CN102688900B - 一种热连轧机精轧出口温度的保证方法 - Google Patents

一种热连轧机精轧出口温度的保证方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热连轧机精轧出口温度的保证方法,包括以下步骤:1、将所轧制带钢以一定长度为单位划分为若干逻辑段;2、计算各逻辑段在通过轧机精轧出口时的实际抛钢速度;3、依据所计算的实际抛钢速度计算各逻辑段在通过轧机精轧出口时的实际温度;4、计算将各逻辑段通过轧机精轧出口时的实际温度调节到终轧目标温度时机架冷却水所需出水量。该方法通过对各段预计的终轧温度和目标终轧温度的偏差来提前计算设定和调节各精轧机架间冷却水相对带钢头部所需增减的水量,从而保证带钢终轧温度的精确控制。

Description

一种热连轧机精轧出口温度的保证方法
技术领域
本发明涉及热轧终轧温度控制技术,具体地说是指一种热连轧机精轧出口温度的保证或控制方法。
背景技术
终轧温度在带钢热连轧生产过程中是实现控制轧制的一个非常重要的参数,但在精轧过程中,如果仅仅是依靠空冷温降来进行温度控制则难以保证终轧温度精度。早些时候热轧带钢的温度控制方法主要是通过仅预计头部终轧温度而在精轧机后设置层流冷却的方式来控制带钢冷却速度和卷取前的带钢整体温度;近年来为了控制轧制过程的相变以及满足产品性能、轧制产量的要求,新的发展思路是利用精轧机架间冷却水控制的方式来精确控制精轧后的终轧温度,即在精轧机组后部机架间设置带钢水幕冷却装置以增加机架间冷却系统,;而通过合理控制机架水,不但可以提高终轧温度精度,而且对于实现升速轧制、提高机组产量、改善产品内在质量以及生产对轧制温度范围有特殊要求的钢材品种都有非常重要的意义。目前大部分的生产控制是利用精轧后的测量装置反馈控制调节机架间的冷却水量,但这种方式会造成温度控制滞后,易产生温度波动。
如图1所示,在现有技术中,控制带钢的终轧温度的手段主要有调整速度的方式,如采用温度加速度或功率加速度进行升速轧制提高轧制温度,同时根据设置在精轧机后的测温仪实测温度数据调节机架水的方式实施反馈控制。一般测温仪与轧机之间有较长的距离,控制机架水的阀门滞后特性严重,采用反馈控制的效果则不够理想。
公开号为CN101081406,名称为《一种保证热轧精轧带钢全长温度均匀的方法》的中国专利文献公开了一种热轧轧制过程中终轧温度的控制方法,它主要解决带钢头部和尾部温度偏低导致轧制困难和不合格产品的技术问题。它的主要思想包括以下方面:
a、在加热炉物理划分的各个段采用两根或三根煤气总管连接沿炉宽方向分布的燃烧器,燃烧器按照煤气总管的数量分成两组或三组,当带钢头部、尾部温度偏低时,通过控制各煤气总管流量,使加热完了的板坯温度分布为倾斜型或上抛物线型的板温分布;
b、在进入粗轧第一机架和粗轧第二机架进行水平轧制前,当板坯头部温度偏低时,粗轧高压除鳞水采用头部延迟喷水,当板坯尾部温度偏低时采用尾部提前结束喷水,当板坯头部和尾部温度同时偏低时同时采用头部延迟喷水尾部提前结束喷水。
所以该专利主要是通过加热炉和粗轧过程的一系列方法解决精轧带钢入口温度的全长温度均匀来保证带钢全长的终轧温度均匀性问题。
公开号为CN1119969,发明名称为《热轧带材轧制中的温度控制方法》的中国专利文献公开了一种在多机座热轧带材机组上轧制热带材、特别是铝带时控制温度的方法,在进入单个轧机或轧机机组前对带材进行冷却,并在带材通过带材机组/单轧机的机座时按照入口温度的温度常数对带材头和尾之间的冷却强度进行控制。该专利是通过在精轧和粗轧之间增加冷却设备来保证精轧入口温度的一致性,但这不能很好的消除带钢在轧机中由速度运行变化所造成的终轧温度的变化。
公开号为JP 2001353512A,发明名称为METHOD FOR CONTROLLING TEMPERATURE OFHOT STRIP的日本专利文献还公开了一种通过在精轧机组前增加加热设备达到需要的终轧温度的方法。
