冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機的研究與開發(fā).pdf

1、高等級冷軋產(chǎn)品的組織和性能主要是通過連續(xù)退火過程來控制的。連續(xù)退火是冷軋帶鋼生產(chǎn)的重要工藝，與最終產(chǎn)品力學性能有關的微觀組織和織構主要是由退火過程決定的。為了能迅速、經(jīng)濟而準確地考察不同工藝過程對最終產(chǎn)品性能的影響，工藝開發(fā)人員需要有方便、靈活、精確的開發(fā)工具。產(chǎn)品開發(fā)人員為了選擇最佳的生產(chǎn)工藝，也有同樣的需求。冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機的研究與開發(fā)課題應運而生。本文以國家自然科學基金科學儀器基礎研究專項基金項目“冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實

2、驗機的研究與開發(fā)”、寶鋼股份不銹鋼分公司技術中心與東北大學簽訂的“光亮退火模擬實驗機的研究與開發(fā)”、太鋼技術中心與東北大學簽訂的“太鋼技術中心中間試驗場實驗設備研制與開發(fā)項目”等項目為背景，確立了“冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機的研究與開發(fā)”這一研究課題。冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機采用單片試樣，模擬再現(xiàn)冷軋帶鋼在連續(xù)退火過程中的張力、加熱、冷卻和爐內氣氛等工藝過程和現(xiàn)象，從而獲得退火工藝與材料組織性能之間的定量關系，為實際生產(chǎn)服務。本研究開

3、發(fā)工作分為冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機的整體結構與功能設計、實驗機控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)、模糊專家溫度控制系統(tǒng)的研究與開發(fā)、用氫安全控制策略的研究與開發(fā)、實驗機應用研究等。成功研制出的第一臺冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機已在寶鋼股份不銹鋼分公司運行近三年，并發(fā)揮了較大的科研作用。該實驗機的開發(fā)成功，對冷軋產(chǎn)品開發(fā)及退火工藝的研究具有重要意義，同時填補了國內空白，提高了國內模擬實驗機設備研究與國外相關領域研究的競爭能力。主要工作及創(chuàng)新性研究成果如

4、下：
　　 (1)本文在充分研究已知的國內外連續(xù)退火模擬實驗機的結構特點的基礎上，提出了用單工位的結構來模擬連續(xù)退火生產(chǎn)的設計思想。該設計思想拋棄了依靠試樣在不同工藝爐段之間的穿行來實現(xiàn)加熱、冷卻、過時效等工藝過程的方法，直接在一個爐體中實現(xiàn)試樣的加熱、均熱、緩冷、快冷、過時效和終冷等工藝過程。多工位的設計思想雖然從設備整體結構上和試樣的運行方式上切合了實際的生產(chǎn)過程，但是不僅沒有很好的模擬連續(xù)退火生產(chǎn)過程，反而使設備結構復雜化

5、，設備功能不夠全面，降低了模擬實驗和實際生產(chǎn)過程的相似性。
　　 (2)根據(jù)冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機的設計原則、設計指標和多功能的設計要求，確定實驗機的功能結構主要包括：實驗機本體、加熱系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、張力系統(tǒng)、氣水分配系統(tǒng)、氣體分析系統(tǒng)、真空和氣體排放系統(tǒng)、控制系統(tǒng)幾個部分。在實驗機各功能部分的設計中結合實驗機的功能要求和模塊化、集成化的設計理念，使得各功能部分相輔相成，設備裝卸和維修十分簡便。在各功能部分的設計中還充分考慮

6、和實現(xiàn)了使用氫氣的安全保護功能。
　　 (3)冷卻技術是連續(xù)退火機組的核心技術。本文中把冷卻系統(tǒng)的設計開發(fā)作為了一個關鍵的技術課題。設計開發(fā)出一套擁有自主知識產(chǎn)權的能夠模擬氣冷、水冷以及氣霧冷卻的組合式冷卻裝置。通過該裝置靈活的位置布置實現(xiàn)試樣的均勻冷卻。氣體冷卻介質為氮氫混合氣體，可實現(xiàn)全氫冷卻。
　　 (4)根據(jù)實驗機控制系統(tǒng)的功能要求，設計開發(fā)了控制系統(tǒng)硬件及網(wǎng)絡結構原理和配置，包括主控制系統(tǒng)、氫氣安全報警系統(tǒng)和控

7、制系統(tǒng)現(xiàn)場電氣件分布三部分。實驗機基礎自動化主控制系統(tǒng)采用SIEMENS公司S7-400系列PLC+FM458的基本結構。S7-400 CPU通過PROFIBUS-DP網(wǎng)與現(xiàn)場遠程I/O，以及傳動裝置進行數(shù)據(jù)交換，通過工業(yè)以太網(wǎng)與HMI進行快速數(shù)據(jù)交換。氫氣安全報警系統(tǒng)配置選用SIEMENSLOGO系列PLC。
　　 (5)控制系統(tǒng)軟件開發(fā)包括PLC控制軟件開發(fā)和HMI人機界面系統(tǒng)開發(fā)。PLC軟件系統(tǒng)主要包括功能邏輯控制系統(tǒng)、爐

8、內壓力控制系統(tǒng)、用氫安全控制策略、張力控制系統(tǒng)、模糊專家溫度控制系統(tǒng)、氣水分配和調節(jié)系統(tǒng)等部分。實驗機人機界面系統(tǒng)用于操作人員設定退火工藝參數(shù)、監(jiān)視實驗狀態(tài)和獲取實驗數(shù)據(jù)。
　　 (6)由于冷軋帶鋼連續(xù)退火模擬實驗機溫度控制系統(tǒng)的非線性、時變性、變結構、多層次和大滯后等缺點而導致常規(guī)PID控制效果不理想，不能夠達到實驗機的設計性能指標。而在實際調試過程中發(fā)現(xiàn)采用分段PID控制方法和動態(tài)變規(guī)格控制方法相結合的控制策略具有很好的控制