CN105215057A - 一种中厚板轧制及输送速度的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括轧机最后道次的轧制过程、钢板从精轧机输运到控制冷却装置的辊道输运过程、预矫直过程的自动化的速度控制方法。本发明的目的是满足某些产品的精轧终轧温度和冷却开始温度之差偏小的TMCP工艺参数要求。本发明技术方案适用于按照精轧机、预矫直机、控制冷却装置布置的具备自动化控制系统的现代化中厚板产线。本发明技术方案给出了满足考虑轧终轧温度和冷却开始温度工艺要求的最后道次轧制的抛钢过程和钢板输运过程的速度无缝衔接的一体化钢板运行的速度图(图10)，本发明技术方案给出了为实现该一体化钢板运行的速度图，新增加用于全局协调计算速度图参数的速度控制模块，并改进原有各单元速度控制模块的新的速度控制方案。

Description

一种中厚板轧制及输送速度的控制方法

技术领域

本发明涉及中厚板轧制生产线的自动控制领域，具体地，本发明涉及一种中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，尤其涉及按照轧机、预矫直机、控制冷却装置布置的中厚板轧制生产线上的钢板从精轧机到控制冷却装置的轧机、轧机后输出辊道、预矫直机的整体协调的速度自动控制方法，即，精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程的整体协调的速度控制方法。

背景技术

目前，在冶金领域，现代化的中厚板轧制生产线通常布置有加热炉、轧机、控制冷却装置、热矫直机等，有些产线在控制冷却装置之前还布置有预矫直,如图1所示.在所述产线布置设计时，考虑到钢板最大成品长度的需求，轧机和控制冷却装置间的距离通常超过60米。

见图1中厚板轧制生产线的布置。

图1所述生产流程通常为：钢板在轧机中完成最后道次的轧制以后，输送辊道把钢板从精轧机后移动到预矫直机的前面，对钢板进行一个道次的预矫直处理。由于通常预矫直机与控制冷却装置之间的距离较短，钢板还在预矫直过程中时，钢板头部就已到达控制冷却装置的前面，然后钢板进入控制冷却装置进行喷水冷却。

对于采用控制轧制与控制冷却工艺生产的钢板(也称为TMCP，thermo-mechanicalcontrolprocess)，为达到设计的中厚板产品性能，在生产中必须确保生产过程满足若干工艺参数的要求，比如精轧开轧温度、精轧终轧温度、冷却开始温度、冷却速度、冷却终止温度等等。其中精轧终轧温度、冷却开始温度是重要的采用TMCP工艺钢板的性能控制目标(更详细内容可见《中国中厚板轧制技术与装备》，王国栋主编，2009，冶金工业出版社,第9章中厚板的控制轧制和控制冷却)。精轧终轧温度是指精轧机轧制完成最后一个道次的钢板温度，冷却开始温度是指钢板即将进入控制冷却装置开始喷水冷却时的温度。

由于包括精轧终轧温度、冷却开始温度在内的各TMCP工艺参数是影响钢板组织和力学性能的关键因素，因此，在完成产品的合金成分设计后，产品设计工程师会根据最终产品的力学性能等要求，给出TMCP工艺参数的设计输出。

近年来，在降低产品成本的压力下，产品设计工程师在尽可能降低中厚板中的微合金含量条件下，提出了越来越苛求的TMCP工艺参数，对有些产品而言，根据产品成分和性能要求设计输出的精轧终轧温度和冷却开始温度的数值之差较小，比如，某产品的设计输出TMCP工艺参数要求：精轧终轧温度在770℃、冷却开始温度在740℃。

对于这类TMCP工艺要求的精轧终轧温度和冷却开始温度的数值之差较小的钢板，为了能达到产品设计的工艺参数，就必须寻找能够减少钢板从轧机输送到控制冷却装置过程中的温度下降的方法。

因为，轧机和控制冷却装置间的距离通常超过60米，按照常规的钢板输出方法，精轧终轧温度和冷却开始温度之间的温差较大，这与钢板温度、钢板宽度、钢板长度、钢板厚度、输送辊道转速、预矫直机矫直速度、精轧机和预矫直机间的距离、预矫直机和控制冷却装置间的距离、空气温度等有关系(请见《带钢热连轧的模型与控制》，孙一康编著，2002，冶金工业出版社，5.2.1节带钢(钢坯、带坯)传送时的温降)，但其通常温降在50℃之上。

在实际生产中，钢板常见的精轧终轧温度和冷却开始温度曲线如图2所示。

在国内外的公开文献中，很少涉及减少钢板从中厚板轧机输送到预矫直机、控制冷却装置过程中的空冷温度下降的技术方案。检索到以此为目的的技术文献仅有日本JFE公司的专利JP4935420，该技术方案的技术核心是：增加类似热轧中间坯保温罩的装置，以此减少输出过程中的钢板温降。但这种技术方案需要增加不小的投资，添置新保温装置，而且当钢板发生头部翘曲时，这在实际生产中常常是不可避免的，钢板的头部容易撞到新装置上，有造成生产事故的风险。

现有的现代化生产线通常采用的是轧机、辊道、预矫直机和控制冷却装置的速度控制方法，由计算机控制系统实现生产的自动控制，又根据产线上的设备布置划分为若干个控制单元，主要控制单元包括：加热炉控制单元、轧机控制单元、控制冷却装置控制单元。

辅助的控制单元包括：预矫直控制单元、热矫直机控制单元、若干个辊道控制单元等等。

另外，上述主要控制单元包括两级控制系统，其中一级为基础自动化系统，二级为过程控制系统。基础自动化级主要完成设备的顺序控制、位置控制、速度控制等相关参数的实时控制。过程控制级主要执行数学模型控制功能，进行过程模型的复杂计算，完成过程参数的设定任务，过程参数中包括了钢板运行的速度图(即，时间与速度关系的曲线)。(更详细可见《中国中厚板轧制技术与装备》，第13章计算机控制系统)。与轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元如图3，其中，轧线上的辊道被分成若干组(图中表示为N组)，每组至少包括一个输送辊和对应的传动电机。

图4中，Mf是精轧机主传动电机，M是辊道传动电机，Ma是控制冷却装置中的传动电机，C1f是精轧机的一级控制系统，C1是辊道组输运钢板时的速度控制单元，C1L是预矫直机的一级控制系统，C1a是控制冷却装置的一级控制系统，C2f是精轧机的二级控制系统，C2L是预矫直机的二级控制系统，C2a是控制冷却装置的二级控制系统。

其中，辊道组1～辊道组N对应的传动电机M接收4路输入控制信号，分别对应不同的钢板生产过程，这4个不同的钢板生产过程分别是轧制过程、辊道输运过程、预矫直过程、控制冷却过程。预矫直机的传动电机ML接收两路输入信号，分别对应不同的钢板生产过程，这两个不同的钢板生产过程分别是预矫直过程、控制冷却过程。

另一方面，中厚板轧机是可逆轧机。当钢板在轧机中进行往复的多道次的轧制时，每个道次的钢板速度图4如下(摘自《中厚板生产》孙本荣等，1993.1冶金工业出版社，第4.3.3节轧制速度制度)。

在图4中，Vfmx是钢板在该道次最大的轧制速度，F1时刻钢板在进入轧机前的辊道上开始移动，F2时刻钢板进入轧机开始轧制，钢板继续加速，F3时刻钢板的轧制速度达到最大值Vfmx，此后速度保持在最大值Vfmx，直到F4时刻，钢板开始降速，F5时刻钢板离开轧机，完成本道次轧制，F6时刻钢板在离开轧机后的辊道上停止运动，准备逆向的下道次轧制。

