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精品冷轧带钢智能高效生产核心技术研发及应用

成果编号
38654
完成单位
南京工程学院
完成时间
2019年
成熟程度
批量生产阶段
价格
面议
服务产业领域
装备制造
单位类别
其他高校
关注
科技计划 成果形式

省部级:

新技术
合作方式 参加活动
技术服务
第二届江苏产学研合作对接大会 2023年高校院所服务苏北五市产学研合作对接活动
专利情况
正在申请 ,其中:发明专利 23
已授权专利,其中:发明专利 0

成果简介

综合介绍
冷轧是板带钢生产的核心环节,直接面向汽车、电机、精密仪器等高端产品需求。冷轧过程的尺寸精度达微米级、动态响应达毫秒级、轧制速度每分钟达千米以上、工艺及质量参数达上千个,是最复杂的工业控制过程之一。我国高端冷连轧工艺与控制技术曾长期依赖进口,引进的三维尺寸、表面与轧制稳定性等核心控制软件均为“黑箱”,严重制约了高端产品开发和前沿技术创新,成为“卡脖子”问题。同时,工艺机理模型受制于简化性假设条件,难以支撑更高精度的控制需求;传统控制方式对于众多工艺参数的交叉耦合考虑不足,造成机架内与机架间控制过程的相互干扰,也限制了产品质量和生产线运行水平的进一步提升。
项目完成单位组成了产学研协同攻关团队,对经典机理模型与经验知识进行拓展,丰富了轧制过程的尺寸与稳定性控制理论;融合生产数据构建精准数字孪生模型,提升了复杂工况下的模型精度与适应能力;设计了工艺及质量参数协调控制方法,实现了轧制规程、轧辊制度、润滑制度等智能协调优化控制。研发出三维尺寸高精度控制、表面质量检测与调控、薄硬带钢高速稳定轧制、组织性能一体化调控等智能化创新技术,给出了精品带钢高效冷轧智能化控制全套解决方案并形成对外技术优势,满足了极薄厚度、更高精度、更优表面和更高速度的生产需求,开发出高品质电工钢、食品级镀锡板、高档汽车/家电板等系列高端产品,实现了基础理论创新-关键技术突破-高端产品研发的全链条创新。
创新要点
冷轧处于钢铁生产链的终端,直接面向汽车、电机、精密仪器等高端产品需求,是最复杂的工业控制过程之一。我国冷连轧工艺与自动化系统曾长期依赖进口,核心控制技术均为“黑箱”,成为高端产品研发和前沿技术创新的“卡脖子”问题,难以满足精品冷轧带钢极薄厚度、更高精度、更优表面和更高速度的生产需求。项目团队通过产学研协同攻关,发展了轧制过程的尺寸与稳定性控制理论,引入数据驱动方法提升了模型精度与适应能力,设计了工艺及质量参数协调控制方法,形成了三维尺寸高精度控制、表面质量检测与调控、薄硬带钢高速稳定轧制、组织性能一体化调控等系列智能化创新技术,生产出系列高质化冷轧产品。项目主要创新点如下:
    1.创建了三维尺寸多机架协调方法与精准控制信息物理系统。提出了非稳态轧制过程的动态自适应设定方法,形成了多机架厚度-张力协调控制新模式,有效抑制了非稳态厚度波动和机架间扰动;提出了数据与机理融合的板形调控功效系数获取新方法,创造性构建了板形控制信息物理系统。0.18mm极薄带钢的厚度精度小于±2.5μm,板形标准差小于7IU,优于引进控制系统控制水平。
    2.研发了表面微观形貌检测与差异化的轧制转印调控技术。研制出带钢表面及轧辊表面微观形貌检测装置,揭示了高端功能性钢板的印铁美观性、冲压储油性和涂镀层粘附性与表面微观形貌的对应关系,动态优化了轧制工艺与轧辊服役制度,将各类高端冷轧带钢的表面微观形貌符合率提升至95%以上。
    3.开发出关键设备健康状态与轧机稳定状态评估成套技术。设计了轧机轴承、齿轮箱等关键设备故障诊断与健康度预测评估方法,提出了多参数耦合的轧制稳定性数学判据,形成了通过张力、润滑等工艺自适应调整而不降速的振动抑制策略。实现了0.18mm薄硬带钢1450m/min的高速稳定轧制,突破了国内外同等产线1200m/min的速度极限。
    4.形成了高端冷轧带钢生产全流程一体化组织性能控制技术。通过柔性化、模块化方案配置,实现普冷、热镀锌和电镀锡钢板集约化生产,生产效率提升10%以上。自主创新无取向硅钢组织性能控制共性关键技术与个性化定制解决方案。开发出高品质电工钢、食品级镀锡板、高档汽车/家电板等50余支高端冷轧产品,替代国外同类产品,出口韩国、意大利等。
技术指标
基于上述技术自主创新,项目团队研发出精品冷轧带钢智能高效生产核心技术,实现了三维尺寸、带钢表面与轧制稳定性的高精度控制,开发出系列化高端冷轧产品。选取代表国际先进水平的PRIMETALS、TMEIC等控制技术集成商,以及日本JFE、韩国浦项等高端产品供货商。(1)带钢三维尺寸控制	多机架厚度-张力综合模型,板形精准解析模型;多执行机构与多机架综合协调优化控制方式。传统机理模型:除TMEIC采用单机架厚度与张力协调控制之外,均为单质量指标独立控制。(2)表面微观形貌控制:表面微观形貌检测装置,功能性钢板表面参数描述体系;面向不同需求的差异性微观形貌控制技术。通用的表面微观形貌参数描述指标;功能性钢板表面微观形貌控制技术未见报道。(3)轧制稳定性控制	提出轧机振动模型进行稳定性判定;通过工艺调整抑制振动	基于经验进行稳定性判定;通过降速抑制振动。(4)高端冷轧产品开发:50W470高品质电工钢免常化工序,短流程一贯制生产	50W470。高品质电工钢热轧-常化-冷轧-退火,长流程工艺生产。
其他说明

                                    

完成人信息

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