一種鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其包括步驟：獲取熱處理的保溫溫度修正量；根據(jù)保溫溫度修正量，采用時(shí)間溫度等效模型，計(jì)算與經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度對(duì)應(yīng)的保溫時(shí)間，以使鋼板奧氏體化累積程度不變；根據(jù)保溫時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間，計(jì)算鋼板的運(yùn)行速度；在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度和保溫時(shí)間，確定各段的爐溫設(shè)定值；將鋼板的運(yùn)行速度和各段的爐溫設(shè)定值傳輸給控制器進(jìn)行控制。本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法能夠在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ)上，針對(duì)鋼板的不同品種規(guī)格，準(zhǔn)確地在線調(diào)整熱處理的加熱工藝參數(shù)，以獲得優(yōu)化的加熱工藝參數(shù)，從而提升熱處理的質(zhì)量和提高熱處理的產(chǎn)量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于鋼板的在線調(diào)整方法，尤其涉及一種用于鋼板加熱工藝的在 線調(diào)整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱處理工藝是制造高附加值重要用途鋼板（例如，低溫壓力容器板，電廠鍋爐板， 工程機(jī)械用鋼板，耐磨鋼板及不銹鋼板等）的必要手段，這些鋼板產(chǎn)品必須通過(guò)熱處理設(shè) 施處理后才能夠生產(chǎn)制造出來(lái)。淬火爐是熱處理工藝的核心設(shè)備，其被用于鋼板的加熱，對(duì) 于溫度和時(shí)間的控制精度有較高的要求。先進(jìn)的淬火爐控制都配置有計(jì)算機(jī)模型控制系 統(tǒng)，整個(gè)熱處理過(guò)程均采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)控制，從鋼板的裝爐到加熱完成后出爐的整個(gè) 過(guò)程都是由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制的。只要熱處理鋼板的數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，熱處理爐就 會(huì)按照計(jì)算機(jī)的設(shè)定自動(dòng)將爐溫調(diào)整到要求的溫度，同時(shí)輥道自動(dòng)調(diào)整到滿(mǎn)足加熱時(shí)間所 需的運(yùn)行速度。
[0003] 對(duì)于計(jì)算機(jī)模型控制而言，鋼板的熱處理工藝涉及到熱處理爐的保溫溫度和保 溫時(shí)間。這兩項(xiàng)參數(shù)由計(jì)劃下達(dá)，計(jì)算機(jī)模型根據(jù)計(jì)劃下達(dá)的目標(biāo)值，對(duì)加熱過(guò)程進(jìn)行控 制。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，有時(shí)需要針對(duì)特定的鋼種或某一規(guī)格的鋼種，設(shè)定修正保溫溫度和 保溫時(shí)間，然而，由于缺乏模型運(yùn)算手段，只能憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行試湊。采用這種方法很難建立 加熱時(shí)間和加熱溫度之間的規(guī)律關(guān)系，也難以獲得由計(jì)算機(jī)模型自動(dòng)給出最佳的過(guò)程控制 量。
[0004] 眾所周知，通過(guò)淬火爐加熱鋼板的目的是獲得使得鋼板均勻的奧氏體組織，為后 續(xù)的冷卻做好微觀組織上的準(zhǔn)備。鋼板的奧氏體化過(guò)程共有四個(gè)階段：（1)形成奧氏體的 晶核；（2)奧氏體晶核的長(zhǎng)大；（3)殘余滲碳體的溶解；(4)奧氏體成分的均勻化。這四個(gè)階 段的完成與加熱溫度和加熱時(shí)間密切相關(guān)。溫度高，完成時(shí)間短；溫度低，完成時(shí)間長(zhǎng)。
