双辊薄带振动铸轧工艺控制及铸带性能研究
发布时间：2021-05-17 10:48
双辊薄带铸轧是当今世界上流程最短的一种热轧带钢生产技术,是一种绿色化的生产流程,具有省资源、低能耗、低排放、环境友好、投资少及操作成本低的天然优势。双辊薄带铸轧技术虽然得到了世界钢铁界的广泛重视,但仍需要不断完善以尽早全面实现工业化。在铸轧过程中,液态钢水从进入熔池开始凝固到经过结晶辊铸轧成带时间非常短,工艺参数的可控范围非常窄,参数的极小波动都可能对板带质量造成不利的影响。因此,需要对工艺参数进行实时准确的监测,并采取合适的策略对工艺参数进行精确的控制,以保证铸轧过程持续稳定和薄带质量。本文对双辊薄带振动铸轧过程的工艺控制及铸带性能等方面进行了研究,研究结果对振动铸轧工艺的工业化实现具有重要的理论意义和实用价值。本文针对振动铸轧过程的特点,采用数值模型方法对振动铸轧熔池内金属液进行了振动工况下的热-流-凝固耦合数值模拟,模拟分析了铸轧速度、浇铸温度、液位高度、辊缝大小及振动工况等因素对Kiss点位置的影响规律,为铸轧过程的铸轧力模型推导及工艺控制策略的研究奠定了理论基础。对振动铸轧过程的铸轧力模型进行开发时,首先采用仿真和实验的方式对塑性变形区按前滑区、后滑区及搓轧区进行了摩擦力及轧...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 双辊薄带铸轧工艺概述
1.2 双辊薄带振动铸轧理论的提出
1.3 双辊薄带振动铸轧技术研究现状及存在问题
1.4 双辊薄带振动铸轧熔池热-流-凝固耦合数值模拟研究现状
1.5 双辊薄带振动铸轧力模型研究现状
1.6 双辊薄带振动铸轧工艺监控系统和控制策略研究现状
1.6.1 工艺参数监控系统研究现状
1.6.2 工艺参数控制系统辨识研究现状
1.6.3 工艺参数控制策略研究现状
1.7 课题的来源、意义以及主要研究内容
第2章 振动铸轧工艺对Kiss点位置的影响分析
2.1 振动铸轧过程热-流-凝固耦合的基本假设
2.2 振动铸轧过程热-流-凝固耦合的控制方程
2.2.1 导热模型
2.2.2 流体动力学模型
2.2.3 湍流模型
2.2.4 凝固模型
2.2.5 动网格模型
2.3 振动铸轧凝固过程的熔融金属对流
2.4 振动铸轧热-流-凝固耦合数学模型的建立
2.4.1 几何模型及边界条件
2.4.2 铸轧辊振动条件
2.4.3 数值模拟参数
2.5 振动铸轧热-流-凝固耦合模拟结果分析
2.5.1 工艺参数对Kiss点位置的影响
2.5.2 机械振动对Kiss点位置的影响
2.6 本章小结
第3章 振动铸轧过程铸轧力模型研究
3.1 振动铸轧塑性变形仿真模拟
3.1.1 塑性变形仿真模型建立
3.1.2 塑性变形仿真结果分析
3.2 塑性变形仿真与实验结果对比
3.3 振动铸轧塑性变形区铸轧力模型推导
3.3.1 搓轧区比例系数计算
3.3.2 各区域单位轧制压力计算
3.3.3 各区域变形抗力
3.3.4 振动铸轧铸轧力模型的建立
3.4 铸轧力模型验证
3.5 本章小结
第4章 振动铸轧工艺控制策略研究及监控系统开发
4.1 双辊薄带振动铸轧设备及主要特点
4.2 双辊薄带振动铸轧工艺控制策略研究
4.2.1 铸带液压自动厚度控制(HAGC)策略
4.2.2 铸轧过程铸轧力自动控制(AFC)策略
4.2.3 铸轧过程Kiss点位置自动控制策略
4.2.4 铸轧过程开浇和稳定阶段的自动控制策略
4.3 双辊薄带振动铸轧液压与电气控制系统设计
4.4 双辊薄带振动铸轧监控系统设计
4.4.1 主要监测及控制参数分析
4.4.2 监控系统结构设计
4.4.3 监控系统硬件系统设计
4.4.4 监控系统开发平台
4.5 双辊薄带振动铸轧机监控系统功能开发
4.5.1 监控系统通讯模块
4.5.2 监控系统主监控模块
4.5.3 监控系统数据采集及分析模块
4.5.4 监控系统数据库管理模块
4.5.5 监控系统报警显示模块
4.6 本章小结
第5章 基于RBF神经网络的铸轧控制系统辨识及设计
