CCT控制冷却技术在线材生产中的应用摘要:控制冷却技术是轧钢生产的关键技术,受到冶金界的高度重视。
本文对控制轧制和控制冷却的概念、基础理论、分类及其在线材生产中的应用等情况进行了介绍。
并阐述了湘钢大盘卷工艺设计中控制冷却的相关工艺流程,以及DANIELI、SMS先进的控轧控冷技术在湘钢大盘卷的应用状况。
并对生产过程中控轧控冷技术关键和存在问题进行了分析讨论。
关键词:控制冷却技术CCT 在线离线软件温度机械性能高速线材生产的控制冷却技术,是利用轧材余热进行热处理的技术,也称在线热处理。
是直接关系到产品力学性能及其均匀性的关键工艺,已经成为现代轧钢技术领域中的一项新技术,它不但充分挖掘了钢材的潜力,大幅度地提高了钢材的综合性能,简化了生产工艺,提高了生产效率,同时也节约了能源和昂贵的合金元素,给冶金工业和社会带来了巨大的经济效益。
已成为目前新型钢铁行业的主要发展趋势。
湘钢大盘卷生产线是湘钢为适应钢铁市场对高档次机械类用钢的需求,结合产品结构调整,新建的一条现代化的大盘卷与高速线材复合生产线。
生产钢种以冷镦钢为主,以优质碳素和合金结构钢;焊接用钢;弹簧钢;易切削钢;帘线钢;出口材等为辅,生产工艺技术优越,引进了低温轧制技术和DANIELI、SMSMeer先进的控轧控冷技术,以及CCT 在线/离线系统,实现了控冷程序编制时的产品性能模拟计算,生产过程轧线各点温度的实时控制,以及成品性能反馈后的控冷程序优化。
全线装备有9个水冷箱以及步进梁式保温线和备有冷却风机和保温罩的散卷风冷运输线,以及在线温度控制系统,多点的温度控制,准确控制轧件在轧机机组内的温升,可以实现低温轧制和细晶轧制,根据各钢种冷却工艺,可以实现对不同钢种采用不同的冷却工艺,对提高产品的内部组织和性能具有重要作用,为生产高性能的线棒材提供了技术和质量保障。
1 湘钢大盘卷生产线介绍湘钢大盘卷生产线采用大盘卷和高速线材复合配置的方式,扩大了产品品种,增加了生产的灵活性和市场适应能力;可以生产Φ5～Φ25的线材和Φ16～Φ52的盘卷;对于Φ16～Φ25的产品,既可以通过盘卷线生产,也可以通过高线生产线生产。
湘钢大盘卷在利用控制冷却技术方面,具有如下工艺和设备优势。
全线共有9个水箱,盘卷线4个,均为达涅利设计,控冷系统由达涅利整体引进,能够自动控制、自动调温,能满足各钢种的控冷要求;高线部分配备有5个水箱,为实现高速线材热机轧制提供了条件。
并且,盘卷线4个水箱和高线四/五号水箱都配备了多通道设计,可以根据所过轧件的尺寸进行合理选用,大大提高了设备的冷却能力,充分保证了轧件的冷却效果。
LCC风冷线由SMS设计,国内制造。
风冷线长度118m,配备有16台大风量风机(156000Nm3/h)和48个可开闭式保温罩,在控冷方式上具有高度灵活性,具备快速冷却和缓慢冷却等功能,能满足不同钢种的控制冷却需求。
可以起到细化内部晶粒,改善产品表面质量,提高产品工艺性能,简化或取代产品离线热处理的效果。
2 大盘卷CCT在线/离线控制冷却系统介绍大盘卷引进了德国SMSMeer公司的CCT离线、在线控制系统:离线系统用于在轧制之前核算模拟轧件在轧制过程在中的温度和全面的参数研究,以及可根据生产需要,在线下模拟制定出符合要求的控冷程序,并精确计算出所得到的钢材的微观组织和机械性能,在线系统用于生产时的精确控制,在线、离线系统的配合使用,加快了产品开发的速度,为新品种的开发和生产提供了有效的保障。
