CN110479773B - 一种u型冷却带钢尾部温度控制的方法 - Google Patents

一种u型冷却带钢尾部温度控制的方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法，通过缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差以及消除不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来干扰两个手段，从而缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差，同时通过优化模型自学习方法，消除相同U型冷却工艺情况下，不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来的干扰，大幅度提升U型冷却带钢尾部控制过程的工艺符合性，减少因为工艺过程不符合引起的生产废次降率。

Description

一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法
技术领域
本发明涉及热轧层流冷却工艺，更具体地说，涉及一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法。
背景技术
在热轧层流冷却工序，为改善带钢头尾与带钢中部冷却过程均匀性的差异，很多时候会采用一种“热头热尾”的冷却工艺，即带钢头部和尾部指定区间其目标卷取温度与带钢中部不一样。通常情况下头部和尾部目标卷取温度比中部略高，目标温度曲线类似字母U，因此也将该冷却工艺称为“U型冷却”。
U型冷却一般可以用5个关键参数来描述其工艺要求：头部高温区长度Lhead、头部高温区目标温度Thead、中部目标温度Tmid、尾部高温区长度Ltail、尾部高温区目标温度Ttail，其关系如图1所示。通过这5个参数可以将U型冷却工艺通俗地描述为：带钢前Lhead(米)按目标Thead(℃)控制其温度，带钢最后Ltail(米)按目标Ttail(℃)控制其温度，其余部分(带钢中部)按目标Tmid(℃)控制其温度。
如图1所示，准确地确定带钢某一位置对应的目标卷取温度对控制结果来说非常重要。确定带钢上任一位置的目标温度的方法可以通过分段公式(1)来计算：
Figure GDA0002549897460000011
式中：
X为带钢上某一具体位置离带钢头部的距离，单位米；
Ltotal为带钢总长度，单位为米；
Lhead、Thead、Tmid、Ltail、Ttail与上文含义相同。
从上式(1)可以看出，什么位置开始结束中部控制区域(对应Tmid)进入尾部控制区域(Ttail)与Ltotal关系非常密切，当Ltotal-x<＝Ltail时，即进入尾部控制区。若Ltotal不准确，就可能会错误地确定某一位置x处的目标温度。
但问题的难点在于，带钢的实际总长度Ltotal在带钢轧制完毕之前无法准确预知，这就导致无法对未轧带钢长度进行准确推算，也就无法准确确定带钢进入尾部控制区的起始位置。目前一般根据“生产过程中带钢体积不变”的原理，采用带钢生产所对应板坯的几何尺寸及成品目标宽度、目标厚度按公式(2)来估算Ltotal：
Figure GDA0002549897460000021
式中：
bar_thick为板坯厚度，单位毫米；
bar_len为板坯长度，单位米；
bar_width为板坯宽度，单位毫米；
target_thick为带钢成品目标厚度，单位毫米；
target_width为带钢成品目标宽度，单位毫米。
但是由于板坯形状并不完全规则，或者板坯信息与实际情况有一定偏差，都会导致按公式(2)计算的Ltotal值与实际值差异较大。当Ltotal计算值比最终实际值大得多时，就很容易导致根本未来得及将尾部目标温度抬高，带钢已经轧制结束；当Ltotal计算值比最终实际值小得多时，就很容易导致尾部目标温度抬高距离过长。这两种情况都不符合冷却工艺对尾部长度控制要求。
此外，由于不同的带钢其实际长度往往不同，即使采用相同的U型冷却工艺要求，其带钢尾部进入目标温度抬高区域的绝对距离也会有较大差异，会在某一区域出现因为带钢长度差异而使得相同的物理位置在不同的带钢中处于不同的冷却状态，造成该区段控制过程波动较大，很容易出现温度控制不符合工艺要求的情况，如图2所示。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法，缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差，同时通过优化模型自学习方法，消除相同U型冷却工艺情况下，不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来的干扰，提升U型冷却带钢尾部控制过程的工艺符合性。
