CN109158431A - 一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法 - Google Patents

一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法，属于自动化过程控制领域。该控制方法分为两部分内容：热头热尾控制技术的开发和热头热尾与轧后双段冷却模型的匹配技术。前者主要通过对热头热尾设定模型、前馈模型、反馈模型、自学习模型的开发得到；后者通过将热头热尾控制模型嵌入到轧后双段冷却的设定模型、前馈模型、反馈模型和自学习模型中得到。本发明的自动控制方法通过开发的热头热尾控制模型与热轧轧后双段冷却控制模型相结合，实现了热轧带钢的双段冷却工艺+热头热尾冷却工艺，为双相钢、高强钢、复相钢等钢种高精度自动化轧制提供了工艺基础。

Description

一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法
技术领域
本发明属于自动化过程控制领域，特别涉及一种双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法。
背景技术
轧后冷却在热连轧流程中是控制带钢组织性能的关键因素。一般来说，按照冷却路径的划分，轧后冷却有三种形式：前段水冷+空冷、空冷+后段水冷和前段水冷+空冷+后段水冷，其中前段水冷+空冷+后段水冷即是双段冷却工艺，是轧制双相钢等品种时形成双相结构的决定性因素。
双段冷却工艺的控制点主要包括前段水冷的冷速、空冷时间和后段水冷的冷速，以及中间点温度MT和卷取温度CT，每一个控制点都影响到双相组织的形成，控制不良会引起组织性能不佳、头尾切损，甚至带钢出现堆钢等事故，严重影响带钢成品率和正常生产。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法，可以更有效的实现双相钢等品种的轧制需求。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法，双段冷却工艺将层流冷却区集管划分为三个区：前段冷却区FFE、后段冷却区FFL和精调反馈区FBK，其中前段冷却区位于FFE区，后段冷却区位于FFL区和FBK区，所述方法包括：
在双段冷却模型设定阶段，前段冷却区实现中间点温度MT的精确控制，后段冷却区实现卷取温度CT的精确控制。热头热尾工艺通过对卷取温度目标值的修定，调整后段冷却区的集管组态，保证低温双相钢的头部卷取稳定性和尾部性能。
在双段冷却模型前馈阶段和反馈阶段，根据实测精轧出口温度FDT、实测中间点温度MT和实测卷取温度CT，动态实时调节前段冷却区和后段冷却区的集管组态，保证MT和CT的控制精度。
在双段冷却模型自学习阶段，分为热头热尾区域自学习和本体自学习，热头热尾自学习通过对热头热尾区域实测卷取温度计算平均值偏差应用于下一卷温度补偿，本体自学习通过传统的分段自学习应用于下一卷温度补偿。
优选的，在所述在双段冷却模型设定阶段中，所述方法还包括：
前段冷却区一般采用前段快速冷却，根据精轧出口温度FDT计算达到所述目标中间点温度MT所需的冷却水流量，再根据双段冷却工艺中前段冷却区的冷却速率S1要求分配集管，计算公式如下：
L1＝V1*t1
其中，TFD为精轧出口温度，单位为℃；
TM为目标中间点温度，单位为℃；
S1为控制点前段冷却区冷速，单位为℃/s；
t1为前段冷却区时间，单位为s；
V1为带钢实际速度，单位为m/s；
L1为前段冷却区长度,单位为m。
优选的，在所述在双段冷却模型设定阶段中，所述方法还包括：
在前段冷却区集管组态分布完毕后，根据目标中间点温度MT计算达到目标卷取温度CT所需的冷却水流量，此时目标卷取温度为热头工艺下补偿后的目标卷取温度，再根据双段冷却工艺中后段冷却区的冷却速率S2要求分配集管，计算公式如下：
L2＝V2*t3
其中，为热头工艺下的目标卷取温度，单位为℃；
TCT为原目标卷取温度，单位为℃；
△T为热头工艺下温度补偿值，单位为℃；
TMT为精轧出口温度，单位为℃；
S2为控制点后段冷却区冷速，单位为℃/s；
t3为后段冷却区时间，单位为s；
V2为带钢实际速度，单位为m/s；
L2为后段冷却区长度,单位为m。
优选的，所述在双段冷却模型前馈阶段中，所述方法还包括：
前段前馈区根据实测精轧出口温度和目标中间点温度实时调节前段冷却区的集管组态.
