CN101306438A - 加速层流冷却设备冷却工艺集成方法 - Google Patents

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田鹏
张跃飞
王立坚
李涛
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Abstract

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。工艺为：建立了随流量、厚度规格变化的上下集管水比函数Fratio＝f(thickness，Top－flow)；将ACC二级自动化模型程序中的adaption自适应程序段中的第7位KTS2值1～9重新设计；根据辊道速度和钢板在辊道上运行的时间来计算出钢板头部离轧机中心线的距离；通过修改ACC自动化控制系统中预计算触发的条件，轧机只在最后一个道次发送给ACC钢板的PDI数据，屏蔽了中间道次发送的不稳定的PDI数据，同时ACC不在进行同块钢板2个PDI数据的比较，只接受最后一个道次的钢板PDI数据并进行预计算，同时减少ACC自动化冷却的启动条件来解决钢板因为少条件不能冷却的问题。

Description

加速层流冷却设备冷却工艺集成方法
技术领域
本发明涉及钢板层流冷却技术领域，特别是提供了一种加速层流冷却设备(以下称ACC)冷却工艺集成方法，尤其是有模型基础的自动化层流冷却设备。
背景技术
ACC层流冷却设备无需人工操作，全部由现场传感器进行物料跟踪和温度检测来进行对钢板的冷却，由于轧制节奏过快，导致ACC物料跟踪系统无法精准定位钢板，同时厚板冷却由于同板温差过大，经常会导致水冷后钢板终冷温度偏差过大以及板形飘曲。严重影响钢板的质量。
目前，厚板轧制由于轧制过程中同板温差的存在导致钢板水冷后飘曲问题；ACC板形问题是中厚板生产中ACC工艺控制难点，尤其对于宽板(＞3300mm)或终冷温度低冷却强度大时，钢板板形更易发生瓢曲。
发明内容
本发明的目的在于提供一种ACC冷却工艺集成方法，解决了厚板轧制由于轧制过程中同板温差的存在导致钢板水冷后飘曲问题，尤其对于宽板(＞3300mm)或终冷温度低冷却强度大时，钢板板形更易发生瓢曲。
本发明的工艺为
1、建立了随流量、厚度规格变化的上下集管水比函数；即Fratio＝f(thickness，Top-flow)，(Fratio是下集管水流量与下集管水流量的比值，f(thickness-flow)是钢板厚度与钢板上集管水之间的对应关系)内容见表1。在管层流上下集管换热特性研究基础上，根据钢板上下表面冷却强度不均与板形瓢曲关系，建立了随流量、厚度规格变化的上下集管水比函数。厚度规格8～150mm，流量范围200～500L/m2.min。规格越薄、流量越小，对应的集管水比值越小。对于薄规格钢板，水比值随流量增加而小幅增加，随着厚度规格加大(尤其＞40mm)，水比值随流量增加而显著增加，也就是说厚度规格对水比值影响大于流量。
2.为了不影响原高温区终冷温度控制，考虑其他钢种水冷工艺操作要点要求，我们将ACC二级自动化模型程序中的adaption(自适应)程序段中的第7位KTS2值(1～9)重新设计：当钢板终冷温度大于501℃时，KTS2＝1。当钢板终冷温度大于531℃时，KTS2＝2。依次递增直到终冷温度上限为700℃时，KTS2＝9为止，将PDI(原始数据)中的CST(终冷温度)值所对应的自适应温度范围扩大至501～711℃，设计的温度下限在现场模拟计算中可以实现。
3.针对不同厚度规格钢板建立温度补偿值，表2所示，统计不同厚度规格轧机发出的终轧温度与ACC入口检测温度误差规律，通过接口文件，对终轧计算温度进行补偿，减小辊道速度在线调整量，保证钢板的冷却均匀性。
4.根据辊道速度和钢板在辊道上运行的时间来计算出钢板头部离轧机中心线的距离，同时把计算出的钢板头位置与该传感器距离轧机中心线的固定数值进行比较来判断，从而模拟这些跟踪传感器的位置。当生产时传感器出现意外故障，可以用最短的时间使用头尾位置检测物料到位情况。
5.通过修改ACC自动化控制系统中预计算触发的条件，轧机只在最后一个道次发送给ACC钢板的PDI数据，屏蔽了中间道次发送的不稳定的PDI数据.同时ACC不在进行同块钢板2个PDI数据的比较，只接受最后一个道次的钢板PDI数据并进行预计算.同时减少ACC自动化冷却的启动条件来解决钢板因为少条件不能冷却的问题。
下面对本发明的原理进行说明：
一、ACC层流冷却设备属于自动化控制，其水流量大小，辊道速度，集管数量，温度控制等一系列功能都是在ACC二级自动化模型的控制下进行的，此次冷却工艺集成方法是建立在二级自动化模型的基础上进行的，部分方法是对二级自动化模型程序中的参数进行修改。
二、在同样流量情况下，ACC上集管冲击区冷却能力远强于下集管，因此，为保证钢板上下表面冷却强度均匀，保证钢板在快速冷却过程中保持良好的板形平直度，下集管流量就要大于相对应的上集管流量。因此合适的下/上集管流量比值(水比)就成为决定板形平直关键参数之一。
当ACC设备参数一定条件下，水比值就主要与厚度规格、流量有关，即Fratio＝f(thickness，Top-flow)，在管层流上下集管换热特性研究基础上，根据钢板上下表面冷却强度不均与板形瓢曲关系，我们建立了随流量、厚度规格变化的上下集管水比函数。
三.为了提高ACC设备的冷却能力，对ACC控冷模型中的终冷温度自适应的温度范围进行了重新调整，扩大了钢板终冷温度的范围和准确性。
ACC二级模型对现有批量生产各钢种的控冷精度可以达到95％以上，最低PDI-CST值是630℃(K60)，最高720℃(普碳厚板)，冷却工艺执行稳定。
随着X80高等级钢种试制进行，终冷温度要求降至530℃，但经多轮轧制工艺试制发现，ACC模型温度控制始终在570～600℃之间震荡，无法达到X80低温水冷工艺要求。
经过对X80后计算水冷文件研究发现，PDI 551℃以下的终冷温度在ACC模型内部处理时采用同一自适应代码，因此怀疑终冷温度控制不下来可能与此有关。对ACC模型预计算中的自适应程序模块进行程序代码进行检查，发现了函数定义位置，程序代码显示该函数中550℃以下的自适应过程被关闭从而造成ACC模型不具备低温控制能力，无法满足X80水冷工艺要求。我们将ACC二级模型中的程序代码修改、重新编译执行。
