CN104289532A - 带钢水印点温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了针对热轧带钢上水印点的温度控制方法；包括以下步骤：步骤一、确定加热炉固定梁参数，板坯尺寸、中间坯尺寸以及精轧机架间带钢尺寸；步骤二、对中间坯头部实测温度序列进行处理，确定最低温度点和其所在的位置，并计算温度序列的标准偏差；步骤三、计算中间坯第一个水印区的起始位置，根据体积不变定理，计算机架间带钢上对应的第一个水印区的起始位置，计算带钢上水印区的宽度，并计算水印区的周期间隔。如果温度实测值标准偏差小，将设定参数设置为-1，不进行水印控制。步骤四：将水印温度控制参数发送给基础自动化系统进行设定控制。本发明提供的方法简单易行，能有效改善带钢温度控制，提高温度精度。

Description

带钢水印点温度控制方法

技术领域

本发明涉及一种带钢温度控制的方法，特别是根据对带钢中间坯实测温度的数据分析，确定中间坯上水印位置和水印周期，通过设定控制热轧机架冷却水来改善水印点终轧温度的方法，具体涉及带钢水印点温度控制方法。

背景技术

热轧带钢终轧温度是产品的重要工艺指标，温度控制精度决定了产品的性能。

如果终轧温度精度控制良好，不仅可以保证产品的性能，还可以有效降低质量封锁率，提高收得率，为企业提供良好的经济效益。

现代化的热轧板带生产中，大多采用步进式加热炉，板坯在炉底上的向前移动是靠炉底可动的步进梁作矩形轨迹的往复运动，把放置在固定梁上的板坯（如图1）一步一步地从加热炉入口端送到出口。固定梁通常采用水冷进行冷却，梁和板坯接触的部位与其他位置受热不同，会产生黑印，称为水印，如图2所示。

水印是一种加热燃烧控制质量缺陷，温度较其他位置低，它对后工序粗轧、精轧生产控制和产品质量会产生不良影响，特别是精轧区域，由于水印区域本身的温度较低，对反馈温度控制而言，很容易产生超调，会加剧温度控制的波动性，影响温度控制精度。同时低温水印区域的轧制力会产生陡跳现象，对厚度控制、活套控制产生干扰，引起厚度和宽度精度的波动。

部分钢种加热时很容易出现水印区，实际反映到精轧入口中间坯的实测温度呈头高尾低包含周期低谷的曲线，如图2所示，其中对一个水印区而言，通常温差在10～15℃，甚至更大。如果不进行有效的控制，终轧温度常常波动很大，如图4、图5，成为质量封锁的一个重要原因。

经对现有技术进行检索发现如下相关文献：

申请号为201210005179.0、名称为一种消除冷轧硅钢连续退火炉无氧化水印缺陷的方法的中国专利文献，该专利文献公开了一种消除冷轧硅钢连续退火炉无氧化水印缺陷的方法，包括无氧化炉，其特征是将无氧化炉的1～6#炉辊采用材质为Cr25Ni20的耐热合金钢辊，无氧化炉的1段、2段、3段不通焦炉煤气，4段、5段通入流量是150m3/h的焦炉煤气；无氧化炉的1段、2段的炉温为800℃，4段、5段的炉温为950℃；后部辐射管（RTF）段的温度为920～940℃。

为了提升带钢终轧温度控制精度，当入口中间坯带钢温度的长度方向上温度存在偏差时，常规的方法有反馈控制和前馈控制，这些方法存在如下不足之处：

1、反馈控制有较大的滞后性，而且容易出现超调，同时没有针对中间坯水印温度区的特别处理，对于非单调的温度不均匀性难以克服。

2、前馈通常只是根据预测带钢预测的头尾温差来补偿控制，或者根据实测温度进行精轧机架内温度分布计算，针对带钢全长方向设定所需的机架水量，该方法计算量大，而且需要精轧机架间装配流量或压力可以线性调整的阀门等设备。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种带钢水印点温度控制方法。本发明所解决的技术问题是确定某些热轧带钢中间坯上的水印点在经过精轧机架间冷却水时的位置、带钢水印区间的长度、以及水印区间出现的间隔周期等参数，计算确定这些参数后，发送给基础自动化控制系统，对机架间水阀门进行开闭控制，从而改善终轧温度的控制精度。

