一种厚规格高强度带钢层流冷却热头工艺的控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种厚规格高强度带钢层流冷却热头工艺的控制方法，属于热轧生产控制技术领域。

背景技术

带钢热头工艺不仅是影响带钢力学性能的重要因素，也是影响带钢生产稳定性的重要因素。由于影响带钢头部卷取温度控制的因素较多且复杂，热头工艺高精度度控制难度，热头温度、热头距离很难达到工艺设计要求。带钢层流冷却热头工艺控制由CTC模型根据热头段的卷取温度目标值实现，这种热头方式受CTC模型计算精度和带钢头部板形影响大，头部温度无法保证，且热头距离长，尤其在轧制厚宽规格高强钢时，若带钢头部温度控制低，则可能导致带钢头部强度高，易造成卷取过程头部弯曲成形失败，卷取废钢。因此，需要对带钢在层流冷却热头工艺进行优化和创新。本发明提供一种层流冷却热头控制技术，可以有效保障带钢在层流冷却过程中的头部热头工艺的实现，属于热轧生产技术领域。

中国专利申请公布号CN1640575A《一种带钢层流冷却装置及其控制冷却方法》发明提供了一种有两个冷却区并具有强冷功能的带钢层流冷却装置及其控制冷却方法，其控制冷却方法是由计算机通过设定计算和反馈、前馈计算实现的。该发明未涉及层流冷却的“热头”工艺，与本发明有显著的差异性。

中国专利申请公布号CN 110064667 A《热轧带钢三段层流冷却工艺》发明提供了一种热轧带钢三段层流冷却工艺，该工艺采用计算机层流冷却控制，其特征在于将带钢设为三段进行冷却，第一段是长为30m的头部段，第二段是带钢的中间段，第三段是长为20m的尾部段，三段的冷却温度分别控制在：中间段等于目标卷取温度，头部段大于目标卷取温度20～50℃，尾部段大于目标卷取温度20～40℃。实现本发明热轧带钢三段层流冷却工艺后，钢带的性能均匀性能得到明显改善。该发明涉及到的带钢头部温度控制为CTC模型根据头部温度设定控制，与本发明涉及到的头部温度控制方法有明显差异。

中国专利申请公布号CN1947876A《高强度低合金钢轧后层流冷却水的侧喷吹扫系统》发明主要涉及的是一种应用于高强度低合金钢轧后层流冷却水的侧喷吹扫系统，针对高规格的管线钢等高强度低合金钢生产过程中轧后层流冷却水难以吹扫干净进而导致板形瓢曲的问题，改善了钢板性能，同时又解决了钢板板形较差问题。与本发明有明显的差异性。

中国专利申请公布号CN101125344A《热轧带钢双环控制层流冷却系统》发明主要涉及热轧带钢双环控制层流冷却系统，层流冷却系统采用两个闭环控制回路，这两个闭环回路的边界分别是前端测温仪、中间测温仪以及中间测温仪和后端测温仪，合理利用各测温仪的实测温度值和模型预报温度值，对冷却时间历程进行有效控制，对冷却速率进行有效控制。与本发明有明显的差异性。

中国专利申请公布号：CN101306438A《加速层流冷却设备冷却工艺集成方法》一种加速层流冷却设备冷却工艺集成方法，属于钢板层流冷却技术领域，未涉及层流冷却的“热头”工艺，与本发明有显著的差异性。

