新一代高技术宽带钢轧机电工钢高精度板形控制研究进展

自由规程轧制是实现柔性一体化生产组织和追求最大生产效率的必要途径,板形控制一直是制约电工钢自由规程轧制的瓶颈难题。阐述了国际上对新一代高技术宽带钢轧机机型的不断探索与板形控制技术特征及其日趋复杂化的进展研究;基于热模拟与数学模型构建了电工钢完整轧制过程的高温本构关系,建立了电工钢热塑性变形过程集成仿真模型,原创构建了电工钢自由规程轧制完整过程中可同时控制不均匀变形和不均匀磨损的非对称自补偿轧制作用机制、提出了一种由数据与机理融合驱动的电工钢自由规程轧制形性协同的非对称自补偿轧制轧辊辊形、液压窜辊和液压弯辊的高精度融合控制方法。结合生产实际提出了新一代高技术热连轧自由规程轧制过程的全板形融合π机型与板形控制创新技术,突破性实现了高效低成本对新一代高技术宽带钢轧机自由规程轧制的高精度板形控制,为现场工业生产提供了理论基础和创新实现路径。最后展望了宽幅电工钢高精度板形控制的创新发展趋势。

我国钛合金板带产业现状及生产技术研究热点分析

金属钛作为一种稀有金属,具有密度小、强度高、耐高温、耐腐蚀、无磁、透声、抗冲击振动等良好的综合性能,是优质的耐蚀轻型结构材料、新型的功能材料和重要的生物工程材料,这些优点使钛被称为继钢铁、铝之后崛起的＂第三金属＂和＂战略金属＂,21世纪将是＂钛的世纪＂。

板带轧机通用变凸度板形控制技术

针对已有的变凸度板形控制技术在大宽度变化范围板形控制能力下降快和常规宽度窄料板形控制能力不足等问题,建立具有自主知识产权的通用变凸度(universal variable crown,UVC)辊形设计数学模型,提出大宽度变化范围内增强板形控制能力的UVC辊形设计方法,分析UVC辊形的不同宽度板带辊缝凸度调节能力。最后,采用1450热连轧机验证UVC板形控制技术的效果。研究结果表明:与板带轧机中广泛应用的CVC技术相比,UVC技术在400 mm带钢宽度变化范围内(950~1350 mm)板形控制能力提升91.71%,常规宽度窄料板形二次辊缝凸度调控范围增大142.99%。UVC板形控制技术可增强轧机板形控制能力,有效解决因液压弯辊力偏大甚至超过极限而难以满足电工钢自由规程轧制高精度板形质量要求的难题。UVC技术可在大型工业轧机电工钢轧制中稳定运行并推广应用于普钢轧制,为完善宽带钢轧机机型,增强热、冷连轧机全流程板形控制能力提供了依据。

AlMg_(4.5)MnZr合金热变形行为及热加工图研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上进行了热模拟压缩试验,对AlMg_(4.5)MnZr合金在变形温度300~500℃、应变速率0.01~10 s^(-1)、变形量60%条件下进行了高温流变行为和组织演化分析,建立了AlMg_(4.5)MnZr合金的热变形本构方程和热加工图,并采用电子背散射衍射技术对热加工后AlMg_(4.5)MnZr合金的微观组织进行了验证分析。结果表明,该合金具有正的应变速率敏感性,在一定范围内,变形温度越高、应变速率越小,合金的动态再结晶特征越明显;运用建立的Arrhenius本构方程对该合金不同变形条件下的流变应力值进行了预测,预测值与实验测试值吻合较好;AlMg_(4.5)MnZr合金的热加工图中仅存在1个失稳区,可加工区间较大,其中最佳加工区域参数为:变形温度440~500℃,应变速率0.01~0.1 s^(-1)。

粗轧板坯自动转钢系统研究与应用

宽厚板生产过程中,其粗轧工艺需控制交叉的锥形辊实现板坯长宽方向的对调,该过程严重依赖人工操作,节奏无法有效控制,制约生产线智能化改造进程。结合视觉检测和自动控制技术设计的粗轧板坯自动转钢系统可有效解决该问题,在粗轧机出入口分别安装视频监控相机,捕捉转钢辊道区域上板坯的状态,利用改进的包含去雾模块的PIDNet(proportional-integral-derivative network)模型提取板坯前景轮廓,通过组合式角度度量方法实时跟踪板坯旋转角度。过程中融合安全限位、位置优选、速度调控、过转修正等策略共同优化转钢控制,保证转钢的安全稳定,自主学习人工经验提升转钢效率。应用结果表明,系统可准确测量板坯角度并实现自动转钢功能,能够替代人工操作,节省能耗,实现智能化生产的目的。

