CN103831305B - 一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，根据上工序（板坯加热炉）传来的板坯全长出炉温度实际值，结合板坯的不同规格、钢种特性以及成品要求和轧制道次等不同条件，采用板坯运行时间的表格经验值对粗轧板坯的头部、中间、尾部运行时间分别给出预测，并据此进行板坯头部、中间、尾部的空冷温降计算和设定计算。在轧制完成后，根据板坯的实际运行时间，对板坯运行时间表格值进行自学习修正，从而确保粗轧板坯头部、中间、尾部温度的精确控制。

Description

一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法

技术领域

本发明涉及冶金热轧控制领域，尤其是，本发明属于热轧过程中的带钢板坯的温度控制领域，具体地，本发明涉及一种基于热轧可逆道次轧制时(带钢)板坯温度的转换方法。

背景技术

热连轧机的粗轧机组通常都采用单机架或双机架的可逆轧机配置形式。对于可逆机架来说，板坯的往复轧制意味着板坯头尾的交替进钢。随着往复轧制道次的增加，板坯也变得越来越长，头尾的空冷时间也由此变大，从而导致头尾温度差不断加剧。

从图1可知，随着轧制过程的延续，轧制道次不断累加，板坯的头部入侧温度与尾部入侧温度的差也不断增加，最后一道次的板坯的头部入侧温度与尾部入侧温度差达到35.6℃。

由于带钢的进钢温度直接关系到轧制工艺参数的设定，进而影响到轧制的稳定性和产品的性能质量，板坯的头尾温度变化已成为一个不可忽视的因素。为此，精确预测粗轧板坯的头部、中间、尾部温度，可有效地提高轧制力、辊缝的设定精度，从而改善轧制的稳定性和产品的尺寸精度。

专利号为“CN200410021144.1”、发明名称为“热轧生产线粗轧区两架粗轧机的平行轧制方法”公开了一种热轧生产线粗轧区两架粗轧机的平行轧制方法，其特征在于，该方法采用计算机系统程序控制，使以3道次+3道次方式轧制的粗轧机R1和R2按下列R1正向要求程序和R2反向要求程序同时进行正、反向的轧制。

1)当第一块板坯来到轧机R1时，只要辊道G2～H1上没有板坯，R1即可轧制；2)当轧机R1和R2同时处于正向第一道次时，R2轧制优先。

专利号为“CN02132970.2”、发明名称为“中薄板坯连铸连轧板卷的生产方法”的专利涉及一种中薄板坯连铸连轧板卷的生产方法，根据该技术方案，采用低的连铸机铸坯拉速和合理坯料断面，连铸与加热炉布局紧凑，铸坯输出辊道与加热炉入炉辊道一机双用，使铸坯入炉温度达到900℃以上。由于该方法采用双炉加热小交叉装、出钢方法，铸机与步进式加热炉间的缓冲余地大，二辊可逆粗轧机3道次、四辊可逆轧机1道次，粗轧区总轧制时间减少30秒，减小中间坯温降50℃。另外，该方法采用中间坯热卷取箱工艺，由此减少头尾温差，提高中间坯除鳞效果。上述技术方案适于碳素钢、低合金钢的中薄板坯连铸连轧板卷带钢的生产，特别适合于薄板的生产。

另外，根据专利号为“CN95108943.9”、发明名称为“热轧带材轧制中的温度转换方法”的专利技术，其主要特征为，是在多机座热轧带材机列上在轧制热带材；在穿带时通过带冷却控制温度的方法对温度进行控制。

其中，该专利的关键技术在于：带钢进入单个轧机或轧机机列前对带钢进行冷却，并在带钢通过热轧带材机列/单轧机的机座时，按照入口温度的温度常数对带材头尾之间的冷却强度进行控制。

通过对上述检索材料分析，目前对于热连轧机板坯运行时间的头尾温度控制均不涉及，其中，CN95108943.9[热轧带材轧制中的温度转换方法]是通过冷却水进行强制冷却，在CN200410021144.1[热轧生产线粗轧区两架粗轧机的平行轧制方法]中涉及一种粗轧机R1/R2的一种交叉轧制方法。

结合现有的温度控制技术可以发现，在目前情况下，对于粗轧板坯在轧制过程中的温度计算，均以头部温度作为机架入侧，这在正向轧制时是没有问题的，但在逆向轧制时，尾部先进轧机，这时用头部温度作为机架的入侧温度显然是不合适的。以往的温度控制策略是基于粗轧轧制过程中板坯长度方向上的温度变化不大这一事实。然而，实测温度数据分析表明，粗轧板坯长度方向上头部、中间、尾部的温度落差还是相当大的，故采用以往的温度控制策略，随着轧制过程的进行和轧制道次的累加，板坯的头部温度与尾部温度的差也不断增加，从而引起轧制力、辊缝的设定偏差，由此，又将影响后续道次机架入侧温度的预测和控制，从而，影响整个粗轧轧制的稳定性。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，该方法根据上工序(板坯加热炉)传来的板坯全长出炉温度检测值，结合板坯特有的参数，采用“三段式缓冲区”方式及板坯头尾“点”定位方式，通过对粗轧板坯的头部、中间、尾部运行时间分别给出预测，起到动态对板坯运行时间表格值进行自学习修正，从而确保对粗轧板坯头部、中间、尾部温度的精确控制。改善轧制的稳定性和产品的尺寸精度。

