熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程控制方法的應(yīng)用研究

王立輝

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063000）

生產(chǎn)實(shí)踐·應(yīng)用技術(shù)

熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程控制方法的應(yīng)用研究

王立輝

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合聯(lián)合有限責(zé)任公司， 河北 唐山 063000）

帶鋼組織性能直接受熱軋帶鋼卷取溫度的影響。卷取溫度是熱軋帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中比較關(guān)鍵的操作數(shù)據(jù)，給熱軋帶鋼的微觀組織構(gòu)成以及多種性能指標(biāo)帶來(lái)比較大的影響。為了更好地確保卷取溫度滿足工藝規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，需要將提高熱軋帶鋼層流冷卻控制系統(tǒng)的精準(zhǔn)性。

熱軋帶鋼 層流冷卻過(guò)程 控制方法 應(yīng)用

隨著我國(guó)社會(huì)不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也隨之發(fā)展進(jìn)步。當(dāng)前，一般的普通性能鋼材已無(wú)法將用戶的需求充分滿足，在行業(yè)內(nèi)占據(jù)主要地位的是高強(qiáng)度、易加工、性能高的鋼材。成品鋼材性能質(zhì)量非常重要的影響因素是熱軋帶鋼生產(chǎn)當(dāng)中軋制之后的冷卻控制技術(shù)。同時(shí)熱軋帶鋼卷取溫度決定著成品卷鋼加工焊接和力學(xué)性能。所以，應(yīng)用科學(xué)高效的層流冷卻控制方法在熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程中是非常關(guān)鍵的。

1 層流冷卻過(guò)程控制研究的重要性

1.1 提高板帶板材和材質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

控制熱軋板帶層流冷卻段的卷取溫度是為了保證板帶品質(zhì)以及構(gòu)成良好板形的重要時(shí)期?？刂瓢鍘恿骼鋮s的最終目標(biāo)是為了控制卷取溫度，更好地提升板帶產(chǎn)品質(zhì)量，充分滿足用戶需要。對(duì)低碳鋼來(lái)講，終軋溫度要高于相變溫度，經(jīng)過(guò)層流冷卻之后，板帶滿足卷取的適宜溫度，與此同時(shí)在這個(gè)冷卻過(guò)程中將相變實(shí)現(xiàn)。冷卻速度和溫度由軋機(jī)速度和冷卻控制所決定。為了保證溫度可以更大幅度地下降，層流冷卻區(qū)需要設(shè)計(jì)充分長(zhǎng)，從而保證所有產(chǎn)品能夠經(jīng)過(guò)一定的冷卻之后達(dá)到目標(biāo)的卷取溫度。對(duì)于測(cè)溫儀器，從終軋機(jī)之后到卷取之前這段時(shí)間里，存在傳送延遲，直接導(dǎo)致首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合聯(lián)合有限責(zé)任公司不能直接利用反饋控制將系統(tǒng)當(dāng)中的卷取溫度和卷取精度直接控制，很多熱軋廠利用前饋

反饋控制系統(tǒng)當(dāng)做關(guān)鍵的控制回路，利用自適應(yīng)當(dāng)做輔助回路將前向預(yù)測(cè)偏差彌補(bǔ)。

1.2 過(guò)程控制研究的重要性

近幾年以來(lái)，伴隨著工業(yè)界對(duì)板帶需求量不斷增加，同時(shí)逐漸提高了產(chǎn)品質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)。在這樣的形式下，利用卷取溫度來(lái)控制精度，經(jīng)歷技術(shù)改造之后，獲取了非常大的提升，板帶的開(kāi)始生產(chǎn)從之前的大型、高速、連續(xù)程度朝著能源節(jié)約、加大產(chǎn)品品質(zhì)的方向進(jìn)步。在熱軋廠板帶層流冷卻生產(chǎn)過(guò)程中，研究卷取溫度控制工作，不僅可以提升板帶產(chǎn)品的品質(zhì)，還可以保證節(jié)省能源、為生產(chǎn)雙相鋼帶來(lái)幫助，促進(jìn)生產(chǎn)效率提高。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)如今鋼鐵生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)情況，打造一個(gè)滿足我國(guó)實(shí)際情況的層流冷卻過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型和比較先進(jìn)的板帶層流冷卻控制技術(shù)，有著極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 層流冷卻的冷卻工藝