[0005] 在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用高溫?cái)U(kuò)散規(guī)律、熱傳導(dǎo)模型規(guī)律以及在線調(diào)整加熱工藝參數(shù) 是具有實(shí)際意義的。例如：有些規(guī)格的鋼種，在加熱能力允許的情況下，為了最大限度發(fā)揮 熱處理爐的能力，需要適當(dāng)提高保溫溫度，縮短鋼板在爐內(nèi)總的加熱時(shí)間。不管是降低保溫 溫度還是縮短在爐時(shí)間，都要求同時(shí)改變鋼板的加熱溫度和在爐時(shí)間，以計(jì)算出調(diào)整后工 藝對(duì)應(yīng)的控制設(shè)定值?，F(xiàn)有的方法主要是依靠經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)試湊的方法來(lái)摸索優(yōu)化的加熱工 藝。這種方法的缺點(diǎn)是：周期長(zhǎng)，降低產(chǎn)線的生產(chǎn)效率；可靠性差，降低產(chǎn)線的生產(chǎn)質(zhì)量。因 此，企業(yè)期望獲得一種能夠在線及時(shí)調(diào)整熱處理過(guò)程中的工藝參數(shù)的方法。
[0006] 公開(kāi)號(hào)為CN1030149A，【公開(kāi)日】為1989年1月4日，名稱(chēng)為"工件熱處理〃零保溫〃 點(diǎn)微機(jī)測(cè)控裝置"的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種用來(lái)準(zhǔn)確確定工件淬火前在加熱爐中所需加 熱時(shí)間的微機(jī)檢測(cè)與控制裝置。工件淬火前在爐中所需加熱時(shí)間是通過(guò)間接測(cè)量爐內(nèi)熱平 衡狀態(tài)參數(shù)，由微機(jī)按工件熱處理"零保溫"理論和熱傳導(dǎo)理論推導(dǎo)出來(lái)的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行運(yùn) 算處理而實(shí)時(shí)確定的。該專(zhuān)利文獻(xiàn)所公開(kāi)的裝置不具備熱處理加熱工藝的在線調(diào)整功能。
[0007] 公開(kāi)號(hào)為CN1160083A，【公開(kāi)日】為1997年9月24日，名稱(chēng)為"熱處理加熱時(shí)間的自 動(dòng)確定及控制方法"的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種熱處理加熱時(shí)間的自動(dòng)確定及控制方法， 其是在電爐中加熱工件時(shí)，采用微機(jī)連續(xù)測(cè)定通電時(shí)間tl和斷電時(shí)間當(dāng)t2、tl或t2/ tl值連續(xù)穩(wěn)定時(shí)，則工件達(dá)到透熱，根據(jù)此來(lái)確定工件出爐時(shí)刻。該專(zhuān)利文獻(xiàn)所記載的技術(shù) 方案并不涉及熱處理工藝的優(yōu)化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，該方法可以在線及 時(shí)地調(diào)整熱處理的工藝參數(shù)，通過(guò)在線動(dòng)態(tài)控制來(lái)快速地確定熱處理的最佳工藝參數(shù)。采 用本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法后能夠?qū)τ阡摪宓纳a(chǎn)制造工藝進(jìn)行 優(yōu)化，以確保鋼板的加熱質(zhì)量，從而有利地改善鋼板產(chǎn)品的質(zhì)量，并降低生產(chǎn)線的能源消 耗。此外，本發(fā)明的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法能夠準(zhǔn)確地調(diào)整熱處理的工藝參數(shù)， 靈活性好，可靠性高。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其包 括如下步驟：
[0010] 獲取熱處理的保溫溫度修正量；
[0011] 根據(jù)保溫溫度修正量，采用時(shí)間溫度等效模型，計(jì)算與經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度對(duì)應(yīng) 的保溫時(shí)間，以使鋼板奧氏體化累積程度不變；
[0012] 根據(jù)保溫時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間，計(jì)算鋼板的運(yùn)行速度；
[0013] 在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度和保溫時(shí)間，確定各段的 爐溫設(shè)定值；
