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发动钢铁绿色制造的“引擎”

日期:2014-09-13 16:19

  当前,我国钢铁工业面临着资源、环境的制约,铁矿石和微合金主要依赖进口,在钢材品种质量方面又存在着产品档次低、同质化、无特色且严重供大于求的问题。钢铁企业今后将面临更加严峻的形势,而改善的对策之一,就是以热轧过程为切入点实现绿色化轧制,通过轧制过程的合理设计,达到节省资源和能源,减少排放,开发低成本、高性能钢铁产品的目的。同时,对于板带材组织性能和内部缺陷的在线检测技术和质量模型与板带的控制问题也在绿色制造中起到重要的作用。

  为此,由中国钢铁工业协会组织,东北大学牵头并联合北京科技大学共同承担了“十二五”国家科技支撑计划课题———钢铁行业绿色制造关键技术集成应用示范,目前已取得了阶段性的进展。

  两大课题助力高性能板带绿色制造

  该支撑计划课题共包含热轧板带钢新一代TMCP装备及工艺技术以及高性能板带产品在线质量测控装备和关键技术这两个子课题。

  热轧板带钢新一代TMCP装备及工艺技术开发与应用。其总体目标是:开发出具有我国自主知识产权的大型热连轧机生产线新一代 TMCP(Thermo Mechanical Control Process,热机械控制工艺)关键装备与技术———轧后超快速冷却系统成套技术装备,并针对热轧板带钢典型产品如普碳、高强、管线等品种,研究开发并实际应用以超快速冷却为核心的新一代TMCP工艺技术。此项目的研究内容包括:

  第一,新一代TMCP超快速冷却装备开发:研究板带钢的新型高强度均匀化冷却机理,热轧板带钢超快速冷却大型喷嘴结构开发及合理配置,开发出满足大型热轧带钢生产线板带钢新一代TMCP所需的轧后超快速冷却技术及装备。

  第二,基于超快冷的新一代TMCP控制冷却自动化系统开发:热轧带钢基于超快速冷却的新型轧后冷却控制模型建立,实现超快冷冷却与原有层流冷却设备、工艺以及板带钢冷却过程中温度控制的无缝衔接,开发基于超快冷冷却工艺、面向升速轧制的新一代轧后冷却控制系统。

  第三,新一代TMCP条件下热轧带钢典型产品资源节约型生产工艺技术开发:开发出普碳、高强、管线等热轧带钢典型产品,以“节约型成分设计、减量化轧制工艺”为核心的品种工艺开发及研究,开发出满足工业化大批量连续稳定生产要求的热轧板带钢典型产品和相关轧制及冷却工艺技术。

  高性能板带产品在线质量测控装备和关键技术。即围绕高性能板带产品在线质量测控装备和关键技术,开展技术原理、实验方案和设备集成研究开发。其目标是研究开发基于X射线衍射技术和激光超声技术的金属板带组织结构、力学性能和内部缺陷的在线检测技术和装备,应用于国家板带中心实验基地,形成产业化集成示范平台。此项目的研究内容包括:

  第一,激光超声技术在线检测板带内部缺陷和力学性能。激光超声技术在线检测的范围包括内部裂纹、夹渣、皮下气泡和结疤等。由于传统的激光超声检测技术存在离线检测、检测效率低、检测结果滞后等问题,该项目针对这种情况研究的项目关键点是:激光超声检测能够在高温、振动等复杂环境下实现特征提取、多点数据融合,并开发新的模式识别方法等。

  第二,X射线衍射技术在线检测板带组织性能。传统板带组织性能的检测方法是静态、离线的,而且是破坏式的拉伸、冲压检测。新型的X射线衍射技术在线检测的优点在于在线、全程、实时的无损检测。该项目的重点是采集多衍射数据、二维图像处理、二维衍射花样诠释技术和织构计算等。

  第三,产品质量非线性统计建模、优化与控制技术。现场的数据检测不是单变量的线性函数,而是多变量的数据和非线性函数的耦合。因此,该项目主要通过非线性统计、核函数耦合等方法研究钢材的质量建模、质量预测、质量的监控与诊断和产品质量控制。

  关键目标聚焦高精度、高强度和低消耗

  钢铁行业绿色制造关键技术集成应用示范课题主要考核目标包括以下几个方面。

  装备开发和示范装置:开发新一代TMCP超快速冷却装备,热轧带钢轧后冷却速度达到300℃/s(厚度规格为3mm~4mm的带钢);开发出我国新一代轧后冷却自动控制系统,超快冷出口温度控制精度为带钢目标温度的±20℃(控温偏差),全长命中率达到90%以上,卷取温度控制精度为带钢全长目标温度的±20℃(控温偏差),命中率达到90%以上,控温精度达到国际先进水平;开发X射线衍射在线检测工业示范装置,织构及塑性应变比(r)值的在线检测结果偏差小于±15%,检测精度达到国际领先水平;开发激光超声在线检测试验装置,完成普碳钢、IF钢等冷轧板带表面和内部裂纹、夹杂等缺陷的在线测量与定位,激光超声检测冷轧板带内部裂纹缺陷的精度达到500μm。

  生产工艺技术开发:新一代TMCP条件下的典型产品如普碳钢、高强钢、管线钢等热轧板带钢的资源节约型生产工艺技术,在保持或提高板材材料塑韧性和使用性能的前提下,典型产品如普碳钢、高强钢、管线钢等系列高性能热轧板带钢产品强度指标提高80MPa~100MPa,或钢中主要合金元素节省用量 20%~30%。

  板带生产测控数据平台集成示范:X射线衍射设备完成中试线的示范集成,确保在线检测集成系统的有效性,在线测量结果与离线检测结果的偏差小于±15%。

  此外,该项目旨在形成和建立首钢迁安2160mm热轧板带钢以超快速冷却为核心的新一代TMCP生产技术产业化生产示范线。

  课题研究取得阶段性进展

  目前,课题研究已经取得了阶段性进展:首先,超快冷装备及自动化系统正式投产。2012年11月15日,2160mm热轧带钢超快冷系统完成热负荷试车工作,课题开发的超快冷装备及自动化系统正式投入实际生产。

  其次,X射线衍射板带组织性能在线检测技术取得进展,完成了织构在线检测技术的设备选型和设计,设计了织构在线检测装置。

  再其次,激光超声板带内部缺陷和力学性能的非接触检测获得一定的成果,完成了缺陷检测技术调研和分析,确定了激光超声检测的方案,完成了激光超声非接触检测技术的设备选型和检测方案设计。

  此外,板带生产过程测控数据分析与平台集成进展顺利,完成了数据平台框架设计、数据仓库的建立、热轧带钢头部拉窄原因分析及热轧带钢自适应聚类分析。

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