上述的参数Vfmx、F1、F2、F3、F4、F5、F6都由精轧机二级控制系统C2f中的轧机设定模型计算得到，在钢板开始轧制前，这些参数由精轧机二级控制系统C2f发送给精轧机的一级控制系统C1f。在轧制过程中，C1f负责把钢板运行速度图转换成精轧机主传动电机Mf和钢板移动所覆盖的各辊道组传动电机M的实时电机转速控制指令。此时，精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入信号如图5。图中辊道组传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信号，即电机M执行了此路信号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入信号。

当钢板的所有道次都轧制完成后，钢板停留在轧机后的辊道上，然后开始钢板从轧机向控制冷却装置的输运过程。通常这个过程的速度控制方案较为简单，即各辊道组在钢板运动到来之前，辊道开始固定转速的转动，该固定转速的具体数值及开始转动的时刻由各辊道组的速度控制单元C1根据给定的钢板固定输送速度Vrt转换给出。

此时，精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入信号如图6，图6中辊道组传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信号，即电机M执行了此路信号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入信号。

当钢板头部经过辊道上被称为第一交接点的位置之后(见图5，第一交接点位置通常位于预矫直机前的一两组辊道组的前面)，各辊道组的传动电机M的输入信号由C1_L接管，钢板开始降速到零，然后等待钢板温度达到TMCP工艺参数指定的冷却开始温度之后，钢板开始运动，以V_L的速度进入预矫直机，开始预矫直过程，并保持V_L的速度。

预矫直的用途是用于改善进入控制冷却装置的钢板板形，保证冷却后钢板的温度和性能的均匀性，执行单道次矫直(详见《中国中厚板轧制技术与装备》的1.9.2.2小节预矫直)。

矫直的工艺参数包括，矫直辊的压下量、矫直速度等，包括矫直速度V_L在内的矫直工艺参数由预矫直机的二级控制系统C2_L的矫直模型计算得到，并发送给C1_L，钢板在预矫直机单独运行(与后述的控制冷却与预矫直机联合工作时，以控制冷却为主、预矫直机为从进行速度控制的模式对照)中保持恒速，即预矫直单独运行时的钢板运行的速度图是恒速的，速度为V_L，C1_L负责把运行图转换为转换成预矫直机的传动电机M_L和钢板移动所覆盖的各辊道组传动电机M的实时电机转速控制指令。

此时，精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入信号如图6，图6中辊道组传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信号，即电机M执行了此路信号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入信号。预矫直机电机M_L的两路输入信号中的实线表示实际起作用的输入信号，虚线表示当时未起作用的输入信号。

当钢板的头部经过辊道上被称为第二交接点的位置之后(见图8，第二交接点位置位于控制冷却装置的前面)，各辊道组的传动电机M的输入信号由C1_a接管，预矫直机传动电机M_L的输入信号也由C1_a接管，钢板开始调速到以Vast的速度进入控制冷却装置。在此之前控制冷却装置已开始喷水，喷水集管的开启模式、水流量等控制参数，由控制冷却装置的二级控制系统C2_a中的冷却数学模型预先计算得到，开始冷却时的控制冷却装置及钢板覆盖下的各辊道组的运动速度图(即，时间与速度关系的曲线)也是由冷却数学模型预先计算给出。

如果钢板较长，仍有部分在预矫直机中，那么预矫直机的矫直速度的速度图与控制冷却装置的速度图同步。在开始冷却前，这些参数由控制冷却装置的二级控制系统C2_a发送给控制冷却装置的一级控制系统C1_a。在钢板开始冷却后，控制冷却装置的控制系统C1_a，C1_a负责把钢板运行速度图转换成控制冷却装的传动电机M_a和钢板移动所覆盖的各辊道组传动电机M的实时电机转速控制指令以及预矫直机传动电机M_L的实施电机转速控制指令，并且根据安装在控制冷却装置后面的测温仪表的测量温度，实时调整Ma、M_L和钢板移动所覆盖的各辊道组传动电机M的实时电机转速控制指令，进行反馈控制。控制冷却装置的二级控制系统C2_a中冷却数学模型预先计算的速度图较复杂，由于本发明技术方案中主要关心速度图中的开始冷却的速度Vast，可简化示意如下图7(详细请见《中国中厚板轧制技术与装备》，第10.5节控冷数学模型)。

图7控制冷却过程的钢板运行的速度图。

在图7中，当钢板的头部经过辊道上的第二交接点后，为A1时刻，触发各辊道组和预矫直机传动电机输入信号的切换，开始进入预矫直机和控制冷却装置联合运行的模式，执行的运行速度图为控制冷却装置的二级控制系统的冷却数学模型计算的运行图，钢板覆盖的各辊道组和预矫直机的钢板运行速度由V_L调速到Vast。A2时刻钢板进入控制冷却装置开始冷却，此时的速度为Vast，即开始冷却时的钢板速度。

钢板平稳运行一段时间后，在A3时刻开始缓慢加速运行，直到A4时刻钢板离开控制冷却装置，完成控制冷却过程，在A6时刻运行到热矫直机前的辊道上停止运动，准备开始热矫直道次。上述的参数Vast、A2、A3、A4、A5等都由控制冷却装置的二级控制系统C2_a中的冷却数学模型计算得到。此时，精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入信号如图8，图中辊道组传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信号，即电机M执行了此路信号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入信号。预矫直机电机M_L的两路输入信号中的实线表示实际起作用的输入信号，虚线表示当时未起作用的输入信号。

而本发明技术方案的目的是减少钢板从轧机输送到控制冷却装置过程中的温度下降，所以从开始最后一个道次的轧制到钢板启动控制冷却，是本发明技术方案关心的过程，有必要把整个过程中的自动化控制系统原有的钢板运行的速度图9给予完整呈现。

图9显示从开始最后一个道次的轧制到钢板启动控制冷却的整个过程的钢板运行的速度图。

图9中的RT2时刻为钢板头部经过辊道上的第一交接点位置，触发钢板在控制冷却装置前的辊道上降速的时刻点，Vrt为控制单元C1给出的钢板匀速输送速度，VL是预矫直机单独工作的预矫直过程的矫直速度，L1是钢板进入预矫直机的时刻。

检索中厚板轧机和辊道的速度控制相关的专利和其他公开文献后，没有发现以减少钢板从轧机输送到控制冷却装置过程中的温度下降为目的的技术方案。

例如，有一类技术方案关注的是解可逆轧机主传动电机和辊道电机的转动速度匹配及确定辊道电机开始启动的合理时刻，简而言之，是精轧机和钢板移动所覆盖的各辊道组传动电机之间的速度控制匹配协调。其较有价值的方案包括：西门子公司的CN200780008900.9《用于可逆轧机的运行方法》，提出了在可逆轧制过程中，如何确定与轧机轧制速度图匹配的合理的节能的辊道组启动时刻，并给出了相应的可逆轧机的运行方法和装置。上海梅山钢铁股份有限公司的CN201210083526.1《辊道与轧机之间的速度自适应控制》，通过辊道电机的负载力矩的自适应控制，用于辊道与轧机之间的速度力矩的匹配。其他类似轧机和辊道电机之间匹配的速度控制方案，还包括日立公司的JP57-94415、东芝公司的JP60-127017。

另一类技术方案是对可逆轧机的轧制过程的速度控制方法的改进，即对钢板轧制速度图的改进。川崎制铁的JP2001-62503的技术方案的目的在于达到准确控制钢板在可逆轧制中的道次完成后的钢板停止位置，方法是通过对轧制速度图的精微调整。川崎制铁的US4232369A给出了可逆轧机轧制速度控制的电子计算机控制系统及控制方法。

