CN109663815A

CN109663815A - 一种在热轧轧制过程中自动抽钢的控制方法与系统

Info

Publication number: CN109663815A
Application number: CN201811624334.0A
Authority: CN
Inventors: 余洁斌
Original assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baosteel Zhanjiang Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2018-12-28
Publication date: 2019-04-23

Abstract

本发明公开了一种在热轧轧制过程中自动抽钢的控制方法与系统，涉及自动控制领域，包括:步骤1加热炉抽钢管理系统通过获取板坯轧制过程相关物理参数，建立轧制节奏数学模型推算板坯运行时间，再累加运行时间进而预测出初板坯在任一时刻点的时间；步骤2通过步骤1得到的任一时刻点的时间计算瓶颈时间，将各位置点瓶颈时间与安全余量时间相加并挑选出最大值最大安全间隔时间，即为最小抽钢间隔时间；步骤3系统通过将最小抽钢间隔时间连接通知给加热炉抽钢管理系统的管理程序。采用本发明所述方法，可以实现在无人干预情况下，准确预测板坯运行时间与瓶颈时间，并自动完成抽钢功能，有效地提高了热轧生产产能并降低了操作人员的劳动负荷。

Description

一种在热轧轧制过程中自动抽钢的控制方法与系统

技术领域

本发明涉及钢加工自动控制领域，具体是一种在热轧轧制过程中自动抽钢的控制方法与系统。

背景技术

热轧加热炉抽钢的控制水平直接影响热轧生产的产量与能耗等。抽钢过快会导致轧线板坯堆积，板坯在轧线长时间等待会影响后续生产轧制从而影响产品性能。抽钢过慢则会导致产能下降，无法充分利用设备，导致设备经常处于空转状态，浪费能耗，增加成本。

目前热轧常见的控制加热炉抽钢方式有以下两种：

(1)手动抽钢：由加热炉操作人员观察热轧轧线生产情况，根据现场及经验判断每块板坯的抽钢时间。该方式主要依赖于操作人员对轧线全局统筹的能力，但由于轧线的生产情况复杂而多变，因此操作人员往往无法精准判断抽钢时刻。另外由于该方式需要操作人员时刻关注轧线状况，对操作人员的劳动负荷也较大。

(2)定周期抽钢：由加热炉操作人员根据现场状况，设定一个固定的抽钢周期，系统根据该周期进行定期抽钢。不同类型不同目标厚度的板坯的轧制时间不同，在每次板坯类型切换时都需要操作人员重新判断是否需要重新设定抽钢周期。因此该抽钢方式主要依赖操作人员对不同类型板坯轧制节奏预判的准确程度，由于目前各热轧厂为适应市场需求，往往需要同时轧制多种不同规格、不同性能的板坯，这种板坯的多变性对操作人员的预判也会带来极大的难度，往往无法准确设定抽钢周期。

这两种方法的特点都是操作人员主观对轧线生产状况判断而进行抽钢控制，不能系统并客观地考虑生产状况，导致无法准确判断抽钢时刻。

通过对本发明所涉及的概念的上位词“热轧”“抽钢”“系统”进行单独或组合检索，得到了接近的对比文件，为国家知识产权局2016年3月16日公开的公开号为 CN105396878A的专利文献，一种热轧生产线抽钢控制方法，其特征在于，包括：监控热轧生产线控制信号，获取热轧生产线上各工艺流程的运行时间；根据所述热轧生产线上各工艺流程的运行时间，确定一预计时间；所述预计时间为第一板坯从加热炉抽出时刻到第二板坯从加热炉抽出时刻的时间；所述第二板坯为与在热轧生产线上的第一板坯相邻的下一板坯；从预先设置的板坯工艺流程数据库中获取当前第一板坯和第二板坯所属品种对应的各工艺流程的经验运行时间；根据所述各工艺流程的经验运行时间确定第一板坯从加热炉抽出时刻到第二板坯从加热炉抽出时刻的经验时间；根据所述预计时间和所述经验时间确定所述第二板坯的优选抽出时间；根据所述第二板坯的优选抽出时间控制所述第二板坯从加热炉中抽出。