超声应力检测技术综述

应力检测是保证机械装置稳定可靠运行的必要手段,而考虑到机械装置结构的复杂性与工作环境的多样性,其对检测方法的要求较高。超声应力检测以其高精度、无害性、强适应性等优点在连续介质与非连续介质内外应力检测中得到了广泛的关注与应用。文章针对超声应力检测中最主要的三种方法:声弹性效应法、声反射系数法以及非线性超声检测法,结合国内外学者的研究成果,从其工作原理、发展过程与实际应用等方面分别进行综述,总结其发展现状,并对其未来发展提出展望。

不同成熟期哈密瓜坚实度变化规律及相关性研究

坚实度是哈密瓜成熟度的重要参考指标之一。为了研究哈密瓜成熟期坚实度的变化规律,结合试验条件,对2种不同成熟期的哈密瓜质量、纵横径、坚实度等指标进行测量,研究不同品种、不同成熟期、不同原始光谱、不同检测部位哈密瓜的坚实度指标变化规律,分析各指标之间的相关性,并结合高光谱技术建立哈密瓜不同检测部位坚实度与成熟度的预测模型。试验建模结果显示,赤道阳面部位的模型相关系数:校正集相关系数Rc=0.982,预测集相关系数Rp=0.832;赤道阴面部位的模型相关系数:Rc=0.889,Rp=0.878;果脐部位的模型相关系数:Rc=0.626,Rp=0.821。结果表明,哈密瓜坚实度指标的变化规律与成熟度具有相关性,且不同检测部位的坚实度值存在差异,赤道部位检测结果优于果脐部位。此研究结果为确定哈密瓜的最佳采摘期提供理论参考依据。

基于预测函数算法的冷连轧边降滞后控制研究

边降是冷轧带钢控制的重要板形参数之一,它直接影响着带钢的成材率和下游行业产品的质量。目前边降调节的闭环系统中存在严重的滞后问题,解决闭环系统时间滞后问题对于边降控制具有重要意义。传统的滞后控制方法对于高速轧制的冷连轧控制能力很弱,基于此,主要研究预测函数算法对边降闭环控制效果。分析边降板形闭环控制系统中引起反馈信息滞后的主要原因,采用预测函数算法对含有滞后环节的闭环系统进行控制,研究预测函数算法对边降闭环滞后控制的动态特性。仿真结果表明,预测函数算法对于控制模型是否精确具有良好的控制品质,对于外界干扰也具有良好的抗干扰性,除此之外,预测函数具有在线计算量小、适合于高速控制的特性,因而使用预测函数算法可以提高边降板形控制精度。

新一代高技术宽带钢冷轧机全机组一体化板形控制

针对新一代高技术宽带钢冷轧机冷轧薄板高精度板形质量边降、凸度、同板差和平坦度等多指标日趋严苛难题,结合生产实践分析宽带钢冷轧机国际主流机型及其板形控制特点,提出宽带钢冷连轧"门户机架""中间机架组"和"成品机架"全机组一体化板形控制策略。研究结果表明:从四辊和六辊冷轧机的凸度和边降构成特征可知,四、六辊轧机轧辊压扁的不均匀变形和"有害接触区"弯矩在带钢凸度和边降构成均占主要比例,四辊轧机板形控制能力随着宽度的增加而显著增强,且对四辊和六辊轧机高精度一体化板形控制应采取明显不同的实现途径。

