熱連軋我國發(fā)展概況

改革開放前，我國熱軋帶鋼軋機(jī)只有建國初期由前蘇聯(lián)援建的鞍鋼半連續(xù)式1700 mm機(jī)組和20世紀(jì)70年代武鋼從日本引進(jìn)的3/4連續(xù)式1700mm熱連軋機(jī)組，技術(shù)水平與國際水平差距較大。改革開放后，我國以寶鋼引進(jìn)2050mm 熱連軋機(jī)為契機(jī)，開始了以引進(jìn)為主的現(xiàn)代化板帶熱連軋機(jī)的建設(shè)，引進(jìn)了加熱爐燃燒控制技術(shù)、厚度控制技術(shù)(AGC)、板形控制技術(shù) (CVC)、立輥控寬和調(diào)寬技術(shù)(AWC和SSC控制)、連軋張力控制技術(shù)、卷取控制技術(shù)(AJC)、加速冷卻技術(shù)(ACC) 等工藝控制技術(shù)以及全套的計算機(jī)控制系統(tǒng)。隨后，寶鋼1 580 mm、鞍鋼1 780 mm 熱軋生產(chǎn)線引進(jìn)了PC 軋機(jī)、調(diào)寬壓力機(jī)、自由程序軋制技術(shù)、在線磨輥技術(shù)等，從另一個角度武裝了熱軋板帶行業(yè)，推動了我國熱軋板帶軋制技術(shù)的進(jìn)步。在引進(jìn)的過程中，消化、吸收了引進(jìn)技術(shù)，逐步掌握了板帶熱連軋的核心技術(shù)，開始了自主集成創(chuàng)新的歷程。2000 年，鞍鋼通過原1700 mm 熱連軋機(jī)的技術(shù)改造，率先開發(fā)了中厚板坯的短流程生產(chǎn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了我國板帶熱連軋機(jī)的第1 次自主集成。2005年，鞍鋼建設(shè)了ASP2150 mm 熱連軋機(jī)，并轉(zhuǎn)讓到濟(jì)鋼，建設(shè)了ASP 1700mm 熱連軋機(jī)。此后，又在多條熱連軋線上實(shí)現(xiàn)自主集成和創(chuàng)新，建設(shè)了新疆八一1700mm、天鐵1780mm、萊鋼1500mm、日照2150mm、寧波1780mm 等多套熱連軋機(jī)及全套自動控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了我國板帶熱連軋機(jī)技術(shù)集成上的跨越式發(fā)展。在此過程中，我國自主開發(fā)了VCL軋輥板形控制技術(shù)、UFC ACC控制冷卻系統(tǒng)、氧化鐵皮控制技術(shù)、集約化生產(chǎn)技術(shù)等創(chuàng)新性技術(shù)，我國已經(jīng)躋身于熱連軋技術(shù)最先進(jìn)的國家 。

自1924年美國在阿斯蘭建設(shè)的1470mm 熱軋帶鋼軋機(jī)投產(chǎn)以來，熱軋板帶的生產(chǎn)工藝在90年中發(fā)生了一系列變化。

20世紀(jì)50年代之前建設(shè)的板帶熱連軋機(jī)被稱為第1代板帶熱連軋機(jī)。這段時期板帶熱連軋機(jī)的技術(shù)發(fā)展緩慢，軋機(jī)輥身長度范圍為1120~2 490 mm，采用橫軋展寬技術(shù)彌補(bǔ)板坯寬度的限制，軋制鋼卷單重為6.0~13.6t，單位寬度卷重為5~12kg/mm，精軋機(jī)的最大速度為10~12m/s，年生產(chǎn)能力為100萬~200萬t 左右。

1960年在美國麥克勞斯鋼鐵(McLouth Steel)公司的1525mm 帶鋼熱連軋機(jī)上首次采用計算機(jī)設(shè)定并控制精軋機(jī)組的輥縫和速度。隨著計算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，在板帶熱連軋生產(chǎn)線上計算機(jī)控制范圍從精軋區(qū)擴(kuò)大到從加熱爐裝料到鋼卷稱重的整個生產(chǎn)線，軋制速度由10~12m/s 提升到15~21m/s。

1961年在美國鋼鐵公司大湖分公司的2032 mm帶鋼熱連軋生產(chǎn)線上首次采用升速軋制技術(shù)，標(biāo)志著第2代板帶熱連軋機(jī)的誕生。此時成品帶鋼厚度范圍由2.0~10.0 mm擴(kuò)大到1.5~12.7 mm，最大卷重達(dá)40t，年產(chǎn)量由200萬t增至250萬~350萬t。第2代板帶熱連軋機(jī)的自動化水平較第1代有了質(zhì)的飛躍，微張力恒套量軋制技術(shù)、厚度自動控制技術(shù)的應(yīng)用大大提高了帶鋼的厚度精度。