为此，在本发明中，根据上工序(板坯加热炉)传来的板坯全长出炉温度实际值，结合板坯的不同规格、钢种特性以及成品要求和轧制道次等不同条件，采用板坯运行时间的表格经验值对粗轧板坯的头部、中间、尾部运行时间分别给出预测，并据此进行板坯头部、中间、尾部的空冷温降计算和设定计算。

同时，根据本发明，在轧制完成后，根据板坯的实际运行时间，对板坯运行时间表格值进行自学习修正，通过把过程计算机系统L2对于当前计算得到的轧制力、辊缝、温度预测数据等输出到基础计算机系统,由基础计算机系统对粗轧板坯头部、中间、尾部温度进行及时转换，从而，对粗轧板坯头部、中间、尾部温度进行精确控制。改善轧制的稳定性和产品的尺寸精度。

本发明的技术方案如下：

一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括：

(1)板坯头尾的区分及判别

在用于保存板坯实测温度时，板坯头部、中间、尾部以“段”的方式区分和判别，而在用于计算板坯搬送时间时，板坯头部、中间、尾部以“点”的方式区分和判别，对于所述段的划分原则如下：

对于一块板坯来讲，沿着轧制方向先进入轧机的一端始终被当作“头部”，而板坯的另一端则被当作“尾部”，头部和尾部的长度可以根据控制的需要进行定义，分别占板坯长度的1/5-1/3，但不超过板坯长度的三分之一，除去头部和尾部的长度，剩余的板坯长度就作为板坯的“中间”段，

保存板坯头部、中间、尾部段实测温度,以便由计算机自动计算板坯实际搬送时间；

板坯搬送时间是指板坯头部或尾部从轧线上的一个特定位置运动到另一个特定位置所需要的搬送时间,例如，以板坯头部为例，以板坯头部进入轧机的瞬间时刻作为头部咬钢时刻，离开轧机的瞬间时刻作为头部抛钢时刻，对尾部也是同样的定义；

(2)多道次往复轧制时板坯搬送时间的确定，

(a)板坯实际搬送时间的采集，

(b)用上述板坯实际搬送时间修正本块板坯搬送时间预测值，以求得下块板坯搬送时间预测值，

所述本块板坯搬送时间预测值为初次使用的搬送时间预测值，为经验数据，也称表格初始数据，此后采用遗传方案，不断对数据进行优化，所述本块板坯搬送时间预测值不超过60秒，

(c)板坯经过各个机架和轧制道次的实际搬送时间，

在单向轧制时，板坯头部的实际搬送时间由板坯头部在两个机架位置的咬钢时刻的差确定，板坯尾部的实际搬送时间由板坯尾部在两个机架位置的抛钢时刻的差确定，

(3)根据板坯初始温度,计算机自动进行预测计算,预测计算板坯头部、中间、尾部在各机架和辊道的温度；

(4)板坯当前道次数的判断，

“当前轧制的道次数”是指目前正在轧制的板坯这一道次是第几道次，

在轧制过程中，基础计算机系统(L1)将当前的轧制道次数上传给过程计算机系统(L2)，过程计算机系统(L2)根据该轧制道次数判断板坯当前轧制的道次；

(5)过程计算机系统(L2)自动进行板坯头尾温度的数据交换，

(6)将计算结果输出到基础计算机系统L1，由基础计算机系统进行板坯温度的转换。

在步骤(2)a，具体地，对板坯头部，分别为：1、2、3号炉到R1、R2、R3(R1、R2、R3分别表示第一、二、三道次往复轧制的轧机号，这里指的是位置，由于轧机的位置固定，所以我们采用已知的轧机作为位置，已得到搬运时间，这里准确的表述应该为不同的加热炉(多座加热炉)到不同的粗轧机(多座粗轧机)的搬运时间)的板坯实际搬送时间。