润滑状态下线接触滑动粗糙界面的动摩擦特性研究

滑动粗糙界面的摩擦润滑特性对界面的润滑设计和润滑状态预测具有重要的理论和实际意义。通过建立不同润滑状态下的滑动粗糙界面模型,基于界面的法向载荷由润滑油膜和粗糙体共同承担的载荷分配思想,采用Greenwood-Williamson统计模型描述粗糙表面形貌,考虑界面润滑的时变效应和润滑油的黏-压特性,建立线接触滑动粗糙界面的油膜厚度方程和粗糙体接触压力方程,获得了整个润滑区的润滑油膜载荷比例因子、油膜厚度和摩擦系数随滑动速度的变化关系,推导了界面由混合润滑过渡为液压润滑的临界速度关系表达式,分析了滑动粗糙界面的润滑承载机理,获得了界面油膜厚度、摩擦系数和临界速度随界面形貌参数、法向载荷、润滑油属性参数的变化规律,为机械结构的界面润滑设计、润滑状态预测和润滑优化提供理论和实验参考。

粗轧板坯镰刀弯生成规律仿真研究

针对某常规热连轧粗轧板坯的镰刀弯问题,通过对某2 250mm热连轧粗轧机板坯镰刀弯现象进行分析,采用有限元软件ABAQUS,建立了轧辊-轧件动态热力耦合有限元模型,考虑粗轧轧制过程中的非对称影响因素,系统研究了来料楔形、来料两侧温度不均以及轧机两侧纵向刚度不同因素影响下的板坯镰刀弯的产生机理,从而得到了出口板坯镰刀弯生成规律,建立了出口板坯镰刀弯弯曲量计算公式。将该式计算结果与有限元计算结果对比可知,偏差绝对值基本在15%以内,表明该式能够比较准确地计算镰刀弯弯曲量。同时,定量表达了入、出口板坯楔形和镰刀弯弯曲量之间的关系。即已知入口板坯楔形和出口镰刀弯弯曲量,利用该式,则可计算出口板坯楔形,从而计算出辊缝倾斜调整值。

冷连轧设定控制系统综合优化研究

基于现阶段冷轧板形精度要求的提高、板形控制技术的发展与智能控制技术的进步,在传统冷连轧负荷分配研究基础上,提出板形板厚张力设定控制系统综合优化计算方法。对板厚、张力进行兼顾板形偏差最小、弯辊裕量最优及负荷平衡的多目标优化设计,对工作辊弯辊、中间辊弯辊以沿带钢全宽板形偏差最小为目标进行优化设计。优化计算采用具有良好全局和局部寻优能力的三种群粒子群差分进化算法(Three-populations particle swarm optimization and differential evolution algorithm,Thr_PSODE)。现场应用结果表明,通过设定控制系统综合优化对轧制规程、张力制度以及各板形调控手段的优化配置,在兼顾多个优化目标的同时充分挖掘轧机的板形调控能力,实现了对复杂模态的高次板形缺陷的有效控制,具有重要的研究价值与应用前景。

高强耐蚀车体用钢热变形行为及本构方程的研究

使用GLEEBLE 3500研究了高强耐蚀车体用钢在热变形过程中动态再结晶、静态再结晶的规律,建立了变形抗力模型。通过单道次压缩实验,得到了温度与应变速率对变形抗力影响的模型,推导出高强耐蚀钢的动态再结晶发生时的激活能;通过双道次压缩实验,研究了形变温度和道次间停留时间对应力-应变曲线的影响规律,建立了高强耐蚀钢奥氏体静态再结晶动力学方程,计算了高强耐蚀钢的静态再结晶激活能。结果表明:形变温度和应变速率是对单道次压缩应力-应变曲线影响最明显的两个因素。在相同温度下,变形速率越大,高强耐蚀钢的峰值应力越大;在应变速率一致的情况下,温度降低峰值应力增大。变形温度和道次间隔时间对高强耐蚀钢的双道次压缩应力-应变曲线的影响明显。变形温度越高,道次间隔时间越长,高强耐蚀钢的静态再结晶程度越高,软化作用越明显。

万能凸度轧机非对称板形调控特性与广义整体板形控制策略研究

随着板形质量精度要求的不断提高以及板形控制技术的显著进步,非对称板形缺陷逐渐凸显为带钢轧制质量控制的重要技术难点。根据目前新建万能凸度轧机(Universal crown mill,UCM)逐渐具备新型非对称板形控制手段——反对称弯辊的有利条件,通过ANSYS有限元仿真计算软件,建立高精度辊系—轧件一体化耦合模型,分析UCM各对称与非对称板形控制手段沿带钢全宽调控特性的差别,并以板形调控功效矢量的形式进行定量表示。在仿真基础上,提出基于板形调控功效矢量的广义整体板形控制策略,并设计完整的板形设定计算模型与闭环控制模型。通过仿真试验表明,该控制策略能够很好地通过各对称与非对称板形控制手段的有效配合实现对复杂模态板形的有效控制,具有广阔的研究与应用前景。