1969年日本君津廠投產(chǎn)的2286 mm 熱軋帶鋼軋機(jī)將熱軋板帶軋機(jī)的發(fā)展推向了大型化方向，標(biāo)志著板帶熱連軋機(jī)第3個發(fā)展時期的開始。20 世紀(jì)70年代第3代板帶熱連軋機(jī)繼續(xù)沿著高速化、大型化的方向發(fā)展，軋機(jī)年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到600萬t，單卷最大重量可達(dá)45t,成品帶鋼厚度為0.8~25.4 mm,軋制速度可達(dá)28~30m/s。該階段在軋制工藝和設(shè)備方面都有很大的進(jìn)步，許多新技術(shù)得到應(yīng)用。粗軋機(jī)組機(jī)架數(shù)量有所增加，在最后2架粗軋機(jī)架實(shí)行雙機(jī)架連軋甚至形成全連軋; 精軋機(jī)組一般采用7 機(jī)架，并預(yù)留位置使精軋形成8~10機(jī)架連軋; 開始采用步進(jìn)式加熱爐; 精軋機(jī)采用彎輥裝置來改善帶鋼斷面形狀; 采用調(diào)速軋制技術(shù)以控制帶鋼終軋溫度; 采用層流冷卻裝置以保證帶鋼金相組織和力學(xué)性能均勻一致; 不斷改進(jìn)精軋機(jī)組厚度自動控制系統(tǒng)，提高了成品的厚度精度; 采用快速換輥裝置,縮短了換輥時間，提高了作業(yè)率; 全面采用可控硅調(diào)速，整個生產(chǎn)過程采用計算機(jī)控制。

20世紀(jì)80年代以來由于鋼材市場產(chǎn)能過剩，使熱軋板帶生產(chǎn)從追求大型化、高速度、大卷重轉(zhuǎn)向節(jié)約能源和降低成本、擴(kuò)大產(chǎn)品種類、提高產(chǎn)品質(zhì)量和成材率、縮短流程降低建設(shè)投資等方向發(fā)展。20世紀(jì)90年代以來，隨著連鑄連軋短流程生產(chǎn)工藝的發(fā)展,無頭軋制和半無頭軋制技術(shù)的應(yīng)用，以及連鑄連軋技術(shù)及變相控制軋制等熱連軋生產(chǎn)工藝的開發(fā)及應(yīng)用,使板帶熱連軋生產(chǎn)技術(shù)獲得極大改進(jìn) 。

自動控制技術(shù)對熱軋板帶產(chǎn)品性能、生產(chǎn)效率、成材率等有重要的影響，決定著熱連軋生產(chǎn)線的先進(jìn)程度。日本TMEIC、德國SIEMENS、德國SMS 等公司能夠提供成套成熟的板帶熱連軋自動控制系統(tǒng)，并引領(lǐng)著板帶熱連軋自動控制技術(shù)的發(fā)展。我國經(jīng)過多年的消化、吸收和創(chuàng)新，也成功開發(fā)出全套板帶熱連軋工藝模型和控制模塊,并成功應(yīng)用于武鋼1700mm、重鋼1780mm、北海誠德1580mm、新疆八一1750mm等熱連軋生產(chǎn)線。自動控制系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用為今后熱軋板帶軋制技術(shù)升級和進(jìn)步奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ) 。

熱軋板帶軋制過程控制系統(tǒng)的硬件以SIEMENS、GE、TMEIC、DANIELI、SMS 等國外公司產(chǎn)品為主，但已可以實(shí)現(xiàn)由國內(nèi)設(shè)計和指定設(shè)備選型。相對于硬件，軟件的發(fā)展更為迅速，現(xiàn)代熱連軋控制系統(tǒng)可分為6級控制，其中L1(基礎(chǔ)自動化)級和L2(過程自動化) 級與生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)系最為密切，也是板帶熱連軋研究和開發(fā)的重點(diǎn)內(nèi)容。

基礎(chǔ)自動化系統(tǒng)采用高端PLC系統(tǒng)?？梢栽诤撩爰墝GC、APC 等位置和壓力閉環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行快速控制，通信能力和速度顯著提高。