公开号为JP 8252624A,发明名称为METHOD FOR CONTROLLING FINISHINGTEMPERATURE IN CONTINUOUS HOT ROLLING的日本专利文献则是通过精轧出口测温仪测量的实际温度和目标温度的差进行终轧温度的反馈调节,来提高终轧温度的命中率,但该专利没有考虑如果针对来料温度的偏差如何进行前馈调节,有一定的滞后性。
另外还有公开号为JP 58181407A,发明名称为METHOD FOR CONTROLLING FINISHINGTEMPERATURE IN HOT ROLLING的日本专利文献,该专利是1983年君津所提出的,时间较早,它只要依据基础自动化带钢温度分布和压下分布来对机架水流量进行开关和流量的直接通过模型估算需要的水量。该专利方法适合使用在计算能力不是很强的基础自动化系统中。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种热连轧机精轧出口温度的保证方法,它解决了现有控制方法对出口温度控制滞后的不足。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
一种热连轧机精轧出口温度的保证方法,包括以下步骤:
(1)、将所轧制带钢以一定长度为单位划分为若干逻辑段;
(2)、计算各逻辑段在通过轧机精轧出口时的实际抛钢速度(指通过最后一个机架时带钢的速度);
(3)、依据所计算的实际抛钢速度计算各逻辑段在通过轧机精轧出口时的实际温度;
(4)、计算将各逻辑段通过轧机精轧出口时的实际温度调节到终轧目标温度时机架冷却水所需出水量。
作为本技术方案的进一步改进,各逻辑段在通过轧机精轧出口时实际抛钢速度的计算方法如下:
其中,以
所轧制带钢的穿带速度为V0;
带钢经第一次加速后的速度为V1;
带钢经第二次加速后的速度为V2;
带钢的抛钢速度为V3;
在最后一个精轧机出口带钢最大允许运行速度为Vmax;
在最后一个精轧机出口带钢最大允许抛钢速度为Vmount;
带钢穿带和第一次加速阶段的运行长度为S0;
带钢第二次加速阶段速度小于Vmount部分的运行长度为S1’;
带钢第二次加速阶段速度在Vmout和Vmax之间的运行长度为S1″;
带钢在Vmax阶段的运行长度为S2;
带钢从Vmax减速阶段的运行长度为S3;
精轧成品带钢长度为S;
带钢中间坯长度为Sn;
所轧制带钢成品厚度为H7;
带钢中间坯厚度为H0;
S = Sn * H 0 H 7
并且,
当S≥S0+S1’+S1″+S3时,带钢以Vmax运行长度为S2后减速抛钢,则V2=Vmax,V3=Vmount;或者
当S0+S1’<S<S0+S1’+S1″+S3时,带钢会在第二次加速后减速抛钢,则依据S0+S1’可知其中a2、a3分别为第二次加速和减速时的加速度;或者
当S<S0时,带钢会在第一次加速后开始抛钢,则其中d0为带钢头部穿带匀速段运行长度,a1为第一次加速时的加速度;或者当S0<S<S0+S1时,带钢会在第二次加速后抛钢,则也作为本技术方案的进一步改进,机架冷却水所需出水量的计算方法如下:某第i逻辑段的温度偏差Δt等于该逻辑段精轧轧机出口预测温度减去终轧目标温度;则第i逻辑段调节机架的冷却水所需的设定水量wq(i)=wq(i-1)+Δt*dqt(i);
其中,水量对温度的感度
其中,温度影响系数
其中xdamping为温降系数,xradiat为水冷系数,xdt为平均环境温差,xvol为带钢平均秒流量。
也作为本技术方案的进一步改进,所述温降系数xdamping可以为0.7——1.5秒/平方米。
也作为本技术方案的进一步改进,所述水冷系数xradiat为0.5——1.8。
作为本方法的优选实施例之一,所述逻辑段每段的长度为1米。
还作为本技术方案的进一步改进,所述逻辑段的段数为50——80,例如可以为63段。
