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  • 仿真模型技术在钢铁冶金领域的应用

    来源:www.fuzhou1998.cn 发布时间:2019-11-02

    在钢铁冶金领域,仿真模型和过程控制辅助模型是最广泛使用的两种模型技术。

    模拟模型使用计算机数值模拟来研究燃烧,流动,温度,变形,焊接和材料的冶金特性。是支持工艺参数设计和设备结构优化的有效方法。过程控制模型是通过数学模型建立的。而自动方式则实现对生产过程的过程参数的自动控制,过程控制模型的质量决定了生产过程的精确控制水平指标。

    仿真是基于专业技术的综合技术,使用计算机和仿真软件作为工具,并使用数学模型来仿真或测试实际或想象中的系统。仿真不仅可以减少实验次数,缩短开发周期,而且可以对高温,高速,大变形等复杂工况下难以实现的材料流动,变形和微观组织演化行为进行研究。通过实验实现,并支持冶金企业的产品。设计和过程优化从经验的尝试和错误发展到精益开发,并且在减少排放,减少产量和提高产品质量方面发挥着重要作用。

    首钢的模拟技术起步较晚,始于2002年对热风炉燃烧的CFD数值模拟技术的研究。然而,在发展的初期,首钢作为一家成熟的传统钢铁制造企业,经验和“眼见为实”的生产试错法根深蒂固,对新技术和新方法的接受度不高,前几年的发展还不顺利,但在炼钢,轧钢,材料和冶金等领域已逐步发展。客户服务技术等相关领域,并取得了多项研究成果。 2009年,寿琴连铸坯“夹杂物超标”的压力很大,影响了管线钢等新产品的开发。首钢技术研究院开发了数值RTD示踪技术,用于首秦2号板坯连铸机中间包结构的优化设计。该技术引入了数字化水模型RTD的思想。据此,新型电流调节器结构被设计并申请了专利。新的流量控制装置用于将中间包的活塞流量从39%增加到78%。由于生产线的迫切需求,优化后的流量控制方案在生产中直接进行了测试,而无需进行水模型验证,一口气就成功了。经过优化的中间包结构生产和应用,“浇铸大样品电解”和“定量金相”试验,不仅铸坯中夹杂物的总量和尺寸均显着低于原始的中间包结构,而且减少了铸造。尾坯夹杂物的控制水平也达到了正常的坯料质量。同年,该项目为首秦县创造了每年经济效益2513.4万元。这一成就的实现,不仅是模拟技术在工业上应用的成功典范,而且大大增强了研究组成员的信心,为模拟技术的推广和应用奠定了坚实的基础。随后,工学院对气体,炉渣和液体的多相界面进行了VOF跟踪技术,该技术被用于钢包底部吹氩,RH循环流以及结晶器的多物理场耦合研究。结晶器工艺参数的优化提供了技术支持,并为提高合金化和混合效率,减少夹杂物含量和轧制炉渣提供了理论指导。 2010年,开始进行材料热力学模拟技术的研究。 2012年,开发了首钢钢材转化和微合金沉淀模型及材料数据库。建立了CCT曲线的计算模型,可以部分代替实验方法确定CCT曲线的相变。点,不仅可以提高研发效率,减少生产试验和错误,还可以降低研发成本,缩短研发周期。在用户技术方面,针对自卸车等大型专用车轻量化的发展趋势,研究团队对车厢和车架进行了高强度的静/动载荷强度和模态CAE分析,积极引导用户到首钢。车辆的轻量化设计提供了重要的理论支持。

    与仿真模型相比,辅助过程控制模型对生产线过程控制和产品质量有更直接的影响。以自动化程度最高的热轧生产线为例,过程控制模型通常是每条国外先进热轧生产线获得国外技术竞争力和报价的关键。轧制模型属于整个轧制线的“大脑”,负责在生产过程中设置各种工艺参数。设定精度直接影响产品的宽度,厚度,凸度,直线度和温度的控制精度。确定产品质量和生产稳定性。但是,该模型不是万能的。有必要结合产品和生产线的特点,不断研究和开发该模型,使其更加“智能”,以生产更高质量,独特技术和“复制品”。竞争产品。

    作为中国领先的钢铁公司,宝钢从1998年开始通过建立自动化研究所来系统地进行自动化技术研究。研究和开发工作从二级过程控制模型开始,经过5年,它开始扩展到基本自动化。生产控制,企业管理水平的核心技术研发。截止到2009年,宝钢已针对各种炼钢炉模型,各种连铸和各种工艺规格的热轧过程控制模型开发了研发能力。首钢近年来发展迅速,并在千钢和京唐引进了多条具有国际先进水平的热轧和冷轧生产线。但是,在自动化模型领域,首钢在自动化人才的快速发展和团队建设方面取得了差距。在生产线构建的模型构建和培训的初期,技术学院的科研实力没有机会学习和熟悉该系统。生产线验收合格后,许多生产控制问题逐渐暴露出来,作为主要科研力量的技术学院进入了生产线。很容易理解为什么大多数模型会恢复为零。

    近年来,薄带钢的热轧形状控制问题一直困扰着生产线,并且对形状质量的反对也很频繁。 2011年,公司成立了大型平板状研究小组。技术研究所的研究小组专注于迁钢1580二次控制系统的搬迁模型研究,并完成了精轧模型FSU,板坯模型GSM和轧辊模型ROP。在公共模块MDS的分析工作的基础上,2014年初,完成了首钢首套可离线运行的GSM形状仿真分析系统的第一套,大大改善了首钢研究人员对形状问题的分析。优化控制系统的控制能力对于解决轧制形状控制问题具有重要的战略意义。该平台解决了1580生产线中一直存在的热量平衡持续收敛的问题,并大大改善了机架之间的波形。自2014年8月实施二次热膨胀优化计划以来,马口铁,SPHC,硅钢和其他钢种的C40全长命中率得到了极大提高。例如,9月冷轧基材的C12全长命中率与实验前相比有所提高。与实验前相比,硅钢S23的C25命中率为2.3个百分点,增加了18个百分点以上。目前,研究团队和钱钢热轧生产线正在继续进行自学和模型设置策略的模型优化工作。此外,根据1580形状调试的经验,2160形状模型也已开始有序开发。

    经过10年的努力,首钢的产品结构已从传统的长材向高端板材转变,但引入了轧钢的核心技术(二次模型)。简介是捷径,创新很重要。只有在引言的基础上,自主先进技术,设备和技术的发展与创新,才能使企业和产品具有市场差异化竞争力。对于过程控制模型的分析和优化,尽管首钢目前取得了一些进展,但由于缺乏现有技术积累和人力资源储备,研究工作无法在每条生产线上进行。因此,板的形状和整个二次加工过程控制模型系统的分析优化还有很长的路要走,是一项长期而持续的技术研究工作。

    tags:模拟模型冶金学

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