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机械设计与制造 2025年第4期 121-125页

作者：张延胜张瑞李振垒袁国东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

控制冷却技术作为提高热轧钢材性能最有效的手段,已经广泛应用于板材领域,成为提高产品性能及正常生产必不可少的工艺环节。因钢管环形断面特征,冷却均匀性控制难度大,在线冷却还未在无缝钢管领域得到广泛应用,高冷却强度及冷却均匀性... 详细信息

控制冷却技术作为提高热轧钢材性能最有效的手段,已经广泛应用于板材领域,成为提高产品性能及正常生产必不可少的工艺环节。因钢管环形断面特征,冷却均匀性控制难度大,在线冷却还未在无缝钢管领域得到广泛应用,高冷却强度及冷却均匀性直接决定无缝钢管在线冷却应用的成败。通过建立环形射流冲击冷却钢管有限元模型,利用正交试验研究了喷嘴直径、射流流量、倾斜角度以及射流数目对钢管冷却特性的影响规律。通过分区域表征平均换热系数表明,合理匹配射流流量与喷嘴直径可将各区域平均换热系数极差控制在1000W/(m^(2)K)。通过数值模拟与实验研究,确定最优参数范围为:喷嘴直径(3~4)mm,射流流量(6~8)L/min,倾斜角度(0~10)°,射流数目(8~12)束。基于实验研究,建立了钢管平均冷却速率与各因素的非线性数学模型,为钢管在线冷却喷嘴的设计及均匀化冷却提供了理论支撑。

关键词：热轧无缝钢管射流冲击湍流强度换热系数

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热轧无缝钢管生产作业计划研究

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系统仿真学报 2003年第9期15卷 1291-1293页

作者：李建祥唐立新庞哈利王梦光东北大学系统工程研究所沈阳110004

某钢管企业现有计划工作完全由手工完成,计划不够及时准确。ERP虽然能够有效改善企业的生产作业性能,但因热轧无缝钢管生产具有复杂生产工艺和多品种小批量的特点,使得该企业引进的ERP软件其标准计划流程又不完全适用于钢管企业的生产... 详细信息

某钢管企业现有计划工作完全由手工完成,计划不够及时准确。ERP虽然能够有效改善企业的生产作业性能,但因热轧无缝钢管生产具有复杂生产工艺和多品种小批量的特点,使得该企业引进的ERP软件其标准计划流程又不完全适用于钢管企业的生产作业计划和实际。本文对该企业的现有手工计划流程进行了分析,对生产作业计划流程进行了重新设计,指出钢管生产作业计划实质是组批、划分炉次和确定各炉次的生产日期(班别),并提出了组批的原则以及划分炉次和确定各炉次的生产日期(班别)的方法与公式。

关键词：热轧无缝钢管生产作业计划 ERP BPR

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考虑工艺路线的热轧无缝钢管订单排程方法

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计算机集成制造系统 2016年第10期22卷 2355-2362页

作者：吴子轩李铁克王柏琳北京科技大学东凌经济管理学院北京100083 钢铁生产制造执行系统技术教育部工程研究中心北京100083

为解决热轧无缝纲管在多工艺路线下的订单排程问题,将工艺路线因素引入热轧钢管订单排程中,建立了以合理的工艺路线切换、最小化机器设备调整和准时制生产为优化目标的约束满足模型,并设计了求解算法。该算法根据模型特征,提出基于降序... 详细信息

为解决热轧无缝纲管在多工艺路线下的订单排程问题,将工艺路线因素引入热轧钢管订单排程中,建立了以合理的工艺路线切换、最小化机器设备调整和准时制生产为优化目标的约束满足模型,并设计了求解算法。该算法根据模型特征,提出基于降序最佳适应的约束满足算法和基于约束的聚类算法,对订单进行整理并形成初始轧制计划;设计了两种批次交换搜索算法,分别对单日内及日间的初始轧制批次进行排程优化。通过基于实际订单数据的实验讨论了上述算法两两组合的求解效果和各自的适用情况,验证了模型和算法的可行性和有效性。

关键词：订单排程热轧无缝钢管工艺路线约束满足

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热轧无缝钢管排产计划研究

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控制与决策 2004年第2期19卷 238-240页

作者：李建祥唐立新庞哈利王梦光东北大学信息科学与工程学院辽宁沈阳110004

以轧管厂为核心,设计出6条排产规则实现了轧管厂的优化排产,并提出一种启发式的排产方法,在保证炼钢厂(管加工厂)生产计划可行的前提下,尽可能地实现炼钢厂(管加工厂)的优化排产,从而在一定程度上实现了热轧无缝钢管的整体优化排产.

