板坯連鑄動(dòng)態(tài)二冷與輕壓下建模及控制的研究.pdf

1、動(dòng)態(tài)二冷與動(dòng)態(tài)輕壓下是現(xiàn)代連鑄工藝提高鑄坯質(zhì)量的一項(xiàng)重要技術(shù)。研究動(dòng)態(tài)輕壓下模型與控制方法，需要對(duì)連鑄機(jī)輥列結(jié)構(gòu)、鑄坯凝固傳熱以及復(fù)雜熱—力學(xué)問(wèn)題有深入的認(rèn)識(shí)和理解。本文針對(duì)超高強(qiáng)度鋼(UHSS)動(dòng)態(tài)輕壓下工藝的關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)、建模與控制方面的研究。在鑄坯高溫力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)與鑄機(jī)輥列設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)二冷與動(dòng)態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)。 首先，在Gleeble-1500D熱/力模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，獲得了超高強(qiáng)度鋼高溫力學(xué)

2、性能參數(shù)及塑性曲線；同時(shí)分別采用凝固法和加熱法獲得了高溫固相區(qū)和兩相區(qū)的拉伸強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，拉伸強(qiáng)度隨著溫度的升高而呈近似線性降低；凝固法的拉伸強(qiáng)度小于加熱法的實(shí)驗(yàn)值，加熱法和凝固法拉伸強(qiáng)度的區(qū)別是由不同的變形激活能所致。考慮應(yīng)變速率、溫度、應(yīng)力、固相分?jǐn)?shù)和變形激活能等參數(shù)的粘塑性本構(gòu)方程為輕壓下工藝分析和關(guān)鍵參數(shù)確定提供了實(shí)驗(yàn)及理論依據(jù)。 其次，分別采用多點(diǎn)彎曲多點(diǎn)矯直和改進(jìn)的Concast連續(xù)彎曲連續(xù)矯直曲線對(duì)鑄坯斷面尺

3、寸為1100mm×180mm的板坯連鑄機(jī)進(jìn)行了輥列設(shè)計(jì)。校核計(jì)算結(jié)果表明，兩種方案均滿足設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)結(jié)果合格，可靠，設(shè)計(jì)方法正確。 再次，基于板坯連鑄機(jī)的輥列和噴嘴布置，建立三維穩(wěn)態(tài)傳熱數(shù)學(xué)模型，模型考慮了鑄坯與輥?zhàn)娱g的接觸換熱及噴嘴特性。計(jì)算的溫度和凝固坯殼厚度分別與測(cè)溫和射釘實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。通過(guò)模擬計(jì)算為實(shí)際生產(chǎn)中的二次冷卻工藝提出了有效的控制措施。 然后，根據(jù)鑄坯高溫塑性曲線、鑄機(jī)輥列及二冷區(qū)冶金準(zhǔn)則，制定了超高

4、強(qiáng)度鋼等鋼種的表面目標(biāo)溫度。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了動(dòng)態(tài)二冷瞬態(tài)傳熱數(shù)學(xué)模型，采用增量型PID算法實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)二冷控制。結(jié)果表明，動(dòng)態(tài)二冷模型與增量型PID算法能夠有效控制冷卻回路的目標(biāo)溫度，可以準(zhǔn)確及時(shí)地預(yù)測(cè)凝固末端位置。 最后，以鋼的高溫力學(xué)性能及本構(gòu)方程為依據(jù)，得出了950～1950mm×170mm板坯超高強(qiáng)度鋼及低碳鋼的動(dòng)態(tài)輕壓下模型參數(shù)。采用多線程運(yùn)行方式開(kāi)發(fā)了板坯動(dòng)態(tài)輕壓下控制系統(tǒng)Visual Cast-Dynamic。分別以鋼的