四.针对多块套轧过程中钢板待温的位置，结合冷却设备与轧机的距离限制，特对ACC自动化冷却顺序控制的各个参数位置点进行了改进，大大减少了钢板冷却时跟踪错误的现象。
ACC整个物料跟踪系统是由生产线上的热金属检测仪，光栅，辊道编码器，高温计一起通过自动化程序来计算出钢板头部和尾部在生产线上具体的位置，从而进行相应的顺序控制手段。但是由于现场环境恶劣，会影响到这些传感器的精度，同时传感器也会由于寿命等自然因素损坏。为了避免这些外界因素，同时为了提高自动化冷却的稳定性，根据辊道速度计算出来的钢板头尾位置来模拟这些跟踪传感器的位置，当传感器生产时出现意外故障，我们可以用最短的时间来满足生产要求。
五.ACC预计算是在钢板末道次触发时进行，预计算主要根据轧机二级系统计算的终轧温度值和PDI目标终冷温度来设计所需的冷却集管水流量和辊道速度，提前开启冷却集管，以保证钢板到达冷却区时集管的流量达到稳定状态。而通常轧机模型发给ACC模型的终轧计算温度与实际ACC入水温度不符，如果按照原来预计算工艺，此块钢板终冷温度必然会有偏差，为保终冷温度达到PDI设计要求，模型将进行在线调整，而原预计算中设计的流量参数将不发生变化，因为阀的响应速度相对滞后，所以只是进行钢板速度时时调整，所以原设计好的冷却速率就会随辊速调整而发生变化，且在线调整能力也有限，终冷温度控制有时也很难保证，所以轧机温度与ACC入水温度不一致是引起终冷温度和冷却速率控制误差的主要原因。从轧机到ACC水冷区有61m距离，因此钢板在到达ACC位置时，钢板温度都有不同程度热量损失，钢板越薄，热损失越大，尤其对于20mm以下薄板热量损失可以达到50℃以上。如40mm某钢板接收到的终轧温度为861℃，而ACC入口高温计检测到的温度只有810～820℃之间，比预计算温度低30～40℃，所以该钢板不得不缩短冷却时间，提高辊速。
具体实施方式
为了改善终冷温度和冷速命中率，我们对不同厚度规格钢板建立温度补偿函数，统计不同厚度规格西门子发出的终轧温度与ACC入口检测温度误差规律，通过接口文件，对终轧计算温度进行补偿，减小了在线调整量，提高了终冷温度和冷速命中率。
五.由于轧机操作工人为干预轧制，导致部分轧机发送到ACC的报文丢失而使得钢板不能够冷却，通过对程序优化减少限制条件后能够更加稳定和准确的对钢板进行跟踪和冷却.
表1为ACC上下集管水流量依据钢板厚度制定的比率值
  0   8   22   35   55   70   80   150
  200   1.60   1.78   1.95   2.20   2.30   2.5   2.50
  300   1.60   2.00   2.15   2.35   2.50   2.6   2.60
  350   1.60   2.00   2.15   2.45   2.70   2.7   2.80
  400   1.60   2.02   2.16   2.55   2.70   2.75   2.85
  500   1.60   2.12   2.18   2.65   2.75   2.80   2.90
表2为轧机终轧温度的补偿值
Figure A20081011538200051
Figure A20081011538200061
Figure A20081011538200062
发明的效果：
1.对ACC上下集管水比值参数进行全面优化设计，使得K60等典型钢种的水冷板形合格率由70％提高到98％以上，并基本消除3500mm宽度以上的18～70mm之间低合金、船板、高强钢等宽厚板板形瓢曲现象，减少了每月瓢曲带出品量，成材率提高了5％。
2.通过优化冷却工艺制度和ACC控冷模型精度，提高了终冷温度和冷速控制精度，屈服和延伸性能都有所改善。Q345系列钢板性能合格率从原来的84％提高到99％以上，提高了15个百分点。
3.钢板的最低终冷温度从初期的580度下降到500度，保证了X80管线钢开发的成功。同时为钢板的超低温冷却控制技术奠定了技术基础。
X80低温试制
根据单体试验结果对各种终轧温度范围进行了工艺预计算，X80低温试轧，PDI目标和具体执行情况详见表3和表4。
水冷工艺目标和工艺执行情况见表3：
表3.ACC工艺参数执行情况
从表中可以看出，这5块钢板由于终轧温度波动较大，前3块钢板属于一个自学
Figure A20081011538200063
习过程，后2块钢板属于另一自学习过程，修改后的ACC模型经过测试后，低温自适应程序段开始发挥作用，且总的自学习方向是靠近PDI目标进行。
表4.ACC工艺参数执行情况
从ACC二级模型来看，此次X80终冷温度控制非常准确，无论终轧温度怎样波动，ACC温控始终围绕PDI目标线进行调整，说明ACC自动模型低温自学习程序已经进入稳定控制阶段。
1.建立了随流量、厚度规格变化的上下集管水比函数。厚度规格8～150mm，流量范围200～500L/m2.min。规格越薄、流量越小，对应的集管水比值越小。对于薄规格钢板，水比值随流量增加而小幅增加，随着厚度规格加大(尤其＞40mm)，水比值随流量增加而显著增加，也就是说厚度规格对水比值影响大于流量。内容见表1。
2.为了不影响原高温区终冷温度控制，考虑其他钢种水冷工艺操作要点要求，将adaption(自适应)中的第7位KTS2值(0～9)重新设计，将PDI中的CST(终冷温度)值所对应的自适应温度范围扩大至501～711℃，并进行在线模型重编译，编译测试后ACC在线控冷模型运行正常，设计的温度下限在现场模拟计算中通过。
3.针对不同厚度规格钢板建立温度补偿函数，表2所示，统计不同厚度规格轧机发出的终轧温度与ACC入口检测温度误差规律，通过接口文件，对终轧计算温度进行补偿，减小在线调整量。
4.根据辊道速度计算出来的钢板头尾位置来模拟这些跟踪传感器的位置，当传感器生产时出现意外故障，我们可以用最短的时间来使用头尾位置检测到位情况来满足生产要求。
5.通过修改轧机二级模型计算机发给ACC二级模型计算机的相关程序和参数，来减少发送有效PDI数据的个数，同时减少ACC自动化冷却的启动条件来解决钢板因为少条件不能冷却的问题。

