基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法

技术领域

本发明属于板带生产技术领域，特别涉及一种基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法。

背景技术

双相钢具备奥氏体与铁素体的复相结构，其性能兼顾了奥氏体钢和铁素体钢的性能特点，得到了广泛的应用。其复相结构的形成高度依赖于生产过程的温度控制，尤其是在双相钢热轧后的层冷过程及卷取过程。但受热源分布、工艺调度等因素的影响，层冷段与卷取段中的板带难以实现横、纵两向的均一化温度控制。具体表现为“层冷段存在板宽方向的温度控制偏差，卷取段存在板宽和轧制方向上的温度控制偏差”。其中，层冷段板带温差可通过调节层冷段冷却喷嘴数量、各喷射梁喷射强度、喷射梁密度等参数进行调节，而卷取段的两向温差诱因复杂，控制更为繁琐。对于卷取段的轧制方向温差，带头受卷筒换热影响，带尾受环境换热影响，故存在头尾温差；对于卷曲段的宽度方向温差，来料宽度温差和钢卷两端面与环境的换热均造成了宽度方向温差问题。这种温差问题诱发了双相钢板带非均匀相变，并进一步影响了下道次的冷轧生产。为确保双相钢系列产品的稳定排产，两向温差诱发的板带非均质问题亟需解决。

针对上述问题，业界提出了多种方法，主要集中在钢材品种开发和层冷控制两个方面。在双相钢的品种开发方面，学者们通过改变双相钢成分比例、添加引入新的合金元素，降低双相钢相变的温度敏感性，使得新品种双相钢更易于在温度控制精度存在偏差的机组中进行稳定生产，并令新品种也能够达到原品种的材料性能。层冷控制则是通过对热轧后层冷工艺的冷却机架进行设计、合理配置冷却喷嘴布局形式、改变冷却梁密度等形式，改善层冷区域的冷却效果，力争实现横向小温差、横向无温差的冷轧供料。

但上述技术方法仍存在一定的问题。品种开发虽能够从根本上回避机组特性对产品生产的影响，但新品种的开发需要依赖于较强的设计经验，且引入了新的成分也会改变双相钢的生产成本。虽然层冷控制能够改善层冷段的横向温差问题，但是其无法改变卷取后钢卷带头带尾以及板带宽度方向上的温差问题。由此，亟需开发一种兼顾层冷与卷取工艺、合理调配横纵两向温差的双相钢挂卷及控冷调质方法，以确保多品种双相钢板带的相变均质化，能够稳定生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法，该方法针对双相钢卷取前的板带横纵两向温度进行标定，根据卷筒内置温度检测装置和钢卷外部测温装置，实时监测钢卷内外温度状态，并基于检测数据分析钢卷横纵两向的相变历程，制定层冷-卷取的一体化温控策略，保障双相钢排产。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