過程控制系統(tǒng)通常由3臺高性能PC服務(wù)器組成，其中2臺服務(wù)器用作模型計算服務(wù)器(PC1和PC2)，主要運(yùn)行軋制過程自動化應(yīng)用軟件，另外1臺用作數(shù)據(jù)中心服務(wù)器(PC3)，安裝了Oracle 數(shù)據(jù)庫軟件，用于存儲所有的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和報表。粗軋區(qū)、精軋區(qū)和卷取區(qū)之間的數(shù)據(jù)交換通過主干以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，主干網(wǎng)采用光纖以太網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)充分考慮了板帶熱連軋生產(chǎn)中信息流和數(shù)據(jù)流的特點(diǎn)，采用分段和分層設(shè)計，L1、L2系統(tǒng)間和 HMI之間采用基于 TCP/IP協(xié)議的以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)電纜遠(yuǎn)距離采用光纖，近距離采用雙絞線，采用交換機(jī)技術(shù) 。

完善的計算機(jī)控制功能是保證板帶熱連軋成品質(zhì)量的關(guān)鍵。從現(xiàn)場實(shí)際出發(fā)，為保證成品的厚度、溫度、板形、物理性能以及生產(chǎn)節(jié)奏的合理安排，需要對軋制規(guī)程進(jìn)行最優(yōu)化計算，以保證軋件良好的頭部溫度，為帶鋼全長的控制提供控制基準(zhǔn)值。基礎(chǔ)自動化與過程自動化相結(jié)合，保證了成品帶鋼全長的厚度、溫度和板形精度。

熱連軋規(guī)程優(yōu)化控制

(1) 高精度的數(shù)學(xué)模型。隨著板帶熱連軋計算機(jī)控制技術(shù)的不斷發(fā)展，以及近年來板帶產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及規(guī)格的不斷拓展，作為自動化核心技術(shù)的數(shù)學(xué)模型迅速發(fā)展進(jìn)而日趨成熟，有效提高了板帶材控制精度并且取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果。

現(xiàn)代軋制技術(shù)的發(fā)展為軋制理論提出了新的課題，如軋制變形區(qū)應(yīng)力、應(yīng)變、速度、溫度的分布，軋件不均勻變形，軋制過程參數(shù)的理論解析等，以工程法為核心的傳統(tǒng)軋制理論來解決上述問題是極為困難的，為此以數(shù)值分析方法為特征的現(xiàn)代軋制理論逐漸發(fā)展起來。使用有限元法將連續(xù)的變形體通過單元離散化，利用線性關(guān)系將多個微單元體組合起來描述事物整體受力和變形的復(fù)雜特性，可解決經(jīng)典軋制理論所不能解決的諸多問題。

利用人工智能方法進(jìn)行軋制參數(shù)的預(yù)報是近年發(fā)展起來的一種新方法。根據(jù)生理學(xué)上真實(shí)人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、功能機(jī)理的某種抽象、簡化而構(gòu)成的一種信息處理系統(tǒng)。由大量神經(jīng)元經(jīng)過極其豐富和完善的鏈接而構(gòu)成的自適應(yīng)動態(tài)非線性系統(tǒng)，具有自學(xué)習(xí)、自組織、自適應(yīng)和非線性動態(tài)處理等特性，特別適合處理復(fù)雜的非線性過程。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在過程控制系統(tǒng)中的應(yīng)用主要有單獨(dú)使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)模型相結(jié)合兩種方式，藉此實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的計算和優(yōu)化功能。它可以從大量的輸入數(shù)據(jù)和所涉及的關(guān)系中進(jìn)行“學(xué)習(xí)”，并從系統(tǒng)重復(fù)發(fā)生的事件中獲得經(jīng)驗(yàn)，特別適合同時考慮許多因素和條件的不精確和模糊的信息處理問題。

(2) 軋制規(guī)程多目標(biāo)優(yōu)化控制策略。隨著優(yōu)化理論和自動控制技術(shù)的發(fā)展，多目標(biāo)優(yōu)化策略開始應(yīng)用于軋制規(guī)程計算過程中。以生產(chǎn)過程中的實(shí)際軋制數(shù)據(jù)為前提，通過優(yōu)化解法獲得合適的模型參數(shù)，使目標(biāo)函數(shù)值達(dá)到最小，實(shí)現(xiàn)模型參數(shù)的優(yōu)化,最終達(dá)到高精、優(yōu)質(zhì)的目的。

一般情況下，多目標(biāo)函數(shù)中各個目標(biāo)之間存在著相互制約、相互矛盾的關(guān)系(如在板帶熱連軋生產(chǎn)過程中，溫度和軋制力是兩個相互關(guān)聯(lián)的物理量)。多目標(biāo)的最優(yōu)解需要權(quán)衡各個目標(biāo)，在不降低某個目標(biāo)的前提下提升其他目標(biāo)，優(yōu)化任務(wù)就是找到一組對各個目標(biāo)都有很好權(quán)衡的解的集合。單純形加速法、黃金分割法、Powell法、等式目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)化方法等被大量應(yīng)用到多目標(biāo)函數(shù)求解過程中，根據(jù)實(shí)際需要可以靈活地選取優(yōu)化算法對目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解。