[0014] 將鋼板的運(yùn)行速度和各段的爐溫設(shè)定值傳輸給控制器進(jìn)行控制。
[0015] 在現(xiàn)有技術(shù)中，通常采用經(jīng)驗(yàn)試湊的方法來(lái)獲得最優(yōu)化的加熱工藝參數(shù)。然而，通 過(guò)反復(fù)試湊所獲得的加熱工藝參數(shù)不僅所需周期長(zhǎng)，可靠性低，而且反復(fù)試湊所需要的成 本也很高，每一次試湊需要消耗大量的能源。
[0016] 由于鋼板的加熱過(guò)程是一個(gè)熱激活過(guò)程，從微觀上來(lái)說(shuō)，是一個(gè)受到原子擴(kuò)散控 制的過(guò)程，該過(guò)程的整個(gè)時(shí)間受到擴(kuò)散規(guī)律和熱傳導(dǎo)規(guī)律的控制，因此，即便是加熱溫度不 同，但是，若擴(kuò)散結(jié)果相同，那么不同奧氏體化的加熱溫度下的累積程度就會(huì)接近。
[0017] 鑒于此，本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法在保證鋼板奧氏體累積 程度接近的前提下，基于金屬材料高溫下的擴(kuò)散規(guī)律和熱傳導(dǎo)規(guī)律，采用了時(shí)間溫度等效 模型，在標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)保溫溫度修正量，通過(guò)計(jì)算機(jī)模型自動(dòng)計(jì)算出優(yōu)化的 加熱工藝參數(shù)，其包括保溫溫度、保溫時(shí)間、鋼板的運(yùn)行速度以及各段的爐溫設(shè)定值。
[0018] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中，上述時(shí)間溫度 等效模型為：
[0019]
[0020] 式中，t。#為與經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度對(duì)應(yīng)的保溫時(shí)間，也即在熱處理工藝中經(jīng)過(guò)修 正的保溫時(shí)間，其單位為min，ts為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的保溫時(shí)間，其為可以獲取的已知量，單位 為min，Ts為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的保溫溫度，其為可以獲取的已知量，單位為：°C，Τ_= TS+AT 為修正后的保溫溫度，單位為：°C，ΔΤ為所述保溫溫度修正量；Q為擴(kuò)散激活能，J/mol ;R 為氣體常數(shù) 8. 3682J/g · mol · K〇
[0021] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中，上述計(jì)算鋼板 的運(yùn)行速度的模型為：
[。。22] V = ^t
[0023] 其中，L為淬火爐爐長(zhǎng)，單位為m ;1為鋼板長(zhǎng)度，單位為m ;t。為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給 定的加熱時(shí)間，單位為min 為保溫時(shí)間，單位為min。
[0024] 進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中，采用鋼板溫度 模型，通過(guò)迭代計(jì)算的方法，確定各段的爐溫設(shè)定值。
[0025] 在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ)上，以修正后的保溫溫度、保溫時(shí)間為最終目標(biāo)，采用鋼 板溫度模型，通過(guò)反復(fù)迭代計(jì)算的方法獲得修正后的各段爐溫設(shè)定值。
[0026] 更進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中，上述確定各 段的爐溫設(shè)定值的步驟包括：
[0027] (1)將鋼板爐外放冷時(shí)的環(huán)境溫度設(shè)為裝入淬火爐時(shí)的鋼板初始溫度，將鋼板的 升溫時(shí)間設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間t。，將鋼板升溫結(jié)束的目標(biāo)溫度設(shè)為經(jīng)過(guò)修 正的保溫溫度Τ'。#;
[0028] (2)計(jì)算鋼板在爐內(nèi)的升溫結(jié)束距離D :
[0029] t ,° ^0· 1 σρ?