5.1 RBF神经网络结构及原理
5.2 铸轧控制系统神经网络辨识设计
5.2.1 神经网络辨识结构设计
5.2.2 神经网络辨识模型类分析
5.2.3 神经网络辨识模型阶次分析
5.3 铸轧控制系统RBF神经网络参数训练算法
5.4 铸轧控制系统神经网络辨识样本设计与模型评价方法
5.4.1 神经网络辨识样本设计
5.4.2 神经网络模型评价方法
5.5 仿真结果及分析
5.5.1 仿真模型搭建
5.5.2 仿真及实验结果分析
5.6 基于RBF神经网络的自校正控制系统设计
5.6.1 自校正控制策略
5.6.2 自校正控制算法
5.7 基于RBF神经网络的自校正控制系统分析
5.7.1 自校正控制系统动态性能分析
5.7.2 自校正控制系统自适应能力分析
5.8 本章小结
第6章 双辊薄带振动铸轧的铸带性能实验研究
6.1 20CrMn钢双辊薄带振动铸轧实验
6.1.1 实验过程
6.1.2 实验结果与分析
6.2 铸带力学性能测试
6.2.1 实验过程
6.2.2 力学性能测试结果
6.3 铸带微观组织检测
6.3.1 铸带法向面金相组织对比图
6.3.2 铸带纵截面金相组织对比图
6.3.3 铸带横截面金相组织对比图
6.4 拉伸断口测试
6.4.1 断裂模式和断口微观形貌特征
6.4.2 铸带拉伸断口观测
6.5 第二相粒子研究
6.5.1 X射线能谱检测
6.5.2 第二相粒子动力学分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]定向凝固过程中镍基高温合金铸件的枝晶生长模拟（英文）[J]. 闫学伟,郭雄,刘艳领,巩秀芳,许庆彦,柳百成. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(02)
[2]双辊薄带连铸连轧技术的发展现状及未来[J]. 方园,张健. 宝钢技术. 2018(04)
[3]双辊铸轧三维冷却系统流热耦合温度场研究[J]. 廉法博,刘超,杨建,高明昕,宋华. 重型机械. 2018(02)
[4]双辊薄带振动铸轧机理及其仿真实验[J]. 杜凤山,孙明翰,黄士广,魏洁平,黄华贵,许志强. 中国机械工程. 2018(04)
[5]金属板材异步轧制力理论模型[J]. 刘宝龙,任廷志,何毅,蒋金水. 燕山大学学报. 2017(05)
[6]双辊薄带铸轧熔池近侧封板处流场与温度场研究[J]. 任青文,丁明凯,王岩伟,翟晓庆,杨振宇,郭娜娜,朱光明. 铸造技术. 2017(09)
[7]激光扫描加热铸轧辊套材料热疲劳性能测试[J]. 刘晓博,王之桐,李文. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[8]异步轧制搓轧区几何参数[J]. 汤德林,刘相华. 钢铁. 2015(04)
[9]基于MATLAB和IBA软件的轧制力系统辨识应用[J]. 李辉. 计算机光盘软件与应用. 2014(12)
[10]电磁-超声能场对3003铝合金铸轧组织和性能的影响[J]. 乐鹏,毛大恒,李建平,赵苏琨,扶宗礼. 中国有色金属学报. 2014(03)
博士论文
[1]微振幅双辊薄带铸轧理论与实验研究[D]. 吕征.燕山大学 2016
[2]薄带双辊铸轧凝固过程组织演变的数值模拟[D]. 黄锋.东北大学 2015
[3]双辊铸轧薄带钢液位控制、铸轧力模型及工艺优化的研究[D]. 曹光明.东北大学 2008
硕士论文
[1]基于径向基神经网络的机电系统精确模型辨识方法研究[D]. 刘建军.哈尔滨工业大学 2017
[2]双辊薄带振动铸轧数值模拟及实验研究[D]. 郭志远.燕山大学 2016
[3]基于CMAC神经网络的双辊铸轧力的研究[D]. 王超.辽宁科技大学 2016
[4]中厚板轧机液压AGC系统的控制研究[D]. 吕慧超.辽宁科技大学 2016
[5]双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究[D]. 雷振尧.燕山大学 2015
