CN104438359B - 改善热轧带钢头部温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种改善热轧带钢头部温度的方法，包括：确定带钢的常规穿带速度和一级速度的提升比例；计算在常规穿带速度下精轧时各个机架的设定参数，所述设定参数包括机架厚度分布、速度、温度分布、出口温度、入口温度以及轧制力中的任一种或任多种；计算上游机架一级穿带速度和精轧入口速度，计算一级速度到常规速度减速比；根据一级穿带速度，以带钢中间坯入口温度为起点，重新计算精轧机架的所述设定参数。本发明还提供相应系统。本发明通过在上游机架采用了比常规情况更高的一级穿带速度，减少带钢在精轧区域的通行时间，也就减小头部温降，从而能改善头部温度偏低的问题，为现场精度稳定控制和质量提升提供了有效的解决方案。

Description

改善热轧带钢头部温度的方法

技术领域

本发明涉及热轧带钢，具体地，涉及一种改善热轧带钢头部温度的方法。

背景技术

薄规格热轧板可替代同等厚度的冷轧钢板，实现“以热代冷”，减少相应的冷轧生产线投资、资源消耗及各种废气排放；薄的高强度热轧板还可替代一般强度的厚的热轧板，实现“以薄代厚”，提高钢材利用率。这种技术发展趋势符合资源节约和环境友好的和谐发展主题，被越来越多的热轧带钢生产企业追寻。由此，薄规格特别是2.0mm以下的热轧带钢，以及热轧酸洗板在很多厂家的产品大纲中占据越来越大的比重。

在薄规格热轧带钢生产中，一个普遍的生产质量问题是终轧温度的控制难度大。因为薄规格带钢温降快，头颈部终轧温度通常比目标值低很多，严重影响了产品的质量，也降低了产品的性能。进一步将那些终轧温度精度低的薄带钢进行逐块分析发现，这些带钢的头颈部温度偏低是共同存在的现象，更甚者低30～50度，其中典型的带钢温度曲线如图1所示。如何提升薄带钢的头部终轧温度成为热轧产线需要重点攻关的技术难题。

为了提升带钢头部终轧温度控制精度，针对带钢头部温度偏低的问题，常规的方法有提升来料入口温度、采用更少的除鳞水或机架间冷却水、采用更高的穿带速度，但这些方法的有如下缺陷：

1.提升精轧入口温度需要加热炉工序采取更高的出炉温度，但这样一来，一方面可能钢种规格在加热工艺制度上不允许，其次采用更高的出炉温度无疑会增加能耗；

2.采用更少的除鳞水或机架间冷却水，这样一来对于表面质量要求高的产品是不合适的，比如热轧酸洗板，减少除鳞水可能会导致表面质量不达标；

3.提升带钢的穿带速度（这里指的是传统的速度制度）对于薄规格带钢而言会增加穿带过程的不稳定性，严重情况会导致废钢。

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改善热轧带钢头部温度的方法及系统。

如图2所示，本发明所采用的两级穿带速度制度方法充分利用精轧机组的速度锥，即各个机架的调速许可范围，将穿带过程设计为两个过程。即当带钢头部穿带时，让上游机架，通常为F₁、F₂、F₃，采用高于常规速度的穿带速度，即本发明中的一级穿带速度)，在中间切换机架，通常为F₃、F₄，换档减速到常规穿带速度，完成下游机架的穿带，如图3所示。因为上游机架采用了高于常规的速度进行穿带，这样就可以缩短带钢头部在精轧区域的轧制时间，如图4所示，也就减少了热损失的时间，减少了温降，从而改善带钢头部终轧温度。一般而言，热连轧上游机架的常规穿带速度较低，提升一定比例后不会对穿带过程产生影响，能保证稳定穿带，且速度相对较高的下游机架仍然恢复为常规速度穿带，确保了穿带的稳定性，对生产和操作没有附加影响。该方法的设定计算和实际控制简单，容易在同类生产线推广应用。