[0030] 式中，1為鋼板長(zhǎng)度，單位為m，L為淬火爐長(zhǎng)度，單位為m，t。為升溫時(shí)間，單位為 min，t。#為保溫時(shí)間，單位為min ;
[0031] (3)根據(jù)淬火爐每段的物理長(zhǎng)度及升溫結(jié)束距離D，采用逼近的方法使得D與各段 長(zhǎng)度之和h+l2+. . . . . +ln最接近，以確定出升溫控制段的段數(shù)η ;
[0032] (4)根據(jù)初始爐溫和鋼板的初始溫度，采用鋼板溫度模型，按照一定的時(shí)間步長(zhǎng)， 進(jìn)行預(yù)報(bào)計(jì)算，獲得升溫結(jié)束距離D處的鋼板平均溫度/_，計(jì)算該平均溫度/與目標(biāo)溫 度的偏差= IT。'其中初始爐溫在首次預(yù)報(bào)計(jì)算時(shí)設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的 爐溫；
[0033] (5)將偏差ΔΤ'與一閾值ε進(jìn)行比較：如果|ΔΤ' |彡ε，則將各升溫控 制段的爐溫Tgnr作為最終的爐溫設(shè)定值；如果I ΔΤ' I > ε，則更新各升溫控制段 的爐溫Τ==Τ^+ΔΓ/77/作為初始爐溫再次進(jìn)行步驟（4)，直到滿(mǎn)足| ΔΤ' |彡ε為 止；其中感度n e (〇，l)，Tgt為上一次計(jì)算時(shí)采用的初始爐溫，第一次迭代計(jì)算時(shí)， cr' = 給定的標(biāo)準(zhǔn)工藝爐溫，后續(xù)迭代計(jì)算時(shí)，τ; =??+ΔΓ/"，迭代結(jié)束時(shí)獲得的 T^w，即為最終的爐溫設(shè)定值。
[0034] 更進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中，上述鋼板溫 度模型為：
[0035]
[0036] 其中：δ為板還厚度的一半，單位為mm ; λ為板還導(dǎo)熱系數(shù)；士為導(dǎo)溫系數(shù)， 其中C為板坯的比熱，P為板坯的密度；f(j(x)為鋼板厚度方向的初始溫度分布；qup、qlOT分 別為鋼板上、下表面的熱流，其表達(dá)式分別為：
[0037]
[0038]
[0039] 其中，Tup gas為鋼板所在位置上部的爐氣溫度；T lOT gas為鋼板所在位置下部的爐氣 溫度，'%__細(xì)=71_，=1§35，1^是升溫控制段的爐溫；;|^ 1：)__、;^。1^分別為鋼板上、下表 面的溫度，σ為玻爾茲曼物理常數(shù)，ε up、ε 1ot分別為淬火爐上部和下部的綜合輻射系數(shù)。 上述各溫度參量的單位均為°C。
[0040] 上述鋼板溫度模型f(x，t)為標(biāo)準(zhǔn)的一維熱傳導(dǎo)方程。
[0041] 分別表示淬火爐上部和下部的綜合輻射系數(shù)％,和ε lciw是通過(guò)埋偶實(shí)驗(yàn)確定的。
[0042] 更進(jìn)一步地，在本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中，采用差分方 法求解f (X，t):
[0043] 假設(shè)時(shí)間步長(zhǎng)為At，鋼板厚度為X，將鋼板從下表面開(kāi)始到上表面，劃分為j = 1，2,3···Ν層，j = 1為弟一層，即下表面，j = N為取后一層，即上表面，Δ χ」為j+Ι層和j 層之間的距離，則根據(jù)初始時(shí)刻t鋼板各層溫度求得的t+△ t時(shí)刻的各層溫度為：
[0044]
[0047] 其中，ft(N)和仁⑴分別為鋼板上、下表面的溫度； 1 由此可以得到鋼板在t時(shí)刻的平均溫度為：
[0049]
[0050] 其中，cPj為各層的比熱；f t(j)為板坯內(nèi)部溫度。
[0051] 本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法能夠在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ) 上，針對(duì)淬火爐中加熱鋼板的不同品種規(guī)格，準(zhǔn)確地在線調(diào)整熱處理的加熱工藝參數(shù)。
[0052] 另外，本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法避免了反復(fù)試湊的實(shí)驗(yàn)方 法，克服了周期長(zhǎng)、成本高且能源消耗大等缺點(diǎn)，其靈活性好且可靠性高。
[0053] 此外，本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法可以根據(jù)熱處理工藝的生 產(chǎn)需求，利用時(shí)間溫度等效模型和鋼板溫度模型，快速準(zhǔn)確地獲得優(yōu)化的加熱工藝參數(shù)，以 提升熱處理的質(zhì)量和提高熱處理的產(chǎn)量。
