棒线材及其免加热直接轧制方法、工控设备与流程

1.本技术涉及棒线材轧制技术领域，尤其涉及一种棒线材及其免加热直接轧制方法、工控设备。


背景技术：

2.目前，钢铁工业正面临着产能过剩、能源、资源、环境等问题的严峻挑战，如何有效的节能减排、降低生产成本成为亟待解决的问题。在此背景下，棒线材免加热直接轧制工艺及控制技术得到了快速发展和应用。在采用免加热直接轧制工艺后，铸坯切断后不经过加热炉，也无须补热，直接送往轧线进行轧制，完全省去了加热炉的燃料消耗，可以大幅度节省能源、降低生产成本。
3.虽然省去了加热炉可以显著节省能源，但也因为失去了加热炉的均热作用，使连铸坯在通过直接轧制工艺生产棒线材时，轧制温度处于不均匀的变化状态，由于温度波动导致产品性能波动要大于常规有加热炉轧制的棒线材产品。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种棒线材及其免加热直接轧制方法、工控设备，以解决或者部分解决采用连铸坯免加热直接轧制棒线材，产生的成品性能波动大的技术问题。
5.为解决上述技术问题，根据本发明一个可选的实施例，提供了一种棒线材的免加热直接轧制方法，包括：
6.获取当前轧件在粗轧机组预设位置的当前温度数据；
7.根据所述当前温度数据和历史轧件的历史平均温度，控制所述当前轧件的主穿水流量；
8.根据预设的轧制时间与副穿水流量的映射关系，控制所述当前轧件的副穿水流量；
9.其中，所述映射关系根据轧件温度与副穿水流量的第一对应关系，以及历史轧件的轧件温度与轧制时间的第二对应关系确定；所述第二对应关系根据预设数量的历史轧件在所述粗轧机组预设位置的第一温度数据、在中轧机组预设位置的第二温度数据和在精轧穿水入口前的第三温度数据确定；所述历史平均温度根据所述第一温度数据确定。
10.可选的，所述根据所述当前温度数据和历史轧件平均温度数据，控制所述当前轧件的主穿水流量，包括：
11.根据所述当前轧件，确定初始主穿水流量；
12.根据所述当前温度数据，确定所述当前轧件的当前平均温度；
13.根据所述当前平均温度与所述历史平均温度的偏差，调节所述初始主穿水流量。
14.进一步的，所述根据所述当前平均温度与所述历史平均温度的偏差，调节所述初始主穿水流量，包括：
15.在所述当前平均温度与所述历史平均温度的差值大于第一预设值时，在所述初始
主穿水流量的基础上增加单位水流量；
16.在所述当前平均温度与所述历史平均温度的差值小于第二预设值时，在所述初始主穿水流量的基础上降低所述单位水流量。
17.可选的，根据每个温度采样时间点，计算所述第一温度数据、所述第二温度数据、所述第三温度数据的算术平均值，获得所述第二对应关系。
18.可选的，所述粗轧机组预设位置位于2#轧机出口。
19.进一步的，所述中轧机组预设位置位于10#轧机出口。
20.可选的，所述第一温度数据对应于与所述历史轧件的宽度方向温度，所述第二温度数据对应于所述历史轧件的高度方向温度，所述第三温度数据对应于所述历史轧件的对角线方向温度。
21.可选的，主穿水设备与副穿水设备的供水系统相互独立。
22.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种工业控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述技术方案中的任一项所述的轧制方法的步骤。
23.根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种棒线材，所述棒线材采用如前述技术方案中的任一项所述的免加热直接轧制方法生产获得。
24.通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：