本发明公开了针对热轧带钢上水印点的温度控制方法；包括以下步骤：步骤一、确定加热炉固定梁参数，板坯尺寸、中间坯尺寸以及精轧机架间带钢尺寸；步骤二、对中间坯头部实测温度序列进行处理，确定最低温度点和其所在的位置，并计算温度序列的标准偏差；步骤三、计算中间坯第一个水印区的起始位置，根据体积不变定理，计算机架间带钢上对应的第一个水印区的起始位置，计算带钢上水印区的宽度，并计算水印区的周期间隔。如果温度实测值标准偏差小，将设定参数设置为-1，不进行水印控制。步骤四：将水印温度控制参数发送给基础自动化系统进行设定控制。该方法简单易行，能有效改善带钢温度控制，提高温度精度。

具体地，根据本发明的一个方面，提供一种带钢水印点温度控制方法，针对热轧中产生的水印，根据加热炉参数以及实测温度，确定水印的位置和周期频率，并利用机架间冷却水阀门进行控制，以改善带钢温度控制精度。

优选地，具体包括如下步骤：

步骤1：获取加热炉固定梁参数，获取板坯尺寸、中间坯尺寸、以及精轧机架间带钢尺寸数据；

步骤2：采集中间坯头部实测温度序列，所述实测温度序列包含中间坯头部第一长度内等间距的温度序列，根据实测温度序列中的温度最低点的序号确定温度最低点在中心坯上的位置，将该位置确定为第一个水印区域的中心点；

步骤3：根据体积不变定律计算对应精轧区控制点的带钢上水印区起始位置P_{0_strip}、带钢上水印区长度P_1-strip、带钢上水印区间隔周期P_2-strip，体积不变定律公式如下：

$\frac{L}{l}\×\frac{H}{h}\×\frac{B}{b}=1---\left(1\right)$

其中，L为轧制变形前带钢长度，l为轧制变形后带钢长度，H为轧制变形前带钢厚度，h为轧制变形后带钢厚度，B为轧制变形前带钢宽度，b为轧制变形后带钢宽度。

步骤4：将带钢上第一个水印区起始位置P_{0_strip}、带钢上水印区长度P_1-strip、带钢上水印区间隔周期P_2-strip这些控制参数，发送给基础自动化系统进行控制，基础自动化系统根据轧制速度和时间对机架出口带钢长度进行跟踪，并进行冷却水阀门开闭控制，当带钢头部经过F2机架P_{0_strip}长度后，第一个水印区域经过F2F3机架间时，基础自动化系统关闭冷却水阀门，接下来根据带钢上水印区长度P_1-strip、带钢上水印区间隔周期P_2-strip，分别进行开闭控制，直至轧制结束。

优选地，在所述步骤2中，在确定温度最低点之前，计算实测温度序列的平均值和标准方差，将平均值中偏离程度在正负一个标准方差外的数据视为异常数据加以去除。

优选地，在所述步骤2中，在确定温度最低点之前，过滤去除中间坯头部第一长度内的温度点。

优选地，所述步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：根据体积不变定律公式，首先计算中间坯上水印区宽度P_{1_bar}：

$P_{1\_\mathrm{bar}}=\frac{a\×H_{\mathrm{slab}}\×W_{\mathrm{slab}}}{H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}---\left(2\right)$

其中，a为加热炉固定梁宽度，H_slab为板坯厚度，W_slab为板坯宽度，H_bar为中间坯厚度，W_bar为中间坯宽度；

步骤3.2：计算水印区开始位置P_{0_bar}：

P_{0_bar}=N_min×d-P_{1_bar}/2            (3)