2.1 CCT离线/在线系统的控制原理和控制方式在线控冷技术附带有一个在线数据库服务器(MySQL或Interbase),它能预先把离线控冷技术的冷却程序保存起来,在线控冷技术再把它们转换给数据库,HMI通过可视化的方式存取数据和显示冷却程序,在HMI上选择冷却程序并点击确定按钮后,冷却程序数据将由HMI在OPC-Server上写入等价的变量值。
CCT在线与离线系统的数据转换和连接如图1所示。
CCT在线系统可以采用三种模式对轧线温度进行控制。
(1)自动模式:操作人员从CCT-Offline中将控冷程序直接传输到CCT－online系统中,并通过HMI直接从数据库内选出所需要的程序,闭环控制系统通过控冷调节系统对轧线温度进行控制和实时调节。
(2)半自动模式:若没有合适的控冷程序可以选择,操作人员可以在HMI中给出各控制点的参考温度,系统将通过自动调节水箱的方式来确保控制温度达到设定值。
(3)手动模式:对生产常规品种,或是对温度比较敏感的钢种,如易切削钢等,为了避免头部温度过低造成的开花头堆钢,操作人员可以人工控制各点的冷却水压力和水嘴数量。
2.2 CCT离线控制系统及应用CCT-离线技术的目的是在轧制过程中提供模拟温度控制。
结合材料的模拟TTT图,可以描述出预期的微观组织结构,同时能预知该材料的机械性能。
CCT离线系统在生产控制上具有如下技术优势:快速制定冷却程序;减少轧制测试次数;修正和优化已有的冷却程序;快速响应客户需求;便于研究材料缺陷(如产生的马氏体沉淀物和心部聚变);定性评定轧制变量等。
在CCT离线系统中,我们可以对生产钢种的详细工艺参数进行编辑和修订,包括,轧制规格,工艺路线,钢种化学成分,开轧温度,精轧前温度,吐丝温度,风冷线冷却方式,终轧速度,钢坯重量等,在提供以下参数的前提下,该软件可以自动计算出一套合理的控制冷却方法,包括需要使用哪些水箱,各个水箱所需要开启的水嘴数量,和水压使用压力及流量等全部信息,在该软件中,还可以充分考虑环境温度和水温等因素对冷却效果的影响,排除了气候条件等因素对钢材性能的影响。
在提供相关的输入数据后,该软件还可以直接模拟绘制出生产钢种的TTT曲线图表(时间(time),温度(temperature),转换(transformation))。
如果设定的钢种的冷却曲线符合该钢种的性能要求,即可以进行程序的模拟,在模拟后,软件可以显示出在不同时间里,钢坯的温度变化情况,并且软件用不同的颜色模拟出钢坯横截面上不同地方的温度情况,(如心部温度、平均温度、表面温度),如图2所示为Φ6.5m mXY1215温度曲线。
在模拟后的图表中,我们可以快速得到控制冷却后材料的微观组织情况和机械性能情况,如:Φ18.0规格ML30CrMo,在一定冷却速度下,我们模拟后得出的机械性能和微观组织情况如图3。
结合图3和软件计算可以得知,当KOCKS后4#水箱温度在867.6℃,集卷温度为817.5℃时,在上述冷却条件下,所得到的材料的微观组织和性能如下。
微观组织:铁素体45.8%,珠光体54.2%。
机械性能:屈服强度457MPa,抗拉强度667MPa。
根据该软件,可以模拟出我们想要得到的金相组织及性能参数,从而编制理想的控制冷却程序,满足产品要求。
2.3 CCT在线控制系统及应用CCT在线系统(CCTOnlinesystem)包括一个单独的基于Window-XP操作系统的ibaLogic软件PLC。
系统通过LAN连接到局域网(TCP/IP协议),通过Profibus连接到现有的PLC系统。
控冷在线技术针对于轧制温度采用闭环温度控制。