25.本发明提供了一种棒线材的免加热直接轧制方法，一方面，通过检测当前轧件在粗轧预设位置处的温度，结合历史轧件的历史平均温度去控制主穿水流量，实现在进入主穿水之前，及时调节异常高温或异常低温的钢坯的主穿水流量，降低进精轧机组的轧件温度的温度波动；另一方面，通过在粗轧、中轧、穿水入口前设置测温点，检测历史轧件的第一温度数据、第二温度数据和第三温度数据，结合这三种温度数据可以得到一个综合的、反映轧件在通长范围的温度变化规律的第二对应关系，然后结合轧件温度与副穿水流量的第一对应关系即调节轧件温度所需水量关系，得到了轧制时间与副穿水流量的映射关系并进行存储；然后在当前轧件进入精轧前穿水时，副穿水开始按照预存的映射关系调节副穿水流量；之所以使用粗轧、中轧、穿水入口的温度，是充分考虑了棒线材在轧制过程中的开轧温度影响、钢坯内外温差影响、变形热影响、高速轧制升温影响、钢坯轧制自由温降影响等诸多影响因素，以得到更精确的轧件温度，故而基于此确定的轧制时间与副穿水流量的映射关系更符合生产实际，保证了精轧轧件在通长方向上的温度均匀性。总的来说，通过上述两方面的结合，实现了更精确的控制轧件进精轧前的温度均匀性，显著降低了温度波动，提高了棒线材成品性能的稳定性。
26.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
27.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
28.图1示出了根据本发明一个实施例的棒线材的免加热直接轧制方法流程示意图；
29.图2示出了根据本发明一个实施例的棒线材轧制生产线的示意图；
30.图3示出了根据本发明一个实施例的轧件通长温度变化曲线示意图；
31.图4示出了根据本发明一个实施例的轧件立体通长温度变化规律的曲线；
32.图5示出了根据本发明一个实施例的轧制时间与副穿水流量的映射关系；
33.图6示出了根据本发明一个实施例的主穿水流量控制示意图。
具体实施方式
34.为了使本技术所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本技术，下面结合附图，通过具体实施例对本技术技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
35.通过研究表明，免加热直接轧制棒线材，其铸坯的温度特点为：
36.(1)铸坯表面温度低、中心温度高。
37.(2)由于到达切断点的时间不同，铸坯头部温度低、尾部温度高。
38.(3)由于连铸每一流拉速不同，钢水温度不同，冷却水状态不同，造成各流之间存在一定的温度差。
39.由于没有加热炉进行加热和保温，因此铸坯的温度不均匀的特点将直接影响到后续轧制过程，使轧线上的棒线材轧件的轧制温度处于不均匀的变化状态。在直接轧制时，轧件的头、中、尾温差较大，普遍的规律是头部温度较低，中间和尾部温度较高。而轧制温度尤其是进精轧机温度，对产品的性能有着直接的影响，表现在钢材性能上，棒线材头部屈服强度比中间和尾部要高。
40.基于上述研究，为了解决棒线材免加热直接轧制产生的成品性能波动，本发明提供了一种棒线材的免加热直接轧制方法，其整体思路如下：
41.获取当前轧件在粗轧机组预设位置的当前温度数据；根据所述当前温度数据和历史轧件的历史平均温度，控制所述当前轧件的主穿水流量；根据预设的轧制时间与副穿水流量的映射关系，控制所述当前轧件的副穿水流量；其中，所述映射关系根据轧件温度与副穿水流量的第一对应关系，以及历史轧件的轧件温度与轧制时间的第二对应关系确定；所述第二对应关系根据预设数量的历史轧件在所述粗轧机组预设位置的第一温度数据、在中轧机组预设位置的第二温度数据和在精轧穿水入口前的第三温度数据确定；所述历史平均温度根据所述第一温度数据确定。
42.上述轧制方法改进成品性能的原理是：一方面，通过检测当前轧件在粗轧预设位置处的温度，结合历史轧件的历史平均温度去控制主穿水流量，实现在进入主穿水之前，及时调节异常高温或异常低温的钢坯的主穿水流量，降低进精轧机组的轧件温度的温度波动；另一方面，通过在粗轧、中轧、穿水入口前设置测温点，检测历史轧件的第一温度数据、第二温度数据和第三温度数据，结合这三种温度数据可以得到一个综合的、反映轧件在通长范围的温度变化规律的第二对应关系，然后结合轧件温度与副穿水流量的第一对应关系