【附圖說(shuō)明】
[0054] 圖1為本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法在一種實(shí)施方式下的工 作流程圖。
[0055] 圖2為本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中的確定各段的爐溫設(shè) 定值（步驟4)的工作流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0056] 下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在 線調(diào)整方法做進(jìn)一步的解釋和說(shuō)明，但是該解釋和說(shuō)明并不對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案構(gòu)成不當(dāng) 限定。
[0057] 圖1示出了本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法在一種實(shí)施方式下 的工作流程。
[0058] 圖2則示出了本發(fā)明所述的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法中的確定各段爐 溫設(shè)定值（步驟4)的工作流程。
[0059] 本實(shí)施例中以高強(qiáng)度中碳調(diào)質(zhì)鋼板為例，該鋼板的化學(xué)成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)（wt. % ) 為：C (λ 47, Si (λ 31，Μη 0.67, S 0.03, Ρ (λ 031，Cr (λ l，Ni (λ 12,余量為鐵和其他不可避 免的雜質(zhì)。鋼板厚度X為30mm，鋼板長(zhǎng)度1為5m，淬火爐爐長(zhǎng)L為60. 11m，標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的 保溫溫度、為40min，標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的保溫溫度T 3為840°C，標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的鋼板運(yùn)行速度 V。為0. 6m/min，升溫時(shí)間t。為52min，鋼板在爐中的總的實(shí)際時(shí)間為92min。經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)熱處 理后的鋼板進(jìn)行水淬后獲得鋼板產(chǎn)品的硬度為43HRC。
[0060] 表1顯示了與該鋼板的材料密度和材料溫度相關(guān)的鋼板的熱物性參數(shù)，本領(lǐng)域的 技術(shù)人員可以根據(jù)材料密度和材料溫度確定鋼板的熱物性參數(shù)。
[0061] 表 1.
[0062]

[0063] 在本實(shí)施例中，為了提高生產(chǎn)線的產(chǎn)能及產(chǎn)品質(zhì)量，熱處理的保溫溫度修正量Δ T 設(shè)定為40°C。擴(kuò)散激活能Q為180000J/mol，氣體常數(shù)R為8. 3682J/g ·πι〇1 ·Κ。根據(jù)淬火 爐的狀態(tài)，將綜合輻射系數(shù)取值為1。
[0064] 將上述已知的標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的參數(shù)根據(jù)需要帶入到以下實(shí)施方式的步驟中。
[0065] 如圖1和圖2所示，在上述實(shí)施方式下的鋼板淬火爐加熱工藝在線調(diào)整方法包括 如下步驟：
[0066] 1)獲取熱處理的保溫溫度修正量Δ Τ，該保溫溫度修正量Δ T = 40°C ;
[0067] 2)根據(jù)保溫溫度修正量ΔΤ = 40°C，采用時(shí)間溫度等效模型，計(jì)算與經(jīng)過(guò)修正的 保溫溫度對(duì)應(yīng)的保溫時(shí)間，以使鋼板奧氏體化累積程度不變，采用該模型的計(jì)算過(guò)程 為： 「00681
[0069] 式中，ts為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的保溫時(shí)間，其為4〇!^11，1\為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的保溫溫度， 其為840 °C，= T s+ Δ T為修正后的保溫溫度，保溫溫度修正量Δ T為40 °C，= T s+ Δ T =840+40 = 880°C ;Q為擴(kuò)散激活能，其為180000J/mol ;R為氣體常數(shù)，其為8. 3682J/ g · mol · K ；