由于數(shù)學(xué)模型本身存在誤差，以及軋制過程狀態(tài)變化引起的模型預(yù)報偏差。需要通過對數(shù)據(jù)的在線檢測實(shí)時地修正數(shù)學(xué)模型中的關(guān)鍵參數(shù)，使之能自動適應(yīng)過程狀態(tài)的變化，減小過程狀態(tài)變化所造成的誤差，提高模型的預(yù)報精度。

熱連軋厚度控制技術(shù)

帶鋼縱向厚度精度是最重要的技術(shù)指標(biāo)，也是最主要的控制指標(biāo)之一。自動控制系統(tǒng)作為提高熱軋板帶厚度尺寸精度的最重要的控制手段，已經(jīng)成為現(xiàn)代熱軋板帶生產(chǎn)過程中不可或缺的重要組成部分。多變量控制、魯棒控制、最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、解耦控制等控制理論最新成果和模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新的人工智能技術(shù)已被應(yīng)用于板帶厚度控制領(lǐng)域，獲得了最佳控制性能。

為了取得好的控制效果，針對板帶軋制特點(diǎn),開發(fā)了各種厚度自動控制策略(AGC)控制算法及組合使用策略，根據(jù)軋制過程中的控制信息流動和作用情況不同，板帶熱軋過程中常用的厚度控制策略和厚度補(bǔ)償控制功能可以歸納為:

(1) 厚度計AGC。傳統(tǒng)厚度計AGC作為一種模型控制方法，其理論基礎(chǔ)是軋機(jī)彈跳方程。彈跳方程的基本假設(shè)如下:

1) 軋機(jī)彈跳方程為精確的線性方程，即軋機(jī)剛度系數(shù)為常數(shù);

2) 計算剛度系數(shù)和實(shí)際剛度系數(shù)之間無偏差。

由于軋機(jī)各部分零件以及軸承之間存在間隙和接觸變形，軋機(jī)彈跳量和軋制力是非線性關(guān)系，特別是在小軋制力段，計算剛度系數(shù)和實(shí)際剛度系數(shù)之間存在無可避免的偏差。因彈跳方程無法為厚度計AGC提供精確的厚度偏差值，在使用基于彈跳方程的厚度計AGC進(jìn)行控制時，經(jīng)常出現(xiàn)計算厚度偏差與實(shí)際厚度偏差存在較大差異甚至符號相反的情況，造成了厚度控制的不準(zhǔn)確甚至錯誤調(diào)節(jié)。

為了克服軋機(jī)剛度對彈跳方程的影響，采用軋機(jī)彈跳特性曲線來計算軋機(jī)出口帶鋼厚度。機(jī)架彈跳量為軋機(jī)牌坊彈跳和軋機(jī)輥系撓曲兩個量之和。厚度計AGC通過軋機(jī)牌坊彈跳特性曲線和軋機(jī)輥系撓曲特性曲線記錄軋機(jī)彈跳特征。

(2) 前饋AGC。前饋AGC對板帶在前一機(jī)架由水印等因素造成的厚度偏差進(jìn)行測量，跟蹤記錄厚度偏差分布并存儲到列表中，當(dāng)一段帶鋼到達(dá)下機(jī)架時，厚度偏差值從列表中取出，用其計算輥縫修正值調(diào)整下游機(jī)架的輥縫，以糾正前一機(jī)架的厚度變化帶來的偏差。

(3) 監(jiān)控AGC。帶鋼厚度是熱軋板帶產(chǎn)品最重要的考核指標(biāo)之一，監(jiān)控AGC的控制效果直接關(guān)系到成品厚度質(zhì)量。監(jiān)控AGC為純滯后系統(tǒng)，而從控制角度而言，測量和控制過程之間滯后時間越長系統(tǒng)越不穩(wěn)定。為此，采用Smith預(yù)估器對純滯后系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)償可以有效提高控制系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。

熱連軋張力控制技術(shù)

板帶熱連軋生產(chǎn)過程中，為保證連軋順利進(jìn)行,采用微張力軋制，精確的微張力控制能夠避免軋件被拉窄、縮頸等對成品造成的不良后果。

現(xiàn)代軋制生產(chǎn)中，精軋機(jī)組前部機(jī)架壓下量較大，一般采用無活套微張力控制。用無活套方式代替活套提供張力并進(jìn)行張力匹配時，帶材在相鄰機(jī)架間被拉緊，帶材上的張力可通過電機(jī)轉(zhuǎn)矩測出，而后通過調(diào)整主電機(jī)的速度以保持恒定張力。無活套微張力軋制技術(shù)主要有微張力控制FTC(Free Tension Control)、無活套最優(yōu)多變量微張力控制LTC 等。

