[发明专利]一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法

权利要求书

1.一种热轧宽带钢生产工艺的设计方法，所述设计方法包括如下步骤：

1)对钢铁厂的生产数据进行统计分析，建立钢种的成份平均值、轧制工艺参数与物理力学性能平均值的对应关系计算方程；

2)遵循成本最优化、力学性能满足要求的原则，根据1)所提供的方程建立钢种成份、轧制工艺参数的设计模型：

3)根据钢种成份、操作工艺参数目标设定值和运行的操作偏差，确定实际生产工艺组织进行生产；

钢种的成份包括钢种中C、Si、Mn、Cr、P、Nb、V和Ti的元素百分含量；钢种的轧制工艺参数包括：轧材厚度、精轧终轧温度、卷取温度和轧材出精轧末道次的轧制速度；物理力学性能包括：屈服强度、抗拉强度、延伸率和常温冲击功；

钢种的成份平均值、轧制工艺参数与物理力学性能平均值的对应关系方程如下：

A、如果钢材成份中Ti％＞0.015％，且Nb％＞0.01％时；

则轧材的屈服强度σ_屈服的计算公式为：

σ_屈服＝263.5+300(ω_C)+50(ω_Si)+80(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2000(ω_Nb-0.01)+1000(ω_V)+2800(ω_Ti-0.015)+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的抗拉强度Rm_抗拉的计算公式为：

Rm_抗拉＝288.5+700(ω_C)+130(ω_Si)+84(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2000(ω_Nb-0.01)+800(ω_V)+2500(ω_Ti-0.015)+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的延伸率A_延伸率的计算公式为：

轧材的常温冲击功AK_冲击功的计算公式为：

AK_冲击功＝160-300(ω_C)-30(ω_Si)+50(ω_Mn)-200(ω_P-0.015)+1000(ω_Nb)-150ω_V-1000(ω_Ti-0.015)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)+0.3(T_卷-640)+10(A_延伸率-28)

B、如果钢材中Ti％＞0.015％，且Nb％≤0.01％时；

则轧材的屈服强度σ_屈服的计算公式为：

σ_屈服＝238.5+300(ω_C)+50(ω_Si)+80(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2500(ω_Nb)+1000ω_V+2800(ω_Ti-0.015)+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的抗拉强度Rm_抗拉的计算公式为：

Rm_抗拉＝256.5+700(ω_C)+130(ω_Si)+84(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2500(ω_Nb)+800ω_V+2500(ω_Ti-0.015)+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的延伸率A_延伸率的计算公式为：

轧材的常温冲击功AK_冲击功的计算公式为：

AK_冲击功＝160-300(ω_C)-30(ω_Si)+50(ω_Mn)-200(ω_P-0.015)+1000(ω_Nb)-150ω_V-1000(ω_Ti-0.015)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)+0.3(T_卷-640)+10(A_延伸率-28)

C、如果钢水中Ti％≤0.015％，且Nb％＞0.01％；

则轧材的屈服强度σ_屈服的计算公式为：

σ_屈服＝263.5+300(ω_C)+50(ω_Si)+80(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2000(ω_Nb-0.01)+1000ω_V+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的抗拉强度Rm_抗拉的计算公式为：

Rm_抗拉＝288.5+700(ω_C)+130(ω_Si)+84(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2000(ω_Nb-0.01)+800ω_V+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的延伸率A_延伸率的计算公式为：

轧材的常温冲击功AK_冲击功的计算公式为：

AK_冲击功＝160-300(ω_C)-30(ω_Si)+50(ω_Mn)-200(ω_P-0.015)+1000(ω_Nb)-150ω_V-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)+0.3(T_卷-640)+10(A_延伸率-28)

D、如果钢水中Ti％≤0.015％，且Nb％≤0.01％；

则轧材的屈服强度σ_屈服的计算公式为：

σ_屈服＝238.5+300(ω_C)+50(ω_Si)+80(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2500(ω_Nb)+1000ω_V+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的抗拉强度Rm_抗拉的计算公式为：