2.1 前段冷卻模式

高溫區(qū)域，熱軋帶鋼需要快速將溫度冷卻，多選擇前段冷卻模式。此方式可以保證在精冷區(qū)從前往后的流程，冷卻閥門(mén)打開(kāi)，達(dá)到帶鋼冷卻的目的。選擇前段冷卻方式，帶鋼進(jìn)行冷卻的時(shí)候，盡量選精冷區(qū)最開(kāi)始的閥門(mén)當(dāng)作開(kāi)始的冷卻閥門(mén)，按照層流冷卻控制模型計(jì)算出帶鋼長(zhǎng)度進(jìn)行冷卻，確定好開(kāi)啟閥門(mén)的數(shù)量。將開(kāi)始冷卻閥門(mén)作為始點(diǎn)，根據(jù)帶鋼進(jìn)行方向的反向開(kāi)啟需要的閥門(mén)，保證帶鋼的冷卻[1]。

2.2 后段冷卻模式

低溫地帶，熱軋帶鋼需要非?？斓慕禍厮俣鹊幕A(chǔ)上，一般要利用后段冷卻的方法冷卻。這種冷卻方法就是從粗冷區(qū)從前往后的流程打開(kāi)閥門(mén)將帶鋼帶到冷卻區(qū)。將帶鋼的冷卻模式選擇后端冷卻的時(shí)候，盡可能將粗冷區(qū)最開(kāi)始的閥門(mén)作為開(kāi)始的冷卻閥門(mén)，同時(shí)依照層流冷卻控制模型所計(jì)算出帶鋼長(zhǎng)度進(jìn)行冷卻，確定開(kāi)啟閥門(mén)的數(shù)量。將開(kāi)始冷卻的閥門(mén)作為開(kāi)始點(diǎn)，隨后帶鋼運(yùn)行的反向打開(kāi)需要開(kāi)啟閥門(mén)，確保帶鋼的冷卻。

2.3 均勻冷卻模式

處在冷卻的流程過(guò)程中的熱軋帶鋼所處在的每一個(gè)溫度段當(dāng)中所需要的冷卻速度都不同，一般使用分組控冷以及水冷同時(shí)進(jìn)行冷卻模式進(jìn)行冷卻，確保冷卻閥門(mén)開(kāi)閉進(jìn)行排列。帶鋼冷卻選均勻冷卻模式的情況下，某組噴水集管的首根噴水管作為閥門(mén)，將層流冷卻控制模式計(jì)算出所需要的冷卻帶鋼長(zhǎng)度當(dāng)做參照物，確定開(kāi)啟閥門(mén)數(shù)量。將開(kāi)始冷卻閥門(mén)作為始點(diǎn)，根據(jù)帶鋼進(jìn)行方向的反向開(kāi)啟需要的閥門(mén)，保證帶鋼的冷卻[2]。

3 熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程控制方法的應(yīng)用

3.1 實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)定功能

熱軋帶鋼卷取溫度的控制是非常復(fù)雜的一種分布控制方式。因?yàn)楣┧O(shè)備和穩(wěn)定層流都需要時(shí)間，因此要根據(jù)精軋機(jī)所帶來(lái)的帶鋼數(shù)據(jù)，比如帶鋼厚度、速度、溫度等等，利用設(shè)置好的模型將設(shè)定好冷卻區(qū)域的水閥開(kāi)閉情況，這樣更好地將總體控冷系統(tǒng)動(dòng)作滯后影響現(xiàn)象去除。預(yù)設(shè)定模型經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間就會(huì)重啟一次，重新將各個(gè)控制量進(jìn)行設(shè)定之后送到基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行執(zhí)行，等于分段控制帶鋼長(zhǎng)度，消除帶鋼長(zhǎng)度方向的溫度、厚度和速度。

3.2 前饋控制功能實(shí)現(xiàn)

當(dāng)帶鋼經(jīng)過(guò)精軋機(jī)的測(cè)溫儀器，系統(tǒng)啟動(dòng)修正設(shè)定計(jì)算機(jī)程序（前饋控制計(jì)算）。修正設(shè)定計(jì)算作為一個(gè)不停進(jìn)行周期計(jì)算的流程，按照精軋出口實(shí)測(cè)帶鋼溫度、速度以及厚度[3]。使用和預(yù)設(shè)定計(jì)算一致的模型計(jì)算對(duì)應(yīng)的集管排放數(shù)量，適當(dāng)調(diào)整預(yù)先設(shè)定好計(jì)算所得到的噴水情況，這項(xiàng)微調(diào)要根據(jù)樣本長(zhǎng)度周期進(jìn)行。