该公开号为CN 105396878A的已公开专利文献中由于不能预测未生产完成板坯的运行时间，只能使用第一块的板坯运行时间来计算第二块板坯的最优抽出时间。而本发明则可以结合第一块、第二块板坯的运行时间来计算出第二块板坯的最优抽出时间。本发明的板坯运行时间是通过轧制节奏模型的运行时间预测技术计算出来的时间，可在板坯未进行抽钢时就完成运行时间的预测计算，该特性对于后续计算最优抽钢时间的准确性尤为重要。

该公开号为CN105396878A的已公开专利文献中，计算下一块板坯优选抽钢时间公式为：

T＝Tx*X％+Ty*Y％；

其中T为抽出时间，Tx为预计抽出时间，Ty为经验抽出时间。其中预计抽出时间Tx的公式为：

Tx＝(T2+Ta+T3+T5+Tb+T4+20)－(T1+T2+Ta+T3)；

即Tx等于‘除抽钢时间第一块板坯的全过程运行时间’减去‘板坯从抽钢到粗轧轧制完成所需要的时间’。

而本发明计算下一块板坯的抽钢时间的方式为对板坯在各工艺段的瓶颈时间Tneck进行比对，挑选最大的瓶颈时间作为下一块的优选抽出时间。本专利各区域的Tneck的计算公式为：

Tneck某工艺段＝Tn’离开某工艺段-Tn+1’达到某工艺段；

其中Tneck某工艺段为某工艺段的瓶颈时间，Tn’离开某工艺段为第N块板坯离开某工艺段的时刻点，Tn+1’达到某工艺段为第N+1块板坯达到某工艺段的时刻点；可见本发明是通过板坯运行时间预测技术计算出板坯运行时间，再计算得到各个工艺段的瓶颈时间Tneck，通过比对各区域的瓶颈时间Tneck大小，选出最大的瓶颈时间Tneck为权利要求1步骤2中提到的最终瓶颈时间。该方式保证了模型寻找出轧线的真正瓶颈点，从而得出真实的最优抽钢时间。本发明采用的预测算法更为先进，也更加符合生产的需要。

经过进一步检索，除了公开号为CN105396878A的对比文件如上述所述之外，现有文献也均存在着花费了多余的劳动力成本，热轧轧制的工艺流程给操作人员的预判难度过大，而且存在着在热轧轧制预测时间算法上不够先进，效率低下的问题。

发明内容

为了克服上述之不足，本发明目的在于提供一种在热轧轧制过程中自动抽钢的控制方法与系统。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：包括:步骤1预测板坯运行时间；步骤2 计算瓶颈时间；步骤3实现自动抽钢；