Rm_抗拉＝263.5+700(ω_C)+130(ω_Si)+84(ω_Mn)+400(ω_P-0.015)+2500(ω_Nb)+800ω_V+80(ω_Cr)-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)-0.7(T_卷-640)+H_厚*V_终

轧材的延伸率A_延伸率的计算公式为：

轧材的常温冲击功AK_冲击功的计算公式为：

AK_冲击功＝160-300(ω_C)-30(ω_Si)+50(ω_Mn)-200(ω_P-0.015)+1000(ω_Nb)-150ω_V-7.5(H_厚-8)-0.7(T_终-870)+0.3(T_卷-640)+10(A_延伸率-28)

上式中，ω_C、ω_Si、ω_Mn、ω_P、ω_Nb、ω_V、ω_Ti、ω_Cr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的质量百分含量，％；H_厚为轧材厚度，mm；T_终为精轧终轧温度，℃；T_卷为卷取温度，℃；V_终为轧材出精轧末道次的轧制速度，m/s；σ_屈服为轧材屈服强度，Mpa；Rm_抗拉为轧材抗拉强度，Mpa；A_延伸率为轧材延伸率，％；AK_冲击功为轧材的常温冲击功，J；

所述成本最优化为在满足力学性能要求的前提下，轧材的合金成本控制至最低值；设计模型的建立步骤如下：

步骤2-1)根据相应的国家或行业标准以及用户的要求向模型中输入钢种的力学性能要求，设定原则为：

设定的屈服强度值为标准规定值或用户要求值下限的1.15倍；

设定的抗拉强度值为标准规定值或用户要求值下限的1.15倍；

设定的常温冲击功值为标准规定值或用户要求值下限的2.35倍；

设定的延伸率为标准规定值或用户要求值下限的1.22倍；

步骤2-2)根据用户要求及轧钢设备能力设定轧材厚度、精轧终轧温度、卷取温度、轧材出精轧末道次的轧制速度的范围；

步骤2-3)根据相应的国家或行业标准以及用户的要求向模型中输入钢种成份的区间范围；

在满足力学性能要求的前提下，根据合金成本最优化原则进行钢种成份、操作工艺参数的最优化计算，其计算方法为：

(1)、按1)的方程式将区间范围内的钢种成份、操作工艺参数的所有可能组合所对应生产出轧材的力学性能值全部计算出来；根据计算结果，选择出能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合；

(2)、根据合金价格和合金元素回收率，分别计算出每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格，单位为元/吨钢，然后将合金价格带入(1)中能满足力学性能要求的所有钢种成份、操作工艺参数的组合中，以下式计算出每种组合的合金成本，从中优选出合金成本最低的组合，作为目标成份设定值和目标操作参数设定值；

P_合金-总＝1000(ω_C*P_C+ω_Si*P_Si+ω_Mn*P_Mn+ω_P*P_P+ω_Nb*P_Nb+ω_V*P_V+ω_Ti*P_Ti+ω_Cr*P_Cr)

上式中，P_合金-总为轧材合金成本，元/吨钢；ω_C、ω_Si、ω_Mn、ω_P、ω_Nb、ω_V、ω_Ti、ω_Cr分别对应轧材成份中C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr元素的质量百分含量，％；P_C、P_Si、P_Mn、P_P、P_Nb、P_V、P_Ti、P_Cr，分别对应每提高钢水中0.001％的合金C、Si、Mn、P、Nb、V、Ti、Cr浓度所需要的合金价格，元/吨钢；

运行的操作偏差是指炼钢和轧钢生产过程中，将钢水成份的实际控制值允许在目标设定值上下进行如下范围的波动：

C：±0.02％；

Si：±0.05％；

Mn、Cr：±0.1％；

P：±0.015；

Nb、V：±0.005；

Ti：±0.01％；

精轧终轧温度、卷取温度的实际值允许在目标设定值上下进行±20℃的波动。