CN110653270B - 一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法 - Google Patents

Abstract

一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法，涉及钢板加工领域。该控制方法，采用半自动冷却控制模式及人工干预相结合的模式，对中厚钢板层进行冷却，利用设头部流量、尾部流量和板身流量对中厚钢板进行冷却，保证良好的温差变化及最佳的冷却效果；冷却模型与人工干预有机结合，优势互补，冷却模式丰富，可选择空间大，满足操作、工艺不同要求，其具有操作简单、便捷，控制迅速、适用范围广的优点。

Description

一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法

技术领域

本发明涉及钢板加工领域，特别涉及一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法。

背景技术

在冶金行业中，层流冷却是热轧生产线中十分重要的冷却方式，集管中的水从水箱通过集管的作用形成一无旋和无脉动的流股，从一定高度降落到带钢表面上，并平稳地向四周流去，扩大了冷却水同板材的有效接触，提高了冷却均匀性和冷却效率，能够有效提升热轧钢板的力学性能与金相组织结构。

现有厚板生产线原层流冷却系统控制应用范围窄，自动冷却模型控制数据范围有限，较适用于常规范围内的钢板冷却，对于一些特殊要求或高性能钢板，模型计算数据无法达到预期效果，如果在钢板厚度、强度、温降范围超出其适用范围后，在控制时序、反馈、控制动作反应等方面出现较大偏差，致使最终控制结果不良，钢板纵横向温差、上下表面温差大，且冷却速度低，冷后板形和性能均一性均难以达到产品制造要求；如果采用手动冷却操作繁琐，所需时间较长，影响轧制节奏，因此热轧钢板的层流冷却一直是制约钢铁企业开发新材质、新品种的一个普遍问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法，通过人工与自动控制相结合的方法，解决了层流冷却系统控制应用范围窄、冷却效果差的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法，包括若钢板在自动冷却模型设定的数值范围内，则采用自动冷却模式控制使钢板达到冷却目标温度的步骤；其技术要点是，还包括在钢板无法满足自动冷却模型设定的数值范围时，采用半自动冷却模式使钢板达到冷却目标温度的步骤。

上述方案中，所述的钢板冷却无法满足自动冷却模型设定的数值范围，包括两种情况，一种是无法通过自学习算法修正目标温度从而满足自动冷却模型设定的数值范围的情况，另一种是新品种钢板完全无法适应自动冷却模型设定的数值范围的情况。

上述方案中，采用半自动冷却模式使钢板达到冷却目标温度的步骤，具体包括，

步骤1，设定头部流量系数、头部遮蔽位置、尾部流量系数、尾部遮蔽位置和板身流量系数的步骤；具体包括：

若钢板头部位置大于集管设定位置，则集管流量设置值为：板身流量与头部流量系数的乘积；

若钢板头部位置大于集管设定位置与头部遮蔽位置的和，则集管流量设定值为板身流量；

若钢板尾部位置大于集管设定位置与尾部遮蔽位置的差，则集管流量设定值为板身流量与尾部流量系数的乘积；

若钢板尾部位置大于集管设定位置，则关闭集管，停止出水；

步骤2，钢板头部进入集管范围后，集管开始按照集管流量设定值出水，对中厚钢板进行冷却处理；

步骤3，经过步骤2的冷却处理以后，对钢板冷却后头尾温度、板身温度与设定温度进行比较，若头尾温度低，则采用减小头尾流量或增加头尾遮蔽距离的方法，反之若头尾温度高采用增加头尾流量或减少头尾遮蔽数值的方法；若板身温度高，则采用增加板身流量或者减小冷却速度的方法，反之若板身温度低则减少板身流量或者增加冷却速度的方法。记录上述修改值；

步骤4，调整步骤1的设定值，重新执行步骤2-步骤4，直到钢板温度分布均匀后停止。

本发明的有益效果是：该热轧中厚钢板层流半自动控制方法，采用半自动冷却控制模式及人工干预相结合的模式，对中厚钢板层进行冷却，利用设头部流量、尾部流量和板身流量对中厚钢板进行冷却，保证良好的温差变化及最佳的冷却效果；冷却模型与人工干预有机结合，优势互补，冷却模式丰富，可选择空间大，满足操作、工艺不同要求，其具有操作简单、便捷，控制迅速、适用范围广的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中半自动冷却模式使钢板达到冷却目标温度的流程图；

