軋鋼工藝計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)探究

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摘要：首先介紹了軋鋼工藝、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)近年來(lái)的快速發(fā)展，其次分析了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軋鋼工藝優(yōu)化中的應(yīng)用，最后進(jìn)一步說(shuō)明計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)節(jié)能中的融合運(yùn)用，推動(dòng)軋鋼工藝、設(shè)備的優(yōu)化發(fā)展。

關(guān)鍵詞：軋鋼工藝；計(jì)算機(jī)仿真；設(shè)備優(yōu)化

隨著近年來(lái)我國(guó)鋼鐵產(chǎn)能的不斷擴(kuò)大，鋼鐵企業(yè)生產(chǎn)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，軋鋼作為鋼鐵生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于鋼材制品的品類(lèi)、質(zhì)量起到了舉足輕重的作用。在現(xiàn)有產(chǎn)能基礎(chǔ)的情況下，有效提升生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品多樣性關(guān)乎企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。在不增加設(shè)備投資的情況下，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，在現(xiàn)有機(jī)組敏捷生產(chǎn)出更多不同鋼種、規(guī)格的產(chǎn)品符合符合鋼鐵企業(yè)的發(fā)展需求。

1軋鋼工藝及設(shè)備的發(fā)展

軋鋼是通過(guò)改變鋼坯形狀的壓力加工過(guò)程，一方面為了得到所需的鋼制品形狀，另一方面為了改善鋼制品內(nèi)部特性。冷軋和熱軋是根據(jù)軋制溫度不同而劃分的，縱軋，橫軋和斜軋是根據(jù)不同的軋制時(shí)軋件與軋輥的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而劃分的。一般軋制和特殊軋制是根據(jù)軋制的成型特點(diǎn)劃分的。近些年，軋鋼工藝也在不斷改進(jìn)和升級(jí)，主要是受軋鋼工藝發(fā)展的影響。我國(guó)在軋鋼工藝方面的重大進(jìn)展包括：1）鑄軋一體化，由于連續(xù)、高效、可控的軋制工藝，以及計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)的容易應(yīng)用，以軋制為特征的連續(xù)軋制技術(shù)在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍將是鋼鐵行業(yè)鋼材成形的主流技術(shù)，但軋制工藝前后的連接技術(shù)將取得巨大進(jìn)步。由于連鑄的發(fā)展，初軋工序已經(jīng)被逐步淘汰了。生產(chǎn)的薄帶連鑄技術(shù)是直接冷軋，使連鑄和熱軋過(guò)程集成。鑄軋一體化將優(yōu)化了整個(gè)軋制過(guò)程。2）靈活的軋制過(guò)程，應(yīng)用程序的壓力寬度調(diào)整技術(shù)和形狀控制技術(shù)在熱帶鋼軋制，實(shí)現(xiàn)自由安排軋制板的寬度。粗糙和介質(zhì)軋制技術(shù)的應(yīng)用在桿和線生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了自由軋制。冷彎焊管機(jī)器也可以實(shí)現(xiàn)自由規(guī)范生產(chǎn)。這些新技術(shù)使軋制過(guò)程靈活。3）軋鋼技術(shù)進(jìn)步的主得益于信息技術(shù)的應(yīng)用。高新技術(shù)包括形狀自動(dòng)控制，自由安排，精度高、多參數(shù)在線綜合測(cè)試在內(nèi)，這些高新技術(shù)的應(yīng)用可以優(yōu)化軋鋼生產(chǎn)。軋機(jī)最早由計(jì)算機(jī)模型控制，后來(lái)轉(zhuǎn)變成人工智能控制。這些改變也是因?yàn)樾畔⒓夹g(shù)的發(fā)展，信息技術(shù)的發(fā)展具有優(yōu)化生產(chǎn)周期，減少庫(kù)存和降低成本的優(yōu)點(diǎn)。

2計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r分析

計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)主要是一個(gè)全面的技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)的成就建立模擬系統(tǒng)模型，并對(duì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)在特定的實(shí)驗(yàn)條件。被廣泛應(yīng)用在分析、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、評(píng)價(jià)已經(jīng)培訓(xùn)系統(tǒng)中，因其具有運(yùn)行高效安全，且不受環(huán)境條件影響，可以改變時(shí)間比例尺的特點(diǎn)。自1980年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代的計(jì)算機(jī)模擬和仿真應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的實(shí)用價(jià)值是增加，它已廣泛應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活的各個(gè)方面，如儀器、虛擬制造、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模擬訓(xùn)練等。從90年代以來(lái)，基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，建立了一批高水平、大規(guī)模的環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)，如射頻制導(dǎo)導(dǎo)彈環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)、紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)、戰(zhàn)斗機(jī)工程飛行模擬器、戰(zhàn)斗機(jī)環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)、驅(qū)逐艦環(huán)內(nèi)硬件仿真系統(tǒng)等，發(fā)揮了重要作用。綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為一種不可或缺的手段，控制系統(tǒng)的分析、研究和設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)模擬的意義在于它的應(yīng)用。仿真技術(shù)的應(yīng)用可以降低控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本，提高安全實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，調(diào)試和培訓(xùn)，帶來(lái)巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，應(yīng)用于工程和非工程。目前，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航空航天、交通運(yùn)輸、船舶工程、經(jīng)濟(jì)管理、工程建設(shè)、軍事仿真、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域。