同样,所述机架冷却水可以包括固定流量机架冷却水和可调节流量机架冷却水。其中可以将所述固定流量机架冷却水设于先轧制精轧机之间,而将所述可调节流量机架冷却水设于后轧制精轧机之间。
本技术方案根据带钢进入精轧前带钢来料全长各物理段温度的实际波动并通过预测带钢各段在轧机中速度运行图的变化情况预测带钢全长各物理段的精轧终轧温度,再通过对各段预计的终轧温度和目标终轧温度的偏差来提前计算设定和调节各精轧机架间冷却水相对带钢头部所需增减的水量,从而保证带钢终轧温度的精确控制。
本技术方案的特点在于:
1)、通过对带钢划分为一定长度的逻辑段,以各逻辑段为计算、控制的基本单元,提高其控制精度;
2)、结合段出口温度与终轧目标温度,采用了分段机架水调节控制,大大提高了温度调节效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作一详细说明。
图1为现有热连轧机精轧出口温度的控制方法示意图;
图2为本发明保证方法的示意简图;
图3为带钢逻辑段在最后一个轧机机架处的出口速度运行图,其中图3a示意了在最高速减速抛钢运行的情况,图3b示意了在第二次加速后减速抛钢运行的情况,图3c示意了在第二次加速后抛钢运行的情况,图3d示意了在第一次加速后抛钢运行的情况;图中Vmax表示在最后一个精轧机机架出口带钢最大允许运行速度,Vmout表示在最后一个精轧机机架出口带钢最大允许抛钢速度,V0表示穿带速度,V1表示第一次加速结束后的速度,V2表示第二次加速结束后的速度,V3表示抛钢速度,t0表示第一次加速开始时间,t1表示第一次加速结束时间,t2表示第二次加速结束时间,t3表示抛钢时间,t1’表示达到抛钢速度的时间,t2’表示由最大速度开始减速的时间;
图4为带钢在最后一个精轧机机架出口运行速度的计算流程图;
图5为以图3a为参照的精轧出口带钢在各阶段的运行长度示意;
图6表示带钢通过不同精轧机的速度运行图;
图7为本发明实施例的带钢热轧温度控制系统构架图;
图8为本发明实施例中各轧机秒流量分布图;
图9为本发明实施例中带钢水量设定结果图;
具体实施方式
如图2所示的简图,本热连轧机精轧出口温度的保证方法是基于段的带钢全长终轧温度预测及控制,对以段为单位的控制单元进行温度前馈控制;其技术方案由以下三部分组成:
一、带钢分段
将带钢划分为一定长度的逻辑段。逻辑段为计算、控制的基本单元;
二、根据轧件的负荷分配、速度制度预测各逻辑段的终轧温度。
首先对带钢全长各段的轧机出口速度的计算:
分段原则如下:
本方案的实现基于段的带钢全长终轧温度计算和控制,其对带钢分段的原则取决系统缓存的大小以及控制系统的反应延时情况而定(例如利用计算处理能力较强的过程计算机系统来进行处理以得到更好效果),一般可取精轧入口前1米为一段进行计算和控制。在实际的生产过程中,为了减少带钢头尾温度降,以及取得最大的生产能力,因带钢长度不同,最后一个精轧机机架处的出口速度运行图有下列四种情况可供选择:
a.于最高速减速抛钢运行(如图3a);
b.于第二次加速后减速抛钢运行(如图3b);
c.于第二次加速后抛钢运行(如图3c);
d.于第一次加速后抛钢运行(如图3d)。
下面根据图3中的四种情况,并结合图4所给出的流程图进行判断。
1)、判断是否会在最大速度运行:
如图5,图中各区域的面积即是精轧出口带钢在各阶段的运行长度,各区域的含义如下:
S0:穿带和第一次加速阶段的运行长度(定值);
S1′:第二次加速阶段速度小于Vmout阶段的运行长度(定值);
S1″:第二次加速阶段速度在Vmout和Vmax之间的运行长度(定值);
S2:最高速度阶段的运行长度;
S3:从Vmax减速阶段的运行长度(定值);
设精轧成品带钢长度为S,中间坯长度为Sn,成品厚度为H7,中间坯厚度为H0;则 S = Sn * H 0 H 7
当S>=S0+S1′+S1″+S3时,带钢会在最大速度运行,进而可以计算出带钢以最大速度运行的长度S2。
即S2=S-(S0+S1′+S1″+S3)