中国专利申请公布号：CN101381806A《一种带钢的冷却装置及其冷却控制方法》本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种带钢的冷却装置及其冷却控制方法。该冷却装置主要由冷却段由强力冷却区Q(Q1、Q2)、粗调冷却区C、精调冷却区J组成，强力冷却区Q(Q1、Q2)关闭部分集管后，可以作为粗调冷却区C使用，每个冷却区由若干冷却段构成，各冷却段长度相同，且均由上部层流冷却集管和下部喷射集管组成，各冷却段之间设有侧喷装置，以清除带钢表面积水；带钢冷却装置的冷却控制方法是通过计算机系统进行设定计算和前馈、反馈控制。该发明的思路和用途与本发明思路有明显差异性。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种厚规格高强度带钢层流冷却热头工艺的控制方法，该技术方案主要涉及厚规格高强度等级带钢层冷热头控制的方法，主要解决热轧生产厚规格高强度带钢在层流冷却过程中头部卷取温度控制，提高厚规格带钢卷取过程的稳定性，防止带钢头部过冷，有利于厚规格带钢在卷取机卷取过程中头部弯曲成形，顺利卷取。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种层流冷却热头工艺的控制方法，所述方法包括以下步骤：1)根据带钢厚度规格、终轧温度制定带钢的速度制度，包括FM穿带速度、第一加速度、第二加速度；2)CTC模型根据PDI数据确定带钢的厚度、温度和钢种层别，并索引相关的层别数据；3)二级计算机系统根据带钢速度运行图计算带钢全长每个段通过层冷区每个阀门下的冷却时间；4)CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算，并将预计算开启阀门通过通讯电文传给一级计算机系统；5)一级计算机系统接收到模型计算的的电文后，执行封锁预开阀门层序；6)带钢精轧穿带完成，一级计算机系统将精轧出口测得温度、厚度，速度通过通讯电文传递二级计算机系统，CTC模型据层冷入口温度及厚度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整；7)一级计算机系统对带钢头部调整后的层流冷却阀门按照工艺要求封锁带钢头部设定冷却阀门，冷却阀门封锁规则：封锁时间T(0～1秒)；阀门封锁规则：(1全封锁、0.5半封锁；0不封锁)；8)满足头部层流冷却阀门封锁时间后，一级计算机系统放开封锁条件，经过渡段达到冷却阀门的正常开启；9)根据层冷入口温度及厚度、速度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整；10)根据卷取机前的实测温度进行带钢的闭环温度控制，对反馈区阀门进行动态控制；11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果。

作为本发明的一种改进，所述步骤1)具体操作如下：根据带钢厚度规格、终轧温度制定带钢的速度制度，包括精轧穿带速度、第一加速度、第二加速度、带钢最大速度、减速度、精轧抛钢速度、精轧抛钢时尾部保留部分折算后长度、卷取减速度、带钢卷取尾部速度。在二级计算机系统精轧模型轧制速度制度表里，根据带钢厚度规格层别、终轧温度层别按照配置的速度可以满足终轧温度控制原则配置带钢的速度制度，包括精轧穿带速度、第一加速度、第二加速度、带钢最大速度、精轧抛钢速度。

作为本发明的一种改进，所述步骤2)具体操作如下：CTC模型根据PDI数据确定带钢的厚度、温度和钢种层别，并索引相同的速度层别、厚度层别、卷取温度层别、冷却方式、卷取机号，得到带钢的冷却遗传系数。

作为本发明的一种改进，所述步骤3)具体操作如下：二级计算机系统跟踪程序根据带钢速度运行图计算带钢全长每个段通过层冷区每个阀门下的冷却时间。冷却时间计算模型是根据带钢的时间、速度、距离数据，运用最基本的公式是运动方程：末速度

作为本发明的一种改进，所述步骤4)具体操作如下：CTC模型根据带钢在精轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算，将计算得到的阀门阵列保存到缓冲区和数据库，更新画面，并激励阀门设定应用程序。

作为本发明的一种改进，所述步骤5)具体操作如下：通过二级计算机系统与一级计算机系统的电文通讯，一级计算机系统接收到二级计算机系统的激励阀门设定后，通过电气控制柜封锁激励阀门。

作为本发明的一种改进，所述步骤6)具体操作如下：带钢精轧穿带完成，一级计算机系统将精轧出口测得温度、厚度，速度通过通讯电文传递二级计算机系统，CTC模型据层冷入口温度及厚度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整。

作为本发明的一种改进，所述步骤7)具体操作如下：L1接收到步骤6中的激励阀门设定后，按照封锁规则封锁激励阀门，封锁规则：封锁时间T(0、0.5、1)(封锁时间，单位秒)；阀门封锁规则：(1、0.5；0)。(此为封锁阀门比例，1即封锁所有激励阀门，0.5即封锁50％的激励阀门，0为不封锁)

作为本发明的一种改进，所述步骤8)具体操作如下：达到头部层流冷却阀门封锁时间后，L1放开封锁条件，通过过渡段(1、0.5；0)(此为完成封锁阀门时间后，通过逐步放开封锁阀门实现温度平稳过渡，1即封锁所有激励阀门，0.5即封锁50％的激励阀门，0为不封锁)达到冷却阀门的正常开启。

作为本发明的一种改进，所述步骤9)具体操作如下：根据当前段的实绩信息、冷却时间和设定阀门，可以计算得到本段带钢的卷取温度，通过计算的卷取温度同目标卷取温度偏差来调整设定的阀门阵列。最后激励设定值传送程序，对阀门进行动态修正。