关键词：热轧无缝钢管排产计划优化

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热轧无缝钢管在线组织调控技术的研究与应用

热轧无缝钢管在线组织调控技术的研究与应用

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作者：刘晓瑾东北大学

学位级别：博士

本论文以宝钢烟台PQF460热轧无缝钢管在线冷却装备及自动化控制系统开发项目为背景,针对热轧无缝钢管在线组织性能调控所涉及的冷却技术开发、组织调控机制研究过程中的关键技术和重点问题,结合理论研究、实验室实验、中试验证、工业化... 详细信息

本论文以宝钢烟台PQF460热轧无缝钢管在线冷却装备及自动化控制系统开发项目为背景,针对热轧无缝钢管在线组织性能调控所涉及的冷却技术开发、组织调控机制研究过程中的关键技术和重点问题,结合理论研究、实验室实验、中试验证、工业化技术开发与应用进行了系统研究。作为主要完成人,开发出热轧无缝钢管领域首台套控制冷却工业化技术与装备,并结合热轧无缝钢管高温轧制特点,参与了高温轧制条件下的组织调控机制的研究工作。将相关研究应用于实际生产,取得良好效果。作者的主要研究内容和成果如下: (1)水冷过程的流场特性是换热机制研究的基础。针对环形断面钢管水冷过程的流场特性,采用实验与数值模拟方法,系统分析了环形断面高温管材水冷过程的流场特性,指出钢管内外壁表面的流场特性不同,冷却水冲击至钢管外壁表面,轴向与周向方向的湍流动能分布差异逐渐增大,呈各向异性特点;钢管外壁表面更多的形成射流冲击冷却区,呈射流冲击特性;钢管内壁呈层流冷却特性。 (2)针对热轧无缝钢管定径后冷却过程的换热机制研究较少,换热特性未得到系统阐明的情况,提出并建立了高温钢管冷却过程的内外壁表面换热区,指出热轧无缝钢管水冷换热过程具有非对称性特点,即外表面主要以射流冲击换热、壁面对流换热为主;内壁表面主要以膜态沸腾换热和壁面对流热传导换热为主。在此分析基础上,提出选用有压冷却水作为热轧无缝钢管控制冷却的冷却介质,外壁实现射流冲击换热,内壁尽可能减少膜态沸腾换热,是高温钢管实现高强度均匀化冷却有效途径。 (3)采用有限元ANSYS模拟了喷环不同进水方式、喷环结构等因素对喷水系统流量分布的影响。根据模拟结果,进水方式对整体式喷环结构周向冷却水流量的影响很小;半环结构与整体式喷环结构相比,法向进水方式冷却水量分布明显优于竖向进水方式,可以改善喷环周向喷嘴出流均匀性。进一步结合中试实验验证,为热轧钢管控制冷却喷环结构的开发设计提供了参考。 (4)结合高温管材水冷过程的换热特点,采用有限元方法,对高温钢管水冷过程的温度场进行了模拟分析,揭示了内外壁不同换热系数下的钢管厚度方向的温度分布。研究表明,受内外壁换热机制不同的影响,管材厚度方向的温度分布也具有非对称性,即钢管内、外壁表面至厚度1/2处节点的温度分布差异明显。结合钢管内壁表面的换热机制分析,提高内壁冷却强度是钢管实现均匀冷却的重要途径。对于厚壁钢管,采用间歇式冷却方式能够使钢管内外壁表面与中心的温度差进一步减小。温度场的分析为管材控制冷却工业化装备总体技术方案的制定提供了理论参考,并在此基础上,开发集成出控制冷却系统设备。 (5)针对热轧L360管线管轧制后轧态组织易于出现魏氏组织,力学性能差的问题,研究了轧后控制冷却工艺对L360管线管组织与性能的影响。研究表明,终轧温度为1010℃～920℃之间,实验钢显微组织均为铁素体和珠光体,随着终轧温度的升高,实验钢屈服强度降低,而抗拉强度升高。当终轧温度≤920℃时,可明显抑制不良组织形成,0℃冲击功达到165J。终轧温度1000℃,控冷至725℃,实验钢屈服强度456MPa,抗拉强度614MPa,屈强比0.74,伸长率29.3%,0℃冲击功42J;进一步控冷至650℃,冲击功提高至186J。 (6)结合热轧无缝钢管控制冷却工艺,引入钛微合金化技术,研究了钛微合金化对管材典型产品组织性能的影响。研究结果表明,16Mn实验钢进行钛微合金化处理后铸态、缓冷态、控冷态组织均有细化效果;析出相阻碍高温下奥氏体粗化,同时细化相变后的铁素体珠光体组织,韧塑性提升明显。25Mn2实验钢进行钛微合金化处理后,加热温度对性能基本无影响;高/低温变形下晶粒尺寸均较小,未出现明显性能波动。在实验室研究基础上,选择基础的16Mn材质钢管为代表,进行在线控冷钛微合金化钢管工业试制。结果表明,新产品性能良好,冲击韧性大幅提升,为高性能热轧钢管的开发提供了全新工艺手段。 (7)将热轧无缝钢管在线控制冷却技术与装备应用于典型产品的工业化生产用,为产品组织性能在线调控提供了有效的工艺技术手段。应用于量大面广的套管、管线管、结构管等典型产品,实现了产品的减量化生产。经工业试制及批量生产应用,钢管控温精度高、冷却均匀、控冷及直接淬火后管形良好,产品性能优良,各项指标满足要求。本论文的研究成果,针对热轧无缝钢管在线组织性能调控所必须的控制冷却技术、高温热轧工艺下的组织调控机制进行开发研究和实际应用,具有很强的实用性,所开发的控制冷却工业化技术与组织调控工艺已成功用于宝钢烟台鲁宝钢管有限责任公司PQF460产线,满足了实际生产需要,取得了显著效益。

