CN110184447A - 一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其根据带钢在炉子常化冷却过程中的目标冷却温度，通过基于冷却段设备基础数据、带钢信息数据及带钢冷却目标温度建立的冷却模型首先给出控制冷却速度的电磁阀预设定数据，随后通过带钢在横向及纵向的温度检测实绩，反馈修正电磁阀的设定值，从而实现带钢在横向及纵向的均匀冷却，最终达到带钢不论在纵向还是横向板形良好和性能稳定。此外，本发明中的带钢冷却自适应模型及不同钢卷间模型修正方法，不仅可满足同材质带钢的冷速均匀性控制也可实现不同材质带钢的精确控制。

Description

一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法

技术领域

本发明属于常化酸洗冷却技术、具体涉及一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法。

背景技术

常化是将钢卷加热至完全奥氏体化温度以上30～50℃，保温一段时间后，从炉子出来后在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却处理的工艺过程。很多功能材料，如硅钢片为了使晶粒细化和碳化物分布均匀化，钢卷在常化退火机组出炉温度往往达到700℃以上，然后通过快速冷却将带钢温度降到100℃以下，以保证后工段设备生产的稳定性和安全性。水冷由于冷却速度快，生产效率高，介质环保、可重复利用而被广泛利用。但同时因水冷过程冷却速度较快，一方面，带钢表层和内部以及带钢中部与边部冷却状态不同，从而产生热应力；另一方面，因急剧降温过程中伴有组织转变也会产生残余应力，最终导致经冷却段冷却后带钢产生浪形，不仅给后工序的轧制带来较大的困难，同时也加剧了本工序辊系的磨损。更重要的是，由于带钢头部、尾部以及中部与边部冷却状态不同导致各部位温度不均，从而使得带钢在横向方向性能存在较大的差异，对成品质量稳定性的保证也有较大的影响。

现有技术存在问题

1、目前水冷段工艺控制没有解决带钢各部位冷却速度不一致，因温度差出现应力导致板形不良和横向性能不均的问题，影响后工序的稳定轧制和成品质量稳定性；

2、目前水冷段工艺控制无法建立冷却速度与带钢运行速度、冷却水温度、流量以及材料冷却模式的自适应模型，无法实现相关控制参数的动态调节，从而在带钢横向及纵向出现较大的差异。

CN200510046490.X公开了一种冷轧带钢冷却液流量控制方法，其主要是由过程计算机根据冷轧轧制中的摩擦和传导发热量计算出额定速度下的冷却液流量；PLC根据过程计算机下发的额定速度下的冷却液流量按轧制速度进行匹配，匹配后的应用流量作为控制阀的控制给定值；其中控制阀的控制度是由数学模型来计算的。该方法通过数学模型补偿了因管道、喷嘴等因素造成的影响，使流量实际值基本上与应用流量相等，减小了因流量偏差造成的带钢厚度波动，提高了带钢厚度控制精度。其核心内容在于通过数学模型补偿管道、喷嘴造成的冷却流量的损失，进而实现控制冷却流量的稳定控制以达到质量的稳定控制。但是，该方法偏重于结合生产过程数据弥补设备自身影响，而对于加工过程中材料在冷却过程中的变化因素所产生的质量影响及解决办法未予以兼顾及考虑。

CN200610170746.2公开了一种带钢卷取温度控制方法及其装置，其主要包括喷水集管组成的冷却区和计算机控制系统，冷却区沿带钢的运行方向分布主冷段和精冷段两个冷却段并分别设置三处测温装置，用以检测带钢温度，并作为计算机控制系统的前馈参数，计算机控制系统将前馈参数与设定值进行比较并补偿，从而调整喷水集管的喷水量以及带钢的卷取速度控制带钢的卷取温度。其核心内容在于通过冷却段各段温度测量，并以该测量结果作为前馈控制手段实现带钢在固定位置的温度均匀性。但是，该方法偏重于控制带钢纵向固定点温度的稳定性，而对于带钢横向的冷却均匀性缺乏控制方法；此外该方法亦缺乏不同钢种间均匀冷却的控制方法。

综上所述，对于带钢在纵向及横向各部位冷却速度不一致，从而出现板形不良和性能不均的问题以及如何减少甚至消除在带钢横向及纵向出现差异的问题，目前仍然有待于解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，能够在常化冷却过程中均匀控制带钢横向及纵向温度，从而保证带钢不论在纵向和横向的板形良好和性能稳定。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，包括以下步骤：

