基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法

本发明属于板带生产，特别涉及一种基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法。

背景技术：

1、双相钢具备奥氏体与铁素体的复相结构，其性能兼顾了奥氏体钢和铁素体钢的性能特点，得到了广泛的应用。其复相结构的形成高度依赖于生产过程的温度控制，尤其是在双相钢热轧后的层冷过程及卷取过程。但受热源分布、工艺调度等因素的影响，层冷段与卷取段中的板带难以实现横、纵两向的均一化温度控制。具体表现为“层冷段存在板宽方向的温度控制偏差，卷取段存在板宽和轧制方向上的温度控制偏差”。其中，层冷段板带温差可通过调节层冷段冷却喷嘴数量、各喷射梁喷射强度、喷射梁密度等参数进行调节，而卷取段的两向温差诱因复杂，控制更为繁琐。对于卷取段的轧制方向温差，带头受卷筒换热影响，带尾受环境换热影响，故存在头尾温差；对于卷曲段的宽度方向温差，来料宽度温差和钢卷两端面与环境的换热均造成了宽度方向温差问题。这种温差问题诱发了双相钢板带非均匀相变，并进一步影响了下道次的冷轧生产。为确保双相钢系列产品的稳定排产，两向温差诱发的板带非均质问题亟需解决。

2、针对上述问题，业界提出了多种方法，主要集中在钢材品种开发和层冷控制两个方面。在双相钢的品种开发方面，学者们通过改变双相钢成分比例、添加引入新的合金元素，降低双相钢相变的温度敏感性，使得新品种双相钢更易于在温度控制精度存在偏差的机组中进行稳定生产，并令新品种也能够达到原品种的材料性能。层冷控制则是通过对热轧后层冷工艺的冷却机架进行设计、合理配置冷却喷嘴布局形式、改变冷却梁密度等形式，改善层冷区域的冷却效果，力争实现横向小温差、横向无温差的冷轧供料。

3、但上述技术方法仍存在一定的问题。品种开发虽能够从根本上回避机组特性对产品生产的影响，但新品种的开发需要依赖于较强的设计经验，且引入了新的成分也会改变双相钢的生产成本。虽然层冷控制能够改善层冷段的横向温差问题，但是其无法改变卷取后钢卷带头带尾以及板带宽度方向上的温差问题。由此，亟需开发一种兼顾层冷与卷取工艺、合理调配横纵两向温差的双相钢挂卷及控冷调质方法，以确保多品种双相钢板带的相变均质化，能够稳定生产。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于横纵温差的双相钢板带均质化挂卷及控冷调质方法，该方法针对双相钢卷取前的板带横纵两向温度进行标定，根据卷筒内置温度检测装置和钢卷外部测温装置，实时监测钢卷内外温度状态，并基于检测数据分析钢卷横纵两向的相变历程，制定层冷-卷取的一体化温控策略，保障双相钢排产。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、该方法包括步骤如下：

4、s1：在双相钢轧制产线层冷段和卷取段布置检测装置；

5、s2：开始生产前，根据双相钢品种要求分析和相变动力学模型计算，在基础控制系统中输入层冷目标温度tc-target、层冷允许温差δtc-target、相变温度tp-target与相变允许温差δtp-target、卷取温度tcoiling；

6、s3：执行生产并采集双相钢生产过程的温度数据，包括卷取前的板带温度数据、卷取段的钢卷内温度数据和卷取段的钢卷外层温度数据；

7、其中，卷取前的板带温度数据包括距操作侧x1mm位置的板带温度tc-wedg(l)、板带中部起点温度tc-middle(0)、板带中部距起点l处温度tc-middle(l)以及距传动侧x1mm位置的板带温度tc-dedg(l)；

8、卷取段的钢卷内温度数据包括双相钢板带距操作侧x1mm位置的带头部位温度tr-wedg、双相钢板带中部带头部位温度tr-middle以及双相钢板带距传动侧x1mm位置的带头部位温度tr-dedg；

9、卷取段的钢卷外层温度数据包括钢卷外层距操作侧x1mm位置温度ts-wedg、钢卷外层中部温度ts-middle以及钢卷外层距传动侧x1mm位置温度ts-dedg；