根据本发明的一个方面，提供的改善热轧带钢头部温度的方法，包括如下步骤：

步骤1：确定带钢的常规穿带速度和一级速度的提升比例；

步骤2：计算在常规穿带速度下精轧时各个机架的设定参数，所述设定参数包括机架厚度分布、速度、温度分布、出口温度、入口温度以及轧制力中的任一种或任多种；

步骤3：计算上游机架一级穿带速度和精轧入口速度，计算一级速度到常规速度减速比；

步骤4：根据一级穿带速度，以带钢中间坯入口温度为起点，重新计算精轧机架的所述设定参数。

优选地，所述步骤1还包括如下步骤：

步骤1.1，读取速度制度表，得到以末机架为基准的穿带速度；

步骤1.2，根据常规穿带速度确定一级速度的提升比例；

步骤1.3，根据配置的提速比例的限制参数，对提升速度有效性和限幅检查，确定一级速度的提升比例。

优选地，所述步骤2还包括如下步骤：

步骤2.1，读取机架压下率分配表，得到精轧各个机架的压下率，已知中间坯厚度和目标厚度，采用相对化方法，计算各个机架的入口和出口厚度；

步骤2.2，根据连轧秒流量恒定公式，V₀*H₀=V_i*H_i=V_last*H_last，计算得到各个机架速度，其中：V₀为精轧入口带钢速度，H₀为精轧入口带钢厚度，V_i为精轧F_i机架出口带钢速度，H_i为精轧F_i机架出口带钢厚度，i为自然数，V_last为精轧F_last机架出口带钢速度，H_last为精轧F_last机架出口带钢厚度；

步骤2.3，根据中间坯入口温度、各个机架的出口厚度和速度，从F₁机架入口开始迭代计算各个机架的所述设定参数。

优选地，所述步骤3还包括如下步骤：

步骤3.1，根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级穿带速度；

步骤3.2，根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级精轧入口速度；

步骤3.3，已知F_i-1机架一级速度、F_i机架常规速度和机架间距，根据牛顿运动定律，计算换档减速度。

优选地，所述步骤4还包括如下步骤：

步骤4.1，以中间坯入口温度为起点，计算一级速度下F₁到F_i-1机架的所述设定参数；

步骤4.2，以F_i-1出口温度为基准，修订计算一级速度下F_i到F₇机架的所述设定参数。

优选地，所述换档减速度的计算公式为：

其中，decc为换档减速度，V_Fi为F_i机架入口速度，V_Fi-1为F_i-1机架出口速度，L₀为机架间距，L为减速安全距离。

优选地，所述设定参数通过数据接口被传送给自动化控制系统进行设定控制。

优选地，所述切换机架号F_i为机架F₂、机架F₃或者机架F₄。

优选地，所述提升比例为10%至50%。

优选地，当根据秒流量恒定定律计算各个机架的速度时，以F_last机架的速度为基准。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明通过利用机组中各个机架的速度可调余量，设计两级穿带速度。在上游机架采用了比常规情况更高的一级穿带速度，减少了带钢在精轧区域的通行时间，也就减小了头部温降，从而能改善头部温度偏低的问题，为现场精度稳定控制和质量提升提供了有效的解决方案。本发明方案可应用于提高热轧薄规格和酸洗板的头部温度，改善这些品种钢的头部温度偏低的状况，可以提升带钢的温度精度和性能，可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是本发明中头部终轧温度偏低带钢的温度曲线图；

图2是本发明中热轧精轧机组速度锥示意图；

图3是本发明中两级穿带速度比较示意图；

图4是本发明中同规格带钢两种速度制度运行比较图；

图5是本发明中两级穿带速度设定计算流程图；

图6是本发明的步骤流程图。

图1中，FDT为目标终轧温度，ACT为实测终轧温度。

图4中，1#为常规穿带模式，2#为两级穿带模式。

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。

为了解决热轧生产中部分品种规格(2.0mm以下薄带钢和热轧酸洗板)头部温度低于目标温度的问题，本发明通过分析热连轧机组的速度制度，在不影响生产操作稳定性的前提下，充分利用机组各个机架的速度可调余量，设计两级穿带速度。带钢通过上游机架采用了比常规情况更高的速度，减少了带钢在精轧区域的通行时间，也就减小了头部温降，从而能改善头部温度偏低的问题，为现场精度稳定控制和质量提升提供了有效的解决方案。