优选的，所述在双段冷却模型后馈阶段中，所述方法还包括：
后段前馈区根据实测中间点温度和目标卷曲温度实时调节后段冷却区的集管组态，其中，目标卷取温度分为热头区的目标卷取温度和非热头区的目标卷取温度。
优选的，所述在双段冷却模型自学习阶段中，所述方法还包括：
所述热头热尾自学习根据实测温度和再计算温度偏差对所述热头热尾区域进行温度补偿，所述中间点温度和卷取温度自学习分为四段式自学习，对带钢本体进行分段温度补偿。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明提供了一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法针对双相钢等品种对轧后冷却控制的需求，根据带钢组织性能需求调整双段冷却工艺前段水冷的冷速、空冷时间和后段水冷的冷速，以及中间点温度MT和卷取温度CT等控制点，实现需求的双相析出和温度控制；同时根据带钢头尾性能需求和头部卷取稳定性要求，调整热头热尾工艺的头尾温度补偿值，解决了引起组织性能不佳、头尾切损，甚至带钢出现堆钢等事故，严重影响带钢成品率和正常生产的技术问题，达到了实现头尾组织性能补偿和头部卷取的稳定控制，有效调高了轧制稳定性和成材率的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法的双段冷却工艺各控制点与冷却路径的原理图；
图3为本发明实施例提供的热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法的整卷带钢的温度控制情况示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供的一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法，用以解决引起组织性能不佳、头尾切损，甚至带钢出现堆钢等事故，严重影响带钢成品率和正常生产的技术问题，通过双段冷却工艺+热头热尾冷却工艺，实现双相钢铁马双相或铁贝双相的析出，同时保证低温双相钢在头部卷取的轧制稳定性。
本申请实施例中的技术方案，总体方案如下：在双段冷却模型设定阶段，前段冷却区实现中间点温度MT的精确控制，后段冷却区实现卷取温度CT的精确控制。热头热尾工艺通过对卷取温度目标值的修定，调整后段冷却区的集管组态，保证低温双相钢的头部卷取稳定性和尾部性能；在双段冷却模型前馈阶段和反馈阶段，根据实测精轧出口温度FDT、实测中间点温度MT和实测卷取温度CT，动态实时调节前段冷却区和后段冷却区的集管组态，保证MT和CT的控制精度；在双段冷却模型自学习阶段，分为热头热尾区域自学习和本体自学习，热头热尾自学习通过对热头热尾区域实测卷取温度计算平均值偏差应用于下一卷温度补偿，本体自学习通过传统的分段自学习应用于下一卷温度补偿。达到了实现头尾组织性能补偿和头部卷取的稳定控制，有效调高了轧制稳定性和成材率的技术效果。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
本申请实施例提供了一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法，图1为本申请提供的方法的流程示意图，所述方法包括：
双段冷却工艺将层流冷却区集管划分为三个区：前段冷却区FFE、后段冷却区FFL和精调反馈区FBK，其中前段冷却区位于FFE区，后段冷却区位于FFL区和FBK区。
步骤110：在双段冷却模型设定阶段，前段冷却区实现中间点温度MT的精确控制，后段冷却区实现卷取温度CT的精确控制。热头热尾工艺通过对卷取温度目标值的修定，调整后段冷却区的集管组态，保证低温双相钢的头部卷取稳定性和尾部性能；
进一步的，在所述在双段冷却模型设定阶段中，所述方法还包括：
前段冷却区一般采用前段快速冷却，根据精轧出口温度FDT计算达到所述目标中间点温度MT所需的冷却水流量，再根据双段冷却工艺中前段冷却区的冷却速率S1要求分配集管，计算公式如下：
L1＝V1*t1
其中，TFD为精轧出口温度，单位为℃；
TM为目标中间点温度，单位为℃；
S1为控制点前段冷却区冷速，单位为℃/s；