即调节轧件温度所需水量关系，得到了轧制时间与副穿水流量的映射关系并进行存储；然后在当前轧件进入精轧前穿水时，副穿水开始按照预存的映射关系调节副穿水流量；之所以使用粗轧、中轧、穿水入口的温度，是充分考虑了棒线材在轧制过程中的开轧温度影响、钢坯内外温差影响、变形热影响、高速轧制升温影响、钢坯轧制自由温降影响等诸多影响因素，以得到更精确的轧件温度，故而基于此确定的轧制时间与副穿水流量的映射关系更符合生产实际，保证了精轧轧件在通长方向上的温度均匀性。总的来说，通过上述两方面的结合，实现了更精确的控制轧件进精轧前的温度均匀性，显著降低了温度波动，提高了棒线材成品性能的稳定性。
43.在接下来的实施例中，对上述方案进行进一步的说明：
44.基于上述发明构思，在一个可选的实施例中，如图1所示，棒线材的免加热直接轧制方法应用于控制系统，其步骤包括：
45.s1：获取当前轧件在粗轧机组预设位置的当前温度数据；
46.可选的，粗轧机组预设位置，可以是棒线材轧机的1#轧机之后，也可以是2#轧机之后，这里优选序号靠前的轧机，以保证具有足够的时间调节主穿水流量。
47.本实施例中的温度数据均是通过连续测温装置测得的一组温度检测数据，轧制过程中温度检测数据随轧制时间和采样频率进行记录，例如可以每秒记录一个数据，也可以设定为每0.5秒、0.1秒记录一个数据，在此不作限定。通过上述过程，能够获得粗轧机组预设位置处的轧件通长温度变化曲线。
48.s2：根据所述当前温度数据和历史轧件的历史平均温度，控制所述当前轧件的主穿水流量；
49.具体的，统计大量历史轧件(例如一千件以上)在粗轧机组预设位置处测得的历史检测温度数据。首先，根据每一个轧件在通长温度变化曲线中的所有温度点数据，可以计算得到每个轧件的平均温度；然后再根据每个历史轧件的平均温度，即可获得所有历史轧件的历史平均温度t
均0
。在统计历史轧件的历史平均温度时，可以不区分棒线材牌号进行整体统计，也可以根据牌号区分，分别统计每种牌号的历史轧件的历史平均温度。历史平均温度存储到控制系统供后续直接调用。
50.在测量得到当前轧件的当前温度数据之后，根据所述当前温度数据和历史轧件平均温度数据，控制所述当前轧件的主穿水流量的方法具体为：
51.根据所述当前轧件，确定初始主穿水流量；
52.根据所述当前温度数据，确定所述当前轧件的当前平均温度；
53.根据所述当前平均温度与所述历史平均温度的偏差，调节所述初始主穿水流量。
54.具体的，在生产时首先根据当前轧件对应的钢种，确定初始主穿水流量q0，q0的数值由现场根据棒线材品种和该品种对应的进精轧温度控制要求确定，并且在生产同一支钢坯过程中q0保持恒定。由于当前温度数据实际上是当前轧件的通长温度数据，包括多个温度数值，故而也可以先求出当前轧件的当前平均温度t
均
，然后根据t
均
与历史平均温度t
均0
的偏差，对初始主穿水流量q0进行调节，调节的方式是若当前平均温度偏高，则增加主穿水流量，若当前平均温度偏低，则降低主穿水流量。
55.一种可选的调节方法如下：
56.在所述当前平均温度与所述历史平均温度的差值大于第一预设值时，在所述初始
主穿水流量的基础上增加单位水流量；
57.在所述当前平均温度与所述历史平均温度的差值小于第二预设值时，在所述初始主穿水流量的基础上降低所述单位水流量。
58.第一预设值和第二预设值的取值范围根据现场实际情况确定，例如，第一预设值的取值范围为8～20℃，优选10℃；第二预设值的取值范围为
‑
20℃～
‑
8℃，优选
‑
10℃。
59.单位水流量q0可根据主穿水流量控制模型计算得到：q0＝m(t0‑
t1)，其中m值为现场经验系数，根据不同轧制规格、轧制速度确定；t0为精轧前穿水入口处温度，t1为进精轧机温度。
60.进一步的，上述调节方法可以是：在差值每大于一倍第一预设值时，在所述初始主穿水流量q0的基础上增加一个单位水流量q0。例如，以第一预设值为10℃，若所述当前平均温度与所述历史平均温度的差值达到20℃以上时，则在q0的基础上增加2q0的水流量；若所述当前平均温度与所述历史平均温度的差值达到30℃以上时，则在q0的基础上增加3q0的水流量。差值小于第二预设值的控制逻辑同理。
61.上述方案是主穿水流量控制，接下来是主穿水之后的副穿水流量控制：
