温度偏差 .16 I 550 连轧机热轧带钢温度控制系统的优化设计 摘 要 自从中国改革开放以来，钢铁轧制技术一直在不停的进步。通过不断的学习，引进外国先进技术，再加上一些自主创新
4、，中国在不知不觉中也位列于轧制技术发达之列了。尽管如此，一些核心技术还是掌握在一些欧美发达国家手里，因此开发热带过程控制技术显得尤为重要 ，尤其是温度这一块的控制。这对于热轧带钢的发展显得特别的有意义。同时对于国家而言 竞争力的提高就是产品质量的提高，那么产品性能的优越更是质量范畴的重中之重。所以，对于我们而言，如何才能对产品的各方面性能进行优化设计控制，是我们值得重点去探索的话题，产品性能的控制方法有很多，在这里的话我们从温度这一块去探讨该如何通过控制温度来控制金属的性能，温度的控制对于钢的性能各方面有着至关重要的作用，要想能够控制产品的组织与性能，所以我们必须严格控制生产过程中的温度，对于
5、传统的热轧带钢生产过程主要包括扎前的准备，加热，粗轧 ，精轧，冷却以及卷曲等工序。本文我们就以 550 连轧机热轧带钢为例，对带钢的生产过程中温度控制进行优化。 关键词： 热轧；终轧温度；冷却；优化 II Abstract Since Chinas reform and opening up,Iron and steel rolling technology has been constantly progress。 Through continuous learning, the introduction of foreign advanced technology, coupled wit
6、h some independent innovation, Chinese imperceptibly also position in advanced country,in spite of this,some core technology is still in the hands of some developed countries in Europe and America,So it is very important to develop the control technology of the tropical process,especially the contro
7、l of the temperature.This is particularly meaningful for the development of hot rolled strip.At the same time,the improvement of the competitiveness of the country is the improvement of the quality of products,Then the superior product performance is the most important quality category.So,for us,how
8、 to optimize the performance of all aspects of the product design and control,it is worthy of our focus to explore the topic,the product performance of the control method has a lot of,Here we go from the temperature to discuss how to control the properties of the metal by controlling the temperature
9、,The control of temperature has an important effect on the properties of steel.To be able to control the organization and performance of the product,so we must strictly control the production process of the temperature.The traditional hot strip rolling production process including rolling preparatio