而当S<S0+S1′+S1″+S3时,带钢不会以最大速度运行。
2)、判断是否会在第二次加速阶段减速抛钢:
当S0+S1′<S<S0+S1′+S1″+S3时,带钢会在第二次加速阶段减速抛钢(如图3b),这时需要计算出减速时在最后一个精轧机机架出口的带钢速度V2。
依据S0+S1′ v 2 2 - v 3 1 2 a 2 + v 3 2 - v 2 2 2 a 3 = S
从上式可解得:
v 2 = v 3 2 + 2 a 2 * a 3 ( S - S 0 - S 1 ′ ) a 3 - a 2
其中a2和a3分别为第二次加速和减速时的加速度。
3)、判断是否会在第一次加速阶段抛钢:
当S<S0时,带钢会在第一次加速阶段抛钢(如图3d),这时需要计算出抛钢速度V3。
v 3 = v 0 2 + 2 a 1 * ( S - d 0 )
其中d0表示头部穿带匀速段的运行长度;a1表示第一次加速的加速度。
而当S0<S<S0+S1时,带钢会在第二次加速阶段抛钢(如图3c),这时要计算此时的抛钢速度V3。
v 3 = v 1 2 + 2 a 2 * ( S - S 0 )
根据以上方法就确定了运行带钢在最后一个精轧机机架出口的实际速度运行图,同时利用秒流量相等原理可以计算出带钢各段在精轧区域各个轧机的的速度运行图(如图6所示)。由图6可以知道,实际轧制过程中各机架的速度变化大小不同(粗实线A表示的跃变点是机架出口相对入口的速度跳跃),但速度变化的时间点却是一致的,所以带钢进入第一加速度的时刻点是在最后一个精轧机F7后的测温点,所以在此之前,各机架匀速轧制的带钢长度是不一样的。如果将带钢按出口长度进行分段的话,各机架加速减速点所处于的段号也将是不一致的。图中F1至F7分别表示不同的精轧机,V5、V6和V7分别表示各精轧机对应的带钢运行速度。
三、带钢全长的机架水量设定和控制方法
计算出中间坯各段的速度运行图后,依据各逻辑段的精轧出口速度计算出各逻辑段的精轧出口温度,并与终轧目标温度比较,判断是否需要调节机架水,然后计算各段需要的设定水量。边界条件分别考虑水冷温降、空冷温降、加工变形导致的温升、与轧辊接触导致的温降。调整机架之间的机架水来确保终轧温度。计算方法可描述如下:
首先定义温度偏差Δt
Δt=精轧出口预测温度-终轧目标温度;(量纲:℃)
则本段带钢温度控制所需水量计算公式可描述如下:
wq(i)=wq(i-1)+Δt*dqt(i)
式中:
wq(i)表示第i段的设定水量;(量纲:m3)
i表示段号,无量纲。
水量对温度的感度
其中,温度影响系数
其中xdamping为与钢种、厚度相关的温降系数,可根据实际轧制数据离线计算得到,因此是温度模型调试的主要参数之一,其量纲为秒/米*米,取值范围在0.7-1.5之间。
而xradiat为水冷系数,可表示为水量比例的三次多项式,无量纲。取值范围在0.5-1.8之间。
xdt为平均环境温差,可表示为带钢平均温度和室温之差,量纲为℃。
xvol为带钢平均秒流量。量纲为米*米/秒。
由上述计算方法即可得到将每一逻辑段带钢控制到目标温度所需要的机架水出水量,其中在将速度转换为温度时用到的温度计算模型由于对本领域技术人员已属常用手段,因此在此不再赘述。
下面再以某1880mm热轧厂的实际控制来说明本发明是如何对热连轧机精轧出口温度进行控制和保证的。
该1880mm热轧前馈控制技术的温度控制系统:
该1880mm热轧在精轧中设置了可控的机架间冷却控制系统,系统布置如图7所示,在精轧机F1前设置了测温仪FET,F1~F2、F2~F3之间设置了固定流量的机架冷却水ISD1和ISD2,在后机架F3~F7之间设置可调节流量的机架间冷却水ISC3-ISC6。精轧过程机(Level2)中有精轧道次计划FSUC、FDTC-CAL两个功能模块完成精轧机架间喷水水量进行设定和调节功能,基础自动化(Level1)中由FF-FDTC功能模块完成对带钢全长各段的位置跟踪和精轧机架间喷水阀门开启的执行功能。