62.s3：根据预设的轧制时间与副穿水流量的映射关系，控制所述当前轧件的副穿水流量；
63.在生产时，副穿水流量为
△
q，在轧制一支钢的过程中始终处于变化状态。本实施例中映射关系，是根据轧件温度与副穿水流量的第一对应关系，以及历史轧件的轧件温度与轧制时间的第二对应关系预先确定出的轧件在不同轧制时间对应的副穿水流量曲线，并将其存储在控制系统中，在实际控制时副穿水直接根据预存的映射关系进行副穿水流量调节。
64.为了直观起见，结合某钢厂的棒线材轧制生产线，对上述方案进行说明：
65.阶段1：确定测温位置
66.如附图2所示，棒线材轧制生产线按照轧制顺序，包括粗轧机组、中轧机组、预精轧机组、主穿水、副穿水和精轧机组。为了获得准确的轧件温度与轧制时间的第二对应关系，选择2#轧机出口作为粗轧机组预设位置的第一测温点，10#轧机出口作为中轧机组预设位置的第二测温点，18#轧机出口作为精轧穿水入口前的第三测温点。在每轧制一支轧件/钢坯时，测量得到一支钢坯在三处测温点的轧件通长温度变化曲线，并可以根据一条曲线中的所有温度数据点，计算出钢坯在当前测温点处的通长平均温度t
均
，具体见图3所示。
67.上述三处测温点对应测得的是轧件在不同方向上的温度，其中，2#轧机出口测温点测得的温度对应于轧件宽度方向的温度，10#轧机出口的测温点测得的温度对应于轧件高度方向上的温度，精轧前穿水入口前测温点测得的温度对应于轧件对角线方向上的温度。
68.阶段2：确定轧制时间与副穿水流量的映射关系
69.虽然测温位置不同，但一支钢坯在粗轧、中轧和预精轧工艺段的轧制时间是相等的，温度采样时间间隔也是相同的。因此得到的三条轧件通长温度变化曲线，其每一个测温点的数据都是相互对应的，因此可以根据每个温度采样时间点，计算第一温度数据、所述第二温度数据、所述第三温度数据的算术平均值，得到综合2#轧机出口、10#轧机出口和精轧穿水前三处温度的轧件立体通长温度变化规律的曲线，如图4所示。具体方法可以是将三处
温数据均传输至轧机主控室，编制程序进行算术平均处理。
70.通过上述方案得到了一支钢坯的立体通长温度变化曲线，立体通长温度变化曲线可表示在进穿水前的轧件综合温度。接下来通过大量工业生产，积累数千支钢坯的立体通长温度变化曲线，通过大数据处理找到最终轧件在轧制过程中的温度变化规律曲线，即获得了历史轧件的轧件温度与轧制时间的第二对应关系。
71.接下来，根据第二对应关系，结合针对调节轧件温度所需的副穿水水量关系，即第一对应关系，绘制轧制过程中副穿水流量随时间变化的曲线规律图，从而获得所述轧制时间t与副穿水流量δq的映射关系，如图5所示，δq的单位为m3/h；然后将确定得到的映射关系存储在控制系统，以供副穿水直接调用。其中，在已知进穿水前的轧件温度和轧件经过穿水后、在进精轧前的目标控制温度的情况下，第一对应关系可以通过副穿水流量控制软件计算得到。
72.阶段3：当前轧件的主穿水流量控制
73.在阶段2的步骤中，由于已经获得了数千支历史钢坯在第一测温点，即2#轧机出口测得的第一温度数据，那么根据这些第一温度数据，可以确定出历史轧件的历史平均温度t
均0
；
74.在当前轧件通过第一测温点后，测量得到当前轧件的第一温度数据，同理可以计算出当前轧件在通长方向上的当前平均温度t
均
；
75.在生产时，当前轧件对应的初始主穿水流量为q0，单位为m3/h；在轧制过程中q0始终保持不变，如图6所示。以第一预设值为10℃为例，当t
均
‑
t
均
0的值每大于一个10℃，则在当前支钢坯进入主穿水之前，控制系统发出指令，在q0的基础上增加一个单位水流量q0；以第二预设值为
‑
10℃为例，当t
均
‑
t
均0
的值每小于一个
‑
10℃，则在当前支钢坯进入主穿水之前，控制系统发出指令，在q0的基础上减少一个单位水流量q0。
76.阶段4：当前轧件的副穿水流量控制
77.在当前钢坯进入副穿水时，副穿水流量均按此图5所示的映射关系进行控制。
78.在上述方案中，主穿水流量远大于副穿水流量。
79.总的来说，本实施例提出的棒线材的免加热直接轧制方法，其控制原理为：