该方法包括步骤如下：

S1：在双相钢轧制产线层冷段和卷取段布置检测装置；

S2：开始生产前，根据双相钢品种要求分析和相变动力学模型计算，在基础控制系统中输入层冷目标温度T

S3：执行生产并采集双相钢生产过程的温度数据，包括卷取前的板带温度数据、卷取段的钢卷内温度数据和卷取段的钢卷外层温度数据；

其中，卷取前的板带温度数据包括距操作侧x

卷取段的钢卷内温度数据包括双相钢板带距操作侧x

卷取段的钢卷外层温度数据包括钢卷外层距操作侧x

其中，x

S4：双相钢板带层冷效果分析：

根据板带环境换热及层冷换热特点，计算板带中部温度与目标温度偏差值ΔT

双相钢板带横向温度偏差值ΔT

双相钢板带纵向温度偏差值ΔT

基于层冷后的横向温度偏差值和纵向温度偏差值，判定双相钢板带层冷效果及卷取前板带非均质影响程度。

其中，所述S1中产线装备及检测装置包括卷取前温度检测装置、卷筒温度检测装置及钢卷外部测温装置；

所述卷取前温度检测装置布设于双相钢轧制产线的层冷段出口与卷取段入口位置，

所述卷取前温度检测装置上设三个红外测温装置，分别实时测量距操作侧x

所述卷筒温度检测装置布设于卷取段卷筒的外筒面，沿同一母线排列，所述卷筒温度检测装置布设位置与卷取前温度检测装置处于同一轧制方向平面，用于测量双相钢板带距操作侧x

所述钢卷外部测温装置布设于钢卷外侧，钢卷外部测温装置距轧辊卷筒轴线距离大于卷筒直径与最大钢卷直径之和，

所述钢卷外部测温装置与卷取前温度检测装置、卷筒温度检测装置采取同一轧制方向平面布设钢卷外部测温装置的温度传感器，用于测量钢卷外层距操作侧x

所述S4中双相钢板带层冷效果及卷取前板带非均质影响程度判定过程如下：

S41、若双相钢板带全板长上的max(ΔT

若双相钢板带全板长上的max(ΔT

S42、在层冷段整体调控能力达到预设水平的基础上，若ΔT

S43、在层冷段整体调控能力达到预设水平的基础上，若ΔT

若ΔT

S44、在层冷段整体调控能力达到预设水平的基础上，若ΔT

所述S42所判定的钢卷，存在均质化相变处理需求，需进一步制定挂卷策略，具体如下：

S421、针对该卷带钢，预先分析纵向温降情况；

S422、针对该卷带钢，进一步分析横向温降情况；

S423、针对S421、S422确定的针对横纵温差不均匀情况时挂卷时效处理方式，进一步协同不同温差以及不同温差比例系数下的挂卷时效工艺，得到钢卷卷取段适用于横纵两向相变均质化的挂卷时效工艺。

所述S421具体为：

S4211、根据钢卷结构参数和一维非稳态传热特点，判定卷内高温层位置并分析钢卷内外两传热路径，具体的：

采集机组系统输出参数：层冷段过钢里程L、过钢平均厚度δ、过钢平均宽度b、卷取速度v、卷筒直径D；

计算卷取之后钢卷外侧半径

钢卷内高温层位置在钢卷的中部，温度数值上为卷取温度T

S4212、计算钢卷外侧的温度T

式中：钢卷纵向上任一点与钢卷外侧的过余温度θ

高斯误差函数定义为

S4213、计算钢卷内侧温度T

式中：钢卷纵向上任意一点与钢卷内侧的过余温度θ

S4214、根据步骤S4212、S4213分别计算得到的钢卷中部到钢卷外侧传热的温度梯度grad T

S4215、双相钢板带卷取后纵向温度场分析：

根据钢卷环境换热及静置空冷换热特点，计算板带纵向温度与目标相变温度差值ΔT

卷取段纵向温度与目标相变温度差值比例系数ΔK＝(T-T

基于卷取后的纵向温度与目标相变温度差值及纵向温度与目标相变温度差值比例系数，判定双相钢板带卷取效果及卷取后板带纵向非均质影响程度。

所述S422具体为：

S4221、根据钢卷结构特性和一维非稳态传热特点，判定钢卷高温层位置并分析钢卷上下两侧传热路径，具体的：

钢卷横向上高温层位置在钢卷的中部，温度数值上为卷取温度T

S4222、计算钢卷上表面温度T

式中：导温系数

S4223、双相钢板带卷取后横向温度场分析：

根据钢卷环境换热及静置空冷换热特点，计算板带横向温度与目标相变温度差值ΔT

卷取段横向温度与目标相变温度差值比例系数ΔS＝(T-T

基于卷取后的横向温度与目标相变温度差值及横向温度与目标相变温度差值比例系数，判定双相钢板带卷取效果及卷取后板带横向非均质影响程度。

所述S4215中双相钢板带卷取效果及卷取后板带纵向非均质影响程度判定如下：

S42151、若纵向温度差值ΔT

S42152、若纵向温度差值ΔT

S42153、若纵向温度差值比例系数ΔK≤50％，则此时卷取后板带纵向方向温度不均匀度处于小波动区间，需降低卷取设备速度(一般降低至原卷取速度的70％～80％)，保证双相钢板带纵向相变均质化；

S42154、若纵向温度差值比例系数ΔK>50％，则此时卷取后板带纵向方向温度不均匀度处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带纵向方向温度均匀化。

所述S4223中双相钢板带卷取效果及卷取后板带横向非均质影响程度判定如下：

S42231、若横向温度差值ΔT

S42232、若横向温度差值ΔT

S42233、若板带横向温差比例系数ΔS≤50％，则此时卷取后板带横向方向温度不均匀度处于小波动区间，需降低卷取设备速度(一般降低至原卷取速度的70％～80％)，保证双相钢板带横向相变均质化；