A.在常化酸洗机组的水冷段上间隔安装多对呈上下布置的冷却水喷射装置；

B.在常化酸洗机组的水冷段上间隔安装多组测温装置，每组测温装置具有多个分别用于检测带钢横向温度的温度检测头及一个用于控制对应冷却水喷射装置的电磁阀；

C.建立冷却模型，并基于冷却段的设备基础数据、带钢信息数据及带钢冷却的目标温度,根据冷却模型进行预计算，获得各电磁阀的初始设定开度，并据此进行控制冷却水喷射；

D.通过测温装置的温度检测头实时测出带钢的实际温度,通过比较理论目标温度与检测所得实际温度的差值，并据此差值进行冷却模型的电磁阀设定开度的自适应修正；

E.根据实时修正的冷却模型实时调整冷却水喷射的控制。

在步骤A中，所述的冷却水喷射装置包括一喷射梁和设于喷射梁上的多个喷头。

在步骤C中，所述的电磁阀的初始设定开度Ψ_初始开度的计算公式为：

Ψ_初始开度＝Q_jet×V_速度×Ψ_开度max×T_板温 ²×(1+C_water×T_{water re}÷T_water)²

式中，Q_jet为10-60之间的常量，V_速度为带钢的运行速度，Ψ_开度max为电磁阀的最大开度，T_板温为带钢模型计算的设定板温，C_water为0.45-2.18之间与带钢材料物理特性相关的系数，T_{water re}为用于模型计算的推荐喷射水温度值，T_water为实际喷射水水温。

在步骤D中，所述的电磁阀开度Ψ_开度自适应修正的计算公式为：

Ψ_开度＝Ψ_初始开度-k1×(T_板温-T_实测板温)

式中，k1为取值范围在0.36-1.76之间的修正系数，T_实测板温为n个检测头实测的平均板温。

对于不同钢卷间的冷却控制，也采用冷却模型修正，该修正计算公式为：

Ψ_开度2＝k2×Ψ_开度1

式中，Ψ_开度2为生产不同钢卷的电磁阀初始开度，Ψ_开度1为模型中存储的相似钢种的电磁阀开度，k2为取值范围在0.016-12.28之间的修正系数。

采用本发明的一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，通过带钢在常化高温冷却过程中冷却速度与带钢运行速度、冷却水温度、流量以及材料冷却模式的自适应模型，并结合温度监控反馈，实现相关控制参数的动态调节，从而达到带钢在纵向及横向各部位冷却速度一致，确保所生产产品板形良好、性能稳定的控制方法。使用该技术方案可使机组板形不良或性能不均的缺陷发生率大幅下降，可广泛运用于采用退火高温冷却的设备，尤其适用于连续性退火和快速冷却的生产机组。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式本发明进行详细说明：

图1是本发明的水冷段的喷射梁及测温装置的布置示意图；

图2是本发明的冷却模型预计算流程框图；

图3是本发明的冷却模型控制原理框图；

图4是本发明的冷却模型自适应的流程框图；

图5是本发明的不同钢卷间的冷却模型修正的运行逻辑流程图。

具体实施方式

本发明的一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其具体包括以下步骤：

A.为实现带钢在水冷段1的冷却，需要在水冷段1安装M对(同一位置的上下喷射梁为一对)喷射梁2及喷嘴，且上、下喷射梁2以及前、后喷射梁2的喷嘴呈交叉布置，且每根喷射梁2上安装有控制其流量的电磁阀4。

B.为实现带钢6冷却过程中温度的测量，需要在水冷段1按照沿带钢6运行方向根据需要安装m组电磁阀4(即每个电磁阀4控制M/m对喷射梁2)，每组电磁阀4与对应的测温装置3相连。同时，每组测温装置3包含n个温度检测头5，分别用于检测带钢6横向的温度，水冷段1的喷射梁2及温度检测布置示意图如图1所示。

C.在冷却过程中，为实现冷却速度的精准控制，需要建立冷却区域模型，并基于冷却段的设备基础数据、带钢信息数据及带钢冷却的目标温度根据冷却模型进行预计算，得出各根喷射梁2电磁阀4的开度模式，从而给出电磁阀4开度模式的控制预设定数据。具体如下：

首先，通过冷却模型预计算电磁阀的初始设定开度Ψ_初始开度，计算公式为：Ψ_初始开度＝Q_jet×V_速度×Ψ_开度max×T_板温 ²×(1+C_water×T_{water re}÷T_water)²，其中Q_jet为10-60之间的常量，V_速度为带钢的运行速度，Ψ_开度max为电磁阀的最大开度，T_板温为带钢模型计算的设定板温，C_water为0.45-2.18之间与带钢材料物理特性相关的系数，T_{water re}为用于模型计算的推荐喷射水温度值，T_water为实际喷射水水温。预计算流程如图2所示。