[0070] 3)根據(jù)保溫時(shí)間t。# = 20. 4588min和標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間t。= 52min，計(jì)算鋼板的運(yùn)行速度，通過(guò)以下模型來(lái)計(jì)算鋼板的運(yùn)行速度V :
[0071]
[0072] 其中，L為淬火爐爐長(zhǎng)，其為60. 11m ;1為鋼板長(zhǎng)度，其為5m ;
[0073] 4)在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度Τ_= 880°C和保溫時(shí) 間20. 4588min，采用鋼板溫度模型，通過(guò)迭代計(jì)算的方法，確定各段的爐溫設(shè)定值 (如圖2所示），其具體過(guò)程為：
[0074] 4a)將鋼板爐外放冷時(shí)的環(huán)境溫度25°C設(shè)為裝入淬火爐時(shí)的鋼板初始溫度，將鋼 板的升溫時(shí)間設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間t。，即升溫時(shí)間為52min，將鋼板升溫結(jié) 束的目標(biāo)溫度設(shè)為經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度Τ_= 880°C ;
[0075] 4b)計(jì)算鋼板在爐內(nèi)的升溫結(jié)束距離D :
[0076] W +
'
[0077] 式中，1為鋼板長(zhǎng)度，其為5m，L為淬火爐長(zhǎng)度，其60. 11為m，t。為升溫時(shí)間，其為 52min，t。#為保溫時(shí)間，其為20. 4588min ;
[0078] 4c)根據(jù)淬火爐每段的物理長(zhǎng)度及升溫結(jié)束距離D = 39. 55m，采用逼近的方法使 得D與各段長(zhǎng)度之和h+l2+. . . . . +ln最接近，以確定出升溫控制段的段數(shù)為η = 10 ;
[0079] 4d)根據(jù)初始爐溫和鋼板的初始溫度，采用鋼板溫度模型，按照一定的時(shí)間步長(zhǎng)， 進(jìn)行預(yù)報(bào)計(jì)算，獲得升溫結(jié)束距離D處的鋼板平均溫度/"，計(jì)算該平均溫度/τ與目標(biāo)溫度 的偏差ΔΤ = .其中初始爐溫在首次預(yù)報(bào)計(jì)算時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的爐溫， 5. 其如表2第三行所示，其中，鋼板溫度模型為：
[0080]
[0081] a ,，τ，λ為板坯導(dǎo)熱系數(shù)，其取值是本領(lǐng)域內(nèi)技
術(shù)人員已知的，可以根據(jù)表1索引獲得；〃 為導(dǎo)溫系數(shù)，其中c為比熱，其取值是本領(lǐng) CP 域內(nèi)技術(shù)人員已知的，可以根據(jù)表1索引獲得，P為密度，其取值是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員已知 的，可以根據(jù)表1索引獲得的取值為；fjx)為鋼板厚度方向的初始溫度分布；qup、qlm?分別 為鋼板上、下表面的熱流，其表達(dá)式分別為：
[0082]
[0083]
[0084] 其中，Tup gas為鋼板所在位置上部的爐氣溫度，T lOT gas為鋼板所在位置下部的爐氣 溫度，T〇p_.gas = ，^是升溫控制段的爐溫；分別為鋼板上、下表 面的溫度，其為可以測(cè)得的值，〇為玻爾茲曼物理常數(shù)，其為1.3806505\10-231/1(，％|5、 ε lmv分別為淬火爐上部和下部的綜合輻射系數(shù)，其取值均為1 ;
[0085] 利用差分方法求解f (X，t)，具體為：
[0086] 假設(shè)時(shí)間步長(zhǎng)為Δ t為30s ;鋼板厚度為X = 30mm，將鋼板從下表面開(kāi)始到上表 面，劃分為j = 1，2, 3. . . N層，j = 1為第一層，即下表面，j = N為最后一層，即上表面，Δ x]為j+1層和j層之間的距離，則根據(jù)初始時(shí)刻t鋼板各層溫度求得的t+Δ t時(shí)刻的各層溫 度為：
[0087]
[0090] 其中，ft(N)和ft⑴分別為鋼板上、下表面的溫度，也就是說(shuō)，f t(N)即為fup_sur，而 ft(l)則即為 flciw_s一
