高延性冷轧钢筋生产中的中频加热功率控制方法

技术领域

本发明涉及冷轧钢筋生产，特别高延性冷轧钢筋生产中的中频加热功率控制方法，属于冷轧钢筋生产技术领域。

背景技术

高延性冷轧带肋钢筋是由普碳盘圆钢经多道轧制工艺和在线热处理工艺后，改善钢筋的强度和延展性。中国专利号2011101148727（高延性冷轧带肋钢筋的生产工艺）是较早的公开的该类型钢筋的生产工艺。目前的生产技术已经能够生产满足CRB600H标准的高延性冷轧带肋钢筋，在高延性冷轧带肋钢筋中成型后的热处理是必不可少的工序，在热处理工艺使用中频电磁感应加热设备，生产线自动化控制系统通过控制中频电磁感应加热设备的输出功率，改变钢筋加热温度，实现控制钢筋性能在高延性带肋钢筋生产中，一般生产经验是成品钢筋的强度与热处理工艺的加热温度反相关，成品钢筋的塑性指标一般与强度指标反相关。

高延性冷轧带肋钢筋生产过程中，原料（产品）具有不同的直径规格，生产线还经常需要提速和降速的情况，当原料（产品）直径、速度改变后，在保证加热温度不变的情况下，由于单位时间内产能改变，感应加热设备的输出功率也随之变化。现有技术为中频加热功率为了适应不同产品直径、不同运行速度条件下的钢筋加热，现有的加热功率控制方法是首先设计好不同产品直径、不同运行速度条件下的功率配方嵌入到控制系统内，生产时按照实际测定的速度值，分别调用对应的配方功率值即可。

现有的功率控制方法可以保证不同运行速度的钢筋获得不同功率的加热，最终保证单位钢筋都获得基本相同的能量、加热到基本相同的温度。然而，通过对长期的生产数据分析，在这种加热功率控制方式下，成品钢筋的性能仍存在巨大波动，甚至出现残次品，分析原因是现有控制技术是在原料抗拉强度恒定为前提的，而由于原材料生产厂家、批次及生产过程中不可控的因素，进厂原材料的抗拉强度存在巨大波动，以其中一种冷轧带肋钢筋常用原料Q235为例，其来料的原始抗拉强度值范围是370-500Mpa(GBT_700-2006_碳素结构钢)，在实践中发现原料不同的抗拉强度值在加工得到合格产品的工艺过程中，需求的加热温度（功率）是不一样的，一般是强度高的需要加热温度高，反之则强度低的需要加热温度也要低，这样才能保证最终热处理以后的产品质量符合标准要求，但加热温度（功率）与抗拉强度值之间并非简单的单变量线性关系，所以目前的中频加热工艺中没考虑原料钢筋的抗拉强度是导致在生产中产生性能不合格的产品的原因之一。发现上述问题后，为克服上述问题，申请人在原料进厂时对原料逐件检验，然后按照强度高低分成不同的组，根据不同的强度在生产中人工凭经验对中频加热进行一定的功率增减以降低出现不合格性能产品的概率，但这种方式一是增加了原料检测、管理成本，二是在生产中往往需要依赖人工经验进行调整、检测、反馈、再调整的循环过程，调整时间长，调整期内废品率高，对人工经验依赖强。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的高延性冷轧钢筋生产中存在的上述问题，提供一种高延性冷轧钢筋生产中的中频加热功率控制方法。

为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：高延性冷轧钢筋生产中的中频加热功率控制方法，所述的高延性冷轧钢筋生产中只有一道中频加热工序，中频加热设备位于成型轧机后，中频加热设备的输出功率按照下式输出：

上式中：P---中频加热功率，千瓦；

V---生产线速度，米/秒；

A---原料抗拉强度，兆帕；

D---产品直径，毫米；取值范围5-14；

B--补偿系数，取值范围0.95-1.05；

上式在计算时，量纲不参与计算。

进一步的；所述的原料抗拉强度通过对原料直接测试得到。

进一步的；所述的原料抗拉强度通过以下方法得到：在生产中通过建立产品直径、生产速度、原料抗拉强度、轧机电机电流的对应关系，其中原料抗拉强度通过对原材料测试得到，形成产品直径、生产速度、原料抗拉强度、轧机电机电流的映射关系数据库A，计算中频加热功率时根据映射关系数据库A中该产品直径、生产速度下对应的轧机电机电流，通过轧机电机电流得到对应的原料的抗拉强度。

进一步的；当映射关系数据库A中没有采集到的轧机电机电流值时，在映射关系数据库A中选择与采集到的轧机电机电流值上下相邻的两个电流值，通过线性关系得到采集到的轧机电流值对应的原料抗拉强度。