根据上述方案(1)，保存板坯头部、中间、尾部段实测温度涉及每个道次),以便由计算机自动计算板坯实际搬送时间。

根据上述方案(1)之(c)，机架指特定的位置，而道次涉及轧制过程。

根据上述方案(2)之b，既得到下块板坯搬送时间预测值，当下块板坯轧制后，再次得到在下一块的下块板坯搬送时间预测值，不断的优化所述的实际搬送时间。

上述板坯实际搬送时间对于多块带钢可以理解为动态值。

如图2、图3所示，均是对头尾轧制过程的展示，在这里就是对头尾温度的互换，既得到温度值后，根据情况进行头尾温度的交换。

在板坯多道次往复轧制中，由于板坯头尾的交替进钢，因此，板坯上一个道次的咬钢点，在本道次是抛钢点，而上一个道次的抛钢点，在本道次是咬钢点。

板坯头部、中间、尾部的计算完毕后，将此结果用于粗轧轧制力的计算并输出至基础计算机系统，用于基础计算机系统的监控和控制，既，通过上述步骤把过程计算机系统L2对于当前计算得到的轧制力、辊缝、温度预测数据输出到基础计算机系统,由基础计算机系统进行板坯温度的转换。

由于头尾温度不同，对头尾温度的转换既为板坯温度的转换，通过上述温度的计算结果，对涉及的当前轧制力、辊缝、温度进行输出到基础计算机系统，即，根据板坯的实际运行时间，对板坯运行时间表格值进行自学习修正后，从而确保粗轧板坯头部、中间、尾部温度的精确控制。

在步骤(1)，用段的概念由于温度的表征需要用一段长度上的若干个实测温度的平均值来代表，一个点上的实测温度难以代表一个部位的温度实际值；

而对于涉及的带钢搬送过程中，由于涉及的板坯头部、尾部的瞬间信号，因为时间的计算需要用到两个时刻的差，故这里必须用点的概念，以保存相对应的带钢实测温度和计算相应的带钢搬送时间；即以板坯头部进入轧机的瞬间时刻作为头部咬钢时刻，离开轧机的瞬间时刻作为头部抛钢时刻。对尾部也是同样的定义。

在步骤(2)，搬送时间是指板坯头部或尾部从轧线上的一个特定位置运动到另一个特定位置(一般情况下，以加热炉到轧机的位置进行控制，在本方案中可以结合不同的设备选择，如加热炉到除磷箱，1号轧机到2号轧机等)所需要的时间。

在步骤(2)，所述表格初始时间，第一次用的时候，可以用经验数据，即历史数据，然后采用遗传的方案，不断对数据进行优化，根据轧制过程中的实际数据进行遗传。关于搬送时间的限制：0～60秒处于出于考虑温度的原因，本方案中对于涉及的搬送涉及不能超过60秒。

在步骤(3)，预测计算板坯头部、尾部在各机架和辊道的温度为本发明关键所在。

在步骤(4)，“当前轧制的道次“是指目前正在轧制的这一轧制道次，强调的是轧制过程；“当前轧制的道次数”是指目前正在轧制的这一道次序数是多少，即目前正在轧制的这一道次是第几道次。

在轧制过程中，基础计算机系统，即基础计算机系统L1主要功能是要执行有关的指令，将当前的轧制道次数上传给过程计算机系统L2，下达有关的过程控制指令，过程计算机系统根据该轧制道次数判断当前轧制的道次。

在步骤(5)，在多道次往复轧制中，由于板坯头尾的交替进钢，因此，上一个道次的咬钢点，在本道次是抛钢点，而上一个道次的抛钢点，在本道次是咬钢点。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(3)，设测得板坯全长的有序温度数据N个，N为50-1000，将所述有序温度数据的前Q＝1/5-1/3个数据放入与过程计算机系统内部对应的第一缓冲区，作为板坯头部的实际检测得到的温度数据，并以其算术平均值作为头部温度值，

将从最后一个点，即板坯抛钢的最后一个点倒推的1/5-1/3个数据放入与过程计算机系统内部对应的第三缓冲区，作为板坯尾部的实际检测得到的温度数据，并以其算术平均值作为尾部温度值，

其余的数据放入与过程计算机系统内部对应的第二缓冲区，作为板坯中间段的实际检测得到的温度数据并以其算术平均值作为中间温度值。

为保证温度的相对准确性，本技术方案采用的温度的段控制，这是由于温度的表征需要用一段长度上的若干个实测温度的平均值来代表，一个点上的实测温度难以代表一个部位的温度实际值。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，所述有序温度数据按板坯长度每10-100mm取值一个。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，所述温度数据在900℃-1250℃。

根据本发明技术方案，在步骤(3)，例如在测得板坯全长的有序温度数据900个的情况下，以不超过300个温度数据为控制范围，同时一般情况下，其温度范围一般情况下在900℃-1250℃。数据放入第一缓冲区(这里描述的第一、二、三缓冲区指的是与计算机系统内部对应的缓冲区，以有效的对带钢的头中尾温度进行分开控制)，作为板坯头部的温度数据，并以其算术平均值作为头部温度值，