以上两类技术方案关心的是轧机与轧机附属辊道的速度控制细节，即关注图3中C1f、C2f内部速度控制功能的设计与实现。

比较之下，本发明技术方案关心的是从精轧机到控制冷却装置之间的整体的速度控制方法，从而达到减少钢板输送温降的目的，如后述，本发明技术方案是建立在整体的自动化控制系统之上的全线速度协调控制模块，从而指导C2f、C1、C2L、C2a给出更合理的总体的速度图。本发明技术方案关心的是从精轧机到控制冷却装置之间的整体的速度控制方法。

还有一类技术方案关注辊道电机本体的速度控制的完善，比如JFE公司的JP2005-98828，提出了针对输送板形不良钢板的辊道电机异常力矩载荷的监控方法，即关注图3中的C1的改进和完善。

其他，一类技术方案是对于辊道组上安排两块及两个以上输运时的辊道速度控制方案，重点是减少钢板与钢板之间的距离，从而提高生产节奏，但是同时需要防止钢板之间发生碰撞，出现生产事故。具体的技术方案包括：宝山钢铁股份有限公司的CN103372572《一种提高粗轧轧机轧制节奏的控制方法》，根据板坯头尾检测装置，设置防止板坯碰撞的条件，减少辊道上板坯之间的距离。川崎制铁的WO0056476，通过增加摄像头，防止钢板之间碰撞。这类技术方案与本发明技术方案的关注点完全不同，本发明技术方案改善的生产过程为精轧机轧制完成到开始控制冷却之间的过程，由于钢板在控制冷却装置中的运行速度通常比最大轧制速度小的多，根本不具备多块钢等待进入控制冷却装置的前提条件，所以无可比性。

一类技术方案是针对开始冷却温度的控制的技术方案，这与本发明技术方案的关注点相同，但考察这些技术方案会发现，除了前面已介绍的日本JFE公司的专利JP4935420，该技术方案的核心是增加钢板保温罩装置，减少输出过程中的钢板温降。其他控制手段都是通过增加冷却手段的方法，降低钢板温度，从而增大钢板轧制完成时的温度与开始冷却时的温度之差。这与本发明技术方案的出发点南辕北辙，无需比较，如JFE公司的JP2005-979、日立公司的CN102000703《热轧机出侧温度控制装置及控制方法》。

另外，宝山钢铁股份有限公司的CN101745549《一种热连轧带钢进钢温度的控制方法》是通过调整热轧粗轧机和精轧机之间的中间辊道速度，对带钢的精轧入口温度进行控制。该专利是采用动态变规格的思路，对热轧产品品种规格进行分类，在对每种规格给定出从粗轧机到精轧机的除中间辊道以外的各设备(包括预矫直、中间加热器、剪切机、除鳞箱)的较窄的速度设定范围，根据粗轧机出口测量到的中间坯温度和期望的精轧入口温度(经验值)，计算出中间坯在除中间辊道以外的各设备区段的温降，从而估算出在中间辊道的停留时间，进而确定中间辊道速度。

该技术方案与本发明技术方案的共同之处在于在已知钢板输送过程的开始温度、期望结束温度以后，对整体的速度图的进行考量，选择合适的速度制度。

然而，该技术方案与本发明技术方案的不同之处在于：

一是产线类型和控制对象的不同，该技术方案的控制对象是在布置有粗轧机、中间辊道、预矫直机、中间加热器、剪切机、除鳞箱的热轧带钢生产线上的输送中间坯的中间辊道，本发明技术方案的控制对象是布置有精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的中厚板生产线的精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置，即该技术方案的控制输出为作为单体设备的中间辊道的速度，比较之下，本发明技术方案的控制输出为精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程的整体协调的速度运行图、预矫直机的速度运行图以及控制冷却装置开始进钢前的速度控制；

二是控制目的的不同，该技术方案的目的是确保合适的精轧进钢温度经验值，既不能过低，导致两相区轧制，又不能过高，导致氧化铁皮过厚，所以目标温度区间为900～1050摄氏度之间，本发明技术方案需要确保的TMCP工艺的冷却开始温度，温度区间低的多，在600～850摄氏度之间，要求尽量减少输运过程温降；

三是具体技术方案不同，该技术方案主要是确定中间辊道速度切换点并选择合适的中间辊道速度，本发明技术方案是改变精轧机最后轧制道次的速度运行图，以最大轧制速度抛钢，并以同样的速度开始辊道输运过程，轧机的最大轧制速度等运行速度图参数由新增的速度整体协调模块给出，同时还协调优化预矫直机和控制冷却装置的速度匹配。

另外，该技术方案存在的实际缺陷在于中间坯加速、降速过程过多，容易造成辊道与中间坯下表面之间产生滑动，给中间坯下表面带来划痕。本发明技术方案的创新点在于，一是整体协调的速度运行图可以最大限度的发挥装备的潜力，最大限度的减少输运过程中的钢板温降；二是尽可能少的运行加速、降速过程的运行速度图，可以减少高速转动的辊道电机力矩负载过大的危险，也减少钢板下表面与辊道之间滑动造成的钢板表面划痕。

综上所述，现有技术：把钢板从最后轧制道次轧制完成到开始控制冷却的生产过程，划分成了独立的轧制过程、辊道输运过程、预矫直过程、控制冷却过程，分别对应不同的速度控制单元，每个单元独自按照本单元的钢板运行图进行速度控制(运行图具体请见图4、图7及图9)，前工序过程的控制不会考量后工序的温度要求，更没有对整体的速度图的进行考量，看是否能够到达产品设计的工艺参数要求。即轧制过程、钢板输运过程的速度控制根本不考虑钢板在进入控制冷却装置时的冷却开始温度是否合乎TMCP工艺参数要求。

现有技术对应的钢板运行的速度图如图16。

现有技术的不足之处是：近年来，在降低产品成本的压力下，产品设计工程师在尽可能降低中厚板中的微合金含量条件下，提出了越来越苛求的TMCP工艺参数，对有些产品而言，根据产品成分和性能要求设计输出的精轧终轧温度和冷却开始温度的数值之差偏小。而现有中厚板产线常见的钢板输运控制方法，造成钢板从精轧机到控制冷却装置之间的实际温降大于采用TMCP工艺的有些产品的设计输出要求。现有技术方案未能充分满足对应的要求，或现有技术方案未能以最经济的成本、简便、优化的途径及工艺充分满足对应的要求。

发明内容

本发明技术方案的目的是对于按照精轧机、预矫直机、控制冷却装置布置的具备自动化控制系统的现代化中厚板产线，提供精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程的整体协调的速度控制方法，从而减少钢板从轧机输送到控制冷却装置过程中的温度下降，满足采用TMCP工艺的有些产品的精轧终轧温度、冷却开始温度等设计输出参数的要求。

本发明涉及的内容包括：按照轧机、预矫直机、控制冷却装置顺序布置的中厚板轧制生产线上的钢板从精轧机到控制冷却装置的轧机、轧机后输出辊道、预矫直机、控制冷却装置的整体协调的速度自动控制方法。

针对某些采用TMCP工艺的产品的精轧终轧温度和冷却开始温度之差偏小，常规的辊道输运方法不能满足工艺要求的实际生产问题，本发明技术方案提供一种包括轧机最后道次的轧制过程、钢板从精轧机输运到控制冷却装置的辊道输运过程、预矫直过程的自动化的速度控制方法。

