一种带钢热连轧温度控制方法及装置

技术领域

本申请涉及钢铁加工技术领域，尤其涉及一种带钢热连轧温度控制方法及装置。

背景技术

终轧温度是热轧带钢质量控制的重要参数，其不仅影响轧制带钢的变形抗力及其它轧制参数，还影响轧后带钢的金相组织、力学性能及成品的尺寸精度。因此，为满足带钢成品质量要求，既要使带钢头部达到目标温度，又要保证带钢全长终轧温度均匀性，这样才能满足带钢全长组织性能及尺寸精度要求，同时提高轧制稳定性。因此，需要一种控制精度高的带钢热连轧温度控制方法。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种带钢热连轧温度控制方法，以进一步提高带钢热连轧过程中的温度控制精度。

本申请提供了一种带钢热连轧温度控制方法，用于对带钢在热连轧中一个道次的温度进行控制，具体内容如下：

将所述待轧制带钢沿长度方向划分为若干段；对于所述若干段中的任意一段待轧制带钢，选取所述任意一段待轧制带钢的中间位置作为所述任意一段待轧制带钢的控制点；计算各控制点的终轧温度计算值和实侧值的偏差值ΔT；

根据精轧出口的速度、厚度和精轧终轧温度、预先设定的卷取温度以及所述偏差值ΔT对热输出辊道上下的层流冷却装置开启集管段进行设定和控制以保证带钢进入卷取机前的实际温度在所要求的卷取温度精度范围内；

采用出口目标厚度和终轧目标温度，且进行集管开启数的预设定对集管阀门进行ON/OFF控制；

当带钢由F7轧出时获得实测速度，实测厚度及实测终轧温度后，每间隔预定时间控制一次对集管开闭进行动态前馈控制；当带钢到达卷取机前获得实测卷取温度后对后几排集管进行反馈控制。

优选的，所述将所述待轧制带钢沿长度方向划分为若干段之前，还包括：

获取待轧制带钢的钢种、规格和轧制工况。

优选的，至少基于带钢轧制过程中辐射能换热强度确定热输出辊道上下的层流冷却装置的冷却水流量；其中，基于下式确定轧制过程中的辐射能E：

基于下式确定因辐射而散失的热量Q，

其中，F表示散热面积αBL

由于散热造成的温降dT为：

dQ＝-hBL

其中，r表示比重，c表示表示比热，单位：J/kg·k；

由此可得：

或

其中，ΔT公式适用于短距离，T

本发明实施例提供的一种带钢热连轧温度控制装置，包括：

偏差值计算模块，用于将所述待轧制带钢沿长度方向划分为若干段；对于所述若干段中的任意一段待轧制带钢，选取所述任意一段待轧制带钢的中间位置作为所述任意一段待轧制带钢的控制点；计算各控制点的终轧温度计算值和实侧值的偏差值ΔT；

卷取温度控制模块，用于根据精轧出口的速度、厚度和精轧终轧温度、预先设定的卷取温度以及所述偏差值ΔT对热输出辊道上下的层流冷却装置开启集管段进行设定和控制以保证带钢进入卷取机前的实际温度在所要求的卷取温度精度范围内；

集管控制模块，用于采用出口目标厚度和终轧目标温度，且进行集管开启数的预设定对集管阀门进行ON/OFF控制；

反馈模块，用于当带钢由F7轧出时获得实测速度，实测厚度及实测终轧温度后，每间隔预定时间控制一次对集管开闭进行动态前馈控制；当带钢到达卷取机前获得实测卷取温度后对后几排集管进行反馈控制。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本发明实施例提供的一种带钢热连轧温度控制方法对带钢全长方向上的温度进行预调节，克服时间上的滞后性，加快时间响应。根据精轧出口温度实测值，修正温度计算模型，保证模型具有较高的计算精度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种带钢热连轧温度控制方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的对应于图1的一种带钢热连轧温度控制装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种带钢热连轧温度控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

本发明提供一种带钢热连轧温度控制方法，下面结合图1对本说明书实施例提供的带钢热连轧温度控制方法的内容进行说明。

影响卷取温度的主要工艺和控制因素是精轧终轧温度，精轧出口速度及出口厚度，层流冷却喷水集水管数及其位置(包括侧喷)的控制。

由于每个集管能带走多少带钢热量(或比热流大小)直接决定于冷却水到达带钢表面后的状态，(气膜的形成和破坏——亦即冷却的效率)因此将和侧喷的位置，侧喷的角度，水压等有关。如有可能应在热输出辊道中间段(中间段集管不开放)设置测温仪检测表面温度，并与带钢冷却，包括厚度方向的热传导的仿真计算结合来确定N组集管的总冷却效果以便确定模型中的对流热传导系数(或比热流)以及其冷却速度。

卷取温度是热轧中关键性温度，控制效果将直接关系到产品的内在质量。由于带钢在辊道上的时间非常短，要使带钢在规定的时间内温度减到目标值，采用自然冷却的方式是绝对不可能达到的，因此必须采用强迫的方式进行冷却。