关键词：热轧无缝钢管在线组织调控控制冷却流场特性换热机制喷环结构温度场钛微合金化

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热轧无缝钢管壁厚精度控制策略与方法

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中国冶金 2020年第11期30卷 53-59页

作者：吕庆功许文婧秦子北京科技大学高等工程师学院北京100083

热轧无缝钢管壁厚精度取决于生产工艺和装备水平,同时也与质量控制策略和方法密切相关。针对热轧无缝钢管的典型三工序变形工艺,基于生产实践和试验数据对无缝钢管壁厚精度的控制策略与方法进行了应用研究。研究表明,热轧无缝钢管壁厚... 详细信息

热轧无缝钢管壁厚精度取决于生产工艺和装备水平,同时也与质量控制策略和方法密切相关。针对热轧无缝钢管的典型三工序变形工艺,基于生产实践和试验数据对无缝钢管壁厚精度的控制策略与方法进行了应用研究。研究表明,热轧无缝钢管壁厚精度沿着三个变形工序具有遗传性;甄选有效控制因素且建立控制因素、影响特点与壁厚精度指标的对应关系,是实施壁厚精度控制的工艺基础;控制点设置不足且各控制点之间没有建立数据关联,是热轧无缝钢管壁厚精度控制水平受到局限的重要原因之一;控制图在热轧无缝钢管壁厚精度控制中的应用还有较大挖掘空间,将控制图与在线自动检测和智能分析技术相结合是重要发展方向。

关键词：热轧无缝钢管壁厚精度质量控制控制点控制图

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热轧无缝钢管射流冲击冷却特性研究

热轧无缝钢管射流冲击冷却特性研究

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作者：张延胜东北大学

学位级别：硕士

控制冷却技术作为提高热轧钢材性能的有效手段,已经广泛应用于热轧板带钢、型钢、棒线材等领域,在提高产品性能方面发挥了重要作用。因钢管环形断面特征,冷却均匀性控制难度大,在线冷却还未在无缝钢管领域广泛应用,高冷却强度及冷却均... 详细信息