本发明技术方案如下：

一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，所述中厚板轧制生产线顺序包括：精轧机的最后道次轧机，轧机后1～N组输送辊道，预矫直机，控制冷却装置及热矫直机，所述钢板轧制及输送速度的控制方法为一整体协调的速度自动控制方法，包括精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程及预矫直过程的整体协调的速度控制，其特征在于，

N为5-9,在已知钢板输送过程的期望开始温度(TMCP工艺的精轧终轧温度)、期望结束温度(TMCP工艺的冷却开始温度)以后，对整体的速度图的进行考量，选择合适的速度制度，

设定Vmx是钢板在精轧机最后道次的最大轧制速度，也是输运过程中的均匀速度，

在F1时刻，即钢板在进入精轧机最后道次轧机时刻，钢板在辊道上开始移动，

在F2时刻，即钢板进入精轧机最后道次轧机并开始轧制时刻，钢板继续加速，

在F3'时刻，即钢板的轧制速度达到最大值Vmx时刻，此后速度保持在最大值Vmx，

直到F5'时刻，即钢板离开轧机，完成本道次轧制，速度仍保持在Vmx，

在RT1'时刻，即钢板尾部离开轧机后面的第2到4组辊道组中的某组辊道组，该辊道组也称为输运过程切换点，触发辊道电机的控制输入信号切换，

所述辊道电机由各辊道组的速度控制单元C1控制，钢板仍继续保持Vmx的输运速度；

在RT2'时刻，即钢板头部到达第一交接点，第一交接点位置在生产线的电气自动化系统设计时已确定好预矫直机前的具体辊道组数，此后，钢板开始降速，

在L0'时刻，即钢板的运行速度恰好降低到矫直速度VL的时刻，钢板速度达到预矫直机的矫直速度V_L，

各辊道电机M和预矫直机电机ML由预矫直机的C1_L控制，钢板保持矫直速度V_L的运行速度；

在L1'时刻，即，钢板进入预矫直机时刻，

钢板进入预矫直机，开始预矫直过程，

此时，钢板头部尚未达到第二交接点，各辊道电机M和预矫直机电机M_L仍由预矫直机的C1_L控制；

在A1'时刻，即，钢板速度头部到达第二交接点时刻，钢板速度头部到达第二交接点，触发辊道电机和预矫直机的控制输入信号切换，电机由控制冷却装置的一级控制系统C1_a接管，并调速到冷却开始的速度Vast；

在A2'时刻，即，钢板进入控制冷却装置时刻，钢板进入控制冷却装置，开始控制冷却过程，此时钢板的温度可以达到或接近TMCP工艺要求的冷却开始温度。

根据本发明所述技术方案，TMCP工艺，又称为控制轧制与控制冷却工艺生产(TMCP，thermo-mechanicalcontrolprocess)，这种钢板生产工艺在上世纪已成熟，是上世纪冶金工业的最大科技进步之一。

TMCP的通常定义为：在调整钢材化学成分的基础上，通过对轧制过程中的温度制度、变形制度和轧后冷却制度等进行有效控制，显著改变钢材微观组织并使其获得良好综合力学性能的轧制技术(自《中国中厚板轧制技术与装备》9.4节控轧轧制与控制冷却)。

这实质上是把热轧变形和钢材热处理有机结合起来的一种生产工艺方法，这种方法要求生产过程满足若干给定的工艺参数的要求。精轧终轧温度和冷却开始温度是其中的两项参数，对于TMCP工艺而言，这两项工艺参数对于不同的钢种，是有不完全相同的范围的。

本发明是为了在生产过程中实现某些厚板产品(比如某些管线钢产品)的已设计好的TMCP的精轧终轧温度和冷却开始温度工艺参数，或者说为了能够达到产品已设计好的TMCP工艺参数的要求，对生产线上的设备进行的改造的技术方案，具体来说，是对中厚板轧线自动化系统中的速度控制系统进行改造的技术方案。所以对本发明来说，精轧终轧温度和冷却开始温度就是控制需要的两个输入参数，针对笼统的绝大多数钢种的温度范围，TMCP工艺的精轧终轧温度：950～700℃，TMCP工艺的冷却开始温度：900～750℃。

根据本发明所述技术方案，F1,F2，F3'，F5'时刻都是由已有的精轧机二级控制系统C2f的轧机设定数学模型中的速度图设定计算模块按照既定的运算逻辑计算得到的，属于已有的控制系统模块。

例如，F1时刻是模块开始起作用的初始时刻，从这个时刻开始计时，即F1时刻的具体时间＝0s,此时钢板停在辊道上，这个位置又被称为抛钢位置，抛钢位置到轧机的距离被称为抛钢距离。

F2时刻时钢板进入轧机，控制系统通过监测轧机的轧制力传感器，如果轧制力传感器的实时数据大于某个系统设定的阀值(如6MN)，则认为钢板开始轧钢，即钢板在F2时刻，

辊道与轧机加速度(单位：m/s²)、抛钢距离(单位：m)是人机交互画面给定的数值，抛钢位置到轧机。

F3'时刻是钢板轧制速度达到最大值Vmx的时刻，具体时间的计算如下，F2时刻的速度＝辊道与轧机加速度×F2时刻的具体时间，单位：m/s2，F3'时刻的具体时间＝F2时刻的具体时间+(Vmx-F2时刻的速度)/辊道加速度，单位：s，Vmx的单位m/s2。F5'时刻的触发事件是轧机轧制力传感器的实时数据小于系统给定的阀值，则认为钢板已离开轧机了，F5'时刻的具体时间＝(本轧制道次出口的钢板长度-0.5×(F2时刻的速度+Vmx)×(F3'时刻的具体时间-F2时刻的具体时间))/Vmx，单位：s，本轧制道次出口的钢板长度由已有的精轧机二级控制系统C2f的轧机设定数学模型中的其他模块计算得到，单位：m。

在RT2'时刻，就是在这个时刻钢板的头部到达了第一交接点，第一交接点的定义是，第一交接点位置通常位于预矫直机前的一两组辊道组的前面，具体对某个产线而言，第一交接点位置在生产线的电气自动化系统设计时已确定好预矫直机前的具体辊道组数，示意图请见图6。

L0'时刻定义为钢板的运行速度恰好降低到矫直速度VL的时刻，控制系统中的具体实现的方法是监控辊道电机的转速转换成的辊道线速度，当辊道线速度降低到VL后，认为钢板已位于L0'时刻，辊道电机降速过程的加速度数值为控制系统给定的负的固定数值，辊道电机的降速过程是已有的各辊道组的简单的速度控制单元C1进行控制的，本发明技术方案没有对辊道降速控制进行改动。

在L1'时刻，即，钢板进入预矫直机时刻，具体的触发条件是控制系统通过监测预矫直机的矫直力传感器，如果矫直力传感器的实时数据大于某个系统设定的阀值，则认为钢板开始矫直，这是预矫直机控制系统原有的功能，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程。

此时，钢板头部尚未达到第二交接点，各辊道电机M和预矫直机电机M_L仍由预矫直机的C1_L控制。

在A1'时刻，即，钢板速度头部到达第二交接点时刻，第二交接点位置通常位于控制冷却装置的一两组辊道组的前面，具体对某个产线而言，第二交接点位置在生产线的电气自动化系统设计时已确定好控制冷却装置前的具体辊道组数，示意图请见图8。