S42234、若板带横向温差比例系数ΔS>50％，则此时卷取后板带横向方向温度不均匀度处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横向方向温度均匀化。

所述S423具体如下：

S4231、若板带横向温度与目标相变温度差值ΔT

S4232、若板带横向温度与目标相变温度差值ΔT

S4233、若板带横向温度与目标相变温度差值ΔT

S4234、若板带横向温度与目标相变温度差值ΔT

所述S4234进一步考虑横纵两向温差比例系数具体为：

S42341、若板带横向温差比例系数ΔS和纵向温差比例系数ΔK都小于等于50％，则此时卷取后板带横纵两向上温度不均匀度都处于小波动区间，需降低卷取设备速度(一般降低至原卷取速度的70％～80％)，保证双相钢板带横纵两向相变均质化；

S42342、若板带横向温差比例系数ΔS和纵向温差比例系数ΔK都大于50％，则此时卷取后板带横纵两向上温度不均匀度都处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横纵两向温度均匀化；

S42343、若板带纵向温差比例系数ΔK≤50％且板带横向温差比例系数ΔS>50％，则板带横向温度不均匀化处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横纵两向方向温度均匀化；

S42344、若板带纵向温差比例系数ΔK>50％且板带横向温差比例系数ΔS≤50％，则板带纵向温度不均匀化处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横纵两向方向温度均匀化。

本发明方法中，最后，送冷轧，检测冷轧的厚度波动，计算变形抗力的非均匀状态，若存在较大的波动，则挂卷后板带仍存在非均匀相变，需重新执行S2～S4，并增加静置空冷端时长。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

1.相比于钢材品种开发，本发明可对现有牌号的钢卷进行均质化处理，扩大原产品序列，同时降低钢种开发难度；

2.相比于层冷控制，本发明能够从卷取段特征出发，从根本上解决卷取段换热所带来的非均质问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法涉及的产线装备及检测装置示意图；

图2为本发明基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法中带钢卷取段纵向挂卷调控工艺流程图；

图3为本发明基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法中带钢卷取段横向挂卷调控工艺流程图；

图4为本发明基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法中带钢卷取段横纵两向挂卷调控工艺流程图。

其中：1-层冷装置；2-卷取前温度检测装置；3-卷取装置；4-卷筒温度检测装置；5-钢卷外部测温装置。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法。

如图1所示，为本发明方法所涉及的双相钢轧制产线层冷段和卷取段的产线装备及检测装置示意图，本发明方法在现有的层冷装置1和卷取装置3上设置检测装置，包括卷取前温度检测装置2、卷筒温度检测装置4及钢卷外部测温装置5；

本实施例中针对的双相钢板带宽度为1m；

所述卷取前温度检测装置2布设于双相钢轧制产线的层冷段出口与卷取段入口位置，

所述卷取前温度检测装置2上设三个红外测温装置，分别实时测量距操作侧200mm位置的板带温度T

所述卷筒温度检测装置4布设于卷取段卷筒的外筒面，沿同一母线排列，所述卷筒温度检测装置4布设位置与卷取前温度检测装置2处于同一轧制方向平面，用于测量双相钢板带距操作侧200mm位置的带头部位温度T

所述钢卷外部测温装置5布设于钢卷外侧，钢卷外部测温装置距轧辊卷筒轴线距离大于卷筒直径与最大钢卷直径之和，

所述钢卷外部测温装置5与卷取前温度检测装置2、卷筒温度检测装置4采取同一轧制方向平面布设钢卷外部测温装置的温度传感器，用于测量钢卷外层距操作侧200mm位置温度T

