專利名稱：熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
板帶熱連軋過(guò)程中，氧化鐵皮厚度控制是表面質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)之一，實(shí)現(xiàn)表面 氧化鐵皮厚度變化過(guò)程的跟蹤是實(shí)現(xiàn)氧化鐵皮結(jié)構(gòu)控制的基礎(chǔ)，然而，由于熱連軋過(guò)程中 表面溫度變化復(fù)雜、軋制線取樣點(diǎn)有限，因此對(duì)熱軋過(guò)程氧化鐵皮演變進(jìn)程實(shí)現(xiàn)跟蹤是十 分困難。目前關(guān)于氧化鐵皮的研究多集中在清理鋼板表面氧化鐵皮措施和氧化鐵皮結(jié)構(gòu) 控制方面，如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00710010183. 5《中薄板坯連鑄連軋帶鋼表面氧化鐵皮控制 方法》給出了針對(duì)中薄板坯熱軋帶鋼包括成分設(shè)計(jì)、除鱗工藝、軋制和冷卻工藝在內(nèi)的氧化 鐵皮的控制方法，但主要針對(duì)的是中薄板坯短流程生產(chǎn)線，主要解決的是如何除去表面紅 銹，而對(duì)氧化鐵皮厚度并未有提及；如中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00610147265. X《測(cè)定熱軋氧化鐵 皮及其中氧化物相面密度的方法和用途》給出了測(cè)定熱軋氧化鐵皮及其中氧化物面密度的 方法，根據(jù)表面待測(cè)定的熱軋氧化鐵皮面積，計(jì)算氧化鐵皮的面密度數(shù)值，根據(jù)氧化鐵皮的 面密度數(shù)值可用于得到熱軋氧化鐵皮的平均厚度，但對(duì)氧化鐵皮厚度具體計(jì)算方法并未有 提及，另外現(xiàn)階段關(guān)于氧化鐵皮厚度檢測(cè)多集中在成品鋼板取樣的檢測(cè)，這時(shí)檢測(cè)的結(jié)果 為氧化鐵皮鐵最終厚度，而對(duì)熱連軋過(guò)程中的氧化鐵皮厚度演變?nèi)狈Ρ匾拿枋觯跓徇B 軋過(guò)程中，氧化鐵皮厚度演變與鋼板溫度、軋制條件等因素有密切關(guān)系，而且軋制過(guò)程中無(wú) 法直接測(cè)量全過(guò)程氧化鐵皮厚度變化，很難滿足人們對(duì)軋制全線氧化鐵皮厚度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的 需要，不利于工藝優(yōu)化降低氧化鐵皮厚度改善帶鋼表面質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述方法之不足，本發(fā)明提出一種熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方 法，通過(guò)建立變溫條件下厚度軟測(cè)量模型，以達(dá)到降低氧化鐵皮厚度，改善帶鋼表面質(zhì)量的 目的。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法包括 以下步驟步驟1 通過(guò)熱重分析儀進(jìn)行氧化增重實(shí)驗(yàn)，確定在恒定溫度條件下氧化增重與 時(shí)間的關(guān)系曲線；步驟2 計(jì)算氧化激活能；建立氧化動(dòng)力學(xué)模型，公式如下；Δ W2 = Kt · t(1)式中，Δ W為氧化鐵皮的增重，mg/mm2 ;KT為恒溫T條件下拋物線氧化速率常數(shù)， mg2/(m4 · s) ；t為在T溫度下的氧化時(shí)間，s ；
式中，Q為鋼種的激活能，J/mol ；T為氧化溫度，K;R為氣體常數(shù)8.314，J/ (mol · K) ；A為模型常數(shù)； 式中，Ktl為初始模型參數(shù)；根據(jù)公式(1)和步驟1得到的氧化增重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出鋼種在不同溫度下的拋物 線氧化速率常數(shù)Kt ；對(duì)公式(2)兩邊進(jìn)行對(duì)數(shù)變換得到公式(3)，得到不同溫度下的In Kt