在A2'时刻，即，钢板进入控制冷却装置时刻，钢板进入控制冷却装置，开始控制冷却过程。由于给定了合理的精轧机最后道次的轧制最大速度、辊道输运最大速度等速度参数，减少钢板在精轧机最后道次轧制过程到辊道输运过程间的钢板降速、停顿和辊道输运过程到预矫直过程间的钢板降速、停顿，减小钢板在整个过程中的空冷温降，此时钢板的温度可以达到或接近TMCP工艺要求的冷却开始温度。

控制冷却过程本身较为复杂，其主要内容是：在保证钢板各部位冷却均匀、板形无损的前提下，对钢材的奥氏体相变条件进行有效控制，其中包括合理确定冷却开始温度、冷却速度、冷却终止温度和冷却路径等工艺参数，从而实现对钢材相变过程的控制，获得所需要的最终组织和力学性能。(以上定义抄自《中国中厚板轧制技术与装备》9.4.3.4节冷却制度控制)。

钢板的冷却速度、冷却终止温度等冷却工艺参数就是控制冷却过程要达到的目标要求。具体控制冷却过程的手段，根据控制冷却装置的设备类型的不同，有各种的具体手段，对于宝钢厚板生产线使用的德国西马克公司的辊压式直接淬火装置与U型管层流加速冷却装置组合的控制冷却装置，其控制的具体手段包括预先开启的U型管层流集管组数、总的供水流量、在冷却控制装置中的钢板运行速度图、辊压式直接淬火装置的上约束辊约束力等手段。冷却开始后的钢板运行速度图是其中一项重要的控制手段，这是由控制冷却装置的二级控制系统C2a中的冷却模型计算得到的，本发明对于已经开始冷却后的钢板运行图没有改动，仍维持原有的运行图。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

所述TMCP工艺的精轧终轧温度：950～700℃，所述TMCP工艺的冷却开始温度：900～750℃.

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

上述新的整个过程的运行速度图的实现，需要一个用于全局协调计算速度图参数的速度控制模块C2g，C2g的功能是在精轧机最后一个道次开始轧制之前，根据生产指令中要求的钢板的精轧终轧温度、冷却开始温度，要求C2a，即控制冷却装置的二级控制系统中的冷却数学模型计算出钢板冷却开始时的速度Vast，并结合钢板轧制完成后的最终尺寸，计算出合适的最后道次的最大轧制速度Vmx该速度值也是钢板的输运过程的输运速度，最后把计算结果发送给C2f，即精轧机的二级控制系统，和C1模块，即辊道组输运钢板时的速度控制单元模块。

所述冷却数学模型为已知模型：目前现代化的中厚板控制系统都配置有冷却数学模型，细节请见《中国中厚板轧制技术与装备》，第10.5节控冷数学模型和《厚板轧后冷却控制的难点分析及过程控制系统的建立》，王笑波等，世界钢铁，2010年第6期)计算出钢板冷却开始时的速度Vast，并结合钢板轧制完成后的最终尺寸，计算出合适的最后道次的最大轧制速度Vmx。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

控制模块C2g设置有与C2f、C2L、C2a、各辊道组的C1的通讯接口，还设有访问生产指令(PDI)相关信息的接口，

在钢板完成精轧机的倒数第二道次的轧制后，即在最后一个道次开始轧制之前，触发该控制模块C2g运作。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

所述C2g模块运作的内部流程及与其他单元模块的信息交互内容如下：

1)精轧机的二级控制系统C2f在钢板轧制完成倒数第二道次以后，通知C2g开始启动，C2g模块分别通知控制冷却装置的二级控制系统C2a和预矫直机的二级控制系统C2L开始计算；

2)C2a的冷却数学模型完成计算过程，并把计算结果中的冷却开始速度Vast返回给C2g；

3)C2L的矫直数学模型完成计算过程，并把计算结果中的矫直速度V_L返回给C2g；

4)C2g在接收到来自C2a的Vast和来自C2L的V_L以后，开始整体运行速度图的计算；

5)C2g完成整体运行速度图的计算后，把计算结果中的最大速度Vmx，发送给C2f，作为轧制最大速度，并要求C2f重新计算轧制过程的运行速度图；

6)C2g把计算结果中的最大速度Vmx和预矫直机的矫直速度V_L，发送给各辊道组的电机控制单元C1，Vmx作为输运过程最大速度。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

所述控制模块C2g的内部流程中的整体运行速度图的具体计算步骤为：

5)接受来自C2a单元冷却数学模型计算的冷却开始速度Vast；

6)访问生产指令信息(PDI)接口，得到钢板的轧制成品厚度h、TMCP工艺的精轧终轧温度Tfin、TMCP工艺的冷却开始温度Tast；

7)使用根据辐射传热计算公式推导的钢板从离开轧机到控制冷却装置的所需要时间的计算公式，计算出所需时间△t能够让钢板在辊道运行中的温度下降，满足TMCP工艺参数对应的温降值(精轧终轧温度Tfin-冷却开始温度Tast)。

所述使用根据辐射传热计算公式已知，带钢输运时的温降主要是辐射造成的热量损失，钢板在输运过程中的热辐射传热的计算公式可参考《带钢热连轧的模型与控制》第5.2.1节带钢传送时的温降，孙一康，冶金工业出版社，2002年。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

△t的计算公式如下：

$\mathrm{\Δt}=h\×\frac{\mathrm{\ρc}}{6\mathrm{\ϵ\σ}}\×({\mathrm{Tast}}^{-3}-{\mathrm{Tfin}}^{-3})$ 公式(1)

公式(1)中，

h是钢板轧制完成后的成品厚度(m)，

Tast是TMCP工艺的冷却开始温度(单位：开尔文K)，

Tfin是TMCP工艺的精轧终轧温度(单位：开尔文K)，

ρ是钢板在高温时的密度(kg/m³，7300～7800kg/m³)，

c是钢板在高温时的比热(J/(kg·K)，600～750J/(kg·K))，

σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数(σ＝5.67×10^-8W/(m²·K⁴))，上述三个参数的数值及取值范围，为该领域技术人员所共知。

ε是高温钢板平面向空间辐射的辐射率，数值在0.6～0.8之间。

ε可以按照《带钢热连轧的模型与控制》第5.2.1节介绍的方法，进行温度统计后求得。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

输出参数轧机最大速度Vmx的计算公式如下：

$\mathrm{Vmx}=\frac{S_f}{\mathrm{\Δt}-\frac{S_L}{V_L}-\frac{S_a}{\mathrm{Vast}}}\×\mathrm{coe}$ 公式(2)

公式(2)中，

Sf是精轧机到辊道第一交接点的距离(m，范围5～20m)，

SL是第一交接点与第二交接点之间的距离(m，范围30～80m)，

Sa是辊道第二交接点到控制冷却装置的距离(m，范围0.8～10m)，

△t是公式(1)的计算结果(s，范围0.1～30s)，

Vast是来自C2a单元冷却数学模型计算的冷却开始速度(m/s，范围：0.3～3.0m/s)，

coe是修正系数，范围是0.9～1.2。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

精轧机二级控制系统C2f中的改动如下：

C2f在接收到来自C2g的输出参数轧机最大速度Vmx以后，令原有控制单元的参数:钢板的轧制速度达到的最大值Vfmx＝Vmx，而不使用原有精轧机控制单元自身计算的数值，然后，

令C2f重新计算钢板的轧制速度达到最大值的时刻：F3’时刻，令原有控制单元的参数：钢板的轧制速度达到最大值的时刻F3＝F3’。

F3'就是速度图中的F3'时刻，F3'时刻是钢板轧制速度达到最大值Vmx的时刻，具体计算方法是原有模块C2f已有的功能。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