1971 年日本提出了微張力控制方法，并在日本鋼管、福山制鐵所及新日鐵公司成功應(yīng)用，其適用于對大斷面軋件的張力控制。我國武鋼引進(jìn)日本的微張力技術(shù)控制熱帶坯連軋獲得成功，該技術(shù)具有設(shè)備及控制系統(tǒng)簡單的優(yōu)點(diǎn)。

由于張力的變化對連軋成品厚度控制精度、板形的影響非常大，因此在精軋機(jī)組后部機(jī)架的軋制中，必須保持恒定的微張力。要達(dá)此目的，必須保證具有低慣性、響應(yīng)快速的活套機(jī)構(gòu); 在控制上,必須保證有恒定的小張力控制。在采用活套保證秒流量相等、控制張力恒定方面，人們做了大量的工作，從活套裝置本身及其控制精度方面都取得了長足的進(jìn)步。帶鋼熱連軋機(jī)配置了低慣量快速活套裝置，實(shí)現(xiàn)了小張力微套量軋制，可避免帶鋼被拉窄等。根據(jù)現(xiàn)場儀表配置和活套控制要求，活套控制系統(tǒng)的主要功能包含: 活套高度控制、活套張力控制、活套解耦控制、軟接觸控制、防甩尾控制以及流量補(bǔ)償控制等。

熱連軋溫度控制技術(shù)

溫度是板帶熱軋過程中非常重要的物理量，是控制軋制與控制冷卻的重要內(nèi)容，帶鋼的溫度不僅關(guān)系到軋制力的大小、寬展和前后滑等參數(shù)以及軋輥的溫度場，并最終影響到成品尺寸精度、板形和組織性能等。

(1) 終軋溫度控制技術(shù)。

機(jī)架間冷卻是實(shí)現(xiàn)終軋溫度控制的主要手段，是控制軋制與控制冷卻的重要組成部分，其主要作用是通過調(diào)節(jié)機(jī)架間冷卻水流量和壓力控制帶鋼溫度。噴射到帶鋼表面的冷卻水會使帶鋼表面覆蓋一層水膜,從而降低了帶鋼的氧化速率，起到抑制氧化的作用,此作用對精軋機(jī)組的前部機(jī)架尤為明顯。

機(jī)架間的冷卻控制是復(fù)雜的過程，具有典型的滯后性，帶鋼在精軋入口到出口的運(yùn)行過程中，影響金屬傳熱的因素較多，深入分析并掌握金屬在軋制過程中的傳熱規(guī)律并且建立機(jī)架間冷卻過程控制系統(tǒng)軟件解決方案，對提高精軋機(jī)架間冷卻控制精度，提高帶鋼全長溫度控制精度以及熱帶鋼產(chǎn)品的外形與組織性能至關(guān)重要。

終軋溫度控制FTC (Finishing TemperatureControl)是板帶熱軋過程控制的重要內(nèi)容。L2級過程控制計算機(jī)與L1級基礎(chǔ)自動化以設(shè)定和反饋相結(jié)合的方式通過調(diào)整帶鋼穿帶速度、軋制速度和機(jī)架間冷卻水噴嘴狀態(tài)，達(dá)到控制熱帶終軋溫度的目的。熱帶在精軋區(qū)的控制是典型的大滯后過程，其設(shè)定計算的精度是決定終軋溫度控制精度的關(guān)鍵。

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)架間帶鋼溫度的計算模型也經(jīng)歷了由簡單粗略到復(fù)雜精確的過程。通過使用卡兩頭分配中間法、線性回歸模型法和曲線法估算帶鋼在各機(jī)架間的溫度，為軋制力、軋機(jī)功率等重要工藝參數(shù)計算提供參考。另外，可以對軋制過程中帶鋼厚度和寬向上的溫度分布進(jìn)行離線模擬計算，研究帶鋼內(nèi)部溫度分布規(guī)律，進(jìn)而提高軋制過程的模型計算精度和過程控制精度。

(2) 軋后冷卻控制技術(shù)。

板帶熱連軋后的冷卻過程是一個復(fù)雜的換熱過程,主要包括空冷對流換熱、輻射換熱、水冷對流換熱、與輥道的接觸傳熱和帶鋼的相變潛熱等。軋后冷卻數(shù)學(xué)模型的控制精度直接影響產(chǎn)品的組織和性能?；趥鳠釋W(xué)理論，對軋后冷卻過程的換熱機(jī)理及軋件溫度變化規(guī)律進(jìn)行深入研究，建立能夠滿足生產(chǎn)高附加值產(chǎn)品要求的溫度計算模型具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