该方法包括步骤如下：

S1：在双相钢轧制产线层冷段和卷取段布置检测装置；

S2：开始生产前，根据双相钢品种要求分析和相变动力学模型计算，输入层冷目标温度T

S3：执行生产并采集双相钢生产过程的温度数据，包括卷取前的板带温度数据、卷取段的钢卷内温度数据和卷取段的钢卷外层温度数据；

其中，卷取前的板带温度数据包括距操作侧200mm位置的板带温度分布T

卷取段的钢卷内温度数据包括双相钢板带距操作侧200mm位置的带头部位温度T

卷取段的钢卷外层温度数据包括钢卷外层距操作侧200mm位置温度T

S4：双相钢板带层冷效果分析：

根据板带环境换热及层冷换热特点，计算板带中部温度与目标温度偏差值ΔT

双相钢板带横向温度偏差值ΔT

双相钢板带纵向温度偏差值ΔT

基于层冷后的横向温度偏差值和纵向温度偏差值，判定双相钢板带层冷效果及卷取前板带非均质影响程度。

下面结合具体实施例予以说明。

S1、在双相钢轧制产线层冷段和卷取段布置检测装置；

S2、开始生产前，根据双相钢品种要求分析和相变动力学模型计算，输入层冷目标温度710℃、层冷允许温差±10℃、相变温度650℃与相变允许温差±5℃、卷取温度670℃；

S3、执行生产并采集双相钢生产过程的温度数据，包括卷取前的板带温度数据(距操作侧200mm位置的板带温度为710℃、板带中部温度为719℃、距传动侧200mm位置的板带温度为716℃)；卷取段的钢卷内温度数据(距操作侧200mm位置的带头部位温度为671℃、双相钢板带中部带头部位温度为678℃、距传动侧200mm位置的带头部位温度为681℃)；卷取段的钢卷外层温度数据(钢卷外层距操作侧200mm位置温度为665℃、钢卷外层中部温度为670℃、钢卷外层距传动侧200mm位置温度为685℃)；

S4、双相钢板带层冷效果分析：

根据板带环境换热及层冷换热特点，计算板带中部温度与目标温度偏差值ΔT

双相钢板带横向温度偏差ΔT

双相钢板带纵向温度偏差值ΔT

基于层冷后的横纵温差，判定双相钢板带层冷效果及卷取前板带非均质影响程度：

S41、全板长上的max(ΔT

S42、层冷段整体符合基本预设要求的基础上，且ΔT

S421、进行纵向温降分析，如图2：

S4211、根据钢卷结构参数和一维非稳态传热特点，判定卷内高温层位置并分析钢卷内外两传热路径。

采集机组系统输出参数：层冷段过钢里程5m、过钢平均厚度2mm、过钢平均宽度1m、卷取速度3.6m/s、卷筒直径1m。

计算卷取之后钢卷外侧半径R为1.8m；卷内高温层位置在钢卷的中部，温度数值上为卷取温度670℃，纵向导热为一维非稳态导热，温度场由钢筒中部向钢卷内部和外部扩散。

S4212、分别计算钢卷外侧的温度T

S4213、在钢卷纵向方向上总温度梯度grad T

S42131、纵向温度差值ΔT

S42132、板带纵向温差比例系数ΔK>50％,则此时卷取后板带纵向方向温度不均匀度处于大波动区间内，需提高卷取后静置空冷段时间30s，尽可能使板带纵向方向温度均匀化。

S422、其次进行横向温降分析，如图3：

S4221、根据钢卷结构特性和一维非稳态传热特点，判定钢卷高温层位置并分析钢卷上下两侧传热路径。钢卷横向上高温层位置在钢卷的中部，温度数值上为卷取温度670℃，横向导热为一维非稳态传热，温度梯度沿中部向上下两侧进行传热。

S4222、分别计算钢卷上侧的温度T

S4223、在钢卷横向方向上总温度梯度grad T

S42231、横向温度差值ΔT

S42232、板带横向温差比例系数ΔS>50％,则此时卷取后板带横向方向温度不均匀度处于大波动区间内，需提高卷取后静置空冷段时间30s，尽可能使板带横向方向温度均匀化。

S5、针对实例给出的横纵温差不均匀情况时挂卷时效处理方式，需进一步协同不同温差以及不同温差比例系数下的挂卷时效工艺，得到钢卷卷取段适用于横纵两向相变均质化的挂卷时效工艺。

S51、板带横纵两向温度与目标相变温度差值ΔT

S52、板带横纵两向温差比例系数ΔK、ΔS都大于50％，则此时卷取后板带横纵两向上温度不均匀度都处于大范围区间，需要提高卷取后静置空冷段时间50s，尽可能使板带横纵两向温度均匀化。

S6、送冷轧，检测冷轧的厚度波动，计算变形抗力的非均匀状态，若存在较大的波动(变形抗力的波动值大于最小变形抗力值的20％)，则挂卷后板带仍存在非均匀相变，需重新执行S2～S5，并增加静置空冷端时长。

本发明整体工艺如图4所示。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。