其中，N_min为头部实测温度最低点在序列中编号，d为温度实测值采样间距，P_{1_bar}为中间坯上水印区宽度；

步骤3.3：对应精轧区控制点的带钢上第一个水印区起始位置P_{0_strip}：

$P_{0\_\mathrm{strip}}=\frac{P_{0\_\mathrm{bar}}\×H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(4\right)$

其中，H_strip为机架间带钢厚度，W_strip为机架间带钢宽度。

步骤3.4：计算带钢上水印区长度P_1-strip，其中P_{1_bar}可以由(2)计算得到：

$P_{1\_\mathrm{strip}}=\frac{P_{1\_\mathrm{bar}}\×H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(5\right)$

步骤3.5：计算带钢上水印区间隔周期P_2-strip：

$P_{2\_\mathrm{strip}}=\frac{b\×H_{\mathrm{slab}}\×W_{\mathrm{slab}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(6\right)$

其中，b为加热炉固定梁间距。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明所采用的水印点温度控制方法根据对精轧实测温度入口高温计的测量数据分析，确定水印位置和区域，针对加热炉在板坯上产生的水印具有“周期性”和水印区相对固定的特点，“追踪”水印区在板坯、中间坯和精轧机架间的位置，通过设定水印区的起始位置、水印宽度和水印区的间隔周期等参数，直接调节机架水的开闭，就能达到改善水印点温度的控制效果。利用该方法，能较为准确地确定水印位置，而且不需要配置流量可调的阀门等设备，设定计算和实际控制简单，能够应用于带钢水印温度缺点的补偿与优化控制，从而提高带钢的温度精度，容易在同类生产线推广应用，可以广泛应用于热轧板带生产中。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为步进式加热炉固定梁示意图；

图2为中间坯周期性水印区域示意图；

图3为水印温度控制设定计算流程；

图4、图5为无水印点控制温度曲线图，其中，图4为中间坯精轧入口温度，图5为终轧温度；

图6、图7为增加水印点控制后温度曲线图，其中，图6为中间坯精轧入口温度，图7为终轧温度。

图中：

1  为板坯；

2  为固定梁

a  表示梁宽度；

b  表示梁间距。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种热轧带钢上水印温度点的控制改善方法，其根据步进梁式加热炉固定梁的参数，基于对精轧入口中间坯的温度实测数据的分析，计算确定中间坯上的水印区经过机架间冷却水时的对应位置、水印区间长度以及水印区出现的周期频率等参数，通过这些参数用来对机架间冷却水阀门的开闭状态或流量进行控制，用以补偿带钢上的水印区域，从而提高带钢的温度控制精度。

在本发明的一个优选例中，技术方案包括如下步骤(流程如图3)。

为描述便利，将本技术方案中采用的变量事先列表显示，见表1。

表1水印温度点控制计算相关变量

步骤一：加热炉固定梁参数和带钢尺寸数据确定

加热炉固定梁(如图1)的宽度，固定梁的间距是已知的固定参数，不同的加热炉的固定梁参数不同，可将不同炉子的固定梁参数写入配置文件中。当一块具体的板坯从加热炉抽出时，即可确定该板坯所在加热炉炉号，根据炉号从配置文件中读取对应的固定梁宽度和间距参数。

为了跟踪水印在带钢轧制变形过程中的位置变化，需要知道带钢在不同轧制阶段的尺寸数据（厚度、宽度和长度），包括板坯尺寸、进入精轧前的中间坯尺寸、精轧机架F2-F3之间带钢厚度、宽度，这些数据可以从轧制计划数据和精轧道次设定数据中获得。

步骤二：实测中间坯头部温度数据处理

对中间坯头部温度数据进行处理是为了确定第一个水印点的位置以及温度的波动情况。

得到中间坯头部实测温度数据序列t（以头部5米20个测量点为例，每个温度数据对应中间坯的上的位置间距为0.25米），选择出温度最低点T_min(必须满足中间坯入口温度范围，通常900～1150℃之间)，以及最低温度点对应的序列号N_min，T_min和N_min所对应的位置可以确定为第一个水印区域的中心点。