控制冷卻技術(shù)作為TMCP技術(shù)的重要組成部分，通過改變軋后冷卻條件來控制相變和碳化物的析出行為，從而改善板帶組織和性能。近年來在軋鋼企業(yè)、研究單位和設(shè)備廠家的共同努力下，我國板帶熱連軋后冷卻系統(tǒng)的能力明顯增強(qiáng)。但是，隨著用戶對鋼材質(zhì)量和性能的要求越來越高，且對開發(fā)出高附加值新產(chǎn)品，如超級鋼、雙相鋼和相變誘導(dǎo)塑性鋼等的需求，對冷卻系統(tǒng)提出了更為嚴(yán)格的要求。此外，當(dāng)代社會面臨著越來越嚴(yán)重的資源、能源短缺問題，板帶熱軋生產(chǎn)也必須遵循減量化(Reduce)、再循環(huán)(Recycle)、再利用(Reuse)、再制造(Remanufacture)的4R 原則，即采用節(jié)約型的成分設(shè)計和減量化的生產(chǎn)方法，獲得高附加值、可循環(huán)的鋼鐵產(chǎn)品。為了滿足這些要求，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開始開發(fā)冷卻能力更強(qiáng)、冷卻均勻性更好和冷卻功能更多的新一代軋后冷卻技術(shù)，即基于超快速冷卻和層流冷卻的新一代TMCP技術(shù)。

隨著TMCP技術(shù)的不斷發(fā)展，層流冷卻模型將關(guān)注的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到冷卻的均勻性、冷卻路徑、微觀組織和組織性能的精確控制方面。板帶熱連軋軋后冷卻過程數(shù)學(xué)模型主要有: 指數(shù)模型、統(tǒng)計模型、統(tǒng)計理論模型、差分模型和人工智能模型等。

世界各國都在不斷地改進(jìn)軋后冷卻過程的數(shù)學(xué)模型和控制策略。近年來，層流冷卻模型的控制精度得到明顯提到，東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動化國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的在線層流冷卻控制系統(tǒng)的控制精度可達(dá)±18℃，命中率達(dá)96%以上。

熱連軋板形控制技術(shù)

板形是熱軋板帶的重要質(zhì)量指標(biāo)之一，包括帶鋼橫截面(垂直于軋制方向)幾何外形和沿軋制方向表現(xiàn)的平直程度兩個方面的內(nèi)容。由于板形控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)，具有多擾動、多變量、強(qiáng)耦合、有慣性、有滯后的特點(diǎn)，因此不僅需要精確的數(shù)學(xué)模型，更需要具有先進(jìn)的控制思想。

對于板帶熱連軋機(jī)組，精確的板形控制模型是建立板形控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。20世紀(jì)70年代末日本新日鐵引入板形干擾系數(shù)和板凸度遺傳系數(shù)的概念，建立了一種基于遺傳理論的在線板形控制模型。我國眾多專家學(xué)者采用目標(biāo)函數(shù)法、遺傳算法、BP神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)建模方法、三維控制模型法等研究了包括軋輥熱膨脹、軋輥磨損、軋輥撓曲以及CVC輥型的數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化了彎輥力和軋輥橫移位置的控制量、發(fā)現(xiàn)了板形平直度生成及遺傳規(guī)律,得到軋制力分布、輥間壓力分布、張力分布以及軋輥壓扁和撓曲分布規(guī)律，建立了板帶熱連軋多機(jī)架板形控制數(shù)學(xué)模型。

板形控制技術(shù)從控制途徑上可以劃分為工藝方法和設(shè)備方法兩大類。工藝方法主要包括以下幾種:

(1) 合理安排不同規(guī)格產(chǎn)品的軋制及合理制定軋制規(guī)程。

(2) 采用軋輥調(diào)溫法改變工作輥的溫度分布,通過改變工作輥的熱凸度來控制板形。

(3) 采用張力控制法改變張力橫向分布來調(diào)節(jié)軋制力的橫向分布，進(jìn)而影響工作輥的撓度和彈性壓扁的分布，并改善輥縫內(nèi)金屬的流動狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對板形的控制。

(4) 采用異步軋制法使軋件在上下兩個圓周速度不同的軋輥間完成軋制過程。在形式上分為異速異步軋制和異徑異步軋制，使軋件在變形區(qū)受到搓軋作用，消除摩擦峰，從而降低軋制力，使軋件在變形區(qū)沿橫向的延伸率趨向一致，進(jìn)而改善板形。