同样，将从最后一个点开始倒推的(即从带钢抛钢的最后一个点，即抛钢点作为最后一个点倒推的方法确定)的Q(15-30可以用板坯全长温度数据的1/5-1/3的数据表示)个数据放入第三缓冲区，作为板坯尾部的温度数据，并以其算术平均值作为尾部温度值，(例如在测得板坯全长的有序温度数据900个的情况下，以最后一个数据(判断原则为带钢抛钢点)前不超过300个温度数据为控制范围，同时一般情况下，其温度范围一般情况下在900℃-1250℃。其余的数据放入第二缓冲区，作为板坯中间的温度数据并以其算术平均值作为中间温度值(这里的段为温度、点为咬钢、抛钢点)。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(2)，基础计算机系统(L1)将板坯头部或尾部经过轧线上各个特定位置的准确时刻上传至过程计算机系统(L2)，以便进行搬送时间的计算。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(3)，待该板坯轧制结束后，根据板坯的实际搬送时间对所述表格的初始搬送时间，即本块板坯搬送时间预测值进行学习修正，以提高表格值的预测精度，得到下块板坯搬送时间预测值，

根据板坯搬送时间对上述表格初始搬送时间即本块板坯搬送时间预测值的学习修正采用如下方法：

T_{tran_pre_new}＝T_{tran_pre_old}+β*(T_{tran_act}-T_{tran_pre_old})

其中，T_{tran_pre_new}下块板坯搬送时间预测值；0～60秒，

T_{tran_pre_old}本块板坯搬送时间预测值；0～60秒，

T_{tran_act}板坯实际搬送时间；0～60秒，

β平滑系数，取0.65-0.90。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

其中，T_{tran_pre_new}为20-30秒，

T_{tran_pre_old}为20-30秒，

T_{tran_act}为20-30秒。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(3)，待该板坯轧制结束后，根据板坯的实际搬送时间对所述表格中的预估值进行学习修正，以提高表格值的预测精度，

根据板坯搬送时间对预估值的学习修正采用如下方法：

T_{tran_pre_new}＝T_{tran_pre_old}+β*(T_{tran_act}-T_{tran_pre_old})

其中，T_{tran_pre_new}更新的搬送时间预测值；(0～60秒)

T_{tran_pre_old}原来的搬送时间预测值；(0～60秒)

T_{tran_act}实际的搬送时间；(0～60秒)。

β0.75～0.85。

β为经验数据，由于在对该时间的计算中，考虑了数据的平滑性及对后面数据的遗传性，故选用以上数据范围，不然的话，由于该参数直接影响到后续的轧制力计算，故我们采用了以上的取值。

优选的是，β取0.65-0.90。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(3)，在往复轧制时，板坯头尾的搬送时间由下述方法计算：

头部搬送时间＝第2道次头部抛钢时刻至第1道次头部咬钢时刻；

尾部搬送时间＝第2道次尾部咬钢时刻至第1道次尾部抛钢时刻；

因在往复轧制过程中，板坯的头尾始终不变，前进方向的板坯前端始终是头部，板坯后端则始终是尾部。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(3)，在往复轧制时，板坯头尾的搬送时间由下述方法计算：

头部搬送时间＝第2道次头部抛钢时刻至第1道次头部咬钢时刻；

尾部搬送时间＝第2道次尾部咬钢时刻至第1道次尾部抛钢时刻。

因在往复轧制过程中，板坯的头尾始终不变，前进方向的板坯前端始终是头部，板坯后端则始终是尾部。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(5)，为了区分板坯的不同规格、成品要求和轧制道次等不同条件，对规格、钢种和成品要求进行如下索引方式的分类：

分类项目

出钢记号1－500的自然数序，对应各具体钢种

板坯长度等级1－5的自然数序，对应各具体长度，3-13m/一等级

R1轧制道次数0，1，3，5的奇数

R2轧制道次数1，3，5，7的奇数

成品厚度等级1－15的自然数序，对应各具体厚度按逐渐增加0.3-1.5mm/等级进行等级分类

即，上述5个分类表明有5个索引键，每个索引键又有若干种分类，有利于准确的控制。

所述厚度等级按每一等级逐渐增加0.3-1.5mm进行等级分类。

例如，可以如下分等级：

0.9-1.2mm为等级一，1.2-1.5为等级二，1.5-1.8为等级三，1.8-2.1为等级四。以后，可以类推，也可以继续逐渐增加0.3mm进行等级分类。也可如下进行分类：