计算温度实测序列的标准差方差σ。σ的大小可以用来衡量温度的波动程度，并可以作为是否要进行水印温度控制的判断依据。

步骤三：计算水印点温度控制设定数据

为了对带钢全长方向上的水印温度进行补偿控制，特别对控制对象机架间冷却水设计了三个控制参数：第一个水印区域经过机架间水控制点时的位置P₀，水印区的宽度P₁，水印区出现的频率，也就是水印的间隔周期P₂。

在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，变形前后的体积就不会产生变化，根据体积不变定律，公式如下：

$\frac{L}{l}\×\frac{H}{h}\×\frac{B}{b}=1---\left(1\right)$

其中，L为轧制变形前带钢长度，l为轧制变形后带钢长度，H为轧制变形前带钢厚度，h为轧制变形后带钢厚度，B为轧制变形前带钢宽度，b为轧制变形后带钢宽度。

根据体积不变定律公式，首先计算中间坯上水印区宽度P_{1_bar}：

$P_{1\_\mathrm{bar}}=\frac{a\×H_{\mathrm{slab}}\×W_{\mathrm{slab}}}{H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}---\left(2\right)$

其中，a为加热炉固定梁宽度，H_slab为板坯厚度，W_slab为板坯宽度，H_bar为中间坯厚度，W_bar为中间坯宽度。

从步骤二已知中间坯上第一个水印温度最低点，计算水印区开始位置P_{0_bar}：

P_{0_ba}r=N_min×d-P_{1_ba}r/2            (3)

其中，N_min为头部实测温度最低点在序列中编号，d为温度实测值采样间距，P_{1_bar}为中间坯上水印区宽度。

对应精轧区控制点的带钢上第一个水印区起始位置P_{0_strip}：

$P_{0\_\mathrm{strip}}=\frac{P_{0\_\mathrm{bar}}\×H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(4\right)$

其中，H_strip为机架间带钢厚度，W_strip为机架间带钢宽度。

带钢上水印区长度P_1-strip计算：

$P_{1\_\mathrm{strip}}=\frac{P_{1\_\mathrm{bar}}\×H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(5\right)$

带钢上水印区间隔周期P_2-strip计算：

$P_{2\_\mathrm{strip}}=\frac{b\×H_{\mathrm{slab}}\×W_{\mathrm{slab}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(6\right)$

其中，b为加热炉固定梁间距。

步骤四：水印点设定控制

采用式(4)、(5)和(6)计算得到设定控制参数后，发送给基础自动化控制系统进行控制。基础自动化系统会根据轧制速度和时间对机架出口带钢长度进行积分计算和跟踪。当带钢头部经过F2机架P_{0_strip}长度后，第一个水印区域经过F2F3机架间时，控制器关闭冷却水阀门，接下来根据水印区长度和水印间隔周期，分别进行开闭控制，从而使得水印点温度控制得到达到改善，经过水印设定控制的带钢温度控制效果如图6、图7所示。

在一个优选例中，可以根据精轧入口中间坯实测温度和计算温度，分段计算中间坯各段达到精轧各个机架的温度，计算各个段所需要的冷却水量和轧制速度，分段动态调整机架冷却水和轧制速度。

本发明通过分析带钢上水印的宽度、出现的周期，并根据精轧入口的高温计实测数据，确定水印区域的开始位置，当水印位置经过精轧第一组机架水时，关闭冷却水阀门，让低温区域“避开”冷却水，通过此控制，使得水印区域的温度得到补偿，减少水印点的进一步温降，降低了水印点与非水印区带钢的温差，使得穿过下游机架的带钢的温度均匀性得到提高，一定程度上提升了带钢全长方向的轧制力稳定性，也能避免温度反馈的滞后和超调，从而改善终轧温度的控制精度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种带钢水印点温度控制方法，其特征在于，针对热轧中产生的水印，根据加热炉参数以及实测温度，确定水印的位置和周期频率，并利用机架间冷却水阀门进行控制，以改善带钢温度控制精度。