本发明旨在通过轧制速度制度的优化设计，调整设定计算过程和控制参数，用以提高某些热轧带钢品种的头部温度。发明的核心是将带钢的穿带过程从传统的速度制度变为两级制度，当带钢头部穿带时，让上游机架，通常为F₁、F₂、F₃，采用高于常规速度的穿带速度，本发明称之为一级穿带速度，在中间切换机架通常为F₂、F₃换档减速到常规速度或者常规穿带速度，完成下游机架的穿带。因为上游机架采用了高于常规的速度进行穿带，这样就可以缩短带钢头部在精轧区域的轧制时间，也就减少了热损失的时间，从而减少了温降，从而改善带钢头部终轧温度。

本发明所解决的技术问题是以常规穿带速度为基准，确定上游机架的一级穿带速度，计算使用一级穿带速度后精轧机组的温度分布，计算一级速度向常规速度切换的减速参数，计算采用一级速度温度变化后下游机架的轧制力等控制参数。计算确定这些参数后，发送给基础自动化控制系统，对穿带速度和穿带过程进行控制。

以薄规格热轧酸洗板SPHE钢种为例，阐述本技术方案包括的步骤，如图5所示。

实例中的带钢信息：带钢钢种SPHE，中间坯来料厚度42mm，中间坯来料温度1040℃，目标厚度2.0mm，目标温度880℃。如图6所示，

步骤1、确定带钢的常规穿带速度制度和一级速度的参数，即提成比例。所述步骤1还包括如下步骤：

步骤1.1，读取速度制度表，得到以末机架为基准的穿带速度；

步骤1.2，从操作界面中输入一级穿带速度的提升比例；

步骤1.3，根据配置的提速比例的限制参数，对提升速度有效性和限幅检查，确定一级速度。

具体为，首先，根据该带钢钢种SPHE和厚度2.0mm，从速度制度表中得到F7穿带速度为10.5m/s；操作界面输入的速度提升比例为30%，切换机架号为F3；经检查，速度提升比例和机架号符合要求。

步骤2、计算常规穿带速度下精轧各个机架厚度分布、速度和温度分布以及轧制力等设定参数。所述步骤2还包括如下步骤：

步骤2.1，读取机架压下率分配表，得到精轧各个机架的压下率，已知中间坯厚度和目标厚度，采用相对化方法，可以计算各个机架的入口和出口厚度；

步骤2.2，根据连轧秒流量恒定公式，V₀*H₀=V₁*H₁=V_i*H_i=V₇*H₇，计算得到各个机架速度，其中：V₀为精轧入口带钢速度，H₀为精轧入口带钢厚度，V_i为精轧F_i机架出口带钢速度，H_i为精轧F_i机架出口带钢厚度，i为自然数，V₇为精轧F₇机架出口带钢速度，H₇为精轧F₇机架出口带钢厚度；

步骤2.3，根据中间坯入口温度、各个机架的出口厚度和速度，从F₁入口开始迭代计算各个机架的所述设定参数。

具体为，根据各个机架入口带钢厚度、速度以及机架水使用状态，可以从精轧入口开始计算各个机架的温度、轧制力等参数，迭代计算到精轧末机架，得到全部机架的温度、速度和轧制力等设定参数；迭代计算以确保终轧温度为目标，通过步长法对穿带速度进行调整。

根据钢种和规格，得到带钢的压下率初值，先进行相对化计算，得到相对化压下率，然后计算各个机架入口出口厚度分布，根据秒流量恒定定律，以F₇为基准，计算其他机架的速度，迭代计算温度分布。本例中，为达到目标880℃终轧温度，通过温度速度迭代计算，穿带速度达到10.85m/s，已经是此类带钢的上限。常规速度下，各个机架的计算参数如表1所示。

表1常规速度下各个机架的计算参数

机架号	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7
								压下率(%)	55.3	42.5	44.4	31.7	28.6	17.9	11
相对化压下率(%)	56	0.43	0.45	0.32	0.29	0.18	0.11
								入口厚度(mm)	42	18.55	10.59	5.85	3.97	2.83	2.32
出口厚度(mm)	18.55	10.59	5.85	3.97	2.83	2.32	2.06
								速度(m/s)	1.2	2.11	3.82	5.62	7.9	9.64	10.85
入口温度(℃)	1015	970	934	918	906	896	884
								出口温度(℃)	970	934	918	906	896	884	868
轧制力(kN)	15720	13910	14853	11784	10381	7144	4709