3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軋鋼工藝的實(shí)際應(yīng)用探究

3.1計(jì)算機(jī)仿真軟件

計(jì)算機(jī)仿真軟件主要為了提高兩方面能力，一是解決問(wèn)題的能力，二是面向用于模塊，添加功能描述和模式實(shí)驗(yàn)。通過(guò)仿真軟件，用戶使用不同的技術(shù)水平可以用他們的語(yǔ)言來(lái)表達(dá)不同程度的問(wèn)題，與計(jì)算機(jī)方便地交流，并完成建模和仿真實(shí)驗(yàn)。仿真軟件分為模擬語(yǔ)言，模擬方案和仿真軟件系統(tǒng)。仿真語(yǔ)言是最廣泛使用的仿真軟件。仿真軟件包是一種用于仿真特殊應(yīng)用領(lǐng)域的程序系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)通用程序段劃分為通用子程序模塊，并設(shè)計(jì)一個(gè)主程序模塊調(diào)用子程序模塊。仿真研究人員可以使用這個(gè)程序包，而無(wú)需繁重的編程工作。這些計(jì)算機(jī)仿真軟件重要環(huán)節(jié)是仿真建模，仿真建模是建立被仿真對(duì)象的相似物或其結(jié)構(gòu)形式。它可以是物理模型或數(shù)學(xué)模型，好的模型為后續(xù)仿真提供了良好的基礎(chǔ)。

3.2計(jì)算機(jī)仿真在軋鋼工藝中的實(shí)際應(yīng)用

軋鋼工業(yè)的不斷發(fā)展，大量的系統(tǒng)和項(xiàng)目涉及有一定的復(fù)雜性和特殊性。為提高生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)，計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)可以快速發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中的規(guī)則和機(jī)制，并提供有效的理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)改善產(chǎn)品的性能指標(biāo)。小圓鋼冷卻床的運(yùn)動(dòng)是非常不同于普通圓鋼軋制領(lǐng)域。因此，有必要研究冷卻床的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。根據(jù)建立的運(yùn)動(dòng)模型結(jié)構(gòu)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真驗(yàn)證測(cè)試，使用理想的冷卻床可以生產(chǎn)出目前最小尺寸的圓鋼。本研究涉及的冷床是一種逐步旋轉(zhuǎn)式冷卻床。它具有兩種齒板，即V形齒板和U形齒基。彼此移動(dòng)，原理是以一種方式移動(dòng)并同時(shí)繞另一根軸旋轉(zhuǎn)。鑒于存在問(wèn)題的基本結(jié)構(gòu)，模擬器還必須能夠從科學(xué)理論的另一個(gè)角度進(jìn)行深入分析，如果是直徑較小的扁鋼，則很可能與模擬器不兼容。V形齒的第二個(gè)尖端，第二個(gè)V形齒的西壁相互接觸，這是拼圖的組成部分，它們都屬于冷卻床旋轉(zhuǎn)的突破極限，原因之一是旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致快速冷卻失敗。在碰撞過(guò)程中第二的v型齒小圓鋼或軸，u型牙齒會(huì)向下移動(dòng)，繼續(xù)前進(jìn)，而v型牙將新聞向下和向后移動(dòng)。這實(shí)際上是必要的條件。首先，根據(jù)針對(duì)嚴(yán)重磨損和詳細(xì)規(guī)格的模型實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，對(duì)相同類(lèi)型的工字鋼進(jìn)行建模和仿真，并在正常條件下對(duì)其進(jìn)行分析。從實(shí)際情況出發(fā)，從仿真模擬數(shù)據(jù)的計(jì)算和性能可以看出，在冷卻床下小圓鋼運(yùn)動(dòng)相對(duì)不穩(wěn)定的快速冷卻效果非常好，并進(jìn)行了數(shù)字仿真，冷卻床和機(jī)芯可以被穩(wěn)定地冷卻，產(chǎn)生了良好的效果，但可控性相對(duì)較差。

3.3計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在軋鋼生產(chǎn)節(jié)能的應(yīng)用

加熱爐屬于熱軋生產(chǎn)重要能耗設(shè)施，其功能是加熱軋件到規(guī)程軋制溫度，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對(duì)加熱爐、軋件進(jìn)行建模，在計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)中對(duì)加熱爐各類(lèi)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，針對(duì)不同的軋制產(chǎn)品，生產(chǎn)節(jié)奏，來(lái)料狀態(tài)優(yōu)化加熱爐工藝參數(shù)，大幅優(yōu)化加熱爐空耗與軋制節(jié)奏關(guān)系，可較大幅度降低加熱爐煤氣消耗，通過(guò)仿真結(jié)果分析，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，動(dòng)態(tài)優(yōu)化加熱爐各類(lèi)燃燒參數(shù)，在定制化生產(chǎn)過(guò)程中，產(chǎn)生了明顯的效果，通?？山档?0%左右的能耗，同時(shí)增加了余熱回收。同時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)輔助人工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)培訓(xùn)，利用軟件進(jìn)行加熱爐各類(lèi)工況運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整，在操作的過(guò)程中，控制方式和顯示變量可以任意選擇，連續(xù)和不連續(xù)的干擾因素可以設(shè)置，可以進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)操作調(diào)整顯示各種參數(shù)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)變化特征在操作的過(guò)程中調(diào)整。尤其是針對(duì)一些小概率且容易產(chǎn)生較大事故的狀況，極少在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)，采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬此類(lèi)異常，評(píng)測(cè)操作人員技能掌握且不會(huì)發(fā)生問(wèn)題，起到了較好的作用，是從事加熱爐操作人員較好的輔助培訓(xùn)工具。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)快速發(fā)展，已影響到鋼鐵行業(yè)的方方面面，從工藝優(yōu)化、節(jié)能降耗、人員培訓(xùn)、生產(chǎn)管理等。是提升鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的必由之路。

作者:李邈 單位:中冶賽迪重慶信息技術(shù)有限公司