[0091] 由此可以得到鋼板在t時(shí)刻的平均溫度為：
[0092]
[0093] 其中，cP]為各層的比熱，其根據(jù)鋼板各層溫度由表1索引獲得，其對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)技 術(shù)人員是已知的；ft(j)，j = 1，2,... N為板坯內(nèi)部溫度；
[0094] 4e)將偏差Δ Τ'與一閾值ε (本實(shí)施例中取1)進(jìn)行比較：如果| Δ Τ' |彡ε，則 將各升溫控制段的爐溫(第一次迭代計(jì)算時(shí)，:=給定的標(biāo)準(zhǔn)工藝爐溫，即 為表2所示的標(biāo)準(zhǔn)工藝對(duì)應(yīng)的設(shè)定爐溫）；如果| ΔΤ' | > ε，則更新各升溫控制段的爐溫 Τ^ν=??+ΔΤ'//7,作為初始爐溫再次進(jìn)行步驟（4d)，直到滿(mǎn)足| ΔΤ' | < ε為止；其中感度 Tnolci n e (〇，ι)，本實(shí)施例中取n =0.5, Tgas為上一次計(jì)算時(shí)采用的初始爐溫。
[0095] 5)將鋼板的運(yùn)行速度V = 0. 76m/min和經(jīng)過(guò)上述步驟計(jì)算得到的調(diào)整后的各段的 爐溫設(shè)定值（詳見(jiàn)表2.)傳輸給控制器進(jìn)行控制，從而獲得硬度為44. 1HRC的鋼板產(chǎn)品。
[0096] 表2顯示了本實(shí)施例中經(jīng)過(guò)上述實(shí)施方式后所確定的各段的爐溫設(shè)定值與標(biāo)準(zhǔn) 加熱工藝中的各段的爐溫設(shè)定值的比較。
[0097] 表 2.
[0098]
[0099] 由表2可以看出，經(jīng)調(diào)整后的各段的爐溫設(shè)定值均高于標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝中的各段的 爐溫設(shè)定值，相應(yīng)地，在爐內(nèi)的保溫時(shí)間就會(huì)大幅度地縮減，由原來(lái)的40min減少為20min 左右，僅為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝所需的保溫時(shí)間的一半，從而也縮減了鋼板在爐中總的時(shí)間。與此 同時(shí)，鋼板產(chǎn)品的硬度有所提升，進(jìn)而提高了產(chǎn)線的鋼板產(chǎn)品的質(zhì)量。
[0100] 需要注意的是，以上列舉的僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例，顯然本發(fā)明不限于以上實(shí) 施例，隨之有著許多的類(lèi)似變化。本領(lǐng)域的技術(shù)人員如果從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或 聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于，包括步驟： 獲取熱處理的保溫溫度修正量； 根據(jù)所述保溫溫度修正量，采用時(shí)間溫度等效模型，計(jì)算與經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度對(duì)應(yīng) 的保溫時(shí)間，W使鋼板奧氏體化累積程度不變； 根據(jù)所述保溫時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間，計(jì)算鋼板的運(yùn)行速度； 在標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度、保溫時(shí)間，確定各段的爐溫設(shè) 定值； 將所述鋼板的運(yùn)行速度和所述各段的爐溫設(shè)定值傳輸給控制器進(jìn)行控制。2. 如權(quán)利要求1所述的鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于，所述時(shí)間溫 度等效模型為：式中，twt為與經(jīng)過(guò)修正的保溫溫度對(duì)應(yīng)的保溫時(shí)間，單位為min, t,為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的 保溫時(shí)間，單位為min, L為標(biāo)準(zhǔn)加熱工藝的保溫溫度，單位為：°C，T wt= 1\+Δ T為修正后 的保溫溫度，單位為：°C，Δ T為所述保溫溫度修正量；Q為擴(kuò)散激活能，J/mol ;R為氣體常 數(shù) 8. 3682J/g · mol · K。3. 