與▲的關(guān)系曲線，進(jìn)行線性擬合，得到直線的斜率4，確定氧化激活能Q ； 1K步驟3 建立與熱連軋過(guò)程機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，從熱連軋過(guò)程機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中在線調(diào)用 實(shí)時(shí)溫度參數(shù)；所述的實(shí)時(shí)溫度參數(shù)包括由基礎(chǔ)自動(dòng)化測(cè)得的加熱爐、粗軋機(jī)、精軋機(jī)、控 冷和卷取階段的實(shí)時(shí)溫度；步驟4 建立熱連軋過(guò)程連續(xù)變溫條件下厚度軟測(cè)量模型，確定表面氧化鐵皮厚度；利用步驟1所述的氧化動(dòng)力學(xué)模型模型，推導(dǎo)變溫條件下厚度軟測(cè)量模型連續(xù) 變化的溫度可看成是由若干個(gè)微小的溫度梯度疊加而成，假定在一定的溫度段內(nèi)溫度的變 化以同等的微小單元來(lái)進(jìn)行遞增或遞減；恒溫條件下，氧化鐵皮的增重符合拋物線規(guī)律，變 溫條件下，氧化鐵皮增重可以分解為若干個(gè)微小的等溫單元來(lái)計(jì)算其生成總和變溫條件下厚度軟測(cè)量模型公式為 式中，Δ Wi表示i時(shí)刻氧化鐵皮的增重，mg/mm2 ； Δ Wi表示i_l時(shí)刻氧化鐵皮的增 重，mg/mm2 ；巧表示i時(shí)刻、恒溫T條件下拋物線氧化速率常數(shù)，mg2/(mm4 · s)，其中i = 1， 2,3,……N； Sti是時(shí)間步長(zhǎng)，s Ji表示i時(shí)刻的氧化溫度，K ；AW12 =AW02+ K^.-Stl+……+ KfrSti=M^+^jKir-Sti(6)
(=1其中，AWtl= O;氧化鐵皮厚度計(jì)算公式為比=Wi/(P · S)(7)其中，ρ為氧化鐵皮密度，S為帶鋼表面積；本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)建立厚度軟測(cè)量模型，通過(guò)與熱連軋過(guò)程機(jī)建立實(shí)時(shí)通訊，從過(guò)程機(jī) 數(shù)據(jù)庫(kù)中在線調(diào)用合金成分、工藝參數(shù)、實(shí)時(shí)溫度參數(shù)及時(shí)間參數(shù)，作為參數(shù)輸入，可實(shí)時(shí) 的進(jìn)行熱連軋過(guò)程氧化鐵皮厚度預(yù)測(cè)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果修改各個(gè)階段工藝參數(shù)，進(jìn)而調(diào)整熱 軋工藝，以達(dá)到降低氧化鐵皮厚度，改善帶鋼表面質(zhì)量的目的。


圖1是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法氧化增重實(shí)驗(yàn)方案示意圖；圖2是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法氧化增重與時(shí)間關(guān)系曲 線圖；圖3是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法不同溫度下In Kt與+的 擬合曲線示意圖；圖4是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法兩種工藝條件下的溫度 趨勢(shì)曲線圖；圖5是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法工藝1條件下的加熱爐內(nèi) 氧化鐵皮厚度演變曲線圖；圖6是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法工藝1條件下的軋制和冷 卻過(guò)程中氧化鐵皮厚度演變曲線圖；圖7是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法工藝1條件下的卷取后氧 化鐵皮厚度演變曲線圖；圖8是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法工藝2條件下的加熱爐內(nèi) 氧化鐵皮厚度演變曲線圖；圖9是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法工藝2條件下的軋制和冷 卻過(guò)程中氧化鐵皮厚度演變曲線圖；圖10是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法工藝2條件下的卷取后 氧化鐵皮厚度演變曲線圖；圖11是本發(fā)明熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例采用汽車大梁鋼510L，其成分如表1所示表1化學(xué)成分



熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法包括以下步驟步驟1 采用熱重分析儀進(jìn)行氧化增重實(shí)驗(yàn)將線切割好的樣品用丙酮進(jìn)行 超聲波清洗，洗掉試樣表面的乳化液，之后用砂紙打磨，酒精清洗，吹干，制備成大小為 IOX 15 X (1. 5 2)mm的試樣，采用同步差熱分析儀進(jìn)行氧化增重試驗(yàn)，同步熱分析儀每隔 0. 3秒采集一次質(zhì)量增重信號(hào)，爐內(nèi)氣氛為混合空氣，等溫氧化溫度為500、600、700、800、 900、1000、1100°C，氧化時(shí)間為60min，如圖1所示；步驟2 計(jì)算氧化激活能Q 圖2為測(cè)定的在恒定溫度條件下氧化增重與時(shí)間的關(guān)系曲線，圖3為擬合曲線，計(jì) 算得到氧化激活能，具體參數(shù)如下表2模型參數(shù) 510L 15. 7587161157步驟3 建立于熱連軋過(guò)程機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，從過(guò)程機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中在線調(diào)用工藝參數(shù) 和實(shí)時(shí)溫度測(cè)量數(shù)據(jù)，作為參數(shù)輸入選擇以下兩種工藝參數(shù)作為輸入?yún)?shù)表3工藝參數(shù) 上述兩個(gè)工藝實(shí)測(cè)溫度趨勢(shì)如圖3所示，圖3為上述兩種工藝從過(guò)程機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù) 中在線調(diào)用的實(shí)時(shí)溫度測(cè)量數(shù)據(jù)繪制的溫度趨勢(shì)曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)為溫度 值；步驟4 利用變溫條件下厚度軟測(cè)量模型，實(shí)現(xiàn)表面氧化鐵皮厚度監(jiān)測(cè)；圖4為工藝1條件下的加熱爐內(nèi)氧化鐵皮厚度演變曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)，縱坐 標(biāo)為模型計(jì)算的氧化鐵皮厚度值，出爐時(shí)氧化鐵皮厚度為1159. 91um ；圖5為工藝1條件下 的軋制和冷卻過(guò)程中氧化鐵皮厚度演變曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)為模型計(jì)算的氧 化鐵皮厚度值；圖6為工藝1條件下的卷取后氧化鐵皮厚度演變曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)， 縱坐標(biāo)為模型計(jì)算的氧化鐵皮厚度值，卷取2400min后氧化鐵皮厚度為13. 0119um ；圖7為 工藝2條件下的加熱爐內(nèi)氧化鐵皮厚度演變曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)為模型計(jì)算 的氧化鐵皮厚度值，出爐時(shí)氧化鐵皮厚度為1064. 83um ；圖8為工藝2條件下的軋制和冷卻 過(guò)程中氧化鐵皮厚度演變曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)為模型計(jì)算的氧化鐵皮厚度值， 出冷卻后的氧化鐵皮厚度為7. 89685um ；圖9為工藝2條件下的卷取后氧化鐵皮厚度演變 曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)為模型計(jì)算的氧化鐵皮厚度值，卷取2400min后氧化鐵皮 厚度為12. 2028um;從圖4和圖7對(duì)比可知，由于工藝1較工藝2出爐溫度高，工藝1出爐 時(shí)刻氧化鐵皮厚度比工藝2出爐時(shí)刻氧化鐵皮厚度厚了大約lOOum，同時(shí)對(duì)比圖5和圖8， 圖6和圖9可知，由于工藝1的各個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的溫度較工藝2高，且工藝1中的軋制速度較工 藝2慢，使得帶鋼表面總體的氧化鐵皮的厚度較工藝2均相對(duì)較大；利用步驟3的氧化鐵皮厚度公式，實(shí)時(shí)的進(jìn)行熱連軋過(guò)程氧化鐵皮厚度監(jiān)測(cè)，根 據(jù)測(cè)量結(jié)果，修改各個(gè)階段工藝參數(shù)來(lái)調(diào)整熱軋工藝，達(dá)到降低氧化鐵皮厚度，改善帶鋼表 面質(zhì)量的目的；其中，所述的工藝參數(shù)包括開(kāi)爐溫度、開(kāi)軋溫度、中軋溫度、卷取溫度和軋制 速度；對(duì)本發(fā)明方法的精確性驗(yàn)證上述實(shí)驗(yàn)卷冷卻到室溫后進(jìn)行開(kāi)卷取樣，取樣位置為帶長(zhǎng)1/2之一處，在板寬方 向上的中心和邊部位置分別取樣，中心位置由于位于鋼卷心部與空氣接觸極少，在卷取后 其氧化鐵皮厚度基本不變，所以可以用其厚度表征卷取前的氧化鐵皮厚度；由于帶鋼軋制 凸度問(wèn)題，帶鋼邊部位置可以與空氣充分接觸，所以其厚度較中心部分厚；將預(yù)測(cè)結(jié)果與現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)際檢測(cè)結(jié)果對(duì)比如表4所示