步骤1：预测板坯运行时间

加热炉抽钢管理系统通过热轧过程控制系统获取板坯相关参数；

所述系统设定板坯的运行距离为s，加速度为a，初速度为v0，末速度为v1，运行时间为 t，其数学表达式为：

t＝f(s,a,v0,v1)；

所述系统在所述数学表达式中加入修正系数zxy和修正项sxy，得到：

t＝f(s,a,v0,v1)·zxy+sxy；

所述系统通过该公式计算出板坯在各个区域所使用的时间t，所述时间t为板坯在各区域的运行时间；

所述系统通过累加板坯在各区域的运行时间t获得板坯在轧线上各位置的运行时刻点；

步骤2：计算瓶颈时间

所述系统根据步骤1得到的各位置运行时刻点，开始计算瓶颈时间：

第n位置点的瓶颈时间＝当前板坯离开n点的时刻－下一块板坯到达n点的时刻；n可取任意正整数；

各位置点的安全间隔时间＝各位置点的瓶颈时间+安全余量时间；

所述系统整理所述各位置点的所有安全间隔时间，从中找出最大的安全间隔时间，该时间所对应的位置点命名为瓶颈点，而所述瓶颈点的安全间隔时间命名为最终瓶颈时间；

所述系统确认所述的最终瓶颈时间就是最小抽钢间隔时间；

步骤3：连接加热炉抽钢管理程序实现自动抽钢

加热炉抽钢管理系统将最小抽钢间隔时间连接至加热炉抽钢管理程序。加热炉抽钢管理程序对该抽钢间隔时间进行倒计时，倒计时结束后，程序下发抽钢请求，完成抽钢流程；在第1块板坯抽出后，系统发送信号，模型开始计算第2块板坯的最小间隔时间；循环上述步骤；在第n块板坯抽出后，系统发送信号，模型开始计算第n+1块板坯的最小间隔时间；

进一步地，所述通过累加板坯在各区域的运行时间获得板坯在轧线上各位置的运行时刻点，具体为：

T1’＝T1；

T2’＝T1+T2；

T3’＝T1+T2+T3；

Tn’＝T1+T2+T3+…+Tn；

n可取任意正整数。

进一步地，步骤1所述数学表达式t＝f(s,a,v0,v1)为匀变速直线运动标准物理运动方程，其中s＝v0·t+(at²)/2,v1＝v0+at。

进一步地，步骤1所述板坯运行时间是指板坯在任一区域内从板坯头部进入到板坯尾部离开所使用的时间。

本发明的有益效果：

采用本发明所述方法及系统，可以实现在无人干预情况下，准确预测板坯运行时间与瓶颈时间，并自动完成抽钢功能，有效地提高了热轧生产产能并降低了操作人员的劳动负荷。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1本专利方法实施总流程图；

图2各区域运行时间计算流程图；

图3热轧生产流程示意图；

其中：1、加热炉；2、粗轧机；3、精轧机；4、层流冷却；5、卷取机；6、轧前段；7、粗轧段；8、精轧段。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参照图1、图2、图3，本发明总共有3个步骤，步骤1预测板坯运行时间；步骤2计算瓶颈时间；步骤3实现自动抽钢；

步骤1：预测板坯运行时间

板坯运行时间是指板坯在任一区域内从板坯头部进入到板坯尾部离开所使用的时间；

板坯从加热炉抽出后，将在不同区域进行不同的加工处理，详见图3，因此每道工序的处理时间也不尽相同；

管理系统监控热轧生产线中任意一个区域板坯，获取该区域设备参数；

从所述该区域设备参数得出板坯的运行距离为s，加速度为a，初速度为v0，末速度为 v1，运行时间为t，其数学表达式为：

t＝f(s,a,v0,v1)；该式为匀变速直线运动标准物理运动方程；

t＝f(s,a,v0,v1)·zxy+sxy；

具体为：

T1’＝T1；

T2’＝T1+T2；

T3’＝T1+T2+T3；

Tn’＝T1+T2+T3+…+Tn；

n可取任意正整数。

步骤2：计算瓶颈时间

整理所述各位置点的所有安全间隔时间，从中找出最大的安全间隔时间，该时间所对应的位置点命名为瓶颈点，而所述瓶颈点的安全间隔时间命名为最终瓶颈时间；

所述的最终瓶颈时间就是最小抽钢间隔时间；

步骤3：连接加热炉抽钢管理程序实现自动抽钢

将最小抽钢间隔时间发送至加热炉抽钢管理程序。加热炉抽钢管理程序对该抽钢间隔时间进行倒计时，倒计时结束后，程序下发抽钢请求，完成抽钢流程；在第N块板坯抽出后，系统发送信号，模型开始计算第N+1块板坯的最小间隔时间；