如權(quán)利要求1所述的鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于，所述計(jì)算鋼 板的運(yùn)行速度的模型為：其中，L為澤火爐爐長(zhǎng)，單位為m ;1為鋼板長(zhǎng)度，單位為m ;t。為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的 加熱時(shí)間，單位為min ;twt為所述保溫時(shí)間，單位為min。4. 如權(quán)利要求1所述的鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于，采用鋼板溫 度模型，通過(guò)迭代計(jì)算的方法，確定所述各段的爐溫設(shè)定值。5. 如權(quán)利要求4所述的鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于，所述確定各 段的爐溫設(shè)定值的步驟包括： (1) 將鋼板爐外放冷時(shí)的環(huán)境溫度設(shè)為裝入澤火爐時(shí)的鋼板初始溫度，將鋼板的升溫 時(shí)間設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的加熱時(shí)間t。，將鋼板升溫結(jié)束的目標(biāo)溫度設(shè)為經(jīng)過(guò)修正的 保溫溫度Tcpt; (2) 計(jì)算鋼板在爐內(nèi)的升溫結(jié)束距離D :式中，1為鋼板長(zhǎng)度，單位為m ;L為澤火爐長(zhǎng)度，單位為m ;t。為升溫時(shí)間，單位為min ; 為保溫時(shí)間，單位為min ; (3) 根據(jù)澤火爐每段的物理長(zhǎng)度及升溫結(jié)束距離D，采用逼近的方法使得D與各段長(zhǎng)度 之和I1+I2+.....+1。最接近，W確定出升溫控制段的段數(shù)η ; (4) 根據(jù)初始爐溫和鋼板的初始溫度，采用鋼板溫度模型，按照一定的時(shí)間步長(zhǎng)，進(jìn)行 預(yù)報(bào)計(jì)算，獲得升溫結(jié)束距離D處的鋼板平均溫度/"，計(jì)算該平均溫度f(wàn)與目標(biāo)溫度Lpt 的偏差A(yù)T'= f-Tcpt。其中初始爐溫在首次預(yù)報(bào)計(jì)算時(shí)設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)熱處理工藝給定的爐溫； (5)將偏差ΔΤ'與一闊值ε進(jìn)行比較：如果|ΔΤ' I《ε，則將各升溫控制段 的爐溫增f作為最終的爐溫設(shè)定值；如果|ΔΤ' I > ε，則更新各升溫控制段的爐溫 Τ品w=Tj|^+Ar/w作為初始爐溫再次進(jìn)行步驟（4)，直到滿(mǎn)足I ΔΤ' I《ε為止；其中感度 η e (0，i)，I||f為上一次計(jì)算時(shí)采用的初始爐溫。6. 如權(quán)利要求5所述的鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于：所述鋼板溫 度模型為：其中：δ為板巧厚度的一半；λ為板巧導(dǎo)熱系數(shù)；為導(dǎo)溫系數(shù)，其中C為板巧的 比熱，Ρ為板巧的密度；fe(x)為鋼板厚度方向的初始溫度分布；q。。、qi。冷別為鋼板上、下 表面的熱流，其表達(dá)式分別為：其中，Tut,為鋼板所在位置上部的爐氣溫度；Tkugs為鋼板所在位置下部的爐氣溫度， T；P__ga, = Tfow_gas:=，T晉是升溫控制段的爐溫；fup S。,、fi。。分別為鋼板上、下表面的 溫度，σ為玻爾茲曼物理常數(shù)，ε up、ε 分別為澤火爐上部和下部的綜合福射系數(shù)。7. 如權(quán)利要求6所述的鋼板澤火爐加熱工藝在線調(diào)整方法，其特征在于，采用差分方 法求解f (X，t): 假設(shè)時(shí)間步長(zhǎng)為At,鋼板厚度為X，將鋼板從下表面開(kāi)始到上表面，劃分為j = l,2,3...N層，j = l為束一層，即下表面,j二N為巧后一層，即上表面，Δ Xj為j+1層和j 層之間的距離，則根據(jù)初始時(shí)刻t鋼板各層溫度求得的t+Δ t時(shí)刻的各層溫度為：其中，ft(腳和ft(i)分別為鋼板上、下表面的溫度； 由此可W得到鋼板在t時(shí)刻的平均溫度為：其中，Cpj為各層的比熱；f t(j)為板巧內(nèi)部溫度。
【文檔編號(hào)】C21D11/00GK105838869SQ201510020537
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年1月15日
【發(fā)明人】呂立華, 姜洪生, 鄧龍, 李偉, 施珂
【申請(qǐng)人】寶山鋼鐵股份有限公司