图中:
FF-FDTC——温度前馈
FB-FDTC——温度反馈
FDTC-CAL——终轧温度计算
FSUC——精轧预计算
FSB——表示精轧设备,指除鳞箱
FET——精轧入口温度
FDT——精轧出口温度
本实施例对于在各轧机出口速度图的计算结果如下所示:
其带钢穿带速度11.2m/s,最大速度为16.5m/s,抛钢速度为14.5m/s,精轧成品带钢长度S为1081.98m,第一加速度为0.05m/s2,第二加速度为0.06m/s2,图5中对应的S0数值为145.39m,S1’值为585.592m,S1″为516.667m,S3为62m。
由于S0+S1’+S1″+S3为1309.65m,而S0+S1’为730.98m,故根据上述轧机出口速度的计算方法可以判断出该带钢的运行方式为带钢会在第二次加速阶段减速抛钢(即如图3b所示),根据该运行图可分别得到带钢通过F1~F7各机架的速度,其秒流量运行图如下,(注:机架秒流量=机架出口厚度*机架出口速度)
如图8所示,为本实施例中各轧机秒流量分布图,该图显示了计算出的带钢的各段(从1到63段)在各机架(f1到f7)的秒流量(即穿带速度)的分布情况,其中横坐标是带钢的段数,纵坐标是秒流量值,由计算可知如果将带钢按出口长度1米进行分段的话,各机架加速减速点所处于的段号也并不一致。事实上如图8所示,f1机架约在51段开始减速,而f7在42段左右已经进入减速点。
这里带钢分段的段数与带钢长度相关,每段的段长则基于硬件设备的计算能力,即:系统缓存的大小以及控制系统反应延时情况。
各逻辑段达到目标温度所需机架水水量计算方法如下:
比如第2段的水量数据计算,则需要根据第1段的温度偏差Δt:-2.7322、基础水量wq(1):103以及dqt:9.32,再根据前面提供的公式推算可得:
Wq(2)=103-2.7322*9.32=77.6,即为第2段所需水量,后续各段所需水量同样可以计算得到。
本实施例对于带钢全长的机架水量设定结果如图9所示,图中横坐标是带钢长度的分段计数,纵坐标是各段的前馈计算水量计数,上半部图的曲线是各段的前馈计算水量变化,下半部上端的一条曲线是f1的温度,下半部下端还要两条基本重叠在一起的曲线,分别表示目标温度以及所计算得到的f7出口温度。
本技术方案的总体思路是充分利用设置在精轧入口侧的中间坯温度测量数据,并结合本轧件的负荷分配、轧制速度制度等关键工艺参数对尚未轧制的带钢进行终轧温度的准确预报,并在预报的基础上预测带钢达到目标终轧温度所需机架水流量。其特点是首先将带钢按长度带钢分成若干段,然后根据带钢各个段的在精轧入口测量点检测到的实际温度波动,综合预测带钢在精轧轧制时全长各段的速度的变化图,从而提前对精轧机架间喷水水量进行设定计算和调节。该技术方案的优点是通过轧制前的预报,可以根据机架水阀门的滞后特性提前开启所需水量,并作用到相应带钢段上,消除了反馈控制滞后引起的温度偏差。再结合实测温度反馈控制,可显著提高温度均匀性。该方法能够使带钢整体在轧制过程中温度保持一致,并且通过设定机架间冷却水可以使轧制产量提高成为可能。
采用本发明的热连轧机精轧出口温度的保证方法能够对热轧带钢全长的精轧出口温度进行控制,其终轧温度全长的可控性得到加强,对于精确控制终轧温度提高轧制产量有很大益处,某1880mm热轧厂的热轧终轧温度±20℃精度实绩可以达到97.93%。另外该控制方法对于终轧温度的控制可以对应带钢全长多个终轧温度目标值的情况,例如对于带钢的头部、中部、尾部的目标终轧温度不一致时可以利用该专利技术进行控制,并可以将功能扩展为对应带钢不同段上的不同目标终轧温度的控制,进而较好的实现多个分段终轧目标温度的特殊生产要求。
本方法可以应用于各钢铁公司的热连轧机组,具有广阔的推广应用前景。

Claims (8)

1.一种热连轧机精轧出口温度的保证方法,包括以下步骤:
(1)、将所轧制带钢以一定长度为单位划分为若干逻辑段;