一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法，包括以下步骤：
A.缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差，包括：
A1.接收精轧轧机信号，判断精轧第一机架是否发生抛钢，如果是，则进入下一步；否则继续接收精轧轧机信号并进行这一判断；
A2.获取精轧第一机架抛钢时层流冷却带钢位置的跟踪信号，并获得已经离开精轧区域进入层冷区域的带钢长度len_in_ctc；
A3.根据精轧各机架内未轧制完毕的带钢的厚度、长度，计算出精轧机架内未轧制完毕的带钢可轧制成的成品长度len_in_fm；
A4.计算出带钢理论长度Ltotal；
B.消除不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来干扰，包括：
B1.将带钢在逻辑上从前到后分割为若干固定长度的段，每段的长度定义为段长，带钢每往前运动一个段长的距离，通过模型对冷却水量进行一次修正计算；
B2.采用两个单独的遗传系数序列来修正头、中部与尾部的段所处的两种不同的冷却过程的差异，其中一个遗传系数序列为uHeadAndBodyCoeff[]对应头部与中部带钢部分，另一个遗传系数序列为uTailCoeff[]则单独对应尾部带钢部分，且每段对应一个遗传系数。
在步骤A3中，所述的len_in_fm的计算公式为
Figure GDA0002549897460000031
式中，
len_in_fm为精轧机架内未轧制完毕的带钢折算为成品长度，单位为米；
N为精轧机架数；
Hi为F(i+1)机架前带钢未轧厚度，为精轧负荷分配计算结果；
Li为F(i+1)机架前带钢未轧长度，是相邻机架间物理距离；
target_thick为带钢成品目标厚度。
在步骤A4中，所述的Ltotal的计算公式为：
Ltotal＝len_in_fm+len_in_ctc+σ
式中，σ则为根据日常统计结果添加的系统偏差量修正值。
在步骤B2中，确定带钢位置x对应的遗传系数coeff的步骤为：
B21.根据层流冷却带钢位置跟踪信号，获得带钢当前位置与带钢部头部的距离，记为x；
B22.计算x位置对应着第几个段:
Figure GDA0002549897460000041
K取整数；
B23.判断是否已经进入尾部控制区域：
若x>＝带钢总长度-尾部长度，则进入尾部控制区域；
否则还在头部或中部控制区域；
B24.若已经进入尾部控制区域，遗传系数coeff(x)取值计算为：
Figure GDA0002549897460000042
若还没有进入尾部控制区域，遗传系数coeff(x)取值计算为：
coeff(x)＝uHeadAndBodyCoeff[K]。
采用本发明的技术方案，可大幅度提升U型冷却带钢尾部控制过程的工艺符合性，减少因为工艺过程不符合引起的生产废次降率，具体体现在：
1、带钢长度计算值精度大幅提升，带钢U型尾部长度控制更为准确，长度误差可以由以前的30～60米降低到10米以内，原来经常出现的尾部U型过短或者过长的情况基本杜绝；
2、由于不同带钢长度差异而引起的中、尾部区域冷却过程交叉干扰问题得到有效避免。
本方法在所有热轧产线的卷取温度U型冷却控制过程中都可以使用，能为企业创造实在的经济效益，具有极强的推广价值。
附图说明
在本发明中，相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为本发明的U型冷却工艺关键参数的原理图；
图2为本发明的相同U型冷却工艺但长度不同带钢的实际控制差异的原理图；
图3为本发明的缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差的方法流程图；
图4为本发明的消除不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来干扰的方法流程图；
图5为本发明的实施例1的温度曲线控制图；
图6为本发明的实施例2的温度曲线控制图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明的一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法，主要包括两大内容：
A、缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差
为减小带钢理论长度Ltotal计算值与实际长度值之间的差异，本发明中采用了更为可靠的计算方法。其基本原理是：在带钢尾部离开精轧第一机架(F1)的时刻，将精轧机架内未轧制完毕的带钢折算为成品长度，与该时刻已经离开精轧区域进入层冷区域的带钢长度相加，就是Ltotal的理论计算值。这一计算方法与板坯形状是否规则、板坯信息与实际情况有多大偏差都没有关系，其具体步骤如图3所示，包括：