其次，在冷却模型预计算给出的电磁阀4的初始开度模式控制下，通过测温装置3的温度检测头5可得出带钢的实际温度。通过比较理论目标温度与检测所得实际温度的差值，并据此差值进行冷却模型的自适应修正。具体电磁阀开度Ψ_开度的修正计算公式为：Ψ_开度＝Ψ_初始开度-k1×(T_板温-T_实测板温)，其中k1为取值范围在0.36-1.76之间的修正系数，T_实测板温为n个检测头实测的平均板温。

如此反复迭代，不断提高冷却模型精度。同时通过修正后模型预计算得出的设定值将不断调整阀的开度大小，使得带钢不论是纵向还是横向的实际冷却温度与目标冷却温度相接近，从而达到温度控制的均匀性。

所述的冷却模型是基于冷却段设备基础数据、带钢信息数据及带钢冷却目标温度建立的计算模型，其控制框图如图3所示。该模型可根据测量结果和预测结果实时进行自适应修正。所述冷却模型的自适应流程图如图4所示。

当然，对于不同钢卷间的冷却控制，同样可以通过模型修正达到最佳的冷却效果，具体的电磁阀开度Ψ_开度2的修正计算公式为：Ψ_开度2＝k2×Ψ_开度1，其中Ψ_开度2为生产不同钢卷的电磁阀初始开度，Ψ_开度1为模型中存储的相似钢种的电磁阀开度，k2为取值范围在0.016-12.28之间的修正系数。具体模型修正如运行逻辑流程图5所示。

实施例1-3：

在某连续退火酸洗机组冷却段采用浊循环水进行冷却，整个冷却段共分3个逻辑区，累计共装有64对喷射梁2，每根喷射梁2等距离安装7个喷嘴；

为实现带钢冷却过程中温度的测量，在水冷段1按照带钢运行方向(长度方向)共安装了8组电磁阀4及8个测温装置3，每组测温装置3在带钢宽度方向布置有3个温度检测头5，分别用于检测带钢各区域的温度；

该连续退火酸洗机组生产连续生产热卷3卷，相关信息如表1所示，所产出的板形如表2所示：

表2：连续退火酸洗机组产出卷的信息

序号	退火酸洗卷号	热卷厚度	热卷宽度	出钢记号
					1	1714586700	2.0mm	1150mm	IW85412E2
2	1735981600	2.6mm	1200mm	IQ65241D1
					3	1738254600	2.2mm	1190mm	IV2542D2

表3：连续退火酸洗机组产出卷的性能对比

但是，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (5)

1.一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.在常化酸洗机组的水冷段上间隔安装多对呈上下布置的冷却水喷射装置；

B.在常化酸洗机组的水冷段上间隔安装多组测温装置，每组测温装置具有多个分别用于检测带钢横向温度的温度检测头及一个用于控制对应冷却水喷射装置的电磁阀；

C.建立冷却模型，并基于冷却段的设备基础数据、带钢信息数据及带钢冷却的目标温度,根据冷却模型进行预计算，获得各电磁阀的初始设定开度，并据此进行控制冷却水喷射；

D.通过测温装置的温度检测头实时测出带钢的实际温度,通过比较理论目标温度与检测所得实际温度的差值，并据此差值进行冷却模型的电磁阀设定开度的自适应修正；

E.根据实时修正的冷却模型实时调整冷却水喷射的控制。

2.根据权利要求1所述的一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其特征在于：在步骤A中，所述的冷却水喷射装置包括一喷射梁和设于喷射梁上的多个喷头。

3.根据权利要求1所述的一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其特征在于：在步骤C中，所述的电磁阀的初始设定开度Ψ_初始开度的计算公式为：

Ψ_初始开度＝Q_jet×V_速度×Ψ_开度max×T_板温 ²×(1+C_water×T_{water re}÷T_water)²

式中，Q_jet为10-60之间的常量，V_速度为带钢的运行速度，Ψ_开度max为电磁阀的最大开度，T_板温为带钢模型计算的设定板温，C_water为0.45-2.18之间与带钢材料物理特性相关的系数，T_{water re}为用于模型计算的推荐喷射水温度值，T_water为实际喷射水水温。

4.根据权利要求1所述的一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其特征在于：在步骤D中，所述的电磁阀开度Ψ_开度自适应修正的计算公式为：

Ψ_开度＝Ψ_初始开度-k1×(T_板温-T_实测板温)

式中，k1为取值范围在0.36-1.76之间的修正系数，T_实测板温为n个检测头实测的平均板温。

5.根据权利要求1所述的一种常化酸洗机组智能化精细冷却控制方法，其特征在于：对于不同钢卷间的冷却控制，也采用冷却模型修正，该修正计算公式为：

Ψ_开度2＝k2×Ψ_开度1

式中，Ψ_开度2为生产不同钢卷的电磁阀初始开度，Ψ_开度1为模型中存储的相似钢种的电磁阀开度，k2为取值范围在0.016-12.28之间的修正系数。