10、n,heating,rolling and cooling and rough rolling.In this paper, we take 550 hot strip mill just as an example, the production process of the strip temperature control optimization。 Keywords:： Hot rolling； finishing temperature； burial； optimization 铜陵学院毕业论文（设 计） 1 第 1 章 绪论 1.1 550 连轧机热轧带钢生产线简介 550 热轧
11、带钢连轧机在 2011 年年初的时候就已经开始投产的，对于机组采用的是半连续式的布置，针对于粗轧机而言，我们采用的是三辊可逆轧机。为了能够对来料进行一个连续的轧制，在精轧区间有二立辊和八平辊相结合。 对来料进行一个持续的轧制，先是带钢经过精轧机组末机架，接着带钢会经过三岔区、然后是平板链，最后一步才会进入到立式卷取机进行相应的卷取操作。在现代精轧的过程中，前面的四机架为短应力轧机，后面四机架为相应的四辊轧机，同时配置了相应的液压 AGC 技术，目的是为了获取高厚度高精度的优质窄带钢。 在热轧厂钢坯原料的主要规格有两种： 150*150*6000; 165*280*6000。 产品的系列可分为
12、145， 183， 232 三种。首先板坯经过称重以后进入到加热炉进行加热，根据生产品种以及工艺的差别，使得板坯加热 温度在 11001270之间， 板坯加热完了以后，接下来会通过出炉辊道被送到三辊粗轧机从而进行相应的轧制。 对于板坯，先在三辊粗轧机上被轧制成相应的 5-7 道，把板坯轧制成为 25 m m 左右的厚度的中间坯， 紧接着我们将会使用相应的升降台把轧件从下的轧制线运到相应的上轧制线上面。只有能够通过三辊粗轧机轧制后出来的合格中间坯，才会由中间辊道然后进入到相应的精轧区。同时为了控制宽带，在精轧区我们设置两架立辊（其中包含强力立辊 1 台）。这当中精轧机组设置包含了 7 个活套，统
13、一都是电动自动化的。如此反复，中间坯变成成 品要经过 8 道次的连续的轧制。 就目前的生产线而言，我们对精轧机配有功能齐全的液压厚度自动控制系统（ AG C）。这对于控制代钢的精度要求起着非常重要的作用。当带钢从精轧机轧出后会先经过送料辊、然后是夹送辊、接着是扭转导槽，接着会通过相应的平板运输链等一项项生产设备来一步步的进入到立式卷取机进行相应最后的卷取。如下图图 1-1，显示的是整个生产的流水线。 图 1-1 550mm 热连轧机组生产工艺流程图 段生火： 550 连轧机热轧带钢温度控制系统的优化设计 2 1.2 热轧带钢需要控制的温度及意义 对于热轧带钢而言，其中 最主要的就是如何控制扎后
14、冷却的速度和卷曲的温度，能够准确的估算出各个环节的温度的变化对带钢各方面性能来说非常的重要， 首先对于热轧带钢而言，带钢的终扎温度可以直接决定轧机的负荷大小，还会对产品尺寸的精确度产生很大的影响，因此我们要想提高钢铁的最终质量，就必须能够准确的控制热轧带钢的过程中在不同位置上的温度 .为了能够控制板坯的出炉温度，我们得学会控制这个过程中加热炉的温度，还有终轧温度和卷取温度。很多时候对于终轧温度能否很好的控制，主要还是会受到板坯温度的高低以及均匀程度的直接影响。在另外一方面，终轧温度还会 直接影响到轧制过程的顺利进行。对于钢板组织和性能，对它影响最大的因素之一便是温度，要想能够控制带钢的组织和性
15、能，我们就必须首先在生产中学会如何去控制温度。尤其是对于窄带钢，由于本身尺寸较小，在轧制的过程中温降肯定会更快，并且相对而言头尾的温差也会更大一些。在这两年社会发展的过程中，带钢性能以及厚度各方面的要求都不合格的问题越来越突出。这其中很大的程度上是由于轧制温度的不合理以及头尾温度不均匀所造成的。综上所述，在轧制过程中的学会控制温度就真的是非常非常的重要。 对连轧机热轧带钢的温度控制其实最主要是对 精轧机组温度的控制，在这过程中我们不仅仅要求带钢头部满足相应所需要的温度。我们要保证的是整条带钢的温度是均匀的，所以至少要保证整条带钢全长终轧温度的均匀性。首先对于带钢头部而言，我们会通过设定精轧出后
16、的速度来保证终轧温度，而对于整条带钢而言，要想控制温度的均匀性，必须依靠准确的控制机组的加速度和机架间的喷水量。就现在的水准而言，我们大致上可以保持整带温度的均匀，终轧温度也相应的能够控制在上下 10 -15左右。在终轧的温度确定的时候，我们就相当于是去控制整个的冷却速度。很多的时候伴随着带钢轧制速度的提高， 对于轧后冷却的能力我们也必须相应的去加强，特别是当带钢厚度较厚时，在这个时候冷却速度经常会达不到我们实际的生产要求，如果在这个时候我们不去采取任何强化冷却的措施，冷却能力将会在很大程度上限制轧制速度的提高，除此之外，我们不仅很严格的去要求带钢的冷却速度，在实际生产中很多时候也要根据实际情