t1为前段冷却区时间，单位为s；
V1为带钢实际速度，单位为m/s；
L1为前段冷却区长度,单位为m。
进一步的，在所述在双段冷却模型设定阶段中，所述方法还包括：
在前段冷却区集管组态分布完毕后，根据目标中间点温度MT计算达到目标卷取温度CT所需的冷却水流量，此时目标卷取温度为热头工艺下补偿后的目标卷取温度，再根据双段冷却工艺中后段冷却区的冷却速率S2要求分配集管，计算公式如下：
其中，为热头工艺下的目标卷取温度，单位为℃；
TCT为原目标卷取温度，单位为℃；
△T为热头工艺下温度补偿值，单位为℃；
TMT为精轧出口温度，单位为℃；
S2为控制点后段冷却区冷速，单位为℃/s；
t3为后段冷却区时间，单位为s；
V2为带钢实际速度，单位为m/s；
L2为后段冷却区长度,单位为m。
前段水冷的冷速S1、空冷时间tDRY和后段水冷的冷速S2，以及中间点温度MT和卷取温度CT五个控制点存在优先级设定，当空冷时间优先级较高时，根据空冷时间tDRY计算空冷长度，从而确定第二段水冷区的开始位置。
步骤120：在双段冷却模型前馈阶段和反馈阶段，根据实测精轧出口温度FDT、实测中间点温度MT和实测卷取温度CT，动态实时调节前段冷却区和后段冷却区的集管组态，保证MT和CT的控制精度；
进一步的，所述在双段冷却模型前馈阶段中，所述方法还包括：前段前馈区根据实测精轧出口温度和目标中间点温度实时调节前段冷却区的集管组态；
后段前馈区根据实测中间点温度和目标卷曲温度实时调节后段冷却区的集管组态，其中，目标卷取温度分为热头区的目标卷取温度和非热头区的目标卷取温度。
步骤130：在双段冷却模型自学习阶段，分为热头热尾区域自学习和本体自学习，热头热尾自学习通过对热头热尾区域实测卷取温度计算平均值偏差应用于下一卷温度补偿，本体自学习通过传统的分段自学习应用于下一卷温度补偿。
进一步的，所述在双段冷却模型自学习阶段中，所述方法还包括：所述热头热尾自学习根据实测温度和再计算温度偏差对所述热头热尾区域进行温度补偿，所述中间点温度和卷取温度自学习分为四段式自学习，对带钢本体进行分段温度补偿。
自学习计算阶段，自学习计算分为四部分，分别为热头自学习、热尾自学习，中间点温度自学习和卷取温度自学习。其中热头热尾自学习根据实测温度和再计算温度偏差对热头热尾区域进行温度补偿，中间点温度和卷取温度自学习分为四段式自学习，对带钢本体进行分段温度补偿。
实施例二
现以FB60使用双段冷却工艺+热头热尾工艺轧制为例，对本发明提供的热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法做具体说明。
FB60为保证铁贝双相析出，采用水冷+空冷+水冷的双段冷却工艺轧制，因在常规轧制时，FB60的头尾温度偏低，为保证轧制稳定性和头尾性能，采用双段冷却工艺+热头热尾工艺轧制。其控制目标如表1所示。
表1FB60的控制目标
控制目标 目标值
目标FDT(℃) 880
目标MT(℃) 640
目标CT(℃) 450
热头长度(m) 50
热头补偿温度(℃) 30
热尾长度(m) 50
热尾补偿温度(℃) 30
空冷时间(s) 8
设定阶段，模型根据热头热尾设定值和空冷时间，对两段冷却区的集管组态进行分配，层流冷却区(不考虑精冷区)共20组集管，每组分为上下两部分，各4根集管，分配情况表2所示。
冷却区 集管组态(开启集管)
第一段冷却区 ～～Top:110；bottom:110
第二段冷却区 ～～Top:7177；bottom:7176
经过前馈计算和反馈计算的实时集管组态调整，整卷带钢的温度控制情况如图3所示，其中红线为中间点温度控制曲线，蓝线为卷取温度控制曲线。
从上述曲线可以看出，双段冷却工艺可以有效的实现对中间点温度和卷取温度控制，且双段冷却+热头热尾工艺实现对带钢头尾卷取温度的精细控制，有效的提升了轧制稳定性。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：
