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發動鋼鐵綠色制造的“引擎”
來源:合肥浩然不銹鋼有限公司 發布時間:2013-07-11 被閱讀1807次

  當前,我國鋼鐵工業面臨著資源、環境的制約,鐵礦石和微合金主要依賴進口,在鋼材品種質量方面又存在著產品檔次低、同質化、無特色且嚴重供大于求的問題。鋼鐵企業今后將面臨更加嚴峻的形勢,而改善的對策之一,就是以熱軋過程為切入點實現綠色化軋制,通過軋制過程的合理設計,達到節省資源和能源,減少排放,開發低成本、高性能鋼鐵產品的目的。同時,對于板帶材組織性能和內部缺陷的在線檢測技術和質量模型與板帶的控制問題也在綠色制造中起到重要的作用。

  為此,由中國鋼鐵工業協會組織,東北大學牽頭并聯合北京科技大學共同承擔了“十二五”國家科技支撐計劃課題———鋼鐵行業綠色制造關鍵技術集成應用示范,目前已取得了階段性的進展。

  兩大課題助力高性能板帶綠色制造

  該支撐計劃課題共包含熱軋板帶鋼新一代TMCP裝備及工藝技術以及高性能板帶產品在線質量測控裝備和關鍵技術這兩個子課題。

  熱軋板帶鋼新一代TMCP裝備及工藝技術開發與應用。其總體目標是:開發出具有我國自主知識產權的大型熱連軋機生產線新一代TMCP(ThermoMechanicalControlProcess,熱機械控制工藝)關鍵裝備與技術———軋后超快速冷卻系統成套技術裝備,并針對熱軋板帶鋼典型產品如普碳、高強、管線等品種,研究開發并實際應用以超快速冷卻為核心的新一代TMCP工藝技術。此項目的研究內容包括:

  第一,新一代TMCP超快速冷卻裝備開發:研究板帶鋼的新型高強度均勻化冷卻機理,熱軋板帶鋼超快速冷卻大型噴嘴結構開發及合理配置,開發出滿足大型熱軋帶鋼生產線板帶鋼新一代TMCP所需的軋后超快速冷卻技術及裝備。

  第二,基于超快冷的新一代TMCP控制冷卻自動化系統開發:熱軋帶鋼基于超快速冷卻的新型軋后冷卻控制模型建立,實現超快冷冷卻與原有層流冷卻設備、工藝以及板帶鋼冷卻過程中溫度控制的無縫銜接,開發基于超快冷冷卻工藝、面向升速軋制的新一代軋后冷卻控制系統。

  第三,新一代TMCP條件下熱軋帶鋼典型產品資源節約型生產工藝技術開發:開發出普碳、高強、管線等熱軋帶鋼典型產品,以“節約型成分設計、減量化軋制工藝”為核心的品種工藝開發及研究,開發出滿足工業化大批量連續穩定生產要求的熱軋板帶鋼典型產品和相關軋制及冷卻工藝技術。

  高性能板帶產品在線質量測控裝備和關鍵技術。即圍繞高性能板帶產品在線質量測控裝備和關鍵技術,開展技術原理、實驗方案和設備集成研究開發。其目標是研究開發基于X射線衍射技術和激光超聲技術的金屬板帶組織結構、力學性能和內部缺陷的在線檢測技術和裝備,應用于國家板帶中心實驗基地,形成產業化集成示范平臺。此項目的研究內容包括:

  第一,激光超聲技術在線檢測板帶內部缺陷和力學性能。激光超聲技術在線檢測的范圍包括內部裂紋、夾渣、皮下氣泡和結疤等。由于傳統的激光超聲檢測技術存在離線檢測、檢測效率低、檢測結果滯后等問題,該項目針對這種情況研究的項目關鍵點是:激光超聲檢測能夠在高溫、振動等復雜環境下實現特征提取、多點數據融合,并開發新的模式識別方法等。

  第二,X射線衍射技術在線檢測板帶組織性能。傳統板帶組織性能的檢測方法是靜態、離線的,而且是破壞式的拉伸、沖壓檢測。新型的X射線衍射技術在線檢測的優點在于在線、全程、實時的無損檢測。該項目的重點是采集多衍射數據、二維圖像處理、二維衍射花樣詮釋技術和織構計算等。

  第三,產品質量非線性統計建模、優化與控制技術。現場的數據檢測不是單變量的線性函數,而是多變量的數據和非線性函數的耦合。因此,該項目主要通過非線性統計、核函數耦合等方法研究鋼材的質量建模、質量預測、質量的監控與診斷和產品質量控制。

  關鍵目標聚焦高精度、高強度和低消耗

  鋼鐵行業綠色制造關鍵技術集成應用示范課題主要考核目標包括以下幾個方面。

  裝備開發和示范裝置:開發新一代TMCP超快速冷卻裝備,熱軋帶鋼軋后冷卻速度達到300℃/s(厚度規格為3mm~4mm的帶鋼);開發出我國新一代軋后冷卻自動控制系統,超快冷出口溫度控制精度為帶鋼目標溫度的±20℃(控溫偏差),全長命中率達到90%以上,卷取溫度控制精度為帶鋼全長目標溫度的±20℃(控溫偏差),命中率達到90%以上,控溫精度達到國際先進水平;開發X射線衍射在線檢測工業示范裝置,織構及塑性應變比(r)值的在線檢測結果偏差小于±15%,檢測精度達到國際領先水平;開發激光超聲在線檢測試驗裝置,完成普碳鋼、IF鋼等冷軋板帶表面和內部裂紋、夾雜等缺陷的在線測量與定位,激光超聲檢測冷軋板帶內部裂紋缺陷的精度達到500μm。

  生產工藝技術開發:新一代TMCP條件下的典型產品如普碳鋼、高強鋼、管線鋼等熱軋板帶鋼的資源節約型生產工藝技術,在保持或提高板材材料塑韌性和使用性能的前提下,典型產品如普碳鋼、高強鋼、管線鋼等系列高性能熱軋板帶鋼產品強度指標提高80MPa~100MPa,或鋼中主要合金元素節省用量20%~30%。

  板帶生產測控數據平臺集成示范:X射線衍射設備完成中試線的示范集成,確保在線檢測集成系統的有效性,在線測量結果與離線檢測結果的偏差小于±15%。

  此外,該項目旨在形成和建立首鋼遷安2160mm熱軋板帶鋼以超快速冷卻為核心的新一代TMCP生產技術產業化生產示范線。

  課題研究取得階段性進展

  目前,課題研究已經取得了階段性進展:首先,超快冷裝備及自動化系統正式投產。2012年11月15日,2160mm熱軋帶鋼超快冷系統完成熱負荷試車工作,課題開發的超快冷裝備及自動化系統正式投入實際生產。

  其次,X射線衍射板帶組織性能在線檢測技術取得進展,完成了織構在線檢測技術的設備選型和設計,設計了織構在線檢測裝置。

  再其次,激光超聲板帶內部缺陷和力學性能的非接觸檢測獲得一定的成果,完成了缺陷檢測技術調研和分析,確定了激光超聲檢測的方案,完成了激光超聲非接觸檢測技術的設備選型和檢測方案設計。

  此外,板帶生產過程測控數據分析與平臺集成進展順利,完成了數據平臺框架設計、數據倉庫的建立、熱軋帶鋼頭部拉窄原因分析及熱軋帶鋼自適應聚類分析。

 
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