循环上述步骤。

步骤2开头，此时为步骤2计算瓶颈时间；

带钢都从同一起始点抽出，抽出时刻记为00:00。

加热炉抽钢管理系统可通过上述带钢运行时间自动计算预测出：

第N块带钢从起始点到大侧压总共使用Tn_{达到大侧压}＝10秒；

从进入大侧压到离开大侧压使用了Tn_{大侧压运行时间}＝20秒；

从大侧压出口到粗轧入口共需Tn_{大侧压到粗轧入口}＝20秒；

由于在粗轧机中会进行三道次轧制，因此该带钢从进入到离开粗轧机共需要使用Tn_{粗轧运行时间}＝40秒。

由上述各区域运行时间可知带钢在各点的运行时刻：

带钢离开大侧压的时刻点Tn’_{离开大侧压}＝00:00+t1+t2＝00:30”

带钢离开粗轧的时刻点Tn’_粗轧＝00:00+t1+t2+t3+t4＝01:30”

系统此时自动设定第N+1块带钢与第N块带钢为同种带钢，因此在各区域运行时间与第N 块带钢相同。

所述系统分别计算大侧压与粗轧两个区域的瓶颈时间。按照瓶颈时间计算公式：

大侧压瓶颈时间T_{neck大侧压}＝Tn’_{离开大侧压}-Tn+1’_{达到大侧压}

＝00:30-00:10＝20秒

粗轧瓶颈时间T_neck粗轧＝Tn’_离开粗轧-Tn+1’_达到粗轧

＝01:30-00:50＝40秒

除以上两个区域外，轧线上的其它区域的瓶颈时间仍然使用上述方法进行计算。系统为保障全程不发生碰钢现象，对比带钢在每个区域的瓶颈时间，最大的瓶颈时间再加上安全余量时间即为该带钢最终的瓶颈时间，该瓶颈时间也就是最小抽钢间隔时间。

将本发明实际运用于2018年5月中旬开始在宝钢湛江钢铁有限公司的2250热轧轧制过程中使用。除了大幅减轻操作人员劳动负荷之外，热轧的轧制节奏也进一步提高；表1为热轧轧制节奏改进前后产能提升率表格。

平均轧制节奏	改进前	改进后	产能提升率
				轧制节奏(秒/块)	109.1秒	103.2	5.4％

表1

Claims

1.一种在热轧轧制过程中自动抽钢的控制方法与系统，包括:步骤1预测板坯运行时间；步骤2计算瓶颈时间；步骤3连接加热炉抽钢管理程序实现自动抽钢；

步骤1：预测板坯运行时间

所述系统设定板坯的运行距离为s，加速度为a，初速度为v0，末速度为v1，运行时间为t，其数学表达式为：

t＝f(s,a,v0,v1)；

t＝f(s,a,v0,v1)·zxy+sxy；

步骤2：计算瓶颈时间

所述系统确认所述的最终瓶颈时间就是最小抽钢间隔时间；

步骤3：连接加热炉抽钢管理程序实现自动抽钢

所述系统将最小抽钢间隔时间连接至加热炉抽钢管理程序。加热炉抽钢管理程序对该抽钢间隔时间进行倒计时，倒计时结束后，程序下发抽钢请求，完成抽钢流程；在第1块板坯抽出后，系统发送信号，模型开始计算第2块板坯的最小间隔时间；循环上述步骤；在第n块板坯抽出后，系统发送信号，模型开始计算第n+1块板坯的最小间隔时间。

2.根据权利要求1所述的一种在热轧轧制过程中抽钢的控制方法与系统，其特征在于：所述通过累加板坯在各区域的运行时间获得板坯在轧线上各位置的运行时刻点，具体为：

T1’＝T1；

T2’＝T1+T2；

T3’＝T1+T2+T3；

Tn’＝T1+T2+T3+…+Tn；

n可取任意正整数。

3.根据权利要求1所述的一种在热轧轧制过程中抽钢的控制方法与系统，其特征在于：步骤1所述数学表达式t＝f(s,a,v0,v1)为匀变速直线运动标准物理运动方程的简化式，其中s＝v0·t+(at²)/2,v1＝v0+at。

4.根据权利要求1所述的一种在热轧轧制过程中抽钢的控制方法与系统，其特征在于：步骤1所述板坯运行时间是指板坯在任一区域内从板坯头部进入该区域到板坯尾部离开该区域所使用的时间。