进一步的；所述的原料抗拉强度通过轧制力测量装置得到：所述的轧制力测量装置安装在第一道轧机上，包括安装在轧机架上的两个压力传感器，下轧辊轴的两端的两个轴承座分别压在一个压力传感器上，压力传感器连接至控制器，在生产中通过建立产品直径、原料抗拉强度、两个压力传感器之和的对应关系，形成产品直径、原料抗拉强度、两个压力传感器之和的映射关系数据库B，计算中频加热功率时采集两个压力传感器之和，通过映射关系数据库B得到原料的抗拉强度。

进一步的；当映射关系数据库B中没有采集到的两个压力传感器之和时，在原料抗拉强度与两个压力传感器之和的映射关系数据库中选择与采集到的两个压力传感器之和上下相邻的两个压力值，通过线性关系得到两个压力传感器之和对应的原料抗拉强度。

本发明的积极有益技术效果在于：本发明的方法建立了原料抗拉强度、生产速度、产品直径与中频加热设备功率之间的关系，可直接简便的使用到高延性冷轧钢筋的生产中，经过使用发现可以明显的降低由于加热功率大小不合适导致的产品性能不合格，大大提高良品率，且可克服依赖人工经验产生的诸多问题。

附图说明

图1是本发明的轧制力测量装置的示意图。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。

图中各标记为：1：轧机架；2：下轧辊轴承座；3：压力传感器A；4：压力传感器B；5：钢筋；6：上轧辊轴承座，图中的轧机架通常也成为轧机牌坊。图1中两个下轧辊轴承的重量全部压在相应的压力传感器上。

高延性冷轧钢筋生产中的中频加热功率控制方法，高延性冷轧钢筋生产中只有一道中频加热工序，中频加热设备位于成型轧机后，中频加热设备的输出功率按照下式输出：

上式中：P---中频加热功率，千瓦；

V---生产线速度，米/秒；

A---原料抗拉强度，兆帕；

D---产品直径，毫米；取值范围5-14；

B：补偿系数，取值范围0.95-1.05；

上式在计算时，量纲不参与计算。

进一步的；所述的原料抗拉强度通过对原料直接测试得到。原料抗拉强度通过对原料直接测试得到，这种方法需要对每个或每批料卷的抗拉强度进行测试，

进一步的；所述的原料抗拉强度通过以下方法得到：在生产中通过建立产品直径、生产速度、原料抗拉强度、轧机电机电流的对应关系，其中原料抗拉强度通过对原材料测试得到，形成产品直径、生产速度、原料抗拉强度、轧机电机电流的映射关系数据库A，计算中频加热功率时映射关系数据库A中该产品直径、生产速度下对应的轧机电机电流，通过轧机电机电流得到对应的原料的抗拉强度。当映射关系数据库A中没有采集到的轧机电机电流值时，在映射关系数据库A中选择与采集到的轧机电机电流值上下相邻的两个电流值，通过线性关系得到采集到的轧机电机电流值对应的原料抗拉强度。生产线轧机采用的是主被动轧机的形式，成型轧机连接轧机电机，其它轧机没有带动力驱动。

下表一是映射关系数据库A的举例说明

表一

表一中的钢筋直径即产品直径，在生产6-14mm规格的产品时，原料直径通常比钢筋直径大2mm，表一也是在原料直径比产品直径大2mm下得到的。在一些特殊情况下，例如某一规格原料缺货的情况下，也可以采用大规格的原材料替代，这种情况下做出相应规格原料下的产品直径、轧机电流、原料强度、生产速度的映射关系，任然可以采用本方法。采用本方法在确定的对应的生产线上进行，即映射关系数据库A在该生产线得到，生产调整时本方法适用于该生产线。

采用这种方式计算加热功率时，只需要采集轧机电机的电流值，例如产品钢筋直径6mm时（原料直径8mm)，生产速度是900米/分，采集到轧机电机电流600A，对应的钢筋抗拉强度是470Mpa；产品钢筋直径10mm时(原料直径12mm），生产速度是450米/分，采集到轧机电机电流395A，对应的钢筋抗拉强度是440Mpa。

产品钢筋直径12mm时（原料直径14mm），采集到轧机电机电流482.5A，上表中没有对应的钢筋抗拉强度，这时通过线性关系得到对应的钢筋抗拉强度是445Mpa。需要注意的是，这种线性关系处理方法是一种近似的处理方法，并不意味着轧机电机电流与钢筋的抗拉强度是一种线性关系，当数据库中的数据足够多时，相邻的两个电流值之间相差很小，这种处理方式可以尽可能的接近真实值。