根据材料的相关知识和由控冷离线技术所提供的产品伺服控制参数,通过快速的PROFIBUS界面,自动为冷却水箱提供必要的参数调整(如水的压力和冷却管数目等),可以迅速可靠地达到目标。
CCT系统程序设定的原理为:根据输入的控冷程序计算要开启水箱的水咀个数和压力,投入使用的初始值为计算值,再根据实际的温度情况调节压力,直至压力达到6bar,若温度仍比设定高,则开启下一个水嘴,如此直到温度达到想要的值。
CCT在线控制系统的温度控制有以下三种设置方式。
(1)持续开关且持续压力控制:CCT-Online将会在轧制一支钢过程中都会开关不同的水嘴,冷却水压力在轧制时始终都保持稳定而合适。
这个功能在轧件的头部和尾部温差很大的时候使用。
对于闭环控制系统,这可能是CCT-Online系统达到正确的温度控制点的最快的模式。
(2)每支钢开关且持续压力控制:若在轧件的头部和尾部温差不是很大的情况下,在这个轧制过程中都持续调整的方法将被取消。
这保证轧制过程中始终使用固定的冷却水水嘴。
如果在使用当前的水嘴,温度达不到要求的温度,CCT-Online将会在轧制间隙时间中自动打开一个额外的水嘴。
冷却水压力在轧制过程中持续的保持恒定。
因需要利用轧制间隙进行调整,故该方式需要一个时间段才能达到正确的工作温度点。
(3)每支钢开关且每支钢压力控制:它是一种比较传统的控制方法,在轧制间隙时间内,同时对水压和水嘴数量进行调节。
冷却条件在整支钢的轧制过程中都是相同的。
这需要花相对较长的时间来找工作温度点。
3 CCT在线控制的应用难点及相关对策目前,大盘卷投产以来,各设备功能日趋完善,但因各种原因,CCT 在线控制冷却技术的普遍应用目前还存在以下难题。
(1)由于钢坯质量不稳定,在同等控制冷却条件下,较难获得相同质量的钢材性能,部分钢种为维持质量稳定,必须在其中添加一定的合金元素,如X82B加V或Cr元素,45#钢提高Mn含量等。
(2)生产线平面布局受场地限制,轧线恢复段较长,轧制过程中温降大,对温度控制具有一定的影响。
(3)精轧前高温计温度信息反馈过程中,存在一定的信号衰减,对同一条件下,钢坯温度显示值比实际测量值要低40℃～80℃,并且整支钢间的温度显示值跳动大,约有80℃～100℃,进精轧的温度不好控制。
(4)减定径后水箱在小规格中使用受限。
若减定径后水箱因轧制线不对正,会导致小通道无法正常使用;如轧制线采用大通道,钢在导槽导管内摆动较大,如遇水压波动,极易造成堆钢,而CCT在线系统对温度的调节,有可能在一支钢内所使用的冷却水嘴数量和冷却水压力都不尽相同,在轧制小规格时,如投入自动控制,极可能堆钢。
基于以上原因:我们分析若需要正常稳定的使用CCT控制系统来进行轧制过程中的控制冷却,还需要考虑如下问题。
(1)高温计的准确性:由于CCT系统对水箱的控制主要是根据高温计所反馈的温度来进行调节,故高温计的准确程度严重影响温度控制的正常性。
(2)对轧线水箱的控制阀进行恢复确认,确保实现自动控制;同时,应尽量减小水箱实际压力与设定压力之间的偏差。
(3)确保轧制规格按原设计通道选用,对小规格而言,冷却能力相对大规格来讲,明显要低些,若水箱不能使用标准通道,在设定控冷程序时必须要考虑冷却能力p[2] 蔡丹.82B钢热轧及控冷过程中组织演变计算机模拟,2003.[3] 钟浩,宋诚,李春峰,等.帘线钢轧制工艺优化改进.山东冶金,2009(5).[4] 曹树卫,孙汝林,赵贤平.高碳钢C72DA线材质量影响因素分析与控制[J].中国冶金,2010(10).[5] 朱敏,蒋跃东,徐光,等.胎圈钢丝用线材连续冷却转变行为[J].武钢技术,2010(4).。