2.根据权利要求1所述的带钢水印点温度控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

步骤1：获取加热炉固定梁参数，获取板坯尺寸、中间坯尺寸、以及精轧机架间带钢尺寸数据；

步骤2：采集中间坯头部实测温度序列，所述实测温度序列包含中间坯头部第一长度内等间距的温度序列，根据实测温度序列中的温度最低点的序号确定温度最低点在中心坯上的位置，将该位置确定为第一个水印区域的中心点；

步骤3：根据体积不变定律计算对应精轧区控制点的带钢上水印区起始位置P_{0_strip}、带钢上水印区长度P_1-strip、带钢上水印区间隔周期P_2-strip，体积不变定律公式如下：

$\frac{L}{1}\×\frac{H}{h}\×\frac{B}{b}=1,$ 式（1）

其中，L为轧制变形前带钢长度，l为轧制变形后带钢长度，H为轧制变形前带钢厚度，h为轧制变形后带钢厚度，B为轧制变形前带钢宽度，b为轧制变形后带钢宽度；

步骤4：将带钢上第一个水印区起始位置P_{0_strip}、带钢上水印区长度P_1-strip、带钢上水印区间隔周期P_2-strip这些控制参数，发送给基础自动化系统进行控制，基础自动化系统对机架出口带钢长度进行跟踪，并进行冷却水阀门开闭控制，当带钢头部经过F2机架P_{0_strip}长度后，第一个水印区域经过F2F3机架间时，基础自动化系统关闭冷却水阀门，接下来根据带钢上水印区长度P_1-strip、带钢上水印区间隔周期P_2-strip，分别进行开闭控制，直至轧制结束。

3.根据权利要求2所述的带钢水印点温度控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，在确定温度最低点之前，计算实测温度序列的平均值和标准方差，将平均值中偏离程度在正负一个标准方差外的数据视为异常数据加以去除。

4.根据权利要求2所述的带钢水印点温度控制方法，其特征在于，在所述步骤2中，在确定温度最低点之前，过滤去除中间坯头部第一长度内的温度点。

5.根据权利要求2所述的带钢水印点温度控制方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

步骤3.1：根据体积不变定律公式，首先计算中间坯上水印区宽度P_{1_bar}：

$P_{1\_\mathrm{bar}}=\frac{a\×H_{\mathrm{slab}}\×W_{\mathrm{slab}}}{H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}---\left(2\right)$

其中，a为加热炉固定梁宽度，H_slab为板坯厚度，W_slab为板坯宽度，H_bar为中间坯厚度，W_bar为中间坯宽度；

步骤3.2：计算水印区开始位置P_{0_bar}：

P_{0_bar}=N_min×d-P_{1_bar}/2          (3)

其中，N_min为头部实测温度最低点在序列中编号，d为温度实测值采样间距，P_{1_bar}为中间坯上水印区宽度；

步骤3.3：对应精轧区控制点的带钢上第一个水印区起始位置P_{0_strip}：

$P_{0\_\mathrm{strip}}=\frac{P_{0\_\mathrm{bar}}\×H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(4\right)$

其中，H_strip为机架间带钢厚度，W_strip为机架间带钢宽度；

步骤3.4：计算带钢上水印区长度P_1-strip：

$P_{1\_\mathrm{strip}}=\frac{P_{1\_\mathrm{bar}}\×H_{\mathrm{bar}}\×W_{\mathrm{bar}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(5\right)$

步骤3.5：计算带钢上水印区间隔周期P_2-strip：

$P_{2\_\mathrm{strip}}=\frac{b\×H_{\mathrm{slab}}\×W_{\mathrm{slab}}}{H_{\mathrm{strip}}\×W_{\mathrm{strip}}}---\left(6\right)$

其中，b为加热炉固定梁间距。