粗糙界面法向接触振动响应与能量耗散特性研究

粗糙界面的法向接触振动与能量耗散特性对描述界面动力学机理具有重要的理论和实际意义。通过建立粗糙界面法向接触振动的动力学模型,提出了其法向接触振动响应特征量和振动能量耗散量的计算方法。基于粗糙表面的三维分形模型描述,构造了粗糙界面的接触力-变形关系式,并与Hertz接触模型的力-变形关系进行了对比分析;建立了粗糙界面接触振动系统的动力学方程,计算了不同表面形貌粗糙界面系统每周期的振动能量耗散率和累计能量耗散率;分析了粗糙界面法向接触振动的响应特征与能量耗散特性,从理论上对界面法向微动能量耗散的实验结果进行了解释,为描述接触界面的动力学机理提供了理论依据。

40t椭圆形钢包底吹氩水模型的研究

以某厂40 t椭圆形钢包为原型,建立模型与原型比为1︰2的钢包水模型,分析了采用双孔底吹氩的情况下透气转位置、吹气量对钢液混匀时间和流动性的影响。结果表明:原型方案底吹气量的临界值为196.65 NL/h,超过临界值后气量增加的动能主要消耗在鼓动液面和吹开渣面上,对钢液混匀的效果较小。原型方案底吹气孔位于圆周0.55R处,呈135°分布,两孔距离较远,渣面裸露面积较小,两孔间的相互干扰较小。

板带钢材表面缺陷检测实验平台开发

针对机器视觉相关专业实践教学的实际需求,以实际生产现场的板带钢材表面缺陷检测装置为依据,设计开发了板带钢材表面缺陷检测实验平台。该实验平台包括光学图像采集装置、数据处理中心和HMI人机交互端。可开设光学成像实验、驱动软件开发实验、目标检测和识别算法设计实验等。实际应用表明,该平台为学生提供了与生产现场贴近的应用场景,提高了学生的实践能力,加深了他们对机器视觉相关技术原理和工作流程的理解。

510L汽车大梁钢低熔点夹杂物形成的热力学及其控制研究

结合某厂510L汽车大梁钢生产试验,通过Factsage6.2热力学软件计算SiO_2-Al_2O_3-CaO-MgO四元系的相图以及低熔点区,探讨了SiO_2-Al_2O_3-CaO-MgO系低熔点夹杂物生产条件以及钢液成分控制范围。结果表明,若使510L汽车大梁钢夹杂物成分控制在Si O2-Al2O3-Ca O-（5～10%）Mg O系低熔点区域,夹杂物目标成分为0～5.8%SiO_2、43.5%～53.1%CaO、40.2%～55.9%Al_2O_3和5%～10%MgO。与之平衡的钢液中铝含量为0.010%以上,钙含量〉12×10-6,氧含量在0.000 5%以内。

多晶织构材料中激光超声表面波传播特性研究

采用瞬态热栅激发（Impulsive Stimulated Thermal Scattering或ISTS）声表面波技术对钢板上的超声表面波速度色散性进行了研究。实验结果表明：金属多晶体材料的织构会对超声表面波速度的各向异性产生影响,不同的织构类型会对超声表面波速度的色散性影响不同。{100}织构使得声表面波速度较高但是波动性较小,{111}织构使得声表面波速度较低波动性较小,{112}和{332}织构使得声表面波最高速度较高,最低速度较低,速度波动性较大。研究表明：通过对所检测到的超声表面波速度色散性分析反演金属多晶体材料的不同织构类型是可行的,这也给采用激光超声技术对多晶体材料性质的实时无损测定提供了可能性。

热轧板带凸度影响因素的敏感性分析

基于支持向量机方法,针对热轧工艺生产过程中的板带凸度进行影响因素敏感性分析。采用支持向量机建立工艺参数与板带凸度的关系模型,引入Morris及Variance-based敏感性分析方法,获得影响板带凸度的关键因素。研究结果表明:基于支持向量机建模的Morris及Variance-based敏感性分析方法可以准确定位关键因素,为实现热轧过程中的生产控制提供指导。