CN107971345B - 钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及钢管生产在线热处理技术，尤其涉及一种钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法。一种钢管在线冷却的过程控制方法，钢管在线冷却的过程控制系统接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制。从而实现钢管产品终冷温度精确控温。本发明是对于钢管在线冷却生产装置的冷却过程的自动控制，该钢管在线冷却生产装置并行设置于定径机后主输送辊道线旁。

Description

钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法
技术领域
本发明涉及钢管生产在线热处理技术，尤其涉及一种钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法。
背景技术
对热轧无缝钢管实施一定冷速范围的在线冷却，目的是提高钢管的强韧性，代替离线热处理，简化工序，降低能耗，降低成本。
对于热轧无缝钢管生产工艺，考虑到轧线稳定性及生产顺畅性，为降低金属材料在穿管及轧管变形过程中的变形抗力，目前管坯的加热和成形过程通常要求在较高的温度范围内进行。高温加热及高温变形将导致在钢管生产中难以利用控制轧制手段，即通过奥氏体再结晶与未再结晶区两阶段轧制变形实现细化晶粒的目的，导致奥氏体组织呈显著的粗化趋势。但由于缺乏轧后冷却手段，以往无缝钢管热轧工艺通常是在钢管定径后，采取在冷床上空冷的方式冷却至室温，基本达不到调控显微组织、改善综合力学性能等目的。
目前国内外有部分研究机构及厂家开展了热轧无缝钢管轧后控冷的试验性研究，但目前主要集中在在线常化（加热）工艺和直接在线淬火工艺等方面，工艺较为单一，同时未在产品上大批量应用，仅仅用于少量产品的性能改善等方面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法，该过程控制系统和控制方法能实现钢管轧后在线冷却的全自动控制，实现钢管产品终冷温度精确控温。
为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种钢管在线冷却的过程控制系统，包括：
预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统；
前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统；
反馈控制计算模块：当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，反馈控制计算模块包括反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统。
所述反馈控制计算模块还包括自适应学习计算模块，钢管冷却完成后，基于终冷温度实测值与目标值的偏差，通过自适应学习算法，对在线冷却水冷换热系数进行修正，通过对数据库中换热修正系数的更新，将自学习结果应用于后续同层别产品的设定计算和控制。
一种钢管在线冷却的过程控制方法，钢管在线冷却的过程控制系统接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制。
所述过程控制系统的模型运算为：当钢管出定径机后，位于定径机出口的热金属检测器HMD检测得到钢管，触发预设定计算模块；当钢管头部进入冷却区入口高温计SCT位置时，冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区入口高温计SCT位置时，前馈控制计算结束；当钢管头部进入冷却区出口高温计FCT位置时，冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区出口高温计FCT位置时，反馈控制计算结束；所述反馈控制计算模块包括反馈控制模块和自适应学习计算模块。
所述钢管按一定长度被分成若干样本段，面向钢管每个样本段进行冷却控制；控制冷却水喷射的每一个集管阀门的开/关是由“钢管样本段”上热量的输入/输出所决定的，每个样本段的热量输入/输出包括：热辐射、空气对流换热、冷却水对流换热和辊道导热。
本发明钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法是对于钢管在线冷却生产装置的冷却过程的自动控制，该钢管在线冷却生产装置并行设置于定径机后主输送辊道线旁。钢管在线冷却生产装置和主输送辊道线不仅可满足钢管在线冷却的各种工艺需求，而且不影响非冷却钢管的生产顺行。
本发明钢管在线冷却的过程控制系统和控制方法通过合理设计钢管在线冷却的过程控制，实现钢管轧后在线冷却的全自动控制，满足钢管产品在终冷温度、冷却速率、管面温度均匀性以及冷却后管形等方面的工艺要求，实现终冷温度精确控温，冷却后钢管性能及形状良好。