作为本发明的一种改进，所述步骤10)具体操作如下：当段尾到达层冷出口高温计位置时，由段数据组织程序提供的实测数据来进行反馈控制。反馈程序的功能是根据卷取温度的实际测量值与目标值的偏差控制反馈区的阀门阵列。

作为本发明的一种改进，所述步骤11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案以阀门封闭时间来决定热头距离，相对于传统CTC模型热头以“段长度”控制热头长度，可以缩短热头距离，热头长度可以达到1m以内；2)该方案热头通过封闭冷却阀门，实现层冷“热头”工艺，可以解决由于带钢头部翘叩头引起的带钢头部热头工艺失效，保障带钢头部温度，避免带钢卷取过程头部弯曲失败废钢；3)该热头方案可以有效改善带钢在层流“叩头”，避免带钢头部在层流冷却过程中，钻入层流冷却辊道间隙废钢。

附图说明

图1为本发明层冷阀门封锁逻辑。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1，一种层流冷却热头工艺的控制方法，所述方法包括以下步骤：1)根据带钢厚度规格、终轧温度制定带钢的速度制度，包括FM穿带速度、第一加速度、第二加速度；2)CTC模型根据PDI数据确定带钢的厚度、温度和钢种层别，并索引相关的层别数据；3)二级计算机系统根据带钢速度运行图计算带钢全长每个段通过层冷区每个阀门下的冷却时间；4)CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算，并将预计算开启阀门通过通讯电文传给一级计算机系统；5)一级计算机系统接收到模型计算的的电文后，执行封锁预开阀门层序；6)带钢精轧穿带完成，一级计算机系统将精轧出口测得温度、厚度，速度通过通讯电文传递二级计算机系统，CTC模型据层冷入口温度及厚度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整；7)一级计算机系统对带钢头部调整后的层流冷却阀门按照工艺要求封锁带钢头部设定冷却阀门，冷却阀门封锁规则：封锁时间T(0～1秒)；阀门封锁规则：(1全封锁、0.5半封锁；0不封锁)；8)满足头部层流冷却阀门封锁时间后，一级计算机系统放开封锁条件，经过渡段达到冷却阀门的正常开启；9)根据层冷入口温度及厚度、速度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整；10)根据卷取机前的实测温度进行带钢的闭环温度控制，对反馈区阀门进行动态控制；11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果。

所述步骤1)具体操作如下：根据带钢厚度规格、终轧温度制定带钢的速度制度，包括精轧穿带速度、第一加速度、第二加速度、带钢最大速度、减速度、精轧抛钢速度、精轧抛钢时尾部保留部分折算后长度、卷取减速度、带钢卷取尾部速度。在二级计算机系统精轧模型轧制速度制度表里，根据带钢厚度规格层别、终轧温度层别按照配置的速度可以满足终轧温度控制原则配置带钢的速度制度，包括精轧穿带速度、第一加速度、第二加速度、带钢最大速度、精轧抛钢速度。

所述步骤2)具体操作如下：CTC模型根据PDI数据确定带钢的厚度、温度和钢种层别，并索引相同的速度层别、厚度层别、卷取温度层别、冷却方式、卷取机号，得到带钢的冷却遗传系数。

所述步骤3)具体操作如下：二级计算机系统跟踪程序根据带钢速度运行图计算带钢全长每个段通过层冷区每个阀门下的冷却时间。冷却时间计算模型是根据带钢的时间、速度、距离数据，运用最基本的公式是运动方程：末速度

所述步骤4)具体操作如下：CTC模型根据带钢在精轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算，将计算得到的阀门阵列保存到缓冲区和数据库，更新画面，并激励阀门设定应用程序。

所述步骤5)具体操作如下：通过二级计算机系统与一级计算机系统的电文通讯，一级计算机系统接收到二级计算机系统的激励阀门设定后，通过电气控制柜封锁激励阀门。

所述步骤6)具体操作如下：带钢精轧穿带完成，一级计算机系统将精轧出口测得温度、厚度，速度通过通讯电文传递二级计算机系统，CTC模型据层冷入口温度及厚度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整。

所述步骤7)具体操作如下：L1接收到步骤6中的激励阀门设定后，按照封锁规则封锁激励阀门，封锁规则：封锁时间T(0、0.5、1)；阀门封锁规则：(1、0.5；0)。

