热轧带钢卷取温度对卷后应力影响研究

魏林涛

摘要：近年来，我国的各行各业的发展迅速，在热轧带钢的生产过程中，卷取温度的控制精度是决定产品质量优劣的关键参数之一，它不仅影响产品最终的物理性能，且对带钢能否安全下线及成品外观均有影响。如何进一步提高热轧带钢卷取温度的控制精度是国内外业界关注的热点之一。由于热轧卷取前层流冷却生产线为时变的大滞后系统，且多变量间呈现强非线性、强耦合的特性，传统的数学模型难以精确地表达所有的物理过程，因此在实际生产中会导致如下后果：（1）不同规格的带钢，新上线时头几块钢的温度命中率不高;（2）随着带钢厚度的增加，卷取温度的控制精度随之降低;（3）带钢卷取前不同区域温差较大，使成品带钢变形。通过优化传统数学模型参数的方法提高带钢卷取温度精度已无明显效果，而将智能优化算法与先进控制理论相结合应用于实际的生产环节，则是提高带钢卷取前温度控制精度的新途径。

关键词：热轧带钢卷取温度;卷后应力影响;研究

引言

热轧生产线生产带钢经粗轧、精轧、层流冷却及卷取等工艺环节后成为带钢卷，而后以钢卷的形式在自然环境下从卷取温度冷却至室温。在卷取后自然冷却的过程中，伴随着温度的变化，带钢发生收缩变形，引起钢卷层与层之间相互作用的改变，带钢内部的应力场也将发生变化。带钢的降温幅值与其卷取温度直接相关，卷取温度的波动会引起带钢卷后内部应力场和层间相互作用力的波动。卷取温度波动量过大，会引起钢卷产生层间缝隙甚至是层间错动，使得钢卷发生松卷、错层等不良现象。卷取温度变化可使热轧带钢再结晶晶粒直径、析出物的量和形态发生变化，从而使其力学性能发生变化。带材卷径计算中最常用的速度计算法和圈数计算法，分析了热轧卷取特点，比较分析了两种方法的优缺点。人工检测热轧钢带表面缺陷错漏率高的现状，提出基于深度学习的热轧钢带表面缺陷检测方法。将遗传算法与神经网络结合起来，能够提高卷取温度预报精度的系统。对实际生产中影响热轧带钢宽度精度因素进行了分析，根据实践经验和分析，给出了提高热轧带钢宽度控制精度进而提高成材率的解决方案。为探索提升热轧带钢卷型的提升策略，加强卷取设备的管理与维护、加强对侧导板的控制以及有效控制卷取张力等方面论述了具体的解决对策。

1提升方案

针对产线关键工艺温度管理短板，为提升宁钢热轧关键工序管理水平，完善体系运行，加强产品性能风控能力，经过系统调研和策划，制定了热轧关键工艺温度管控方案，主要内容如下：1）将产线实际生产过程中的终轧温度和卷取温度定义为关键工艺温度;2）以产线过程机收集的实际温度数据及其统计的温度命中率为依据，把终轧温度和卷取温度命中率

2热轧钢卷冷却变形的理论模型

为简化模型的影响因素并聚焦于钢卷应力场的演化规律，本文引入如下基本假设：钢卷为多层同心圆柱体，卷取温度在各层钢卷内相同，卷取温度波动用层间温差表示，忽略相变带来的影响。本模型重点关注钢卷降温过程中的力和变形的相对变化，将钢卷完成卷取时的状态作为初始状态并设置为零应力状态，将模型的各层从内向外依次编号为第1～n层。需要注意的，本模型中假设钢卷为彼此相对独立的一圈圈同心圆环，降低了层与层之间长度方向的连续性，强化了各层的变形和应力，在后续的模型分析中需要进行等效弱化处理，以使仿真结果与实际情况更为接近，更好为热轧带钢的生产提供理论参考。

3热轧带钢厂工序能耗的影响因素

在整个热轧带钢厂生产工序中，约80%的耗能是由加热造成的，加热工序所消耗的耗材包括煤气、电能、软化水和氮气等，如果能够对这些材料的使用进行优化，就能够极大地提升热轧带钢厂加热工序的耗能使用率，从而大幅减少轧钢工艺所消耗的耗能。影响到热轧带钢厂工序能耗的因素包括人为、加热机器、材料自身特性、方法和环境等。

3.1人员

热轧带工程的生产工序耗能受到源管理人员、技术管理人员和实际操作人员这三大类人员的影响最大。能源管理人员是整个热轧带钢厂生产工序的设计人员，热轧带钢厂生产工序的整个过程由他们设计，受他们监督。因此，如果能源管理人员制定的热轧带钢厂生产工序不够完善，就会造成整个热轧带钢厂加热工序的耗能过高。除此之外，能源管理人员还负责制定整个热轧带钢厂生产的總体目标，能源管理人员对热轧带钢厂制定的生产目标是否合理，一定程度上也影响着整个生产工序的耗能。技术管理人员是能源管理人员的补充，技术管理人员会对能源管理人员所提出的生产目标进行评估，并对实际的热轧带钢厂生产过程进行监督，并及时对这些过程中出现的问题进行技术指导，如果技术管理人员的专业技能不够扎实，那么在热轧带钢厂生产过程中出现问题时，就不能第一时间得到有效的解决，从而对热轧带钢厂的生产耗能造成影响。实际操作人员工作时将能源管理人员和技术管理人员提出的要求进行实践，是整个热轧带钢厂生产过程的直接操作者;实际操作员若自身本身的环保意识较高，就会在进行生产时注重对钢材加热的温度控制，避免過度加热造成能源消耗。能源管理者、技术管理者与实际操作人员这3类工作者一同影响着热轧带钢厂生产过程的能耗。

3.2生产机器

热轧带钢厂加热工序的最主要机器耗能来源于加热炉，当前我国普遍采用三段式加热炉，在使用这种加热炉时，要求使用工序与炉子结构必须一致，否则就非常容易造成资源的浪费，采用其他类型加热炉的热轧带钢厂生产也是一样，必须要选择适用于自身加热炉生产方式的加热工序，否则就会造成加热不均或能源浪费。对于加热炉的维护是否到位也决定着热轧带生产加热工序的能源消耗情况。加热炉的构造一般分为炉壁、炉顶、炉底、炉基等，这些构造如果出现老化、损坏等情况，就会造成热轧带钢厂加热工序整体协调不佳，不但会使钢厂无法得到均匀的加热，还会造成加热能源的浪费。因此，热轧带钢厂的检测人员必须对加热炉进行定期的检修和维护，确保各个加热炉部件的运转正常，从而避免能源的浪费。最后，炉体的热量损失也是热轧带钢厂加热工序的热能损耗之一，但如果加热炉的热量传导过慢，虽然有效地控制了加热炉炉体的热量损失，但也会对钢材的加热质量造成影响，且加热炉炉体的热量损失在整体的加热炉热量消耗中所占的比例较小，并不是热轧带钢厂加热工序耗能的最主要因素。

结语

当前我国的钢材生产耗能较大，生产成本较高，对环境的负担也较高，传统的粗放式钢材生产方式已经不能保持我国的工业生产的持续性和高质量;在现代国际竞争日益激烈的大环境下，我国的钢铁行业要想在世界竞争中保持足够的竞争力，就必须对自身的生产方式进行改革。热轧带钢厂生产的最主要能源消耗来自于轧制工程的加热工序，因此，对加热工序进行改革，有利于促进钢铁轧制产业减少资源消耗量，从而促进资源生产率提高。

参考文献

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