图2为本发明实施例中钢板宽度方向温度测量采样结果示意图；

图3为本发明实施例中投入头尾遮蔽和未投入头尾遮蔽的冷却结果对照图。

具体实施方式

使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图1～图3和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例采用的一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法，包括若钢板在自动冷却模型设定的数值范围内，则采用自动冷却模式控制使钢板达到冷却目标温度的步骤；

还包括在钢板无法满足自动冷却模型设定的数值范围时，采用半自动冷却模式使钢板达到冷却目标温度的步骤。这是因为钢板头尾厚度、温度、性能与板身存在差异，为了保证良好的冷却效果，本实施例采用头部流量、板身流量、尾部流量三种设定流量配合冷却的方式取代现有技术中仅采用一种流量进行冷却的方法，本实施例的方法根据钢板传输速度对钢板位置跟踪，根据头尾遮蔽设定位置以及相应集管设定的固定位置判断钢板与水冷集管相对位置选择不同的流量设定值对钢板的不同位置进行冷却。

本实施例采用的半自动冷却模式使钢板达到冷却目标温度的步骤，如图1所示，具体包括，

步骤1，设定头部流量系数、头部遮蔽位置、尾部流量系数、尾部遮蔽位置和板身流量系数的步骤。

例如，以第一组集管为例，第一组集管设定位置为76.73m，假定头部流量系数(HedRef)＝0.4，头部遮蔽位置(HedLth)＝0.5m，尾部流量系数(TailRef)＝0.4，尾部遮蔽位置(TailLth)＝0.5m，板身流量(BodRef)＝500L/㎡*min。则头部设定流量＝板身流量*头部流量系数＝500*0.4＝200L/㎡*min；尾部设定流量＝板身流量*尾部流量系数＝500*0.4＝200L/㎡*min。则：

(1)若钢板头部位置大于集管设定位置76.73m，集管开始出水，设定集管流量＝板身流量(BodRef)*头部流量系数(HedRef)＝500*0.4＝200L/㎡*min；

(2)若钢板头部位置大于集管设定位置+头部遮蔽位置(HedLth)＝76.73m+0.5m＝77.13m时，集管设定流量改变，设定流量＝板身流量(BodRef)＝500L/㎡*min；

(3)若钢板尾部位置大于集管设定位置-尾部遮蔽位置(TailLth)＝76.73m-0.5m＝76.23m时，集管设定流量改变，设定流量＝板身流量(BodRef)*尾部流量系数(TailRef)＝500*0.4＝200L/㎡*min；

(4)若钢板尾部位置大于集管设定位置76.73m时，集管设定流量＝0，集管关闭，停止出水。

步骤2，钢板头部进入集管范围后，集管开始按照集管流量设定值出水，对中厚钢板进行冷却处理；

步骤3，经过步骤2的冷却处理以后，对钢板冷却后头尾温度、板身温度与设定温度进行比较，若头尾温度低，则采用减小头尾流量或增加头尾遮蔽距离的方法，反之若头尾温度高采用增加头尾流量或减少头尾遮蔽数值的方法；若板身温度高，则采用增加板身流量或者减小冷却速度的方法，反之若板身温度低则减少板身流量或者增加冷却速度的方法。

例如，层流冷却系统在上集管设置有四组边部遮挡装置，目的是保证整个钢板宽度方向上的温度的均匀性，防止钢板边部过度冷却，影响钢板的性能和板型。以冷却温度660℃为例，在同一规格2块钢板其他冷却参数不变的基础上，一块钢板投入边部遮蔽，另一块钢板未投入边部遮蔽功能，对冷却后钢板宽度方向上进行温度测量采样，并绘制成下表，根据测量结果，可以清晰的看到，两块钢板冷却后的温度差别明显，投入边部遮蔽功能后，钢板宽度方向上的温度均匀性比较理想，而未投入边部遮蔽的钢板冷却后，边部温度明细低于中间温度，冷却后的钢板边浪也较严重。如图2所示。