10、其中，x1取值为板带宽度的15％-20％；

11、s4：双相钢板带层冷效果分析：

12、根据板带环境换热及层冷换热特点，计算板带中部温度与目标温度偏差值δtc-deviation(l)＝tc-middle(l)-tc-target，

13、双相钢板带横向温度偏差值δtcw-deviation(l)＝tc-middle(l)-(tc-dedg(l)+tc-wedg(l))/2；

14、双相钢板带纵向温度偏差值δtcl-deviation＝tc-middle(l)-tc-middle(0)；

15、基于层冷后的横向温度偏差值和纵向温度偏差值，判定双相钢板带层冷效果及卷取前板带非均质影响程度。

16、其中，所述s1中产线装备及检测装置包括卷取前温度检测装置、卷筒温度检测装置及钢卷外部测温装置；

17、所述卷取前温度检测装置布设于双相钢轧制产线的层冷段出口与卷取段入口位置，

18、所述卷取前温度检测装置上设三个红外测温装置，分别实时测量距操作侧x1mm位置的板带温度tc-wedg(l)、板带中部起点温度tc-middle(0)、板带中部距起点l处温度tc-middle(l)以及距传动侧x1mm位置的板带温度tc-dedg(l)；

19、所述卷筒温度检测装置布设于卷取段卷筒的外筒面，沿同一母线排列，所述卷筒温度检测装置布设位置与卷取前温度检测装置处于同一轧制方向平面，用于测量双相钢板带距操作侧x1mm位置的带头部位温度tr-wedg、双相钢板带中部带头部位温度tr-middle以及双相钢板带距传动侧x1mm位置的带头部位温度tr-dedg；

20、所述钢卷外部测温装置布设于钢卷外侧，钢卷外部测温装置距轧辊卷筒轴线距离大于卷筒直径与最大钢卷直径之和，

21、所述钢卷外部测温装置与卷取前温度检测装置、卷筒温度检测装置采取同一轧制方向平面布设钢卷外部测温装置的温度传感器，用于测量钢卷外层距操作侧x1mm位置温度ts-wedg、钢卷外层中部温度ts-middle以及钢卷外层距传动侧x1mm位置温度ts-dedg。

22、所述s4中双相钢板带层冷效果及卷取前板带非均质影响程度判定过程如下：

23、s41、若双相钢板带全板长上的max(δtc-deviation(l))≤δtc-target，则此时层冷段整体调控能力达到预设水平；

24、若双相钢板带全板长上的max(δtc-deviation(l))>δtc-target，则需重新调整层冷工艺(具体调整方法根据现有方法进行调整即可)；

25、s42、在层冷段整体调控能力达到预设水平的基础上，若δtcw-deviation(l)和δtcl-deviation均小于等于δtc-target，则层冷段供卷取板带横纵温差均符合需求，无需进一步调整层冷工艺；

26、s43、在层冷段整体调控能力达到预设水平的基础上，若δtcw-deviation(l)≤δtc-target且δtcl-deviation>δtc-target，则此时层冷段带钢存在纵向温度不均问题，需检验层冷段的通板速度稳定性(具体检验方法依据现有方法进行即可)；

27、若δtcw-deviation(l)>δtc-target且δtcl-deviation≤δtc-target，则此时层冷段带钢存在横向温度不均问题，需调整靠近板带边部区域的冷却喷头状态(按照现有方法根据生产实际进行调整即可)，改善其控冷能力；

28、s44、在层冷段整体调控能力达到预设水平的基础上，若δtcw-deviation(l)和δtcl-deviation均大于δtc-target，则层冷段存在速度控制偏差与冷却控制偏差的联合问题，需检验并调整层冷段冷却装置布局或控冷策略(具体过程按现有方法进行即可)。

29、所述s42所判定的钢卷，存在均质化相变处理需求，需进一步制定挂卷策略，具体如下：

30、s421、针对该卷带钢，预先分析纵向温降情况；

31、s422、针对该卷带钢，进一步分析横向温降情况；

32、s423、针对s421、s422确定的针对横纵温差不均匀情况时挂卷时效处理方式，进一步协同不同温差以及不同温差比例系数下的挂卷时效工艺，得到钢卷卷取段适用于横纵两向相变均质化的挂卷时效工艺。