表4預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值比較 表4中看出，卷取前后模擬值與實(shí)測(cè)值有較高的精度在工藝1條件下，由于出爐 溫度和開(kāi)軋溫度較高，軋制速度較慢，使得帶鋼表面總體的氧化鐵皮的厚度相對(duì)較大，其中 帶鋼邊部氧化鐵皮的厚度為13. 01 μ m,而帶鋼心部的氧化鐵皮的厚度9. 83 μ m ；工藝2條件 下，精軋開(kāi)軋溫度已經(jīng)下降到1030°C左右，并且軋制速度提高較快，所以氧化鐵皮的厚度較
權(quán)利要求
一種熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法，其特征在于包括以下步驟步驟1通過(guò)氧化增重實(shí)驗(yàn)，確定在恒定溫度條件下氧化增重與時(shí)間的關(guān)系曲線；步驟2計(jì)算氧化激活能；建立氧化動(dòng)力學(xué)模型，公式如下；ΔW2＝KT·t(1)式中，ΔW為氧化鐵皮的增重，mg/mm2；KT為恒溫T條件下拋物線氧化速率常數(shù)，mg2/(mm4·s)；t為在T溫度下的氧化時(shí)間，s； <mrow><msub> <mi>K</mi> <mi>T</mi></msub><mo>=</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>-</mo> <mfrac><mi>Q</mi><mi>RT</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，Q為鋼種的激活能，J/mol；T為氧化溫度，K；R為氣體常數(shù)8.314，J/(mol·K)；A為模型常數(shù)； <mrow><mi>ln</mi><msub> <mi>K</mi> <mi>T</mi></msub><mo>=</mo><mi>ln</mi><msub> <mi>K</mi> <mn>0</mn></msub><mo>+</mo><mrow> <mo>(</mo> <mfrac><mrow> <mo>-</mo> <mi>Q</mi></mrow><mi>R</mi> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>&CenterDot;</mo><mfrac> <mn>1</mn> <mi>T</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，K0為初始模型參數(shù)；根據(jù)公式(1)和步驟1得到的氧化增重實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出鋼種在不同溫度下的拋物線氧化速率常數(shù)KT；對(duì)公式(2)兩邊進(jìn)行對(duì)數(shù)變換得到公式(3)，得到不同溫度下的1nKT與的關(guān)系曲線，進(jìn)行線性擬合，得到直線的斜率確定氧化激活能Q；步驟3建立與熱連軋過(guò)程機(jī)的實(shí)時(shí)通訊，從熱連軋過(guò)程機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中在線調(diào)用實(shí)時(shí)溫度參數(shù)；所述的實(shí)時(shí)溫度參數(shù)包括由基礎(chǔ)自動(dòng)化測(cè)得的加熱爐、粗軋機(jī)、精軋機(jī)、控冷和卷取階段的實(shí)時(shí)溫度；步驟4建立熱連軋過(guò)程連續(xù)變溫條件下厚度軟測(cè)量模型，確定表面氧化鐵皮厚度；利用步驟1所述的氧化動(dòng)力學(xué)模型模型，推導(dǎo)變溫條件下厚度軟測(cè)量模型連續(xù)變化的溫度可看成是由若干個(gè)微小的溫度梯度疊加而成，假定在一定的溫度段內(nèi)溫度的變化以同等的微小單元來(lái)進(jìn)行遞增或遞減；恒溫條件下，氧化鐵皮的增重符合拋物線規(guī)律，變溫條件下，氧化鐵皮增重可以分解為若干個(gè)微小的等溫單元來(lái)計(jì)算其生成總和，變溫條件下厚度軟測(cè)量模型公式為 <mrow><mi>&Delta;</mi><msubsup> <mi>W</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mi>&Delta;</mi><msubsup> <mi>W</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>-</mo><mn>1</mn> </mrow> <mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup> <mi>K</mi> <mi>T</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>