附图说明
图1为本发明钢管在线冷却的过程控制方法示意图；
图2 为预计算设定模块示意图；
图3为前馈计算模块示意图；
图4为反馈计算模块示意图；
图5为本发明钢管在线冷却的过程控制系统启动时序示意图。
图中：HMD热金属检测器，CMD冷金属检测器，SCT冷却区入口高温计，FCT冷却区出口高温计。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1和图5，一种钢管在线冷却的过程控制系统（简称L2），包括：
预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统（简称L1），参见图2。
前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间等，所述摆时间是指钢管从进入冷却区域时刻，到钢管在冷却区域内做一定幅度来回多次摆动后离开时刻所需要的时间总和，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统L1，确保钢管长度方向温度的准确性，参见图3。
反馈控制计算模块：包括反馈控制模块和自适应学习计算模块。当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块。反馈控制计算模块的反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量等，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统L1，确保钢管长度方向温度的准确性。反馈控制计算模块的自适应学习计算模块，钢管冷却完成后，基于终冷温度实测值与目标值的偏差，通过自适应学习算法，对在线冷却水冷换热系数进行修正，通过对数据库中换热修正系数的更新，将自学习结果应用于后续同层别产品的设定计算和控制。参见图4。
控制时序，钢管在线冷却的过程控制系统L2由现场跟踪数据触发不同线程，进而完成对在线冷却钢管运行速度、喷环组态、冷却水压力和流量的计算和控制。图5为本发明钢管在线冷却的过程控制系统L2触发或启动时序示意图。
一种钢管在线冷却的过程控制方法，参见图1和图5，
钢管在线冷却的过程控制系统L2接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统L1设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制。同时，钢管在线冷却的过程控制系统L2从基础自动化系统L1收集钢管冷却实绩数据，分析整理后形成报表发送给上位机系统。
所述钢管在线冷却的过程控制系统L2（或L2的模型）运算过程为：当钢管出定径机后，位于定径机出口的热金属检测器HMD检测得到钢管，触发预设定计算模块；当钢管头部进入冷却区入口高温计SCT位置时，冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区入口高温计SCT位置时，前馈控制计算结束；当钢管头部进入冷却区出口高温计FCT位置时，冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区出口高温计FCT位置时，反馈控制计算结束；所述反馈控制计算模块包括反馈控制模块和自适应学习计算模块。
冷却温度控制基本思想是：钢管冷却控制的基本思想如图1所示，将钢管按一定长度分成若干样本段，面向钢管每个样本段进行冷却控制。控制冷却水喷射的每一个集管阀门的开/关是由“钢管样本段”上热量的输入/输出所决定的，每个样本段的热量输入/输出包括：热辐射、空气对流换热、冷却水对流换热和辊道导热等。
通常样本长度与钢管外径有关，钢管外径壁厚越小，样本长度越长。系统中有4.0m，2.0m和1.0m三种样本长度可供选择。根据外径和壁厚，进行选择使用。
配备在线冷却的过程控制系统L2后，钢管轧后的冷却能力以及适应性大为增强，根据实际生产需要和产品开发需要，可开发出灵活多样的新的冷却策略，控制系统为开放式，预留接口。如：
模式代码0：前段集中冷却；
模式代码1：前段集中冷却，但是在开始冷却之前有一段空冷时间；
模式代码2：后段集中冷却；
模式代码3：管稀疏冷却模式；
模式代码4：组稀疏冷却模式；
……
在线冷却的过程控制系统L2通过灵活多样的冷却策略，不仅可以实现终冷温度的精确控制，还可以实现对钢管的冷却速率和冷却路径的控制，即实现对钢管内部组织相变的控制，使其金相组织结构达到预定质量要求，可以达到以水代金、节省合金和提高冷却后钢管强韧性的目的。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种钢管在线冷却的过程控制系统，其特征是：包括：