2.1-2.5为等级五,2.5-2.9为等级六.以后，可以，类推，也可以继续按逐渐增加0.4mm进行等级分类，也可如下按逐渐增加0.5-1.0mm进行等级分类：

3.0-3.8为等级七,3.8-4.6为等级八,4.6-5.6为等级九,等等。更具体见附表一。

以上5个项目的分类仅表示一种便于分类的方式，可以根据不同的热轧特点对其进行分类。由于涉及的热轧产品较多，不同厂的品种也较为复杂，这里仅对于在控制过程中的涉及本技术的要点，进行了明确，由此，可以更加简单、准确的得到有关的数据，以索引方式的一个说明，它表明有5个索引键，每个索引键又有若干种分类。即对涉及的5项内容采用分类的方法，有利于更准确的控制。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(3)，板坯头尾温度计算采用的温降计算方法，具体如下：

所述温降计算模型采用基于傅里叶定律的一维非稳态热传导方程的差分形式，

即，首先将整个板坯看作一块半无限大的平板，其传热是一个非稳态的过程，假定板坯两侧的冷却状态相同，则任一瞬间板坯中温度的分布将以其中心截面为对称，因而如果将x轴的原点置于带钢的中心截面上，研究厚度为h/2的半块板坯，h为板坯厚度，

空间坐标x和时间坐标τ可表示为：

x＝i△xi＝0,1,2……m

τ＝k△τk＝0,1,2……

k：0－9，

即，将带钢沿板厚方向按距离步长△x分层，步长△x取值范围：25-50mm，得到

节点i＝0，1，2……m；m为5-9；

将时间从τ＝0开始，0-60s，按时间步长△τ分格，时间步长△τ1-3秒，

温度t(x，τ)可经上述差分处理表示为

$t(x,\mathrm{\τ})=t(i\mathrm{\Δ}x,k\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ})=t_i^k$

经上述差分处理，板坯的温降计算表示为：

$t_i^{n+1}=Fo\·t_{i+1}^n+(1-2Fo)\·t_i^n+Fo\·t_{i-1}^n$

其中，t₀表示带钢下表面温度，

其中，i＝1,2…,m-1，m为5-9，

即将板坯沿厚度方向按距离步长△x分格，得到节点i＝0，1，2……m，m为5-9，n为前述厚度方向分层后的编号，

k代表带钢在搬送过程中(即消耗的空冷时间过程)的每一个时间节点，含义与上述的i相同。例如，时间步长△τ取3秒，则k＝0,1,2,3就表示时间节点为0秒、3秒、6秒、9秒，也就是将整个搬送过程(即消耗的空冷时间)划分成若干段，每个时间段的长度为3秒钟)，以此类推。可以进一步理解为一种按照时间(搬送时间)划分的自然数序列。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，温度t(x，τ)可经上述差分处理表示为

$t(x,\mathrm{\τ})=t(i\mathrm{\Δ}x,k\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ})=t_i^k$

经上述差分处理，板坯的温降计算表示为：

$t_i^{n+1}=FO\·t_{i+1}^n+(1-2Fo)\·t_i^n+Fo\·t_{i-1}^n$

其中，t0表示带钢下表面温度，tf表示环境温度，

其中，i＝1,2…,m-1，(m为5-9)。

在本文中一样的即将板坯沿厚度方向按距离步长△x分格，得到节点i＝0，1，2……m，m为5-9，即采用厚度分层，可以分为5-9层，表示第几层，n为前述厚度方向分层后的编号，1-2Fo≥0。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

其中内部节点：1-2Fo≥0，

$t_0^{n+1}=2Fo\·t_1^n+(1-2Fo)\·t_0^n-Fo\frac{2\mathrm{\Δ}x}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\σ}(t_0^4-{t_f}^4)$

$t_m^{n+1}=2Fo\·t_{m-1}^n+(1-2Fo)\·t_m^n-Fo\frac{2\mathrm{\Δ}x}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\σ}(t_m^4-{t_f}^4)$

热辐射系数σ＝0.7-0.95，

对于上述公式可以解释为：

厚度方向下一层的初始时刻带钢表面温度＝2*傅里叶数*厚度方向当前层的时刻点1的带钢表面温度+(1-2*傅里叶数)*厚度方向当前层初始时刻点的表面温度-傅里叶数*2*厚度方向分层*(初始时刻点温度的4次方-此刻环境温度的4次方)/板坯热传导率λ，

λ单位是KJ/m℃,即千焦耳/米·摄氏度，在粗轧轧制条件下，带钢的热传导率取165～175。

Fo值的大小应满足使的系数不为负值。

根据本发明，取所述板坯半无限大，这是差分理论中的一种表述方法，即假设一块无限大的平板中间有一条中线，两侧以这条中线对称，因此，只需研究平板的一半就可以了，而不需要研究整个平板。

同理可得的含义。

根据本发明，Fo：傅立叶数,是非稳态导热计算时确定导热系数的准数，傅立叶数Fo＝0.42，该计算为已有的、作为教科书上运用的方法，定义为：在稳态导热过程中，Fo愈大，热扰动愈能深入地传播到物体内部，使物体内部各点温度趋于均匀一致。并接近于周围介质温度。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，对所述板坯头尾温度计算采用的温降公式可以进一步解释如下：