[6]振动对双辊薄带铸轧流场温度场影响的研究[D]. 孟哲儒.燕山大学 2014
[7]双辊薄带铸轧恒辊缝控制系统的研究[D]. 张威.辽宁科技大学 2014
[8]双辊薄带铸轧液压AGC系统的控制仿真研究[D]. 赵鑫.辽宁科技大学 2012
[9]双辊铸轧中熔池液位及轧制力的控制方法研究[D]. 韩哲.东北大学 2012
[10]双辊薄带振动铸轧过程仿真模拟及实验研究[D]. 李尧.燕山大学 2011
本文编号：3191629
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：146 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 双辊薄带铸轧工艺概述
1.2 双辊薄带振动铸轧理论的提出
1.3 双辊薄带振动铸轧技术研究现状及存在问题
1.4 双辊薄带振动铸轧熔池热-流-凝固耦合数值模拟研究现状
1.5 双辊薄带振动铸轧力模型研究现状
1.6 双辊薄带振动铸轧工艺监控系统和控制策略研究现状
1.6.1 工艺参数监控系统研究现状
1.6.2 工艺参数控制系统辨识研究现状
1.6.3 工艺参数控制策略研究现状
1.7 课题的来源、意义以及主要研究内容
第2章 振动铸轧工艺对Kiss点位置的影响分析
2.1 振动铸轧过程热-流-凝固耦合的基本假设
2.2 振动铸轧过程热-流-凝固耦合的控制方程
2.2.1 导热模型
2.2.2 流体动力学模型
2.2.3 湍流模型
2.2.4 凝固模型
2.2.5 动网格模型
2.3 振动铸轧凝固过程的熔融金属对流
2.4 振动铸轧热-流-凝固耦合数学模型的建立
2.4.1 几何模型及边界条件
2.4.2 铸轧辊振动条件
2.4.3 数值模拟参数
2.5 振动铸轧热-流-凝固耦合模拟结果分析
2.5.1 工艺参数对Kiss点位置的影响
2.5.2 机械振动对Kiss点位置的影响
2.6 本章小结
第3章 振动铸轧过程铸轧力模型研究
3.1 振动铸轧塑性变形仿真模拟
3.1.1 塑性变形仿真模型建立
3.1.2 塑性变形仿真结果分析
3.2 塑性变形仿真与实验结果对比
3.3 振动铸轧塑性变形区铸轧力模型推导
3.3.1 搓轧区比例系数计算
3.3.2 各区域单位轧制压力计算
3.3.3 各区域变形抗力
3.3.4 振动铸轧铸轧力模型的建立
3.4 铸轧力模型验证
3.5 本章小结
第4章 振动铸轧工艺控制策略研究及监控系统开发
4.1 双辊薄带振动铸轧设备及主要特点
4.2 双辊薄带振动铸轧工艺控制策略研究
4.2.1 铸带液压自动厚度控制(HAGC)策略
4.2.2 铸轧过程铸轧力自动控制(AFC)策略
4.2.3 铸轧过程Kiss点位置自动控制策略
4.2.4 铸轧过程开浇和稳定阶段的自动控制策略
4.3 双辊薄带振动铸轧液压与电气控制系统设计
4.4 双辊薄带振动铸轧监控系统设计
4.4.1 主要监测及控制参数分析
4.4.2 监控系统结构设计
4.4.3 监控系统硬件系统设计
4.4.4 监控系统开发平台
4.5 双辊薄带振动铸轧机监控系统功能开发
4.5.1 监控系统通讯模块
4.5.2 监控系统主监控模块
4.5.3 监控系统数据采集及分析模块
4.5.4 监控系统数据库管理模块
4.5.5 监控系统报警显示模块
4.6 本章小结
第5章 基于RBF神经网络的铸轧控制系统辨识及设计
5.1 RBF神经网络结构及原理
5.2 铸轧控制系统神经网络辨识设计
5.2.1 神经网络辨识结构设计
5.2.2 神经网络辨识模型类分析
5.2.3 神经网络辨识模型阶次分析
5.3 铸轧控制系统RBF神经网络参数训练算法
5.4 铸轧控制系统神经网络辨识样本设计与模型评价方法
5.4.1 神经网络辨识样本设计
5.4.2 神经网络模型评价方法
5.5 仿真结果及分析
5.5.1 仿真模型搭建
5.5.2 仿真及实验结果分析
5.6 基于RBF神经网络的自校正控制系统设计