步骤3、计算上游机架一级穿带速度和精轧入口速度，计算一级速度到常规速度减速比。所述步骤3还包括如下步骤：

步骤3.1，根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级穿带速度；

步骤3.2，根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级精轧入口速度；

步骤3.3，已知F_i-1机架一级速度、Fi机架常规速度和机架间距，根据牛顿运动定律，计算换档减速度。具体公式如下，

其中：decc为换档减速度，V_Fi为F_i机架入口速度，V_Fi-1为F_i-1机架出口速度，L₀—机架间距，L为减速安全距离。

从步骤2已经得到各个机架的速度，步骤1确定了提速比例30%，可以得到各个机架的提升速度，其中F₂为2.743m/s，F₃为4.966m/s。机架间距5.8m，F₃的常规速度为3.82m/s，配置的安全距离为0.5m，根据牛顿运动定律，计算换档减速度为0.95m/s²。

步骤4、根据一级穿带速度，以中间坯入口温度为起点，重新计算精轧机架入口出口温度和轧制力等设定参数。所述步骤4还包括如下步骤：

步骤4.1，以中间坯入口温度为起点，计算一级速度下F₁—F_i-1机架的所述设定参数；

步骤4.2，以F_i-1出口温度为基准，修订计算一级速度下F_i—F₇机架的所述设定参数。

根据已经确定的各个机架速度，从精轧入口开始，再依次计算F₁—F₇机架的精轧入口温度、轧制力。一级速度下计算的参数如表2所示。

表2一级速度下的计算参数

机架号	F1入口	F1	F2	F3	F4	F5	F6	F7
									速度(m/s)	0.754	1.56	2.743	4.966	5.62	7.9	9.64	10.85
入口温度(℃)	1040	1015	976	946	934	920	908	897
									出口温度(℃)	1015	976	946	934	920	908	897	885
轧制力(kN)		19986	16385	15012	13078	11071	7329	5679

本发明中，要先后计算常规速度和速度提升后的机架的参数。表3将两种速度制度的关键计算参数进行了对比，结果表明，采用两级穿带速度后，提升了终轧出口温度，达到885℃。相应地，上游机架因为速度提升，轧制力有所增加，下游机架因温度提升，轧制力有所减小，计算结果和预期一致。

表3两级速度与常规速度计算比较

进一步，所述设定参数通过数据接口被传送给自动化控制系统进行设定控制。

进一步，所述切换机架号F_i为机架F₂、机架F₃或者机架F₄。

进一步，所述提升比例为10%至50%。

进一步，当根据秒流量恒定定律计算各个机架的速度时，以F_last机架的速度为基准。

本实施例提供的一种改善热轧带钢头部温度系统，包括如下装置：

一级速度计算装置，用于确定带钢的常规穿带速度和一级速度。

所述一级速度计算装置还包括如下单元：

速度读取单元，用于读取速度制度表，得到以精轧末机架为基准的穿带速度；

操作界面，用于输入一级穿带速度的提升比例；

检查单元，用于根据配置的提速比例的限制参数，对提升速度有效性和限幅检查，确定一级速度。

设定参数计算装置，用于计算在常规穿带速度下精轧时各个机架的设定参数，以及根据一级穿带速度，以带钢中间坯入口温度为起点，重新计算精轧时各个机架的所述设定参数。所述设定参数包括机架厚度分布、速度、温度分布、出口温度、入口温度以及轧制力中的任一种或任多种。

所述设定参数计算装置还包括如下单元：

入口和出口厚度计算单元，用于读取机架压下率分配表，得到精轧各个机架的压下率，根据已知的中间坯厚度和目标厚度，采用相对化方法，计算各个机架的入口和出口厚度。

机架速度计算单元，用于根据连轧秒流量恒定公式，V₀*H₀=V₁*H₁=V_i*H_i=V₇*H₇，以及已知的中间坯厚度、各个机架出口厚度、末机架的速度，计算得到各个机架速度，其中：V₀为精轧入口带钢速度，H₀为精轧入口带钢厚度，V_i为精轧F_i机架出口带钢速度，H_i为精轧F_i机架出口带钢厚度，V₇为精轧F₇机架出口带钢速度，H₇为精轧F₇机架出口带钢厚度。