設(shè)備方法是板形控制的主要手段，除原始凸度輥法、液壓彎輥法、調(diào)整軋輥凸度法之外，還有以下幾種方式:

(1) 軋輥?zhàn)冃巫匝a(bǔ)償法: 通過降低輥身端部的壓扁剛度，來增加端部的壓扁變形，補(bǔ)償軋輥撓度,實(shí)現(xiàn)對板形的控制。

(2) 階梯形支撐輥法: 是在對傳統(tǒng)四輥軋機(jī)進(jìn)行分析后，為消除軋輥間有害接觸區(qū)而提出的。在形式上可分為支撐寬度可調(diào)和不可調(diào)兩種。

(3) 軋輥軸向橫移法: 其原理與階梯形支撐輥法相似，采用軋輥軸向橫移方式來改變支撐輥與工作輥接觸寬度，具有控制方便靈活、連續(xù)性強(qiáng)，控制效果顯著的特點(diǎn)，與液壓彎輥法一樣成為現(xiàn)代板形控制技術(shù)的標(biāo)志。

(4) 在線磨輥法: 通過在軋機(jī)輥系中安裝軋輥在線磨削裝置和輥型檢測裝置，使工作輥在軋制過程中的磨損均勻化，不僅可以顯著改善板形質(zhì)量,也可以實(shí)現(xiàn)自由程序軋制。

(5) 軋輥交叉法: 使軋機(jī)的上下工作輥在水平面內(nèi)與垂直于軋制方向的軸向形成所需要的交叉角，這樣就在上下軋輥間形成一拋物線形狀的輥縫,并與軋輥凸度等效，改變交叉角即可改變該凸度,從而可控制板形。該方法具有板形控制能力強(qiáng)、有效降低板帶邊部減薄和軋輥輥型簡單等優(yōu)點(diǎn) 。

我國自主開發(fā)的板帶熱連軋控制系統(tǒng)的控制指標(biāo)已經(jīng)全面達(dá)到或超越了進(jìn)口控制系統(tǒng)的水平，簡言之,從板帶熱連軋控制模型和應(yīng)用軟件系統(tǒng)的角度來說,已沒有必要再從國外引進(jìn)。板帶熱連軋控制系統(tǒng)的改進(jìn)還有賴于控制系統(tǒng)硬件的提升以及智能化模型和控制軟件的進(jìn)一步優(yōu)化和開發(fā)?？刂葡到y(tǒng)硬件技術(shù)的提高主要包括: 更強(qiáng)運(yùn)算能力的計算機(jī)系統(tǒng)(PLC、服務(wù)器)、更穩(wěn)定更快速的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、高端傳感器無線數(shù)字通信技術(shù)以及轉(zhuǎn)換效率更高、功率更高和更潔凈的變流傳動系統(tǒng)。在控制模型和控制軟件方面，應(yīng)該關(guān)注的課題有: 智能化過程控制系統(tǒng)的高精度設(shè)定和自適應(yīng)技術(shù)，基于泛在信息的智能故障診斷技術(shù)和板帶質(zhì)量預(yù)報與控制技術(shù)，更高精度的軋制過程的軟測量技術(shù)(包括厚度、寬度、張力、板形等)，軋制過程組織性能預(yù)報與控制技術(shù),更高精度的尺寸、溫度控制技術(shù)，以及更高精度和更高穩(wěn)定性的板形控制技術(shù)。要特別關(guān)注對現(xiàn)有板帶熱連軋控制系統(tǒng)的升級改造，突破制約軋制技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和共性技術(shù)，大力開發(fā)前沿性新技術(shù)，節(jié)能減排，創(chuàng)新工藝和裝備，實(shí)現(xiàn)鋼鐵材料的減量化、節(jié)約型制造，推動我國鋼鐵工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展 。2100433B

用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法專利目的

《用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法》需要解決的技術(shù)問題是提供一種用于熱連軋精軋后段工作輥的高碳高速鋼軋輥，使軋輥的耐磨性能和抗熱裂性能提高。

用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法技術(shù)方案

《用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法》包括采用離心鑄造方法制造而成的由輥身工作層和軋輥芯部構(gòu)成的輥身及輥頸，所述輥身工作層的化學(xué)成分及各成分的重量百分含量為：C2.00～3.50%，Si0.40～2.00%，Mn0.50～1.20%，Cr1.50～4.50%，Ni2.00～5.00%，Mo V W Nb2.00～10.00%，S≤0.05%，P≤0.10%，其余為Fe和不可避免雜質(zhì)；輥身工作層的金相組織為貝氏體基體上分布著團(tuán)狀石墨或者團(tuán)蟲狀石墨、貝氏體、馬氏體、殘余奧氏體、碳化物；其中團(tuán)狀石墨或者團(tuán)蟲狀石墨的含量占0.5-2.0%，碳化物的含量分別為18-35%。