控制冷却技术作为提高热轧钢材性能的有效手段,已经广泛应用于热轧板带钢、型钢、棒线材等领域,在提高产品性能方面发挥了重要作用。因钢管环形断面特征,冷却均匀性控制难度大,在线冷却还未在无缝钢管领域广泛应用,高冷却强度及冷却均匀性直接决定无缝钢管在线冷却应用的成败。本课题以热轧无缝钢管射流冲击冷却特性为主要研究对象,通过数值模拟与实验分析了钢管冷却过程流场分布特点与温度场变化规律,研究了不同工艺参数对钢管冷却特性的影响,明确了钢管非对称冷却特性,为热轧无缝钢管在线控制冷却工艺提供了理论支撑。主要研究内容与结果如下: (1)针对热轧无缝钢管冷却过程换热特点,采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了环形断面高温管材内壁/外壁水冷过程流体流动特性及冷却过程换热规律。首先,明确了钢管外表面换热机制为单相强制对流换热与壁面对流换热,内壁换热机制为大量膜态沸腾换热及少量壁面对流换热兼具向环境辐射与对流换热。其次,通过正交试验获取了射流流量、射流数目、喷嘴直径、倾斜角度对钢管表面流场与温度场的影响规律,分析了钢管外壁冷却过程的非对称冷却特性;明确了射流流量与射流数目是影响钢管冷却效率的关键因素,通过将喷嘴直径/射流流量(D/Q)控制在0.5～1,可有效改善圆周方向的冷却均匀性。 (2)通过控制变量法针对不同工艺参数对静止状态下热轧无缝钢管冷却特性的影响规律开展研究。首先,采用数值分析法,对多束射流冷却条件下无缝钢管圆周方向冷却强度进行研究,对比了不同位置平均换热系数分布规律;在此基础上,通过调整不同位置喷嘴射流速度将平均换热系数极差控制在1000 W/(m2K),获得了改善钢管圆周方向冷却均匀性的方法。其次,通过研究圆周方向温度及换热系数分布规律,明确了钢管顶部、底部、左侧、右侧不同位置处射流倾角对冷却特性的影响,确定具有最佳冷却效果的喷射倾斜角度范围为0～10°。最后,基于研究获得了射流速度、冷却水温及钢管外径/壁厚尺寸等因素对冷却效果的影响规律。 (3)采用正交试验及数值分析法,对运动状态下关键工艺参数对钢管表面温度场的影响开展研究。首先,针对钢管轴向布置的两束射流,获得了轴向运行速度、射流间距及旋转速度对钢管表面换热特性及螺旋纹分布的影响规律。其次,依据研究结果,构建了钢管表面温降与轴向运行速度、旋转速度、以及射流间距的数学模型,模型计算误差控制在10%以内;最后,获得了在该工艺条件下钢管最佳冷却工艺参数为:轴向运行速度0.5 m/s,旋转速度为30～45 rpm,间距75～100 mm。 (4)开展了钢管射流冲击冷却实验,验证了数值模拟中相关工艺参数对钢管冷却特性的影响规律。首先,通过研究圆周向不同射流数目对钢管温降的影响特性,验证了射流数目对钢管换热特性的影响规律;基于正交试验平均冷却速率分析,确定最佳喷嘴直径为3～4mm,射流流量为6～8L/min,倾斜角度为0～10°,射流数目为8～12束,实验所得结论与数值模拟一致。其次,基于正交试验统计的平均冷却速率,建立了钢管平均冷却速率数学模型,模型预测值与实验结果误差控制在15%以内,具有较高预测精度。

关键词：热轧无缝钢管射流冲击冷却非对称冷却冷却机制均匀化冷却

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热轧无缝钢管生产计划系统

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冶金自动化 2003年第5期27卷 44-47页

作者：李建祥唐立新庞哈利吴会江东北大学系统工程研究所东北大学系统工程研究所辽宁沈阳110004

对热轧无缝钢管生产的特点进行了分析,在此基础上,研制开发了热轧无缝钢管生产计划系统。该系统包括数据管理、月计划编制、生产作业计划编制和计划滚动4个模块。数据管理模块实现计划数据与基础数据的集成以及数据的及时更新;月计划编... 详细信息

对热轧无缝钢管生产的特点进行了分析,在此基础上,研制开发了热轧无缝钢管生产计划系统。该系统包括数据管理、月计划编制、生产作业计划编制和计划滚动4个模块。数据管理模块实现计划数据与基础数据的集成以及数据的及时更新;月计划编制与生产作业计划编制模块使计划工作程序化,实现计划的快速有效编制;计划滚动模块及时响应信息的变更,实现计划的滚动编制。

关键词：热轧无缝钢管生产计划生产作业计划滚动计划

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热轧无缝钢管在线冷却控制系统的开发及应用

热轧无缝钢管在线冷却控制系统的开发及应用

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作者：廖力东北大学

学位级别：硕士

本文以烟台宝钢钢管有限公司PQF460热轧无缝钢管在线控制冷却技术及自动化系统开发为背景,针对定径后新增控冷装备的自动化控制系统开展研究工作。基于轧线新增的在线控制冷却装备,对其基础自动化主要工艺功能控制方法、钢管冷却过程的... 详细信息