80.之所以选择对应于轧件的不同部位的三个测温点：2#轧机出口测温点测得的温度对应于轧件宽度方向的温度，10#轧机出口的测温点测得的温度对应于轧件高度方向上的温度，精轧前穿水入口前测温点测得的温度对应于轧件对角线方向上的温度，是因为通过对轧件通长方向上的水平、垂直、对角线三维方向上的温度连续测量，更能准确反映轧件通长的、立体的温度变化规律情况，比单点线性测量更加准确可靠；
81.之所以将三处测温数据进行算术平均处理，得到一个综合的轧件通长温度变化规律的曲线，是充分考虑了开轧温度影响、钢坯内外温差影响、变形热影响、高速轧制升温影响、钢坯轧制自由温降影响等诸多影响因素及其对钢材最终性能作用，以此来确定得到的精轧前副穿水调控方案更加科学合理，能够更好应用于实际生产；
82.之所以将棒线材精轧前的穿水工序设计成主穿水和副穿水，且主穿水和副穿水是两个独立的系统，分别拥有独立的供水泵、管路、控制阀门、穿水箱等，均可对流量进行自动调节，主穿水总流量大于副穿水总流量；是因为：副穿水可以更加灵活的调节水量，并且主、副穿水在各自调节时不产生互相影响，可以保证调节的准确性，从而保证进精轧轧件通长
温度的均匀性，以此控制成品钢材性能的稳定性；
83.之所以根据大量历史轧件/钢坯的立体通长温度变化曲线确定历史轧件的轧件温度与轧制时间的第二对应关系，然后结合反映调节轧件温度所需的副穿水流量的第一对应关系，确定出轧制时间与副穿水流量的映射关系并将其存储在控制系统中，是为了使轧件进入精轧前穿水时，副穿水可马上开始按照存储的曲线图进行调节副穿水流量，更切合生产实际，从而保证进精轧轧件通长温度的均匀性，以此控制成品钢材性能的稳定性；
84.之所以根据当前平均温度t
均
与历史平均温度t
均0
的差值在每大于第一预设值或每小于第二预设值时，对初始主穿水流量q0进行一个单位水流量q0的调节，是为了实现对异常高温或低温钢坯，精轧前主穿水进行自动调节，从而保证进精轧机组的轧件温度不产生波动，以此保证成品钢材性能的稳定性。
85.基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，提供了一种工业控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述实施例中轧制方法的步骤。
86.基于前述实施例相同的发明构思，在另一个可选的实施例中，提供了一种棒线材，所述棒线材采用如前述实施例提供的免加热直接轧制方法生产获得。
87.通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：
88.本发明提供了一种棒线材及其免加热直接轧制方法、工控设备，一方面，通过检测当前轧件在粗轧预设位置处的温度，结合历史轧件的历史平均温度去控制主穿水流量，实现在进入主穿水之前，及时调节异常高温或异常低温的钢坯的主穿水流量，降低进精轧机组的轧件温度的温度波动；另一方面，通过在粗轧、中轧、穿水入口前设置测温点，检测历史轧件的第一温度数据、第二温度数据和第三温度数据，结合这三种温度数据可以得到一个综合的、反映轧件在通长范围的温度变化规律的第二对应关系，然后结合轧件温度与副穿水流量的第一对应关系即调节轧件温度所需水量关系，得到了轧制时间与副穿水流量的映射关系并进行存储；然后在当前轧件进入精轧前穿水时，副穿水开始按照预存的映射关系调节副穿水流量；之所以使用粗轧、中轧、穿水入口的温度，是充分考虑了棒线材在轧制过程中的开轧温度影响、钢坯内外温差影响、变形热影响、高速轧制升温影响、钢坯轧制自由温降影响等诸多影响因素，以得到更精确的轧件温度，故而基于此确定的轧制时间与副穿水流量的映射关系更符合生产实际，保证了精轧轧件在通长方向上的温度均匀性。总的来说，通过上述两方面的结合，实现了更精确的控制轧件进精轧前的温度均匀性，显著降低了温度波动，提高了棒线材成品性能的稳定性。
89.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
90.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。