厚度方向下一层当前点的板坯温度＝傅里叶数*厚度方向当前层后一点的板坯温度+(1-2*傅里叶数)*厚度方向当前层当前点带钢温度+傅里叶数*厚度方向当前层前一点的带钢温度，

式中： $Fo=\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}\·a}{{\left(\mathrm{\Δ}x\right)}^2},$ 且 $Fo\≤\frac{1}{2},$

其中，α为带钢热扩散系数。

Fo值的大小应满足使的系数大于0。

优选的是，Fo值为0.42。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

所述△x层的划分是根据板坯厚度来确定，板坯的厚度在230～250mm时，步长△x取值范围：25-50mm。

根据本发明所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，为了简化计算，将板坯分为上下对称的两块，每一块一般按照5层来设计，最外层的层号为大。

根据本发明，通过对板坯头部、中间、尾部的合理区分以及板坯运行时间的不断修正，对板坯头部、中间、尾部在往复轧制过程中的自然温降进行准确预测，起到对粗轧板坯头部、中间、尾部温度精确控制的目的，其主要依据是不同规格和轧制道次的粗轧板坯与运行时间的对应关系，通过板坯的空冷温降计算，结合不同的带钢特性，对往复轧制过程中的板坯进钢温度进行精确设定。基于上述分析，本技术方案主要针对热轧板坯在粗轧区多道次可逆轧制过程中头尾交替进钢，板坯的头部温度与尾部温度的差异随轧制道次的累加而不断增加的现状，从改善产品的质量及轧制的稳定性出发，对板坯在粗轧区多道次往复轧制过程中的头部、中间、尾部温度进行分段预测，从而保证粗轧板坯进钢温度的精确控制。

为了区分板坯的不同规格、成品要求和轧制道次等不同条件，我们对规格、钢种和成品要求作了如下分类：

分类项目	取值范围
		出钢记号	1－500
板坯长度等级	1－5
		R1轧制道次数	0，1，3，5
R2轧制道次数	1，3，5，7
		成品厚度等级	1－15

在板坯搬送时间初始值表的设计中，以上述分类作为索引值，并将板坯在轧线的加热炉、R1机架和R2机架等特征位置之间的运行时间作为表格的字段内容，如附表1所示。

根据本发明的热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，根据上工序(板坯加热炉)传来的板坯全长出炉温度实际值，结合板坯的不同规格、钢种特性以及成品要求和轧制道次等不同条件，采用板坯运行时间的表格经验值对粗轧板坯的头部、中间、尾部运行时间分别给出预测，并据此进行板坯头部、中间、尾部的空冷温降计算和设定计算。在轧制完成后，根据板坯的实际运行时间，对板坯运行时间表格值进行自学习修正，从而确保粗轧板坯头部、中间、尾部温度的精确控制。

附图说明

图1为随着轧制过程的延续，轧制道次不断累加，板坯的头部入侧温度与尾部入侧温度的差增加示意图。其中，最后一道次的板坯的头部入侧温度与尾部入侧温度差达到35.6℃。

图2为根据本发明对头尾轧制过程中，对头尾温度的互换示意图。

图3a，b，c分别为本发明对头尾轧制过程中，第一道次轧制，第一道次抛钢并反向轧制及第二道次轧制时对头尾温度的互换示意图。

图4为本发明流程示意图。

具体实施方式

以下，参照实施例，具体说明本发明。

实施例1

结合本技术方案，在宝钢热轧厂实际生产过程中，结合板坯头部、中间、尾部的确定方法，对涉及的板坯头尾的位置及板坯头部、中间、尾部三段位置的确定，结合附表1，对采用实际的搬送时间修正表格初始时间(见附表1)

例如，原来的搬送时间预测值T_{tran_pre_old}＝30秒，实际的搬送时间T_{tran_act}＝32秒，取β＝0.8，则更新的搬送时间预测值T_{tran_pre_new}＝31.6秒。

同时，根据本技术方案中，计算板坯头部、中间、尾部在各机架和辊道的温度(5.3)的方法，得到厚度方向下一层当前点的板坯温度

此处的傅里叶数为0.42，则1-2Fo＝0.16≥0，

按照公式： $t_i^{n+1}=Fo\·t_{i+1}^n+(1-2Fo)\·t_i^n+Fo\·t_{i-1}^n,$ 计算结果如下：

注：此处的傅里叶数为0.42，则1-2Fo＝0.16≥0，

同时，根据空冷基本模型，厚度方向当前层时刻点1的带钢表面温度值为1099.82摄氏度，厚度方向当前层初始时刻点的表面温度值为1112摄氏度，分层厚度23mm，环境温度t_f取25摄氏度，(热辐射系数σ取0.8)则厚度方向下一层的初始时刻带钢表面温度计算如下：