设定参数计算单元，用于根据中间坯入口温度、各个机架的出口厚度和速度，从F1入口开始迭代计算各个机架的所述设定参数。

一级穿带速度计算装置，用于计算上游机架一级穿带速度和精轧入口速度，计算一级速度到常规速度减速比。

一级穿带速度计算装置包括如下单元：

一级穿带速度计算单元，用于根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级穿带速度。

精轧入口速度计算单元，用于根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的精轧入口速度。

换档减速度计算单元，用于根据牛顿运动定律，计算换档减速度，其中已知F_i-1机架一级速度、F_i机架常规速度和机架间距。

所述设定参数计算装置还包括如下单元：

设定参数计算单元，用于以中间坯入口温度为起点，计算一级速度下F₁—F_i-1机架的所述设定参数。

修订计算单元，用于以F_i-1出口温度为基准，修订计算一级速度下F_i—F₇机架的所述设定参数。

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 (1)

1.一种改善热轧带钢头部温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：确定带钢的常规穿带速度和一级穿带速度的提升比例；

步骤2：计算在常规穿带速度下精轧时各个机架的设定参数，所述设定参数包括机架厚度分布、常规速度、温度分布、出口温度、入口温度以及轧制力中的任一种或任多种；

步骤3：计算上游机架一级穿带速度和精轧入口速度，计算一级穿带速度到常规速度减速比；

步骤4：根据一级穿带速度，以带钢中间坯入口温度为起点，重新计算精轧机架的所述设定参数；

所述步骤2还包括如下步骤：

步骤2.1，读取机架压下率分配表，得到精轧各个机架的压下率，已知中间坯厚度和目标厚度，采用相对化方法，计算各个机架的入口和出口厚度；

步骤2.2，根据连轧秒流量恒定公式，V₀*H₀＝V_i*H_i＝V_last*H_last，计算得到各个机架速度，其中：V₀为精轧入口带钢速度，H₀为精轧入口带钢厚度，V_i为精轧F_i机架出口带钢速度，H_i为精轧F_i机架出口带钢厚度，i为自然数，V_last为精轧F_last机架出口带钢速度，H_last为精轧F_last机架出口带钢厚度；

步骤2.3，根据中间坯入口温度、各个机架的出口厚度和常规速度，从F₁机架入口开始迭代计算各个机架的所述设定参数；

所述步骤1还包括如下步骤：

步骤1.1，读取速度制度表，得到以末机架为基准的穿带速度；

步骤1.2，根据常规穿带速度确定一级穿带速度的提升比例；

步骤1.3，根据配置的提速比例的限制参数，对提升速度有效性和限幅检查，确定一级穿带速度的提升比例；

所述步骤3还包括如下步骤：

步骤3.1，根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级穿带速度；

步骤3.2，根据切换机架号F_i和速度提升百分比，计算从F₁到F_i-1机架的一级精轧入口速度；

步骤3.3，已知F_i-1机架一级速度、F_i机架常规速度和机架间距，根据牛顿运动定律，计算换档减速度；

所述步骤4还包括如下步骤：

步骤4.1，以中间坯入口温度为起点，计算一级穿带速度下F₁到F_i-1机架的所述设定参数；

步骤4.2，以F_i-1出口温度为基准，修订计算一级穿带速度下F_i到F₇机架的所述设定参数；

所述换档减速度的计算公式为：

$decc=\frac{{V_{F_i}}^2-{V_{F_{i-1}}}^2}{2\×(L_0-L)}$

其中，decc为换档减速度，V_Fi为F_i机架入口速度，V_Fi-1为F_i-1机架出口速度，L₀为机架间距，L为减速安全距离；

所述设定参数通过数据接口被传送给自动化控制系统进行设定控制；

所述切换机架号F_i为机架F₂、机架F₃或者机架F₄；

所述提升比例为10％至50％；

当根据秒流量恒定定律计算各个机架的速度时，以F_last机架的速度为基准。