33、所述s421具体为：

34、s4211、根据钢卷结构参数和一维非稳态传热特点，判定卷内高温层位置并分析钢卷内外两传热路径，具体的：

35、采集机组系统输出参数：层冷段过钢里程l、过钢平均厚度δ、过钢平均宽度b、卷取速度v、卷筒直径d；

36、计算卷取之后钢卷外侧半径

37、钢卷内高温层位置在钢卷的中部，温度数值上为卷取温度tcoiling，纵向导热为一维非稳态导热，温度场由钢卷中部向钢卷内部和外部扩散；

38、s4212、计算钢卷外侧的温度tco-surface＝(ts-dedg+ts-wedg+ts-middle)/3，进一步计算钢卷中部到钢卷外侧传热的温度梯度grad tout，为：

39、

40、式中：钢卷纵向上任一点与钢卷外侧的过余温度θ1＝t1-tco-ourface，钢卷外侧与中部的过余温度θco＝tco-ourface-tcoiling；t1为钢卷纵向上任一点温度；tco-surface为钢卷外侧温度；导温系数α为空冷换热系数；λ为钢卷内导热系数；τ为时间；ρ为带钢密度；c为带钢比热容；x为钢卷中部到钢卷外侧纵向上任意一点的距离；

41、高斯误差函数定义为式中x为钢卷中部到钢卷外侧纵向上任意一点的距离，a为导温系数，τ为时间；

42、s4213、计算钢卷内侧温度tco-internal＝(tr-dedg+tr-wedg+tr-middle)/3，进一步计算钢卷中部到钢卷内侧传热的温度梯度grad tin，为：

43、

44、式中：钢卷纵向上任意一点与钢卷内侧的过余温度θ2＝t1-tcoiling，钢卷内侧与中部的过余温度θw＝tco-internal-tcoiling；

45、s4214、根据步骤s4212、s4213分别计算得到的钢卷中部到钢卷外侧传热的温度梯度grad tout和钢卷中部到钢卷内侧传热的温度梯度grad tin，整理得到钢卷纵向方向上的总温度梯度grad t1：

46、

47、s4215、双相钢板带卷取后纵向温度场分析：

48、根据钢卷环境换热及静置空冷换热特点，计算板带纵向温度与目标相变温度差值δtr＝t1-tp-targe，其中，t1为板带纵向温度；

49、卷取段纵向温度与目标相变温度差值比例系数δk＝(t-tp-target)/2δtp-target×100％；

50、基于卷取后的纵向温度与目标相变温度差值及纵向温度与目标相变温度差值比例系数，判定双相钢板带卷取效果及卷取后板带纵向非均质影响程度。

51、所述s422具体为：

52、s4221、根据钢卷结构特性和一维非稳态传热特点，判定钢卷高温层位置并分析钢卷上下两侧传热路径，具体的：

53、钢卷横向上高温层位置在钢卷的中部，温度数值上为卷取温度tcoiling，横向导热为一维非稳态传热，温度梯度沿中部向上下两侧进行传热；

54、s4222、计算钢卷上表面温度tco-up＝(tr-wedg+ts-wedg)/2、卷筒下表面温度tco-under＝(tr-dedg+ts-dedg)/2，进而计算整个横向方向上温度梯度grad t2为：

55、

56、式中：导温系数α为空冷换热系数；λ为钢卷内导热系数；τ为时间；b为过钢平均宽度；高斯误差函数定义为：式中

57、s4223、双相钢板带卷取后横向温度场分析：

58、根据钢卷环境换热及静置空冷换热特点，计算板带横向温度与目标相变温度差值δts＝t2-tp-targe，其中，t2为板带横向温度；

59、卷取段横向温度与目标相变温度差值比例系数δs＝(t-tp-target)/2δtp-target×100％；

60、基于卷取后的横向温度与目标相变温度差值及横向温度与目标相变温度差值比例系数，判定双相钢板带卷取效果及卷取后板带横向非均质影响程度。

61、所述s4215中双相钢板带卷取效果及卷取后板带纵向非均质影响程度判定如下：

62、s42151、若纵向温度差值δtr≤δtp-target，则此时卷取段整体调控能力达到预设水平，不需要启动挂卷时效工艺；

63、s42152、若纵向温度差值δtr>δtp-target，则此时卷取后板带纵向方向上存在温度不均匀问题，需进一步考虑纵向温差比例系数；

64、s42153、若纵向温度差值比例系数δk≤50％，则此时卷取后板带纵向方向温度不均匀度处于小波动区间，需降低卷取设备速度(一般降低至原卷取速度的70％～80％)，保证双相钢板带纵向相变均质化；