以上计算时，取σ＝0.8，λ＝170，。

附表1

根据本发明的热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，根据上工序(板坯加热炉)传来的板坯全长出炉温度实际值，结合板坯的不同规格、钢种特性以及成品要求和轧制道次等不同条件，采用板坯运行时间的表格经验值对粗轧板坯的头部、中间、尾部运行时间分别给出预测，并据此进行板坯头部、中间、尾部的空冷温降计算和设定计算。在轧制完成后，根据板坯的实际运行时间，对板坯运行时间表格值进行自学习修正，从而确保粗轧板坯头部、中间、尾部温度的精确控制。

Claims (13)

1.一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，所述转换方法包括：

(1)板坯头尾的区分及判别

在用于保存板坯实测温度时，板坯头部、中间、尾部以“段”的方式区分和判别，而在用于计算板坯搬送时间时，板坯头部、中间、尾部以“点”的方式区分和判别，对于所述段的划分原则如下：

对于一块板坯来讲，沿着轧制方向先进入轧机的一端始终被当作“头部”，而板坯的另一端则被当作“尾部”，头部和尾部的长度根据控制的需要进行定义，分别占板坯长度的1/5-1/3，但不超过板坯长度的三分之一，除去头部和尾部的长度，剩余的板坯长度就作为板坯的“中间”段，

保存板坯头部、中间、尾部段实测温度,以便由计算机自动计算板坯实际搬送时间；

板坯搬送时间是指板坯头部或尾部从轧线上的一个特定位置运动到另一个特定位置所需要的搬送时间,以板坯头部进入轧机的瞬间时刻作为头部咬钢时刻，离开轧机的瞬间时刻作为头部抛钢时刻，对尾部也是同样的定义；

(2)多道次往复轧制时板坯搬送时间的确定，

(a)板坯实际搬送时间的采集，

(b)用上述板坯实际搬送时间修正本块板坯搬送时间预测值，以求得下块板坯搬送时间预测值，

所述本块板坯搬送时间预测值为初次使用的搬送时间预测值，为经验数据，也称表格初始数据，此后采用遗传方案，不断对数据进行优化，所述本块板坯搬送时间预测值不超过60秒，

(c)板坯经过各个机架和轧制道次的实际搬送时间，用于以后对b的修正，

在单向轧制时，板坯头部的实际搬送时间由板坯头部在两个机架位置的咬钢时刻的差确定，板坯尾部的实际搬送时间由板坯尾部在两个机架位置的抛钢时刻的差确定，

(3)根据板坯初始温度,或根据(c)板坯经过各个机架和轧制道次的实际搬送时间，计算机自动进行预测计算,预测计算板坯头部、中间、尾部在各机架和辊道的温度；

(4)板坯当前道次数的判断，

在轧制过程中，基础计算机系统(L1)将当前的轧制道次数上传给过程计算机系统(L2)，过程计算机系统(L2)根据该轧制道次数判断板坯当前轧制的道次，“当前轧制的道次数”是指目前正在轧制的板坯这一道次是第几道次；

(5)如判断目前正在轧制的板坯这一道次是偶数道次，过程计算机系统(L2)自动进行板坯头尾温度的数据交换，

(6)如判断目前正在轧制的板坯这一道次是奇数道次，则将计算结果输出到基础计算机系统(L1)。

2.如权利要求1所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(3)，设测得板坯全长的有序温度数据N个，N为50-1000，将所述有序温度数据的前Q＝1/5-1/3个数据放入与过程计算机系统内部对应的第一缓冲区，作为板坯头部的实际检测得到的温度数据，并以其算术平均值作为头部温度值，

将从最后一个点，即板坯抛钢的最后一个点倒推的1/5-1/3个数据放入与过程计算机系统内部对应的第三缓冲区，作为板坯尾部的实际检测得到的温度数据，并以其算术平均值作为尾部温度值，

其余的数据放入与过程计算机系统内部对应的第二缓冲区，作为板坯中间段的实际检测得到的温度数据并以其算术平均值作为中间温度值。

3.如权利要求2所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，所述有序温度数据按板坯长度每10-100mm取值一个。

4.如权利要求2所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，所述温度数据在900℃-1250℃。

5.如权利要求1所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(2)，基础计算机系统(L1)将板坯头部或尾部经过轧线上各个特定位置的准确时刻上传至过程计算机系统(L2)，以便进行板坯搬送时间的计算。

6.如权利要求1所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(3)，待该板坯轧制结束后，根据板坯的实际搬送时间对所述表格初始数据，即本块板坯搬送时间预测值进行学习修正，以提高表格值的预测精度，得到下块板坯搬送时间预测值，