(2)、计算各逻辑段在通过轧机精轧出口时的实际抛钢速度;
(3)、依据所计算的实际抛钢速度计算各逻辑段在通过轧机精轧出口时的实际温度;
(4)、计算将各逻辑段通过轧机精轧出口时的实际温度调节到终轧目标温度时机架冷却水所需出水量,
机架冷却水所需出水量的计算方法如下:
某第i逻辑段的温度偏差Δt等于该逻辑段精轧轧机出口预测温度减去终轧目标温度;
则第i逻辑段调节机架的冷却水所需的设定水量wq(i)=wq(i-1)+Δt*dqt(i);
其中,水量对温度的感度
其中,温度影响系数 tdrop = ( xradiat * xdamping * xdt ) xvol * 1000 ;
其中xdamping为温降系数,xradiat为水冷系数,xdt为平均环境温差,xvol为带钢平均秒流量。
2.根据权利要求1所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,各逻辑段在通过轧机精轧出口时实际抛钢速度的计算方法如下:
其中,以
所轧制带钢的穿带速度为V0;
带钢经第一次加速后的速度为V1;
带钢经第二次加速后的速度为V2;
带钢的抛钢速度为V3;
在最后一个精轧机出口带钢最大允许运行速度为Vmax;
在最后一个精轧机出口带钢最大允许抛钢速度为Vmount;
带钢穿带和第一次加速阶段的运行长度为S0;
带钢第二次加速阶段速度小于Vmount部分的运行长度为S1';
带钢第二次加速阶段速度在Vmout和Vmax之间的运行长度为S1";
带钢在Vmax阶段的运行长度为S2;
带钢从Vmax减速阶段的运行长度为S3;
精轧成品带钢长度为S;
带钢中间坯长度为Sn;
所轧制带钢成品厚度为H7;
带钢中间坯厚度为H0;
S = Sn * H 0 H 7
并且,
当S≥S0+S1'+S1"+S3时,带钢以Vmax运行长度为S2后减速抛钢,则V2=Vmax,V3=Vmount;或者
当S0+S1'<S<S0+S1'+S1"+S3时,带钢会在第二次加速后减速抛钢,则依据 S 0 + S 1 , + v 2 2 - v 3 2 2 a 2 + v 3 2 - v 2 2 2 a 3 = S 可知 v 2 = v 3 2 + 2 a 2 * a 3 ( S - S 0 - S 1 &prime; ) a 3 - a 2 , 其中a2、a3分别为第二次加速和减速时的加速度;或者
当S<S0时,带钢会在第一次加速后开始抛钢,则其中d0为带钢头部穿带匀速段运行长度,a1为第一次加速时的加速度;或者
当S0<S<S0+S1时,带钢会在第二次加速后抛钢,则
3.根据权利要求1所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,所述温降系数xdamping为0.7——1.5秒/平方米。
4.根据权利要求1所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,所述水冷系数xradiat为0.5——1.8。
5.根据权利要求1所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,所述逻辑段每段的长度为1米。
6.根据权利要求1所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,所述逻辑段的段数为50——80。
7.根据权利要求1所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,所述机架冷却水包括固定流量机架冷却水和可调节流量机架冷却水。
8.根据权利要求7所述热连轧精轧出口温度的保证方法,其特征在于,所述固定流量机架冷却水设于先轧制精轧机之间,所述可调节流量机架冷却水设于后轧制精轧机之间。
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