Claims (1)

1、加速层流冷却设备冷却工艺集成方法，其特征在于，工艺为
(1)建立了随流量、厚度规格变化的上下集管水比函数Fratio＝f(thickness，Top-flow)，厚度规格8～150mm，流量范围200～500L/m2.min；其中，Fratio是下集管水流量与下集管水流量的比值，f(thickness-flow)是钢板厚度与钢板上集管水之间的对应关系；
(2)将ACC二级自动化模型程序中的adaption自适应程序段中的第7位KTS2值1～9重新设计：当钢板终冷温度大于501℃时，KTS2＝1；当钢板终冷温度大于531℃时，KTS2＝2；依次递增直到终冷温度上限为700℃时，KTS2＝9为止，将PDI原始数据中的CST终冷温度值所对应的自适应温度范围扩大至501～711℃，设计的温度下限在现场模拟计算中实现；
(3)针对不同厚度规格钢板建立温度补偿值，统计不同厚度规格轧机发出的终轧温度与ACC入口检测温度误差规律，通过接口文件，对终轧计算温度进行补偿，减小辊道速度在线调整量，保证钢板的冷却均匀性；
(4)根据辊道速度和钢板在辊道上运行的时间来计算出钢板头部离轧机中心线的距离，同时把计算出的钢板头位置与该传感器距离轧机中心线的固定数值进行比较来判断，从而模拟这些跟踪传感器的位置；当生产时传感器出现意外故障，用最短的时间使用头尾位置检测物料到位情况；
(5)通过修改ACC自动化控制系统中预计算触发的条件，轧机只在最后一个道次发送给ACC钢板的PDI数据，屏蔽了中间道次发送的不稳定的PDI数据，同时ACC不在进行同块钢板2个PDI数据的比较，只接受最后一个道次的钢板PDI数据并进行预计算，同时减少ACC自动化冷却的启动条件来解决钢板因为少条件不能冷却的问题。
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