表一只是映射关系数据库A的示例。对应特定规格产品的钢筋，一般生产线上都具有对应的一个或几个生产速度，生产速度不是无限分割的。采用映射关系数据库A时，应该对应相应的生产线测定得到映射关系数据库A。

所述的原料抗拉强度通过图1所示的轧制力测量装置得到：所述的轧制力测量装置安装在第一道轧机上，包括安装在轧机架上1的两个压力传感器，图1中两个压力传感器分别为压力传感器A3、压力传感器B4，下轧辊轴的两端的两个轴承座分别压在一个压力传感器上，图中4所示为下轧辊轴承座，压力传感器连接至控制器，在生产中通过建立产品直径、原料抗拉强度、两个压力传感器之和的对应关系，形成产品直径、原料抗拉强度、两个压力传感器之和的映射关系数据库B，计算中频加热功率时采集两个压力传感器之和，通过映射关系数据库B得到原料的抗拉强度。当原料抗拉强度与映射关系数据库B中没有采集到的两个压力传感器之和时，在原料抗拉强度与两个压力传感器之和的映射关系数据库中选择与采集到的两个压力传感器之和上下相邻的两个压力值，通过线性关系得到两个压力传感器之和对应的原料抗拉强度。采用本方法时，对于每一产品的规格具有对应规格原材料直径规格，在5-14mm的产品规格生产中，除了5mm的产品使用的原料直径是6.5mm外，其它规格产品的原材料直径较产品直径大2mm，在实际生产中每种规格的产品在第一道轧机上对应有固定的减径比，不同时段生产该规格产品时，第一道轧机上的减径比是相同的，第一道轧机减径比如下：5mm产品为0.7；6mm产品为0.8；8mm产品为0.85；10mm产品为0.83；12mm产品为0.9；14mm产品为0.92。在采用轧机电流映射对应的原料抗拉强度采用的也是上述减径比。减径比是指：轧制后的截面积/轧制前的截面积。

表二是映射关系数据库B的举例说明。表二中的轧制压力即两个压力传感器的之和。

映射关系数据库B相对简化，但需要在轧机上安装压力传感器。表二中的钢筋直径即产品直径，在生产时，6mm至14mm的产品原料直径通常比钢筋直径大2mm，表二也是在原料直径比产品直径大2mm下得到的。在一些特殊情况下，例如某一规格原料缺货的情况下，也可以采用大规格的原材料替代，这种情况下做出采用相应规格原料下的产品直径、轧制压力、原料强度的映射关系，仍然可以采用本方法。表二的数据是在上述的减径比下得到的，第一道轧机减径比发生变化的情况下，做出相应减径比下的映射关系数据库，仍然可以采用本方法，本方法在确定的对应的生产线上使用，即映射关系数据库B在该生产线得到，生产调整时本方法适用于该生产线。

采用映射关系数据库B时，通过钢筋直径、轧制压力即可直接得到对应的钢筋抗拉强度。例如生产原料直径10mm，轧制压力20吨。对应的钢筋抗拉强度是460Mpa。

生产原料直径8mm，如轧制压力是10.75,在表二中没有对应的数据，则采用线性关系处理得到钢筋的抗拉强度是447.5Mpa。

表二只是示例。

采用本发明的方法控制中频加热设备输出功率实例（采用中国专利号2011101148727的生产工艺）：

当生产φ6mm产品（采用8mm原材料），生产速度为900米/分，原料强度为400兆帕时，中频加热炉应当投入功率约为1230KW。

当生产φ6mm产品（采用8mm原材料），生产速度为900米/分，原料强度为450兆帕时，中频加热炉应当投入功率约为1383KW。

在产品直径5-14mm范围内，均可通本方法得到加热功率。如当生产φ12mm产品（采用14mm原材料），生产速度为250米/分，原料强度为430兆帕时，经过计算中频加热炉应当投入的功率约为1304KW；如当生产φ10mm产品（采用12mm原材料），生产速度为450米/分，原料强度为440兆帕时，经过计算中频加热炉应当投入的功率约为1737KW。以上φ即产品直径D。

以上计算中，B取1。B值一般取1即可保证产品性能合格，若要对产品的性能指标进一步的调控优化，可在0.95-1.05之间调整。

在实际生产中，一般某种规格的原料对应有几个不同的生产速度，所以生产速度作为变量在应用中不是无限取值的。

经过在生产线上采用本方法进行试验，在生产线个工序正常运行的情况下生产的钢筋性能达到要求的性能目标，废品率明显降低。

经过生产检验，采用本方法对目前的钢筋原材料Q235、Q215、HPB300等均适用。

在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。