65、s42154、若纵向温度差值比例系数δk>50％，则此时卷取后板带纵向方向温度不均匀度处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带纵向方向温度均匀化。

66、所述s4223中双相钢板带卷取效果及卷取后板带横向非均质影响程度判定如下：

67、s42231、若横向温度差值δts≤δtp-target，则此时卷取段整体调控能力达到预设水平，不需要启动挂卷时效工艺；

68、s42232、若横向温度差值δts>δtp-target，则此时卷取后板带横向方向上存在温度不均匀问题，需进一步考虑横向温差比例系数；

69、s42233、若板带横向温差比例系数δs≤50％，则此时卷取后板带横向方向温度不均匀度处于小波动区间，需降低卷取设备速度(一般降低至原卷取速度的70％～80％)，保证双相钢板带横向相变均质化；

70、s42234、若板带横向温差比例系数δs>50％，则此时卷取后板带横向方向温度不均匀度处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横向方向温度均匀化。

71、所述s423具体如下：

72、s4231、若板带横向温度与目标相变温度差值δts和板带纵向温度与目标相变温度差值δtr均小于等于δtp-target，则整体卷取过程中横纵两向温度基本均匀，不需要启动挂卷时效工艺；

73、s4232、若板带横向温度与目标相变温度差值δts≤δtp-target且板带纵向温度与目标相变温度差值δtr>δtp-target，则此时卷取后板带纵向方向上存在温度不均匀问题，需进一步考虑纵向温差比例系数，按照步骤s421进行处理；

74、s4233、若板带横向温度与目标相变温度差值δts>δtp-target且板带纵向温度与目标相变温度差值δtr≤δtp-target，则此时卷取后板带横向方向上存在温度不均匀问题，需进一步考虑横向温差比例系数，按照步骤s422进行处理；

75、s4234、若板带横向温度与目标相变温度差值δts和板带纵向温度与目标相变温度差值δtr均大于δtp-target，则此时卷取后板带横纵两向上都存在温度不均匀问题，需进一步考虑横纵两向温差比例系数。

76、所述s4234进一步考虑横纵两向温差比例系数具体为：

77、s42341、若板带横向温差比例系数δs和纵向温差比例系数δk都小于等于50％，则此时卷取后板带横纵两向上温度不均匀度都处于小波动区间，需降低卷取设备速度(一般降低至原卷取速度的70％～80％)，保证双相钢板带横纵两向相变均质化；

78、s42342、若板带横向温差比例系数δs和纵向温差比例系数δk都大于50％，则此时卷取后板带横纵两向上温度不均匀度都处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横纵两向温度均匀化；

79、s42343、若板带纵向温差比例系数δk≤50％且板带横向温差比例系数δs>50％，则板带横向温度不均匀化处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横纵两向方向温度均匀化；

80、s42344、若板带纵向温差比例系数δk>50％且板带横向温差比例系数δs≤50％，则板带纵向温度不均匀化处于大波动区间，需延长卷取后静置空冷段时间(一般延长30～60s)，使板带横纵两向方向温度均匀化。

81、本发明方法中，最后，送冷轧，检测冷轧的厚度波动，计算变形抗力的非均匀状态，若存在较大的波动，则挂卷后板带仍存在非均匀相变，需重新执行s2～s4，并增加静置空冷端时长。

82、与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

83、1.相比于钢材品种开发，本发明可对现有牌号的钢卷进行均质化处理，扩大原产品序列，同时降低钢种开发难度；

84、2.相比于层冷控制，本发明能够从卷取段特征出发，从根本上解决卷取段换热所带来的非均质问题。