各辊道组的速度控制单元C1的改动如下：

C1在接收到来自C2g的输出参数Vmx之后，令原有控制单元的参数Vrt＝Vmx，而不使用原有各个辊道组控制单元自身保存的固定参数；

改变原有控制单元输出的降速过程的运行图，当RT2'时刻，钢板头部到达交接点后，钢板开始降速，钢板速度达到预矫直速度V_L，即在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换，而不是原先的降速到零才触发切换。

C2L是预矫直机的二级控制系统，内部的速度控制相关功能也需要相应的改动，最终实现新的钢板运行的速度图。

根据本发明所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

预矫直机的速度控制单元C1L的改动如下：

当在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换后，各辊道组的电机由预矫直机的一级控制系统C1L接管，此时保持VL速度，不需要加速或减速，直到在L2'时刻，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程。取代原先需要从零加速到速度VL的方案。

根据本发明的技术方案：在已知钢板输送过程的期望开始温度(TMCP工艺的精轧终轧温度)、期望结束温度(TMCP工艺的冷却开始温度)以后，对整体的速度图的进行考量，选择合适的速度制度。本发明技术方案的控制输出为精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程、预矫直过程的整体协调的速度运行图。新的整个过程的速度图如图17。

本发明的技术方案适用于按照精轧机、预矫直机、控制冷却装置布置的具备自动化控制系统的现代化中厚板产线，见图1，与所需轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元如图3所示。

如图10所示，Vmx是钢板在最后道次的最大的轧制速度，也是输运过程中的均匀速度，F1时刻，钢板在进入轧机前的辊道上开始移动，F2时刻，钢板进入轧机开始轧制，钢板继续加速，F3'时刻，钢板的轧制速度达到最大值Vmx，此后速度保持在最大值Vmx，直到F5'时刻，钢板离开轧机，完成本道次轧制，但速度仍保持在Vmx。

在钢板尾部离开轧机后面的第2到4组辊道组中的某组辊道组(该辊道组被称为输运过程切换点)时，为图示中的RT1'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换，电机由各辊道组的速度控制单元C1控制，钢板仍继续保持Vmx的输运速度。

在RT2'时刻，钢板头部到达第一交接点后，钢板开始降速，在L0'时刻，钢板速度达到预矫直机的矫直速度V_L，各辊道电机M和预矫直机电机ML由预矫直机的C1L控制，钢板保持VL的运行速度。

在L1'时刻，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程。此时钢板头部尚未达到第二交接点，各辊道电机M和预矫直机电机ML仍由预矫直机的C1L控制。

在A1'时刻，钢板速度头部到达第二交接点，触发辊道电机和预矫直机的控制输入信号切换，电机由控制冷却装置的一级控制系统C1a接管，并调速到冷却开始的速度Vast。

在A2'时刻，钢板进入控制冷却装置，开始控制冷却过程。

上述新的整个过程的运行速度图的实现，需要新增加一个用于全局协调计算速度图参数的速度控制模块C2g，如下图所示。

C2g的功能是在精轧机最后一个道次开始轧制之前，根据生产指令中要求的钢板的精轧终轧温度、冷却开始温度，要求C2a中的冷却数学模型计算出该钢板的冷却开始时的速度Vast，并结合钢板轧制完成后的最终尺寸，计算出合适的最后道次的最大轧制速度Vmx，该速度值也是钢板的输运过程的输运速度。

最后把计算结果发送给C2f和C1模块。C2f、C1、C2L内部的速度控制相关功能也需要相应的改动，最终实现新的钢板运行的速度图。

新增加的控制模块C2g与其他模块的通讯内容及通讯时刻，简述如下。

C2g与C2f、C2L、C2a、各辊道组的C1有通讯接口，还有访问生产指令(PDI)相关信息的接口。在钢板完成精轧机的倒数第二道次的轧制后，即在最后一个道次开始轧制之前，触发该模块运作，该模块运作的内部流程及与其他单元模块的信息交互内容，见下图12。

新增加的控制模块C2g的内部流程中的整体运行速度图的计算方法，简述如下。对应的输入参数包括：钢板的轧制成品厚度h、TMCP工艺的精轧终轧温度Tfin、TMCP工艺的冷却开始温度Tast、矫直速度V_L、冷却开始速度Vast，输出参数为Vmx，见下图13。

具体计算步骤为：

8)接受来自C2a单元冷却数学模型计算的冷却开始速度Vast；

9)访问生产指令信息(PDI)接口，得到钢板的轧制成品厚度h、TMCP工艺的精轧终轧温度Tfin、TMCP工艺的冷却开始温度Tast；

10)使用根据辐射传热计算公式推导的钢板从离开轧机到控制冷却装置的所需要时间的计算公式，计算出的所需时间△t能够让钢板在辊道运行中的温度下降满足TMCP工艺参数对应的温降值(精轧终轧温度Tfin-冷却开始温度Tast)。△t的计算公式如下：

$\mathrm{\Δt}=h\×\frac{\mathrm{\ρc}}{6\mathrm{\ϵ\σ}}\×({\mathrm{Tast}}^{-3}-{\mathrm{Tfin}}^{-3})$ 公式(1)

公式(1)中，h是钢板轧制完成后的成品厚度，Tast是TMCP工艺的冷却开始温度(单位：开尔文)、Tfin是TMCP工艺的精轧终轧温度(单位：开尔文)。ρ是钢板在高温时的密度，c是钢板在高温时的比热，σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数，上述三个参数的数值及取值范围，为该领域技术人员所共知。ε是高温钢板平面向空间辐射的辐射率，数值在0.6～0.8之间，可以按照《带钢热连轧的模型与控制》第5.2.1节介绍的方法，进行温度统计后求得。

11)输出参数轧机最大速度Vmx的计算，Vmx同时也作为钢板输运过程的输运速度。计算公式如下：

$\mathrm{Vmx}=\frac{S_f}{\mathrm{\Δt}-\frac{S_L}{V_L}-\frac{S_a}{\mathrm{Vast}}}\×\mathrm{coe}$ 公式(2)

公式(2)中的Sf是精轧机到辊道第一交接点的距离，SL是第一交接点与第二交接点之间的距离，Sa是辊道第二交接点到控制冷却装置的距离，如下图所示。△t是公式(1)的计算结果。Vast是来自C2a单元冷却数学模型计算的冷却开始速度。coe是修正系数，根据现场使用效果，进行调整，范围是0.9～1.2。

精轧机二级控制系统C2f中的改动，简述如下。C2f在接收到来自C2g的输出参数轧机最大速度Vmx以后，令原有控制单元的参数Vfmx＝Vmx，而不使用原有精轧机控制单元自身计算的数值，然后令C2_f重新计算F3’时刻，令原有控制单元的参数F3＝F3’。改变原有控制单元输出的降速过程的运行图，改动为一直保持Vmx速度不变，由钢板尾部离开新定义的输运过程切换点的RT1'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换，完成钢板整体运行速图中的轧制过程。

各辊道组的速度控制单元C1的改动，简述如下。

C1在接收到来自C2g的输出参数Vmx之后，令原有控制单元的参数Vrt＝Vmx，而不使用原有各个辊道组控制单元自身保存的固定参数。改变原有控制单元输出的降速过程的运行图，当RT2'时刻，钢板头部到达交接点后，钢板开始降速，钢板速度达到预矫直速度VL，即在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换，而不是原先的降速到零，才触发切换。