预设定计算模块：当钢管出定径机后，由定径机出口热金属检测器HMD触发预设定计算模块；根据钢管原始数据、冷却目标工艺数据以及实测数据，对钢管头部的运行速度曲线、冷却喷环组态、冷却水压力和流量进行设定，根据钢管出定径机全长温度分布，及生产节奏设定钢管冷却速度曲线，设定结果传送在线冷却的基础自动化系统；
前馈控制计算模块：当冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，根据实测温度动态修正冷却区前部喷环组态、冷却水流量、钢管冷却速度和摆动时间，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统；
反馈控制计算模块：当冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，反馈控制计算模块包括反馈控制模块，根据实测温度动态修正冷却区后部喷环组态、冷却水流量，计算结果定周期传送在线冷却的基础自动化系统。
2.根据权利要求1所述的钢管在线冷却的过程控制系统，其特征是：所述反馈控制计算模块还包括自适应学习计算模块，钢管冷却完成后，基于终冷温度实测值与目标值的偏差，通过自适应学习算法，对在线冷却水冷换热系数进行修正，通过对数据库中换热修正系数的更新，将自学习结果应用于后续同层别产品的设定计算和控制。
3.一种钢管在线冷却的过程控制方法，其特征是：
钢管在线冷却的过程控制系统接收上位机系统下发的钢管原始数据和冷却目标工艺数据，根据前工序的钢管实测数据，经过模型运算，该模型包括预设定计算模块、前馈控制计算模块、反馈控制计算模块，向钢管在线冷却的基础自动化系统设定在线冷却区钢管运行速度曲线、喷环组态、冷却水压力和流量，实现钢管在线冷却过程的自动控制；
所述过程控制系统的模型运算为：当钢管出定径机后，位于定径机出口的热金属检测器HMD检测得到钢管，触发预设定计算模块；当钢管头部进入冷却区入口高温计SCT位置时，冷却区入口高温计SCT测得钢管实测温度后，启动前馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区入口高温计SCT位置时，前馈控制计算结束；当钢管头部进入冷却区出口高温计FCT位置时，冷却区出口高温计FCT测得钢管实测温度后，启动反馈控制计算模块，当钢管尾部离开冷却区出口高温计FCT位置时，反馈控制计算结束；所述反馈控制计算模块包括反馈控制模块和自适应学习计算模块。
4.根据权利要求3所述的钢管在线冷却的过程控制方法，其特征是：所述钢管按一定长度被分成若干样本段，面向钢管每个样本段进行冷却控制；控制冷却水喷射的每一个集管阀门的开/关是由“钢管样本段”上热量的输入/输出所决定的，每个样本段的热量输入/输出包括：热辐射、空气对流换热、冷却水对流换热和辊道导热。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109201748B (zh) * 2018-08-27 2019-09-06 合肥东方节能科技股份有限公司 一种螺纹钢细晶轧制轧件冷却智能控制方法
CN110814053B (zh) * 2019-11-15 2021-04-20 中冶华天工程技术有限公司 基于尝试法的棒材水箱反向自决策控温智能计算方法
CN111069309B (zh) * 2019-12-10 2021-04-06 北京科技大学 一种提高贝氏体钢轧后冷却温度精度的方法
CN111589879B (zh) * 2020-04-29 2021-06-11 东北大学 改善厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法
CN111589880B (zh) * 2020-04-29 2021-09-28 东北大学 改善中厚壁无缝钢管在线冷却工艺组织均匀性的控制方法
CN112090967B (zh) * 2020-08-28 2022-03-18 中冶华天工程技术有限公司 长材轧制穿水冷却控制方法和系统

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6043209B2 (ja) * 1977-10-18 1985-09-27 日本鋼管株式会社 鋼板の冷却装置
CN101125344A (zh) * 2007-09-18 2008-02-20 武汉钢铁(集团)公司 热轧带钢双环控制层流冷却系统
CN103551403B (zh) * 2013-10-29 2015-06-17 中冶建筑研究总院有限公司 棒材控轧控冷系统
CN104226699B (zh) * 2014-08-21 2016-01-27 南京钢铁股份有限公司 一种层流冷却正、负反馈的闭环控制方法
CN105436213B (zh) * 2015-12-30 2017-06-23 东北大学 一种轧后冷却装置集管流量前馈设定方法

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