該發(fā)明進(jìn)一步改進(jìn)在于包括以下工藝過程：

a）冶煉：按照輥身工作層的化學(xué)成分及各成分的重量百分含量，將生鐵、廢鋼、合金放入感應(yīng)爐中進(jìn)行冶煉，冶煉溫度為1450℃～1550℃，出爐前加入硅鐵孕育劑，添加量為0.6～1.0%；軋輥芯部及輥頸的材料為球墨鑄鐵，冶煉時在電爐中以生鐵為原料冶煉，冶煉溫度為1450℃～1530℃，出爐前在鐵水中加入孕育劑和球化劑，孕育劑為硅鐵，添加量為0.2%～1.0%，球化劑為稀土鎂合金，添加量為0.5%～1.5%；

b）離心鑄造：首先澆注輥身工作層，鋼水的澆注溫度為1300℃～1400℃，澆注時離心機(jī)轉(zhuǎn)速為600～700轉(zhuǎn)/分鐘，當(dāng)輥身工作層鋼水澆注完成后，將離心機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整為450～550轉(zhuǎn)/分鐘，直到澆注的外層溫度冷卻到900℃～1100℃；

c）合箱澆注芯部及輥頸：將澆注好輥身工作層的砂箱與用于澆注輥頸的砂箱進(jìn)行合并，將處理好的鐵水澆注到合并后的砂箱內(nèi)，澆注溫度為1300℃～1380℃；

d）打箱清砂：待鑄件在砂箱中緩冷120小時～170小時后，打開砂箱取出鑄件，清理鑄件表面附著的型砂；

e）熱處理：熱處理采用采用兩段或三段式回火工藝，回火溫度450℃～550℃，回火時間共計150小時～260小時。

用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法有益效果

《用于熱連軋精軋后段的高速鋼工作輥的制造方法》通過設(shè)計合理的合金成分和生產(chǎn)工藝，使軋輥中的C、Si、Mn、Cr、Ni、Mo、V等合金元素能夠發(fā)揮更好的協(xié)同作用，有效改善了工作輥的機(jī)械性能，并且具有良好的抗事故性和耐磨性，能夠大幅提升軋機(jī)的工作效率。

該發(fā)明采用復(fù)合離心鑄造的方式生產(chǎn)，在保證工作層高硬度高耐磨性的同時，保證了軋輥芯部的韌性，提高了軋輥的表面質(zhì)量和使用壽命。

該發(fā)明中軋輥的工作層和芯部采用不同的材質(zhì)和不同的冶煉工藝，然后通過離心鑄造的方法將工作層和芯部復(fù)合到一起，既滿足了軋輥工作層高硬度、高耐磨性的需求，又保證了芯部和輥頸處具有較好的韌性。

該發(fā)明中軋輥工作層澆注時，離心機(jī)的轉(zhuǎn)速控制在600～700轉(zhuǎn)/分鐘，可以使軋輥工作層在澆注過程中具有較高的致密度，當(dāng)輥身工作層的鋼水澆注完成后，將離心機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整到450～550轉(zhuǎn)/分鐘，降低了離心機(jī)轉(zhuǎn)速，可以使鋼水冷的收縮過程順利進(jìn)行，有效減少比重偏析。

該發(fā)明中鑄件在砂箱中的緩冷時間為120小時～170小時，保證了鑄件的均勻冷卻，避免了開裂。

該發(fā)明中軋輥的特殊熱處理工藝進(jìn)一步改善了軋輥石墨、組織及碳化物形態(tài)，工作層內(nèi)石墨、碳化物分布更加均勻一致，保證了軋輥在使用后期仍有穩(wěn)定的軋制表現(xiàn)。

該發(fā)明中的軋輥可直接替代傳統(tǒng)ICDP軋輥上機(jī)使用，且不需要對軋機(jī)進(jìn)行任何調(diào)整，實(shí)際軋制效果表明，高碳高速鋼軋輥毫米軋制量可達(dá)到傳統(tǒng)ICDP的2倍以上，軋輥下機(jī)后表面質(zhì)量好，徹底解決了ICDP軋輥常見的下機(jī)后表面粗化、色差、波紋等現(xiàn)象。

該發(fā)明中的軋輥在延長換輥周期、減少在機(jī)磨損、降低磨削量、提高板材等級等方面有突出貢獻(xiàn)。