预矫直机的速度控制单元C1L的改动，简述如下。

当在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换后，各辊道组的电机由预矫直机的一级控制系统C1L接管，此时保持VL速度，不需要加速或减速，直到在L2'时刻，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程。原先需要从零加速到速度VL。

本发明的有益效果

如图17所示，在上述新的速度图的实现方案中，增加了新的全局协调计算速度图参数的速度控制模块，使得原先的四个过程的控制单元结合为一体，根据冷却开始温度的工艺要求，计算出合理且相同的最后道次最大轧制速度和钢板输运速度，最大限度地利用了设备能力，减少运行的降速，达到减少过程温降的目的。另外，采用尽可能少的运行加速、降速过程的运行速度图，也可以减少高速转动的辊道电机力矩负载过大的危险，也减少钢板下表面与辊道之间滑动造成的钢板表面划痕。

本发明技术方案在宝钢5米厚板产线上在安装、投入使用预矫直机后，钢板从精轧机输送到控制冷却装置过程中的温度下降减少了8℃以上。

附图说明

图1现有中厚板轧制生产线的布置示意图。

图2常见的精轧终轧温度和冷却开始温度示意图。

图3轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元示意图。

图4轧制过程的钢板运行的速度图。

图5轧制过程的轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元示意图。

图6输运过程的轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元示意图。

图7控制冷却过程的钢板运行的速度图。

图8控制冷却过程的轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元示意图。

图9从开始最后一个道次的轧制到钢板启动控制冷却的整个过程的钢板运行的速度图。

图10从开始最后一个道次的轧制到钢板启动控制冷却的整个过程的钢板运行的新的速度图。

图11新的从轧机到控制冷却装置的速度控制单元示意图。

图12C2g模块的内部流程及与其他单元模块的信息交互内容示意图。

图13运行速度图的计算的输入输出参数示意图。

图14第一交接点和第二交接点的相关距离的示意图。

图15采用了新技术方案的钢板的精轧终轧温度和冷却开始温度示意图。

图16现有技术对应的钢板运行的速度图.

图17本发明技术方案的控制输出的精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程、预矫直过程的整体协调的速度运行图。

其中图10、图11是本技术的关键点。

具体实施方式

实施例

设中厚板产线按照精轧机、预矫直机、控制冷却装置顺序布置，辊道组分为6组，各辊道组的名称分别是FX1、FX2、FX3、FX4、FX5、AC1，FX5与AC1之间的相连位置为第一交接点位置，第一交接点距离精轧机S_f为58米，第一交接点与第二交接点之间的距离S_L为5米，定义第二交接点距离控制冷却装置入口距离Sa为1.8米。定义FX1和FX2之间的相连位置为输运过程切换点。

新增用于全局协调计算速度图参数的速度控制模块C2_g。改动C2_f、C1、C1a、C2a，增加与C2g通讯及改变原有的速度控制功能。通过以上的新增及原有速度控制单元模块的重构，实现的新的一体无缝衔接的速度运行图，达到减少过程温降的目的。

以某种TMCP工艺的钢板为例，具体来说明控制方法。设该品种的TMCP工艺参数要求为：精轧终轧温度Tfin为800℃，冷却开始温度Tast为780℃。

当精轧机的二级控制系统C2_f判断出钢板已完成的道次是该钢板的倒数第二道次之后，触发C2g的运行。

C2g首先通知控制冷却装置的二级控制系统C2a的冷却数学模型进行冷却过程参数的计算。

C2a中的冷却数学模型计算出冷却开始的速度Vast为1.6m/s，并把Vast返回给C2g。

C2g通知预矫直机的二级控制系统C2_L的矫直数学模型计算出矫直速度V_L为1.58m/s,并把V_L返回给C2g。

C2g开始整体运行图的计算。包括以下步骤：

1)接收来自C2a的Vast＝1.6m/s；

2)接收来自C2_L的V_L＝1.58m/s；

3)访问生产指令信息(PDI)的数据库接口，得到钢板成品厚度h＝16.05×10^-3m(即16.05mm)、TMCP工艺的精轧终轧温度Tfin＝1073K(即800℃)、TMCP工艺的冷却开始温度Tast＝1053K(即780℃)；

4)计算从精轧机抛钢到控制冷却装置进钢的所需时间△t，钢板密度ρ＝7500kg/m³，比热c＝635J/(kg·K)，斯蒂芬-玻尔兹曼常数σ＝5.672×10^-8Js^-1m^-2K^-4,辐射率ε＝0.8。根据公式(1)，

$\mathrm{\Δt}=h\×\frac{\mathrm{\ρc}}{6\mathrm{\ϵ\σ}}\×({\mathrm{Tast}}^{-3}-{\mathrm{Tfin}}^{-3})$

得到△t＝13.2s。；

5)计算输出参数轧机最大速度Vmx，Vmx同时也作为钢板输运过程的输运速度。由公式(2)，

$\mathrm{Vmx}=\frac{S_f}{\mathrm{\Δt}-\frac{S_L}{V_L}-\frac{S_a}{\mathrm{Vast}}}\×\mathrm{coe}$

给定coe＝1.0，S_f＝58m，S_L＝5m，Sa＝1.8m，已经已知Vast＝1.6m/s，V_L＝1.58m/s，得到Vmx＝6.51m/s。

C2g整体运行图参数Vmx的计算完成后，C2g把Vmx发送给C2_f，C2g把Vmx和V_L发送给各辊道组的C1。

C2_f在接收到来自C2g的输出参数轧机最大速度Vmx6.51m/s之后，令原有控制单元的参数Vfmx＝6.51m/s，而不使用原有精轧机控制单元自身计算的数值，然后令C2_f重新计算F3’时刻，令原有控制单元的参数F3＝F3’。改变原有控制单元输出的降速过程的运行图，改动为一直保持Vmx速度为6.51m/s不变，由钢板尾巴离开FX1与FX2辊道组之间的输运切换点的RT1'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换，切换为由各辊道组的C1进行速度控制，完成钢板整体运行速图中的轧制过程。

FX2、FX3、FX4、FX5、AC1的C1在接收到来自C2g的输出参数Vmx6.51m/s之后，令原有控制单元的参数Vrt＝6.51m/s，而不使用原有各个辊道组控制单元自身保存的固定参数。改变原有控制单元输出的降速过程的运行图，当RT2'时刻，钢板头部到达FX5与AC之间的第一交接点后，钢板开始降速，钢板速度达到冷却开始速度V_L1.58m/s，即在A1'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换，切换为预矫直机的C1_L进行速度控制。

当在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换后，各辊道组的电机由预矫直机的一级控制系统C1_L接管，此时保持V_L1.58m/s，不需要加速或减速，直到在L2'时刻，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程。

本发明已应用于宝钢厚板厂5米产线，经实践运用，效果良好，在预矫直机投入使用的情况下，钢板从精轧机输送到控制冷却装置过程中的温度下降减少了8℃以上。

本发明技术适应面广，且使用方便，设备投资极少，在具有自动化控制的按照精轧机、控制冷却装置的顺序布置的中厚板轧机生产线上，本技术完全能够推广使用，具有广阔的技术推广前景。

Claims (10)

1.一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，所述中厚板轧制生产线顺序包括：精轧机的最后道次轧机，轧机后1～N组输送辊道，预矫直机，控制冷却装置及热矫直机，所述钢板轧制及输送速度的控制方法为一整体协调的速度自动控制方法，包括精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程及预矫直过程的整体协调的速度控制，其特征在于，

N：5～9,

在已知钢板输送过程的期望开始温度(TMCP工艺的精轧终轧温度)、期望结束温度(TMCP工艺的冷却开始温度)以后，对钢板整体运行速度图进行考量，减少整体过程中钢板的降速、停顿，使精轧机最后道次的轧制最大速度与辊道输运最大速度的数值相同，得到合适的速度制度，