目前在世界各国的板轧机上，卷取温度冷却都是采用层流冷却方法。层流冷却在热输出辊道上、下都装有一排水管，采用低压水、大流量，成股地流在带钢表面上，而且还有侧喷装置，能使带钢表面上的层流有规则的向某个方向运动，加强了冷却效果。

不同的带钢厚度和钢种，层流冷却的段数和水量不同，均按设定程序自动控制。

卷取温度控制功能由基础自动化完成,上位机完成卷取温度控制的模型计算和初始设定。初始设定的内容包括层流冷却装置的喷水方式、终轧温度目标值和卷取温度的目标值。

(1)控制难点

1、时-空问题：

在80-100米长的热输辊道上通过控制上(下)各64组或多(少)的集管水流达到控制带钢全长达到卷取温度应有的冷却速度(对特殊钢)，以保证冷轧料的硬度均匀及成品材的机械性能。

由于加速轧制使带钢速度有较大变化使各段带钢通过水流的时间发生变化，加上各段带钢的厚度，终轧温度亦有波动，集管开启数量不仅要根据前面带钢段需要，还要考虑其对后面带钢段的影响。

问题三：

由于条件限制，仅在层流冷却开始(FT)及结束(CT)近一百米的二头上设有测温仪，使CTC只能以预控为主，这就要求有较精确的模型，CT的反馈由于存在大滞后要十分小心。

问题四：

从控制信号发出(开启或关闭水阀)到水流达到钢板表面大约需要0.5～0.8秒，在控制策略中必须考虑这一控制作用的滞后。

模型中强迫对流冷却系数或热流密度决定于一系列实际因素(水流与带钢高温表面接触造成的汽膜，侧喷水对汽膜的破坏程度直接影响水与带钢间的表面热交换程度)，因此必须通过现场大量实测数据的统计来确定。

本发明实施例提供一种带钢热连轧温度控制方法，下面结合附图对本发明实施例的内容进行说明，如图1所示，本发明实施例技术方案包括：卷取温度控制是根据精轧出口的速度，厚度和精轧终轧温度以及要求的卷取温度对热输出辊道上下的层流冷却装置开启集管段进行设定和控制以保证带钢进入卷取机前的实际温度在所要求的卷取温度精度范围内。

将所述待轧制带钢沿长度方向划分为若干段；对于所述若干段中的任意一段待轧制带钢，选取所述任意一段待轧制带钢的中间位置作为所述任意一段待轧制带钢的控制点；计算各控制点的终轧温度计算值和实侧值的偏差值ΔT；

a.集管通常在带钢进入精轧减速机架时开启，为此只能采用出口目标厚度和终轧目标温度通过模型进行集管开启数的预设定并对集管阀门进行ON/OFF控制。

b.当带钢由F7轧出获得实测速度，实测厚度及实测终轧温度后，按每0.5秒控制一次对集管开闭进行动态前馈控制。

c.当带钢到达卷取机前获得实测卷取温度后对后几排集管进行反馈控制。

(3)卷取温度控制方案

从方案上CTC分为前端冷却，后端冷却，头尾不冷却三种。三种方案分别应用于不同的产品规格要求。

前端冷却一般应用于带钢厚度在1.6mm以上的普碳钢和需要有急冷的电磁钢。这种方式就是使冷却水从辊道上、下喷嘴对称地喷出，并且分成两部分进行。一部分是从轧机出口侧开始向热输出辊道中部延伸，第二部分是从卷取机侧开始向热输出辊道中部延伸,开阀多少由模型计算以前馈方式进行。动态前馈控制及反馈控制在此方式下是由CT向上游逐推开阀，并且是动态控制(每0.5秒)。

后端冷却应用于1.6mm厚度以下的普通碳素钢。实现后端冷却的方法就是使用上喷嘴开启，下部喷嘴关闭的非对称喷法。冷却段数集中，全部从卷取侧喷出，并且根据需要可增加或减少喷嘴的数量。当轧制极薄产品，带钢头部未到卷取机温度计CT时，冷却水全部关闭，等带钢头部到达卷取机温度计CT时，再打开所需的冷却水，这也是为了在热输出辊道上的穿带性能。它的实施方案无论是预设定还是动态前馈控制，反馈控制都是从卷取侧向上游推。反馈控制与前馈控制合二而一，而且仅有上喷而无下喷。

头尾不冷却一般用在8mm以上的厚带钢，目的是为了卷取机便于卷取。一般在带钢头尾部约10m长度上不喷水，要求带钢有严格的头部跟踪，0.5s计算一次，大部分与前端方式合用。

侧喷部分目的是将钢板表面上水层吹开以便于落下的新的水流与钢板的热交换。

CTC程序在实现时应考虑三种操作方式，自动方式，半自动方式和测试方式。自动方式时卷取目标温度等由上位机给出，半自动方式时则由操作工在HMI上给出。测试方式用于检验各个阀门工作是否正常，一般在非生产时使用。