所述步骤8)具体操作如下：达到头部层流冷却阀门封锁时间后，L1放开封锁条件，通过过渡段(1、0.5；0)达到冷却阀门的正常开启。

所述步骤9)具体操作如下：根据当前段的实绩信息、冷却时间和设定阀门，可以计算得到本段带钢的卷取温度，通过计算的卷取温度同目标卷取温度偏差来调整设定的阀门阵列。最后激励设定值传送程序，对阀门进行动态修正。

所述步骤10)具体操作如下：当段尾到达层冷出口高温计位置时，由段数据组织程序提供的实测数据来进行反馈控制。反馈程序的功能是根据卷取温度的实际测量值与目标值的偏差控制反馈区的阀门阵列。

所述步骤11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果。

具体实施例1：

以生产成品规格11.8*1435mm的结构钢Q355为例，层流冷却热头控制方法步骤如下：

1、确定带钢的冷却工艺窗口，终轧温度850℃，中间温度570℃，冷却方式为前段冷却；

2、制定带钢的速度制度，穿带速度3.7m/s，第一加速度0.01m/s

3、CTC模型根据PDI数据确定带钢的厚度、温度和钢种层别，并索引相关的层别数据。

4、CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算，并将预计算开启阀门通过通讯电文传给一级计算机系统。

5、一级计算机系统接收到激励阀门设定后，不执行设定指令，封锁阀门。

6、带钢精轧穿带完成，L1将精轧出口测得温度、厚度，速度通过通讯电文传递DMAS，CTC模型据温度及厚度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整。

7、L1接收到步骤6中的激励阀门设定后，开始执行阀门封锁程序：封锁时间T(0.5s)；阀门封锁规则：(1：完全封锁)。

8、完成带钢头部层流冷却阀门封锁后，一级计算机系统放开封锁条件，阀门封锁通过2段放开封锁达到正常的层冷控制。

9、CTC模型根据当前段的实绩信息、冷却时间和设定阀门，可以计算得到本段带钢的卷取温度，通过计算的卷取温度同目标卷取温度偏差来调整设定的阀门阵列。最后激励设定值传送程序，对阀门进行动态修正。

10、当段尾到达层冷出口高温计位置时，由段数据组织程序提供的实测数据来进行反馈控制。反馈程序的功能是根据卷取温度的实际测量值与目标值的偏差控制反馈区的阀门阵列。根据卷取机前的实测温度进行带钢的闭环温度控制，对反馈区阀门进行动态控制。

11、根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果。

12、该发明热头控制效果与原有热头方式控制效果如下表所示：

表1 Q355热头控制效果

具体实施例2：

以生产成品规格11.04*1250mm的高强车轮钢B650CL为例，层流冷却热头控制方法步骤如下：

1、确定带钢的冷却工艺窗口，终轧温度850℃，中间温度650℃，卷取温度450℃，空冷时间7s，冷却方式为两段式冷却；

2、制定带钢的速度制度，穿带速度3.2m/s，第一加速度0.01m/s

3、CTC模型根据PDI数据确定带钢的厚度、温度和钢种层别，并索引相关的层别数据。

4、CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算，并将预计算开启阀门通过通讯电文传给L1。

5、L1接收到激励阀门设定后，封锁激励阀门。

6、带钢精轧穿带完成，L1将精轧出口测得温度、厚度，速度通过通讯电文传递DMAS，CTC模型据温度及厚度实际值对整个冷却区的设定喷水阀门阵列进行动态调整。

7、L1接收到步骤6中的激励阀门设定后，开始执行阀门封锁程序：封锁时间T(0.5s)；阀门封锁规则：(0.5：封闭激励阀门的一半)。

8、完成带钢头部层流冷却阀门封锁后，L1放开封锁条件，阀门封锁通过2段放开封锁达到正常的层冷控制。

9、CTC模型根据当前段的实绩信息、冷却时间和设定阀门，可以计算得到本段带钢的卷取温度，通过计算的卷取温度同目标卷取温度偏差来调整设定的阀门阵列。最后激励设定值传送程序，对阀门进行动态修正。

10、当段尾到达层冷出口高温计位置时，由段数据组织程序提供的实测数据来进行反馈控制。反馈程序的功能是根据卷取温度的实际测量值与目标值的偏差控制反馈区的阀门阵列。根据卷取机前的实测温度进行带钢的闭环温度控制，对反馈区阀门进行动态控制。

11、根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果。

13、该发明热头控制效果与原有热头方式控制效果如下表2所示：

表2 B650CL热头控制效果

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。