A1.接收精轧轧机信号，判断精轧第一机架(F1)是不是从“有带钢”转为“无带钢”状态，即是否刚刚发生了“抛钢”事件。如果是，则进入下一步；否则继续接收精轧轧机信号并进行这一判断；
A2.获取F1抛钢时刻层流冷却带钢位置跟踪信号，得到已经离开精轧区域进入层冷区域的带钢长度，记为len_in_ctc；
A3.根据精轧各机架内未轧制完毕的带钢的厚度、长度，计算出精轧机架内未轧制完毕的带钢可轧制成的成品长度，记为len_in_fm；其计算公式为：
Figure GDA0002549897460000061
其中：len_in_fm为精轧机架内未轧制完毕的带钢折算为成品长度，单位为米；
N为精轧机架数；
Hi为F(i+1)机架前带钢未轧厚度，为精轧负荷分配计算结果；
Li为F(i+1)机架前带钢未轧长度，是相邻机架间物理距离；
target_thick为带钢成品目标厚度；
A4.计算出带钢理论长度Ltotal：
Ltotal＝len_in_fm+len_in_ctc+σ
其中len_in_ctc由步骤A2得到，len_in_fm由步骤A3得到，而σ则为根据日常统计结果添加的系统偏差量修正值。
B、消除不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来干扰
造成干扰的原因是不同的带钢其长度极有可能不同，此时即使U型冷却工艺完全相同，依然会导致部分区域在上一带钢中可能属于中部控制区域，而在下一较短的带钢中就属于尾部控制区域；或者相反，部分区域在上一带钢中可能属于尾部控制区域，而在下一较长的带钢中则属于中部控制区域。
为消除这一影响，引入了“定长控制+两个遗传系数序列”的控制方式。具体步骤如图4所示：
B1.定长控制模式：将带钢在逻辑上从前到后分割为若干固定长度的小片(称为“段”)进行控制，每个固定小片的长度称为“段长”(记为segmentLength)，带钢每往前运动一个段长的距离，模型就对冷却水量进行一次修正计算；
B2.采用两个单独的遗传系数序列来修正头、中部与尾部的“段”所处的两种不同的冷却过程的差异，其中一个遗传系数序列uHeadAndBodyCoeff[]对应头部与中部带钢部分，另一个遗传系数序列uTailCoeff[]则单独对应尾部带钢部分，且每一段对应一个遗传系数；
而确定带钢位置x对应的遗传系数coeff的步骤为：
B21.根据层流冷却带钢位置跟踪信号，获得带钢当前位置与带钢部头部的距离，记为x；
B22.计算x位置对应着第几个“段”:
Figure GDA0002549897460000071
表示取x/segmentLength的商的整数部分；
B23.判断是否已经进入尾部控制区域：
若x>＝带钢总长度-尾部长度，则进入尾部控制区域；
否则还在头部或中部控制区域。
B24.若已经进入尾部控制区域，遗传系数coeff(x)取值方法为：
Figure GDA0002549897460000072
若还没有进入尾部控制区域，遗传系数coeff(x)取值方法为：
coeff(x)＝uHeadAndBodyCoeff[K]
结合上述式(1)，这样就实现了当带钢进入处于头部和中部控制区域时，采用头中部遗传系数序列进行控制；而当带钢进入尾部控制区域时，切换到单独存放的尾部遗传系数序列上来。模型自学习时，也按这个方式进行，避免长度变化带来的中、尾部切换位置变化引起的遗传系数混淆问题。
实施例1：实际带钢长度远小于第一次计算值的情况
板坯长度10.84m
板坯宽度1070mm
板坯厚度230mm
目标成品宽度900mm
目标成品厚度3.52mm
冷却工艺：U型
头部长度80米，目标温度720℃
中间目标温度680℃
尾部长度80米，目标温度730℃
段长5.6m
生产时间：2018/03/19 05:31:08
根据
Figure GDA0002549897460000081
可以计算出带钢的初始理论长度为：
Ltotal初始＝230*10.84*1070/(900*3.52)＝842m
而根据
Figure GDA0002549897460000082
得出的带钢长度为：
Ltotal重新计算＝802m
带钢某一位置x处遗传系数取值为：
Figure GDA0002549897460000083
成卷后该带钢实际长度为800m，其实际温度曲线如图5：
图中可以看出，若按最初计算长度842m进行控制，带钢将在842-80＝762m位置处开始进入尾部控制模式，其实际尾部温度抬高长度将只有800-762＝38m，远远小于80m的工艺指定要求。
而按本发明计算出的带钢长度为802m，带钢将在802-80＝722m位置处开始进入尾部控制模式，其实际尾部温度抬高长度为800-722＝78m，与80m的工艺指定要求仅仅相差2m。而且尾部温度曲线稳定上行，无震荡，符合工艺要求。