由于层流冷却装置是分布在近50米长度的空间中，因此CTC面对的是一个大“时空”的对象。用于控制的三个主要参数分别有以下特点：

a.带钢速度。在任一时刻，带钢全长上各点的速度是相同的，但不同时刻速度是变化的。

b.带钢厚度。沿带钢长度方向上各点的厚度是不同的，因此当每点(相当于0.5秒)经过测厚仪时，需将其检测值记录下来，并记下此点离开带钢头部的距离，以便动态前馈控制时用。

c.带钢终轧温度性质与厚度相同，即各点终轧温度不同，需记录各点的检测值，为此需为每一条带钢开辟存储60个温度及厚度检测值的数据区(相当于30秒轧制时间)。考虑到在热输出辊道可能存在两条带钢，为此，要开辟两套数据区分别用于第一和第二条带钢。

d.在最近确定阀门开启的输出字时需要根据“阀故障”检查所确定的“坏阀”信息，以便实际开启阀的数目达到计算所需求的值。

(4)CTC执行时序

a.当带钢头部咬入精轧减速机架后对阀门开启数进行预设定计算。

b.当带钢头部出精轧到达测厚仪和测温仪后，对带钢头部进行跟踪并以0.5秒为周期动态地根据实测速度，厚度和实测终轧温度对水冷区长度进行前馈控制。

c.当带钢头部到达卷取温度仪后，同样以0.5秒为周期根据实测卷取温度进行反馈控制。

d.当带尾离开精轧时对带尾进行跟踪，并在带尾离开水冷区后停止相关控制。

数学模型

在热输出辊道(层流冷却系统)上，实际上存在二大类热交换。

◆高温带钢向外辐射降温

◆集管水流及侧喷水对带钢的强迫对流冷却

辐射温降模型

辐射能(单位时间，单位面积)为

因辐射而散失的热量Q为

F散热面积αBL

τ散热时间(s)；

σ绝对黑体的辐射系数(5.69W/m

ε黑度(辐射率，ε<1)；

T＝t

由于散热造成的温降dT为

dQ＝-hBL

r为比重；

c为比热(容)J/kg·k即单位重量物体升高一度所吸收的热量；

由此可得

或

ΔT公式适用于短距离(一个集管)；

T

强迫对流冷却

α强迫对流传热系数W/m

q比热流(单位时间在单位面积上热交换的热量W/m

控制模型

设

K

δ

当采用比热流q时，

因此可用下列式子表示：

预测控制计算步骤：

(1)先计算

(2)剩余的

(3)集管计算Δt

(4)各集管计算时，根据控制模式进行(逐个打开或隔一个开一个，对故障阀应跳过)；

(5)当计算到i集管时如

(6)计算最后剩余的

总的卷取温度控制模型亦可分为：

(1)冷却水段预设定

当带钢咬入F2时按计划数据、控制方式，h，v等及实测RT反馈所计算的FT进行预设定，控制信号的输出则根据控制方式及头尾跟踪来进行。

(2)动态设定

当带钢到达

(3)反馈控制

当带钢到达CT测温仪后进行反馈控制。

(4)自学习

利用实测的

(5)冷却速度控制

当选择冷却速度控制方式(对某些钢种)时需设立两个中间温度值

另一种方法为设一套标准参数

式中，δh＝h-h

其中各偏微分系数可由下述公式求得：

当K

上式可写成：

例如：

基于同样的思路，本说明书实施例还提供了上述方法对应的装置。图2为本说明书实施例提供的对应于图1的一种带钢热连轧温度控制装置的结构示意图。如图2所示，该装置可以包括：

偏差值计算模块202，用于将所述待轧制带钢沿长度方向划分为若干段；对于所述若干段中的任意一段待轧制带钢，选取所述任意一段待轧制带钢的中间位置作为所述任意一段待轧制带钢的控制点；计算各控制点的终轧温度计算值和实侧值的偏差值ΔT

卷取温度控制模块204，用于根据精轧出口的速度、厚度和精轧终轧温度、预先设定的卷取温度以及所述偏差值ΔT对热输出辊道上下的层流冷却装置开启集管段进行设定和控制以保证带钢进入卷取机前的实际温度在所要求的卷取温度精度范围内。

集管控制模块206，用于采用出口目标厚度和终轧目标温度，且进行集管开启数的预设定对集管阀门进行ON/OFF控制。

反馈模块208，用于当带钢由F7轧出时获得实测速度，实测厚度及实测终轧温度后，每间隔预定时间控制一次对集管开闭进行动态前馈控制；当带钢到达卷取机前获得实测卷取温度后对后几排集管进行反馈控制。

本发明实施例提供的一种带钢热连轧温度控制方法对带钢全长方向上的温度进行预调节，克服时间上的滞后性，加快时间响应。根据精轧出口温度实测值，修正温度计算模型，保证模型具有较高的计算精度。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。