本文以烟台宝钢钢管有限公司PQF460热轧无缝钢管在线控制冷却技术及自动化系统开发为背景,针对定径后新增控冷装备的自动化控制系统开展研究工作。基于轧线新增的在线控制冷却装备,对其基础自动化主要工艺功能控制方法、钢管冷却过程的换热系数、温度场特点以及冷却策略等进行了较为系统的研究和分析,将相关研究成果应用于生产实践,取得了较好的应用效果。本文主要研究内容和成果如下:(1)基于烟宝PQF460热轧无缝钢管在线冷却设备,根据控制冷却工艺要求,开发出热轧无缝钢管位置跟踪控制方法,实现了最快42秒生产节奏要求的位置准确跟踪控制,实际应用表明,每秒位置跟踪误差小于0.2m;在此基础上,现场实践证明,开发的在线控制冷却基础自动化控制系统运行稳定,满足产线快节奏生产的控制要求。(2)依据传热学理论,建立了钢管在线冷却过程的热传导微分方程。结合烟宝PQF460热轧无缝管生产线实测数据,结合有限元数值模拟分析,获得了钢管在冷却过程中的平均换热系数。计算结果表明:钢管控制冷却过程中,其外壁平均换热系数最高可达8000 W/(m2*K);内壁平均换热系数波动较小,在100-300 W/(m2*K)之间。(3)结合获得的热轧无缝钢管在线冷却过程的换热系数,利用有限元模拟,分析了冷却过程中钢管厚度方向上的温度分布规律。分析表明:钢管壁厚在15mm以下时,钢管厚度方向温度梯度不大;壁厚在20mm以上时,钢管厚度方向已表现出较大的温度梯度。因此,钢管控制冷却过程中厚度方向上的冷却均匀性是热轧无缝钢管在线冷却路径控制需要考虑的重要因素。(4)制定合理的控制冷却策略,实现不同厚度规格热轧无缝钢管的均匀化控制冷却,是产品组织性能调控的内在要求。为此,结合不同的冷却路径条件下的钢管厚度方向的温度梯度分析,开发出热轧无缝钢管的三种冷却控制策略:连续冷却方法、稀疏冷却及间歇冷却方法,满足了外径200～457mm范围内,最厚60mm的钢管控制冷却需求。(5)将上述研究成果应用于实际生产,取得了良好的应用效果。生产实践表明,开发的热轧无缝钢管在线控制系统运行稳顺,钢管冷后温度控制精度为±20℃,满足多规格产品的控温需求,冷后产品满足相关性能指标要求。热轧无缝钢管控制冷却成套装备与工艺技术投入使用以来,在产品组织调控、改善产品综合力学性能,工艺减量化方面成效显著。

关键词：热轧无缝钢管在线冷却自动控制换热系数温度场冷却策略

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热轧无缝钢管在线热处理工艺组织性能调控研发技术进展

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钢管 2018年第1期47卷 30-34页

作者：袁国康健李振垒王国栋东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

传统无缝钢管热轧生产过程中,轧后采用空冷方式冷却至室温,缺乏有效的在线组织调控手段,需依赖添加较多的合金元素或后续热处理工序控制性能。介绍当前开发成功的热轧无缝钢管控制冷却技术开发应用进展,以及在改善和调控组织形态、组织... 详细信息

传统无缝钢管热轧生产过程中,轧后采用空冷方式冷却至室温,缺乏有效的在线组织调控手段,需依赖添加较多的合金元素或后续热处理工序控制性能。介绍当前开发成功的热轧无缝钢管控制冷却技术开发应用进展,以及在改善和调控组织形态、组织细化、冷却路径控制等方面的应用情况。同时,针对目前热轧无缝钢管生产过程中的组织调控,提出在铸坯质量提升、细晶均质化等领域将是进一步开展相关研究的重点。以控制冷却技术为核心,优化成分设计,综合运用强化机制,将有望形成基于全流程组织性能调控的全新生产工艺技术体系,可更加充分挖掘材料潜力,最终实现热轧钢管产品质量的全面提升及减量化制造。

关键词：热轧无缝钢管控制冷却组织调控性能

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