实施例2：实际带钢长度远大于第一次计算值的情况
板坯长度8.4m
板坯宽度1342mm
板坯厚度230mm
目标成品宽度1270mm
目标成品厚度3.23mm
冷却工艺：U型
头部长度80米，目标温度740℃
中间目标温度700℃
尾部长度80米，目标温度750℃
段长5.6m
生产时间：2018/03/18 11:11:33
根据
Figure GDA0002549897460000091
可以计算出带钢的初始理论长度为：
Ltotal初始＝230*8.4*1342/(1270*3.23)＝632m
而根据
Figure GDA0002549897460000092
得出的带钢长度为：
Ltotal重新计算＝682m
带钢某一位置x处遗传系数取值为：
Figure GDA0002549897460000093
成卷后该带钢实际长度为675m，其实际温度曲线如图6：
图中可以看出，若按最初计算长度632m进行控制，带钢将在632-80＝552m位置处开始进入尾部控制模式，其实际尾部温度抬高长度将长达675-552＝123m，远远大于80m的工艺指定要求。
而按本发明计算出的带钢长度为682m，带钢将在682-80＝602m位置处开始进入尾部控制模式，其实际尾部温度抬高长度为675-602＝73m，与80m的工艺指定要求相差7m。而且尾部温度曲线稳定上行，无震荡，符合工艺要求。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的说明书仅是本发明众多实施例中的一种或几种实施方式，而并非用对本发明的限定。任何对于以上所述实施例的均等变化、变型以及等同替代等技术方案，只要符合本发明的实质精神范围，都将落在本发明的权利要求书所保护的范围内。

Claims (4)

1.一种U型冷却带钢尾部温度控制的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.缩小带钢长度计算问题带来的尾部定位误差，包括：
A1.接收精轧轧机信号，判断精轧第一机架是否发生抛钢，如果是，则进入下一步；否则继续接收精轧轧机信号并进行这一判断；
A2.获取精轧第一机架抛钢时层流冷却带钢位置的跟踪信号，并获得已经离开精轧区域进入层冷区域的带钢长度len_in_ctc；
A3.根据精轧各机架内未轧制完毕的带钢的厚度、长度，计算出精轧机架内未轧制完毕的带钢可轧制成的成品长度len_in_fm；
A4.计算出带钢理论长度Ltotal；
B.消除不同带钢因为长度差异对尾部温度控制带来干扰，包括：
B1.将带钢在逻辑上从前到后分割为若干固定长度的段，每段的长度定义为段长，带钢每往前运动一个段长的距离，通过模型对冷却水量进行一次修正计算；
B2.采用两个单独的遗传系数序列来修正头、中部与尾部的段所处的两种不同的冷却过程的差异，其中一个遗传系数序列为uHeadAndBodyCoeff[]对应头部与中部带钢部分，另一个遗传系数序列为uTailCoeff[]则单独对应尾部带钢部分，且每段对应一个遗传系数。
2.如权利要求1中的U型冷却带钢尾部温度控制的方法，其特征在于：在步骤A3中，所述的len_in_fm的计算公式为
Figure FDA0002549897450000011
式中，
len_in_fm为精轧机架内未轧制完毕的带钢折算为成品长度，单位为米；
N为精轧机架数；
Hi为F(i+1)机架前带钢未轧厚度，为精轧负荷分配计算结果；
Li为F(i+1)机架前带钢未轧长度，是相邻机架间物理距离；
target_thick为带钢成品目标厚度。
3.如权利要求2中的U型冷却带钢尾部温度控制的方法，其特征在于：在步骤A4中，所述的Ltotal的计算公式为：
Ltotal＝len_in_fm+len_in_ctc+σ
式中，σ则为根据日常统计结果添加的系统偏差量修正值。
4.如权利要求1中的U型冷却带钢尾部温度控制的方法，其特征在于：在步骤B2中，确定带钢位置x对应的遗传系数coeff的步骤为：
B21.根据层流冷却带钢位置跟踪信号，获得带钢当前位置与带钢部头部的距离，记为x；
B22.计算x位置对应着第几个段:
Figure FDA0002549897450000021
K取整数；
B23.判断是否已经进入尾部控制区域：
若x>＝带钢总长度-尾部长度，则进入尾部控制区域；
否则还在头部或中部控制区域；
B24.若已经进入尾部控制区域，遗传系数coeff(x)取值计算为：
Figure FDA0002549897450000022
若还没有进入尾部控制区域，遗传系数coeff(x)取值计算为：
coeff(x)＝uHeadAndBodyCoeff[K]，
其中，segmentLength为段长度，Ltail为尾部长度。
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