17、况来变化，因为不仅仅是依板的厚度、钢种以及板宽的不同会相应的影响到冷却速度，甚至是同一卷带钢，只要在轧制速度发生相应的变化，它所需要的冷却速度也肯定不同。因此对于冷却系统设计而言，首先我们应该具备能够去适应多种冷却速度的，灵 活的层流冷却方法，另外再加上相应的计算机控制技术，这样的话我们将尽量去达到这个目的。 1.3 本课题研究内容 本课题以 550 连轧机为例，研究热轧带钢温度的优化设计，从加热炉到精扎，到层流冷却，到最后的卷曲，我们采用各种方法来优化温度的控制，一方面能够节约相应的能源，更重要的是能够更好的达到目标钢铁的相应属性，能符合当代社会的需要。 铜陵学院毕业论文（设 计） 3 第
18、2 章 热轧带钢生产工艺 2.1 热轧带钢近几年的发展 其实在中国，热轧带钢这一块技术 的起步相对比较晚，尽管近几年我国钢铁产业发展非常迅速， 但是在很多重点的技术上，热轧带钢工艺这一块仍然与国外发达国家有很大差距，目前， 国外的窄带钢发展暂时呈现出了一个停滞的局面，因为不管是在产量还有质量均偏低， 关于窄带钢这一块的需求更多的时候我们是采用的是将宽带纵切，但是这样成本会大大偏高 . 就我国目前情况而言，大部分的带钢都是从国外进口而来，在供给量这一块仍旧存在着很大的缺口。另外的话带钢带来的利润每年都有在增加，这其中的话就具有着很大的市场潜力，对于将来带钢的生产发展前景将是一片光明，但是我国目前
19、在 资源的配置和实际的生产过程中依然存在着很多不合理的地方。正因为如此我们要充分去发挥窄带钢的优势，为了去提高产品的质量，我们会去对产品结构进行相应的调整以及技术的改造。以能够在这个基础上开拓出新的符合生产的应用领域。 2.2 热轧带钢轧机工艺 在实际的生产中，对于热轧带钢的生产线，很多时候热轧带钢的生产工艺和工艺布置是紧密相联的，下面我们将以 550 连轧机热轧带钢的生产线为例给大家 介绍一下整个热轧带钢的大致生产工艺流程，如下面图 2.1 所示。 图 2-1 热轧带钢轧 机工艺流程图 对于整个生产工艺流程，我们是先将连铸坯存放于板坯库里面，然后把板坯原料通过装料辊道推送到相对应的推钢式加热
20、炉跟前，紧接着会通过推钢机进入到加热炉，等到加热至实际指定的温度以后再出炉，然后的话板坯会经过高压水除鳞， 接着将由相对应的辊道送往轧机工作辊道会进行第一步的粗轧，等到粗轧结束了以后，紧接着的话会进入到相对应的传输辊道，然后带钢会经过飞剪切头，接着为了能够除磷，带钢会通过相应的除鳞箱，最后转入到精轧阶段。生产过程中精轧机组的前两架为相应的除磷喷嘴装置，目的是为了可以去除二次氧化铁皮。 带钢经过精轧后，然后会通过机后的对应的层流冷却系统来进行控制冷却，紧接其后轧件将会进入到卷取机进行最后的卷取，接着再经过一些简单的工序后运到最后的成品库。在这个过程中最典型的生产工艺流程如下图图 2-2 所示。
21、段生火： 550 连轧机热轧带钢温度控制系统的优化设计 4 图 2-2 热轧工艺流程图 铜陵学院毕业论文（设 计） 5 第 3 章 具体的温度优化的方法 3.1 加热炉的温度优化控制 3.1.1 加热炉的温度优化的意义 对于加热炉而言，它是整个热轧带钢走的第一步，同时的话它整个生产流程中消耗能源最多的一步。加热炉的目的是能够获得想要的符合要求的钢胚。在这个过程中，对于我们而言要尽量去减少加热炉的不必要的能量损耗、还有减少钢坯的相应烧损，在实际的生产过程中，工作人员经常会为了能够减小加热炉的控制精度较低对钢坯加热产生的影响，经常的话会人为去相应的提高钢坯的出炉温度以此来保证钢坯表面的温度分布情况
22、，但是这样就会忽略了加热炉的各项能耗指标以及钢坯本身的相应损耗。所以，对我们而言，为了使能源的消耗最少，不仅仅要通过 改造加热炉的相关设备以此来提高整个设备的控制水平，更重要的是不断去优化钢坯炉内的相应升温曲线。这对于在达到轧钢生产的总体产量的基础上，既能够提高产品的总体质量、同时的话又能够降低能源的消耗和金属烧损率等有着非常重要的现实意义，这将是我们应该共同努力的目标。 3.1.2 加热炉的温度优化设计 在我们无法改变加热炉、轧机和其它固定设备的情况下。对于钢坯的种类、规格尺寸、轧制节奏参数都已经确定时，对于炉内的钢坯加热而言，这时肯定是存在且唯一的一条最佳的加热曲线。为了控制变量，我们假设炉内钢坯 通过每个炉段的速度是不变的，在这个时候的话被加热的钢坯的温度与时间肯定会满足一个相应的函数关系，此时加热炉的燃料消耗量便决定了相应的温度水平。随着钢坯的重量以及运行速度的变化，炉温也会发生相应的变化。我们可以得到相应的预热段和加热段炉温的分布如式 (2.1)和式 (2.2).对于其中的预热段，有 : 针对加热段，有 : G1,G2 一一预热段和各加热段的燃料消耗量 ; 一一预热段和各加热段的空间位置函数 ; 式 (2.1)中 的意义如下 :T (2.3) 上式中的 表征了预热段和各加热段的相互影响程度，其中 ml