本发明提供了一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法针对双相钢等品种对轧后冷却控制的需求，根据带钢组织性能需求调整双段冷却工艺前段水冷的冷速、空冷时间和后段水冷的冷速，以及中间点温度MT和卷取温度CT等控制点，实现需求的双相析出和温度控制；同时根据带钢头尾性能需求和头部卷取稳定性要求，调整热头热尾工艺的头尾温度补偿值，解决了引起组织性能不佳、头尾切损，甚至带钢出现堆钢等事故，严重影响带钢成品率和正常生产的技术问题，达到了实现头尾组织性能补偿和头部卷取的稳定控制，有效调高了轧制稳定性和成材率的技术效果。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请实施例的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种热轧带钢轧后双段冷却热头热尾工艺的自动控制方法，其特征在于，双段冷却工艺将层流冷却区集管划分为三个区：前段冷却区FFE、后段冷却区FFL和精调反馈区FBK，其中前段冷却区位于FFE区，后段冷却区位于FFL区和FBK区，所述方法包括：
在双段冷却模型设定阶段，前段冷却区实现中间点温度MT的精确控制，后段冷却区实现卷取温度CT的精确控制，热头热尾工艺通过对卷取温度目标值的修定，调整后段冷却区的集管组态，保证低温双相钢的头部卷取稳定性和尾部性能；
在双段冷却模型前馈阶段和反馈阶段，根据实测精轧出口温度FDT、实测中间点温度MT和实测卷取温度CT，动态实时调节前段冷却区和后段冷却区的集管组态，保证MT和CT的控制精度；
在双段冷却模型自学习阶段，分为热头热尾区域自学习和本体自学习，热头热尾自学习通过对热头热尾区域实测卷取温度计算平均值偏差应用于下一卷温度补偿，本体自学习通过传统的分段自学习应用于下一卷温度补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述在双段冷却模型设定阶段中，所述方法还包括：
前段冷却区一般采用前段快速冷却，根据精轧出口温度FDT计算达到所述目标中间点温度MT所需的冷却水流量，再根据双段冷却工艺中前段冷却区的冷却速率S1要求分配集管，计算公式如下：
L1＝V1*t1
其中，TFD为精轧出口温度，单位为℃；
TM为目标中间点温度，单位为℃；
S1为控制点前段冷却区冷速，单位为℃/s；
t1为前段冷却区时间，单位为s；
V1为带钢实际速度，单位为m/s；
L1为前段冷却区长度,单位为m。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述在双段冷却模型设定阶段中，所述方法还包括：
在前段冷却区集管组态分布完毕后，根据目标中间点温度MT计算达到目标卷取温度CT所需的冷却水流量，此时目标卷取温度为热头工艺下补偿后的目标卷取温度，再根据双段冷却工艺中后段冷却区的冷却速率S2要求分配集管，计算公式如下：
L2＝V2*t3
其中，TCT 1为热头工艺下的目标卷取温度，单位为℃；
TCT为原目标卷取温度，单位为℃；
△T为热头工艺下温度补偿值，单位为℃；
TMT为精轧出口温度，单位为℃；
S2为控制点后段冷却区冷速，单位为℃/s；
t3为后段冷却区时间，单位为s；
V2为带钢实际速度，单位为m/s；
L2为后段冷却区长度,单位为m。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在双段冷却模型前馈阶段中，所述方法还包括：
前段前馈区根据实测精轧出口温度和目标中间点温度实时调节前段冷却区的集管组态。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在双段冷却模型后馈阶段中，所述方法还包括：
后段前馈区根据实测中间点温度和目标卷曲温度实时调节后段冷却区的集管组态，其中，目标卷取温度分为热头区的目标卷取温度和非热头区的目标卷取温度。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在双段冷却模型自学习阶段中，所述方法还包括：
所述热头热尾自学习根据实测温度和再计算温度偏差对所述热头热尾区域进行温度补偿，所述中间点温度和卷取温度自学习分为四段式自学习，对带钢本体进行分段温度补偿。
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