5.6.1 自校正控制策略
5.6.2 自校正控制算法
5.7 基于RBF神经网络的自校正控制系统分析
5.7.1 自校正控制系统动态性能分析
5.7.2 自校正控制系统自适应能力分析
5.8 本章小结
第6章 双辊薄带振动铸轧的铸带性能实验研究
6.1 20CrMn钢双辊薄带振动铸轧实验
6.1.1 实验过程
6.1.2 实验结果与分析
6.2 铸带力学性能测试
6.2.1 实验过程
6.2.2 力学性能测试结果
6.3 铸带微观组织检测
6.3.1 铸带法向面金相组织对比图
6.3.2 铸带纵截面金相组织对比图
6.3.3 铸带横截面金相组织对比图
6.4 拉伸断口测试
6.4.1 断裂模式和断口微观形貌特征
6.4.2 铸带拉伸断口观测
6.5 第二相粒子研究
6.5.1 X射线能谱检测
6.5.2 第二相粒子动力学分析
6.6 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]定向凝固过程中镍基高温合金铸件的枝晶生长模拟（英文）[J]. 闫学伟,郭雄,刘艳领,巩秀芳,许庆彦,柳百成. Transactions of Nonferrous Metals Society of China. 2019(02)
[2]双辊薄带连铸连轧技术的发展现状及未来[J]. 方园,张健. 宝钢技术. 2018(04)
[3]双辊铸轧三维冷却系统流热耦合温度场研究[J]. 廉法博,刘超,杨建,高明昕,宋华. 重型机械. 2018(02)
[4]双辊薄带振动铸轧机理及其仿真实验[J]. 杜凤山,孙明翰,黄士广,魏洁平,黄华贵,许志强. 中国机械工程. 2018(04)
[5]金属板材异步轧制力理论模型[J]. 刘宝龙,任廷志,何毅,蒋金水. 燕山大学学报. 2017(05)
[6]双辊薄带铸轧熔池近侧封板处流场与温度场研究[J]. 任青文,丁明凯,王岩伟,翟晓庆,杨振宇,郭娜娜,朱光明. 铸造技术. 2017(09)
[7]激光扫描加热铸轧辊套材料热疲劳性能测试[J]. 刘晓博,王之桐,李文. 激光与光电子学进展. 2017(04)
[8]异步轧制搓轧区几何参数[J]. 汤德林,刘相华. 钢铁. 2015(04)
[9]基于MATLAB和IBA软件的轧制力系统辨识应用[J]. 李辉. 计算机光盘软件与应用. 2014(12)
[10]电磁-超声能场对3003铝合金铸轧组织和性能的影响[J]. 乐鹏,毛大恒,李建平,赵苏琨,扶宗礼. 中国有色金属学报. 2014(03)
博士论文
[1]微振幅双辊薄带铸轧理论与实验研究[D]. 吕征.燕山大学 2016
[2]薄带双辊铸轧凝固过程组织演变的数值模拟[D]. 黄锋.东北大学 2015
[3]双辊铸轧薄带钢液位控制、铸轧力模型及工艺优化的研究[D]. 曹光明.东北大学 2008
硕士论文
[1]基于径向基神经网络的机电系统精确模型辨识方法研究[D]. 刘建军.哈尔滨工业大学 2017
[2]双辊薄带振动铸轧数值模拟及实验研究[D]. 郭志远.燕山大学 2016
[3]基于CMAC神经网络的双辊铸轧力的研究[D]. 王超.辽宁科技大学 2016
[4]中厚板轧机液压AGC系统的控制研究[D]. 吕慧超.辽宁科技大学 2016
[5]双辊薄带振动铸轧振动工艺对凝固组织影响机理实验研究[D]. 雷振尧.燕山大学 2015
[6]振动对双辊薄带铸轧流场温度场影响的研究[D]. 孟哲儒.燕山大学 2014
[7]双辊薄带铸轧恒辊缝控制系统的研究[D]. 张威.辽宁科技大学 2014
[8]双辊薄带铸轧液压AGC系统的控制仿真研究[D]. 赵鑫.辽宁科技大学 2012
[9]双辊铸轧中熔池液位及轧制力的控制方法研究[D]. 韩哲.东北大学 2012
[10]双辊薄带振动铸轧过程仿真模拟及实验研究[D]. 李尧.燕山大学 2011
本文编号：3191629
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