&CenterDot;</mo><mi>&delta;</mi><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msubsup> <mi>K</mi> <mi>T</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>exp</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>A</mi> <mo>-</mo> <mfrac><mi>Q</mi><mrow> <mi>R</mi> <msub><mi>T</mi><mi>i</mi> </msub></mrow> </mfrac> <mo>)</mo></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>式中，ΔWi表示i時(shí)刻氧化鐵皮的增重，mg/mm2；ΔWi表示i-1時(shí)刻氧化鐵皮的增重，mg/mm2；表示i時(shí)刻、恒溫T條件下拋物線氧化速率常數(shù)，mg2/(mm4·s)，其中i＝1，2，3，.....N；δti是時(shí)間步長(zhǎng)，s；Ti表示i時(shí)刻的氧化溫度，K； <mrow><mi>&Delta;</mi><msubsup> <mi>W</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn></msubsup><mo>=</mo><mi>&Delta;</mi><msubsup> <mi>W</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><msubsup> <mi>K</mi> <mi>T</mi> <mn>1</mn></msubsup><mo>&CenterDot;</mo><mi>&delta;</mi><msub> <mi>t</mi> <mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>+</mo><msubsup> <mi>K</mi> <mi>T</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>&CenterDot;</mo><mi>&delta;</mi><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><mi>&Delta;</mi><msubsup> <mi>W</mi> <mn>0</mn> <mn>2</mn></msubsup><mo>+</mo><munderover> <mi>&Sigma;</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><msubsup> <mi>K</mi> <mi>T</mi> <mi>i</mi></msubsup><mo>&CenterDot;</mo><mi>&delta;</mi><msub> <mi>t</mi> <mi>i</mi></msub><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，ΔW0＝0；氧化鐵皮厚度計(jì)算公式為hi＝Wi/(ρ·S)(7)其中，ρ為氧化鐵皮密度，S為帶鋼表面積。FSA00000156578700013.tif,FSA00000156578700014.tif,FSA00000156578700021.tif
全文摘要
一種熱連軋帶鋼表面氧化鐵皮厚度軟測(cè)量方法，屬于軋鋼技術(shù)領(lǐng)域，該測(cè)量方法建立厚度軟測(cè)量模型，通過(guò)與熱連軋過(guò)程機(jī)建立實(shí)時(shí)通訊，從過(guò)程機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中在線調(diào)用合金成分、工藝參數(shù)、實(shí)時(shí)溫度參數(shù)及時(shí)間參數(shù)，作為參數(shù)輸入，可實(shí)時(shí)的進(jìn)行熱連軋過(guò)程氧化鐵皮厚度預(yù)測(cè)，根據(jù)測(cè)量結(jié)果修改各個(gè)階段工藝參數(shù)，進(jìn)而調(diào)整熱軋工藝，以達(dá)到降低氧化鐵皮厚度，改善帶鋼表面質(zhì)量的目的。
文檔編號(hào)B21B38/00GK101879530SQ20101020952
公開(kāi)日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2010年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月25日
發(fā)明者劉振宇, 孫彬, 曹光明, 李成剛, 王國(guó)棟, 賈濤 申請(qǐng)人:東北大學(xué)