3.3 反饋控制功能實(shí)現(xiàn)

為了保證控制精度，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中包含了反饋控制，充分將前饋控制漏洞補(bǔ)充，因此，控制系統(tǒng)就是一個(gè)前饋反饋控制系統(tǒng)。當(dāng)中將前饋控制作為主要方式。重點(diǎn)因?yàn)閹т摻K軋出口的溫度、速度以及厚度將直接對(duì)帶鋼溫度影響非常巨大。只有預(yù)先設(shè)定好的溫度模型精準(zhǔn)程度高，需要對(duì)上面因素的影響作出充足的彌補(bǔ)[4]。和上面因素比較，不能控制隨機(jī)影響是次要的，同時(shí)施加反饋控制同時(shí)，此段和后來(lái)比較長(zhǎng)的一段帶鋼結(jié)束控制。關(guān)鍵將前饋控制作為重點(diǎn)，反饋控制作為次要點(diǎn)。根據(jù)帶鋼卷取溫度的實(shí)際測(cè)量以及距離目標(biāo)值的差距，為了更好地將溫度偏差去除掉就需要利用精冷段水閥開(kāi)閉個(gè)數(shù)將目的實(shí)現(xiàn)，從而提高帶鋼卷取溫度，保證精度得到控制。

3.4 學(xué)習(xí)模型功能實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)控制發(fā)展和研究的最終目標(biāo)就是為了讓對(duì)象或者過(guò)程的輸入輸出關(guān)系能夠?qū)㈩A(yù)期目標(biāo)滿足，就是達(dá)到各種性能指標(biāo)，或者在一定條件中某種代表性能達(dá)到最佳狀態(tài)。文中闡述的層流冷卻控制系統(tǒng)就是具備了參數(shù)自校正系統(tǒng)。因?yàn)樵诂F(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中具有非常多的不可預(yù)知和不可控的問(wèn)題出現(xiàn)，都是非常常見(jiàn)的但是很難克服的問(wèn)題，自適應(yīng)控制能夠?qū)⑦@些問(wèn)題很好地解決。

4 結(jié)語(yǔ)

熱軋帶鋼是一項(xiàng)非常關(guān)鍵需要繼續(xù)高度關(guān)注同時(shí)進(jìn)行深入開(kāi)發(fā)研究的技術(shù)。能夠預(yù)測(cè)和控制組織性能，能夠精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼材組織性能的控制，產(chǎn)出高品質(zhì)的鋼材。需要非常關(guān)心的就是層流冷卻過(guò)程中的溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)技術(shù)。當(dāng)前已經(jīng)有在線直接進(jìn)行測(cè)量溫度的方式，可是將其作為間接進(jìn)行測(cè)量的方式，將其作為輔助修正觀測(cè)器模型精度的方式。

[1] 羅剛.熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程控制及其優(yōu)化[D].無(wú)錫：江南大學(xué)，2009.

[2] 片錦香，柴天佑.熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程混合智能控制方法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009（11）：1 534-1 537.

[3] 彭良貴，劉相華，王國(guó)棟.熱軋帶鋼層流冷卻的控制策略及其應(yīng)用[J].鋼鐵研究學(xué)報(bào)，2005（3）：5-9.

[4] 卜赫男.熱軋帶鋼層流冷卻過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)的優(yōu)化與應(yīng)用[D].沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2013.

（編輯：苗運(yùn)平）

Application of Control Method in Laminar Cooling Process of Hotrolled Strip

WANG Lihui
（Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063200）

The microstructure and properties of strip steel are directly affected by the coiling temperature of hot rolled strip.Coiling temperature is a key operation data in production process of hot rolled strip,which has a great influence on microstructure and various performance indexes of hot rolled strip.In order to ensure that the coiling temperature meet the requirements of process specifications,it is necessary to improve the accuracy of laminar cooling control system of hot strip mill.

hot rolled strip,laminar cooling process,control method,application

TG335.11

A

1672-1152（2017）03-0087-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.35

2017-04-02

王立輝（1984—），男，河北邢臺(tái)人，大學(xué)本科學(xué)歷，現(xiàn)就職于首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合聯(lián)合有限責(zé)任公司，主要從事熱軋?jiān)O(shè)備管理工作，中級(jí)工程師。