边部遮挡位置设定主要是根据钢板宽度、遮挡需要位置大小判断边部遮挡的距离，两侧边部遮挡之间距离固定，(距离—钢板宽度+需要遮蔽位置)÷2，所得数值即为钢板边部遮挡设定数值。根据冷却后钢板边部温度与中间温度比较，如果边部温度高，则应适当减小边部遮挡数值，反之则增加遮挡位置。

以上所列头尾遮蔽及头尾流量、边部遮挡位置、冷却速度参数设定均需根据日常经验积累及冷却后温度、板型结果调整参数，形成一个完整的闭环控制结构，并逐渐积累完善，形成一套完整的控制模式及控制理论经验，数据积累阶段对于操作人员的要求较高，需要具有一定的理论基础和实践经验，形成体系后则可以建立数据档案，无需再次摸索，只需要根据细节微调参数。为了减轻操作人员的负担，避免繁琐的参数输入，增加相应参数保存、下载、读取的功能，便于操作人员及时便捷切换模式、修改参数。

步骤4，调整步骤1的设定值，重新执行步骤2-步骤4，直到钢板温度分布均匀后停止。通过以上设定，可以在钢板头部、尾部、板身投入不同的流量设定，保证钢板冷却后钢板长度方向上温度均匀，减小温差变化，保证钢板的性能，并减少钢板瓢曲的产生几率和瓢曲程度，以实现良好的板型。

实施例2：

对品种钢为厚规格36级别船板(如A级、D级、E级)采用上述的热轧中厚钢板层流半自动控制方法进行冷却的结果如下：

具体设定参数与钢板厚度之间的关系如下表所示：

①钢板厚度临界值按照厚度数值小的范围设定；

②头尾遮蔽位置及头尾流量跟环境、设备情况、钢板长度均有一定关系，无法明确设定参数，通常根据当日实际水冷情况适当设定，并根据水冷后钢板状况进行调整。

半自动冷却功能及自动模式人工干预功能投入后，操作工使用效果良好，极大的增强了水冷模式的多样性，可以根据工艺要求使用不同的操作模式对钢板进行冷却：

①常规钢板使用自动模式，根据模型计算数值进行冷却；

②如果模型设定数值有一定的偏差，且自学习功能无法及时修正，则可以在自动模式下进行人工干预，根据设定温度与实际温度比较，细微调整冷却速率、头尾遮蔽位置、头尾流量参数，以达到目标温度；

③如果是新品种钢板、高性能钢板或目标温度较低，模型设定数值无法达到预期效果的情况下，则可以使用半自动冷却，根据经验积累以及参考相似钢种冷却的参数进行人工设定冷却。

多种控制模式的可选择性与人工干预的投入，避免了新钢种或者高品级钢水冷性能不佳，冷却效果无法保证、功能单一的缺点，提升了钢板终冷温度命中率，有效降低了钢板温差变化范围，保证钢板冷却性能，有利于后续新钢种的研发顺利进行以及大规模生产。

钢板号201801290305和306终冷目标温度500℃(钢板信息如下表)，由于终冷温度较低，在半自动投入前，自动冷却模型计算数值不理想，冷却后温差大，无法达到预期的冷却温度和钢板性能，钢板瓢曲较严重，因此投入半自动模式。

钢板号	订单钢种/订单材质	轧件厚*宽*长	终冷目标温度
				201801290305	Q690D/CA3081B	25*2620*2348	500
201801290306	Q690D/CA3081B	25*2620*2348	500

两块钢板设定参数中冷却速度相同，板身流量相同，采用相同的冷却数组，其中钢板201801290305未投入头尾遮蔽，头尾流量与板身流量相同，钢板201801290306投入头尾遮蔽功能，头尾遮蔽位置均为0.5m，头部流量、尾部流量、板身流量分段设定，头部流量系数(HedRef)＝0.7，尾部流量系数(TailRef)为＝0.5，冷却后对两块钢板长度方向上温度进行测量，并绘制曲线，如图3所示。