根据板坯的实际搬送时间对上述表格初始数据即本块板坯搬送时间预测值的学习修正采用如下方法：

T_{tran_pre_new}＝T_{tran_pre_old}+β*(T_{tran_act}-T_{tran_pre_old})

其中，T_{tran_pre_new}下块板坯搬送时间预测值；0～60秒，

T_{tran_pre_old}本块板坯搬送时间预测值；0～60秒，

T_{tran_act}板坯实际搬送时间；0～60秒，

β平滑系数，取0.65-0.90。

7.如权利要求6所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

其中，T_{tran_pre_new}为20-30秒，

T_{tran_pre_old}为20-30秒，

T_{tran_act}为20-30秒。

8.如权利要求1所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(2)，在往复轧制时，板坯头尾的搬送时间由下述方法计算：

头部搬送时间＝第2道次头部抛钢时刻至第1道次头部咬钢时刻；

尾部搬送时间＝第2道次尾部咬钢时刻至第1道次尾部抛钢时刻。

9.如权利要求1所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，在步骤(5)，为了区分板坯的不同规格、成品要求和轧制道次的不同条件，对规格、钢种和成品要求进行如下索引方式的分类：

分类项目

即，上述5个分类表明有5个索引键，每个索引键又有若干种分类，有利于准确的控制。

10.如权利要求1所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

在步骤(3)，板坯头尾温度计算采用的温降计算方法，具体如下：

温降计算模型采用基于傅里叶定律的一维非稳态热传导方程的差分形式，

即，首先将整个板坯看作一块半无限大的平板，其传热是一个非稳态的过程，假定板坯两侧的冷却状态相同，则任一瞬间板坯中温度的分布将以其中心截面为对称，因而如果将x轴的原点置于带钢的中心截面上，研究厚度为h/2的半块板坯，h为板坯厚度，

空间坐标x和时间坐标τ表示为：

x＝iΔxi＝0,1,2……m

τ＝kΔτk＝0,1,2……

k：0－9，

即，将带钢沿板厚方向按距离步长Δx分层，步长Δx取值范围：25-50mm，得到

节点i＝0，1，2……m；m为5-9；

将时间从τ＝0开始，0-60s，按时间步长Δτ分格，时间步长Δτ为1-3秒，

温度t(x，τ)经差分处理表示为

$t(x,\mathrm{\τ})=t(i\mathrm{\Δ}x,k\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ})=t_i^k$

经差分处理，板坯的温降计算表示为：

$t_i^{n+1}=Fo\·t_{i+1}^n+(1-2Fo)\·t_i^n+Fo\·t_{i-1}^n$

其中，i＝1,2…,m-1，m为5-9，

即将板坯沿厚度方向按距离步长Δx分层，得到节点i＝0，1，2……m，m为5-9，n为前述厚度方向分层后的编号，

11.如权利要求10所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

$t_0^{n+1}=2Fo\·t_1^n+(1-2Fo)\·t_0^n-Fo\frac{2\mathrm{\Δ}x}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\σ}(t_0^4-{t_f}^4)$

$t_m^{n+1}=2Fo\·t_{m-1}^n+(1-2Fo)\·t_m^n-Fo\frac{2\mathrm{\Δ}x}{\mathrm{\λ}}\mathrm{\σ}(t_m^4-{t_f}^4)$

热辐射系数σ＝0.7-0.95，

其中，t₀表示带钢下表面温度，t_f表示环境温度，

n为前述厚度方向分层后的编号,

t_m,t_m-1表示带钢沿板厚方向按距离步长Δx分层的节点m及m-1处的温度，

对于上述公式解释为：

厚度方向下一层的初始时刻带钢表面温度＝2*傅里叶数*厚度方向当前层的时刻点1的带钢表面温度+(1-2*傅里叶数)*厚度方向当前层初始时刻点的表面温度-傅里叶数*2*厚度方向分层*(初始时刻点温度的4次方-此刻环境温度的4次方)/板坯热传导率λ，

λ单位是KJ/m℃,即千焦耳/米·摄氏度，在粗轧轧制条件下，带钢的热传导率取165～175。

12.如权利要求11所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，

对所述板坯头尾温度计算采用的温降公式进一步解释如下：

厚度方向下一层当前点的板坯温度＝傅里叶数*厚度方向当前层后一点的板坯温度+(1-2*傅里叶数)*厚度方向当前层当前点带钢温度+傅里叶数*厚度方向当前层前一点的带钢温度，

式中： $Fo=\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\τ}\·a}{{\left(\mathrm{\Δ}x\right)}^2},$ 且 $Fo\≤\frac{1}{2},$

其中，α为带钢热扩散系数，

Fo值的大小满足使的系数大于0。

13.如权利要求10所述的一种粗轧机热轧可逆道次轧制时板坯温度的转换方法，其特征在于，将板坯分为上下对称的两块，每一块按照5层来设计，最外层的层号为大。