设定Vmx是钢板在精轧机最后道次的最大轧制速度，也是输运过程中的均匀速度，

在F1时刻，即钢板在进入精轧机最后道次轧机时刻，钢板在辊道上开始移动，

在F2时刻，即钢板进入精轧机最后道次轧机并开始轧制时刻，钢板继续加速，

在F3'时刻，即钢板的轧制速度达到最大值Vmx时刻，此后速度保持在最大值Vmx，

直到F5'时刻，即钢板离开轧机，完成本道次轧制，速度仍保持在Vmx，

在RT1'时刻，即钢板尾部离开轧机后面的第2到4组辊道组中的某辊道组，该辊道组也称为输运过程切换点，触发辊道电机的控制输入信号切换，

所述辊道电机由各辊道组的速度控制单元C1控制，钢板仍继续保持Vmx的输运速度；

在RT2'时刻，即钢板头部到达第一交接点，第一交接点的定义为预矫直机前的第1组或者第2组辊道组所在的位置，此后，钢板开始降速，

在L0'时刻，即钢板的运行速度恰好降低到矫直速度VL的时刻，钢板速度达到预矫直机的矫直速度V_L，

各辊道电机M和预矫直机电机ML由预矫直机的速度控制单元C1L控制，钢板保持矫直速度VL的运行速度；

在L1'时刻，即，钢板进入预矫直机时刻，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程，

此时，钢板头部尚未达到第二交接点，第二交接点定义为控制冷却装置前的第1组或者第2组辊道组所在的位置，各辊道电机M和预矫直机电机ML仍由预矫直机的C1L控制；

在A1'时刻，即，钢板速度头部到达第二交接点时刻，钢板速度头部到达第二交接点，触发辊道电机和预矫直机的控制输入信号切换，所述辊道电机由控制冷却装置的一级控制系统C1a接管，并调速到冷却开始的速度Vast；

在A2'时刻，即，钢板进入控制冷却装置时刻，此时钢板的温度可以达到或接近TMCP工艺要求的冷却开始温度。

2.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，所述TMCP工艺的精轧终轧温度：950～700℃，所述TMCP工艺的冷却开始温度：900～750℃。

3.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，所述钢板整体运行速度图的实现，使用一个用于全局协调计算速度图参数的速度控制模块C2g，上述速度控制模块C2g的功能是在精轧机最后一个道次开始轧制之前，根据期望开始温度(TMCP工艺的精轧终轧温度)、期望结束温度(TMCP工艺的冷却开始温度)、要求控制冷却装置的二级控制系统C2a中的冷却数学模型计算出钢板冷却开始时的速度Vast，并结合钢板轧制完成后的最终尺寸，计算出合适的最后道次的最大轧制速度Vmx，该最大轧制速度Vmx速度值也是钢板的输运过程的输运速度，最后把计算结果(即Vmx)发送给精轧机的二级控制系统C2f，把Vmx和预矫直机矫直速度VL发送给辊道组输运钢板时的速度控制单元模块C1。

4.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

所述速度控制模块C2g运作的内部流程及与其他单元模块的信息交互内容如下：

精轧机的二级控制系统C2f在钢板轧制完成倒数第二道次以后，通知C2g开始启动，C2g模块分别通知控制冷却装置的二级控制系统C2a和预矫直机的二级控制系统C2L开始计算；

C2a的冷却数学模型完成计算过程，并把计算结果中的冷却开始速度Vast返回给C2g；

C2L的矫直数学模型完成计算过程，并把计算结果中的矫直速度VL返回给C2g；

C2g在接收到来自C2a的Vast和来自C2L的VL以后，开始整体运行速度图的计算；

C2g完成整体运行速度图的计算后，把计算结果中的最大速度Vmx，发送给C2f，作为轧制最大速度，并要求C2f重新计算轧制过程的运行速度图；

C2g把计算结果中的最大速度Vmx和预矫直机的矫直速度VL，发送给各辊道组的电机控制单元C1，Vmx作为输运过程最大速度。

5.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

所述控制模块C2g的内部流程中的整体运行速度图的具体计算步骤为：

1)接受来自由控制冷却装置的二级控制系统C2a的冷却数学模型计算的冷却开始速度Vast；

2)访问生产指令信息(PDI)接口，得到钢板的轧制成品厚度h、TMCP工艺的精轧终轧温度Tfin、TMCP工艺的冷却开始温度Tast；

3)使用根据辐射传热计算公式推导的钢板从离开轧机到控制冷却装置所需要时间的计算公式，计算出所需时间△t，以让钢板在辊道运行中的温度下降，满足TMCP工艺参数对应的温降值(精轧终轧温度Tfin-冷却开始温度Tast)，

4)根据计算出的输运所需时间△t和产线布置的距离，计算最后道次轧的机最大速度Vmx，Vmx同时也是辊道输运过程的最大速度。

6.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

△t的计算公式如下：

公式(1)

公式(1)中，

h是钢板轧制完成后的成品厚度(m)，

Tast是TMCP工艺的冷却开始温度(单位：开尔文K)，

Tfin是TMCP工艺的精轧终轧温度(单位：开尔文K)，

ρ是钢板在高温时的密度(kg/m³，7300～7800kg/m³)，

c是钢板在高温时的比热(J/(kg·K)，600～750J/(kg·K))，

σ是斯蒂芬-玻尔兹曼常数(σ＝5.67×10^-8W/(m²·K⁴))，

ε是高温钢板平面向空间辐射的辐射率，数值在0.6～0.8之间。

7.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

输出参数轧机最大速度Vmx的计算公式如下：

公式(2)

公式(2)中，

Sf是精轧机最终道次轧机到辊道第一交接点的距离(m，范围5～20m)，

SL是第一交接点与第二交接点之间的距离(m，范围30～80m)，

Sa是辊道上第二交接点到控制冷却装置的距离(m范围0.8～10m)，

△t是公式(1)的计算结果(s，范围0.1～30s)，

Vast是来自控制冷却装置的二级控制系统C2a的冷却数学模型计算的冷却开始速度(m/s，范围：0.3～3.0m/s)，

coe是修正系数，范围是0.9～1.2。

8.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

精轧机二级控制系统C2f运行如下：

所述精轧机的二级控制系统C2f在接收到来自速度控制模块C2g的输出参数的轧机最大速度Vmx以后，令原有控制单元的参数，即钢板的轧制速度达到的最大值Vfmx＝Vmx，然后，

令精轧机的二级控制系统C2f重新计算钢板的轧制速度达到最大值的时刻：F3’时刻，令原有控制单元的参数，即钢板的轧制速度达到最大值的时刻F3＝F3’。

9.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

各辊道组的速度控制单元C1运行如下：

所述速度控制单元C1在接收到来自C2g的输出参数Vmx之后，令原有控制单元的参数Vrt＝Vmx；

改变原有控制单元输出的降速过程的运行图，

当RT2'时刻，钢板头部到达交接点后，钢板开始降速，钢板速度达到预矫直速度V_L，即在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换。

10.如权利要求1所述的一种用于中厚板轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，其特征在于，

预矫直机的速度控制单元C1L运行如下：

当在L0'时刻，触发辊道电机的控制输入信号切换后，各辊道组的电机由预矫直机的一级控制系统C1L接管，此时保持V_L速度，不需要加速或减速，直到在L2'时刻，钢板进入预矫直机，开始预矫直过程。