从上表数据中可以看到，投入头尾遮蔽，头尾分段设定流量冷却后效果明显，温度变化较小，钢板温度分布均匀。冷却后钢板201801290305头尾温度较低，头尾温度与板身温度温差超过60℃，黑头现象严重且出现头部横瓢现象，矫直后无明显改善，钢板201801290306投入头尾遮蔽后温度变化较小，最大温差17℃，钢板头部未出现横瓢，整个板身基本平直无明显波浪。

对钢板号201802280105和306终采用自动模式冷却，终冷目标温度590℃，数据如下：

钢板号	订单钢种/订单材质代码	轧件厚*宽*	终冷目标温度
				20180228010	Q460C	30*2460*273	590℃
20180228010	Q460C	30*2460*273	590℃

钢板201802280105模型冷却参数如下表所示

上集管流量	396.09L/㎡*min	冷却速度	1.24m/s
				下集管流量	854.57L/㎡*min
上表头部流量	178.24L/㎡*min	上表尾部流	308.95L/㎡
				下表头部流量	658.02L/㎡*min	下表尾部流	769.11L/㎡
上表头部遮蔽	1.47m	上表尾部遮	1.0m
				下表头部遮蔽	1.47m	下表尾部遮	1.0m

钢板201802280105自动冷却后终冷温度为625℃，高于目标温度35℃，因此同规格型号钢板201802280106冷却时操作人员在自动模式的基础上进行人工干预，将冷却速率下调至1.04m/s，终冷温度为595℃，与目标温度只差5℃，冷却后板型良好，无瓢曲弯曲现象，性能符合要求，冷却效果良好。

所述的钢板冷却无法满足自动冷却模型设定的数值范围，包括两种情况，一种是无法通过自学习算法修正目标温度从而满足自动冷却模型设定的数值范围的情况，另一种是新品种钢板完全无法适应自动冷却模型设定的数值范围的情况。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种热轧中厚钢板层流半自动控制方法，包括若钢板在自动冷却模型设定的数值范围内，则采用自动冷却模式控制使钢板达到冷却目标温度的步骤；其特征在于，还包括在钢板无法满足自动冷却模型设定的数值范围时，采用半自动冷却模式使钢板达到冷却目标温度的步骤，具体包括，

步骤1，设定头部流量系数、头部遮蔽位置、尾部流量系数、尾部遮蔽位置和板身流量系数的步骤；具体包括：

若钢板头部位置大于集管设定位置，则集管流量设置值为：板身流量与头部流量系数的乘积；

若钢板头部位置大于集管设定位置与头部遮蔽位置的和，则集管流量设定值为板身流量；

若钢板尾部位置大于集管设定位置与尾部遮蔽位置的差，则集管流量设定值为板身流量与尾部流量系数的乘积；

若钢板尾部位置大于集管设定位置，则关闭集管，停止出水；

步骤2，钢板头部进入集管范围后，集管开始按照集管流量设定值出水，对中厚钢板进行冷却处理；

步骤3，经过步骤2的冷却处理以后，对钢板冷却后头尾温度、板身温度与设定温度进行比较，若头尾温度低，则采用减小头尾流量或增加头尾遮蔽距离的方法，反之若头尾温度高采用增加头尾流量或减少头尾遮蔽数值的方法；若板身温度高，则采用增加板身流量或者减小冷却速度的方法，反之若板身温度低则减少板身流量或者增加冷却速度的方法；记录上述修改值；

步骤4，调整步骤1的设定值，重新执行步骤2-步骤4，直到钢板温度分布均匀后停止。

2.如权利要求1所述的热轧中厚钢板层流半自动控制方法，其特征在于，所述的钢板冷却无法满足自动冷却模型设定的数值范围，包括两种情况，一种是无法通过自学习算法修正目标温度从而满足自动冷却模型设定的数值范围的情况，另一种是新品种钢板完全无法适应自动冷却模型设定的数值范围的情况。

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