CN112296102A - 无取向硅钢板坯低温加热的控制方法及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，包括：确定板坯的加热制度：确定板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低板坯的目标在炉时间并控制板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；在板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据板坯的宽度，对应增加板坯的装钢间隙；在板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据分段炉气温度和分段设定温度，对板坯的加热过程进行协同控制；控制板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内；上述方法同时实现了降低板坯加热温度、加热时间和提高板坯温度均匀性的目的，满足了生产成本降低和日益严格的环保要求。

Description

无取向硅钢板坯低温加热的控制方法及控制装置

技术领域

本申请涉及无取向硅钢热轧技术领域，尤其涉及无取向硅钢板坯低温加热的控制方法及控制装置。

背景技术

板坯低温加热技术以其节能、环保及降低成本等特点在现代钢铁工业中得到越来越广泛的应用。板坯加热是热轧带钢生产过程的重要环节，板还加热温度直接影响轧制的稳定性和成品质量。在日益追求节能与环保的现代工业生产中，如何实现低温加热，在无取向电工钢板的工业化生产中越来越得到重视。

对于无取向电工钢的板坯，在热轧加热时采用较低的加热温度，可以有效防止钢中MnS和AlN等析出物固溶，因为这些析出物固溶后在热轧轧制过程中由于固溶度随钢板温度降低而下降，又以细小弥散状析出而阻碍退火时晶粒长大，导致铁损指标上升。但实际生产表明，低温加热会导致板坯加热均匀性变差，而板坯加热温度存在“遗传性”，板坯加热时温度均匀性差会直接影响粗轧和精轧轧制过程中的温度(如粗轧终轧温度、精轧终轧温度等)、板型(如厚度、锲形等)控制指标的稳定性，从而影响到最终成品的质量。因此，如何保证低温加热工艺下板坯温度均匀性，对实现无取向硅钢低温加热、稳定轧制具有重要的意义。

发明内容

本发明提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法及控制装置，以解决或者部分解决无取向硅钢的板坯采用低温加热会导致温度均匀性控制较差的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，包括：

确定板坯的加热制度，包括：

确定板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低板坯的目标在炉时间并控制板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；

在板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据板坯的宽度，对应增加板坯的装钢间隙；

在板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据分段炉气温度和分段设定温度，对板坯的加热过程进行协同控制；控制板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内。

可选的，控制轧制单元间留空位，具体包括：

控制加热炉内两块板坯之间的空位距离为3～4米。

可选的，根据板坯的宽度，对应增加板坯的装钢间隙，具体包括：

当板坯的宽度≥1200mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为45～55mm；

当板坯的宽度在1100～<1200mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为90～110mm；

当板坯的宽度在1000～<1100mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为190～210mm；

当板坯的宽度<1100mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为290～310mm。

可选的，提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度，具体包括：

控制预热段设定温度为890～970℃，一加热段设定温度为1070～1180℃。

进一步的，在提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度后，还包括：

降低二加热段设定温度；二加热段设定温度为1130～1200℃。

基于上述实施例相同的发明构思，本发明还提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制装置，包括：

加热制度确定模块，用于确定板坯的加热制度，包括：

确定板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低板坯的目标在炉时间并控制板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；

装炉控制模块，用于在板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据板坯的宽度，对应增加板坯的装钢间隙；

加热控制模块，用于在板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据分段炉气温度和分段设定温度，对板坯的加热过程进行协同控制；板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，通过降低板坯的目标出炉温度、目标在炉时间达到低温出钢的目的，同时为了解决低温出钢随之产生的板坯加热温度均匀性的问题，通过分段炉气温度和分段设定温度的协同控制，提高板坯厚度方向上的温度均匀性；通过轧制单元间留空位、根据板坯宽度增大装钢间隙，以提高板坯宽度方向上的温度均匀性，以使在炉时间降低；通过提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度、保证均热段加热时间在30min以上以及轧制单元之间留空位，以消除板坯“黑印”缺陷，提高板坯长度方向上的温度均匀性；通过上述手段的结合，同时实现了降低板坯加热温度、加热时间和提高板坯温度均匀性的目的，有利于提高无取向硅钢的成材率、表面质量的同时，降低加热段的能量消耗，满足了生产成本降低和日益严格的环保要求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的无取向硅钢板坯低温加热的控制方法流程图；

图2示出了根据本发明一个实施例的埋偶实验获得的“黑印”变化趋势图；

图3示出了根据本发明一个实施例的无取向硅钢板坯低温加热的控制装置示意图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

目前来说，无取向硅钢的板坯加热温度(或目标出炉温度)通常控制在1180℃上下；生产跟踪表明，当降低加热温度，如降低40℃以上，在保持原先的在炉时间的情况下，会导致板坯在横向(宽度方向)、轧向(长度方向)、法向(厚度方向)的温度偏差均显著增大。基于此，经过研究，在一个可选的实施例中，如图1所示，提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，包括：

S1：确定板坯的加热制度，包括：

确定板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低板坯的目标在炉时间并控制板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；

在确定无取向硅钢的加热温度时，首先降低加热温度，即目标出炉温度，按照1120±20℃进行控制；为了达到低温出钢节能、环保的效果，同时降低板坯氧化烧损率、减少表面氧化铁皮，以提高板坯表面质量的效果，同时还降低了板坯的目标在炉时间，原目标在炉时间通常按照120～240分钟进行控制，在本实施例中，可选的，降低目标在炉时间20分钟以上。

在降低了加热温度和在炉时间以后，为了保证板坯加热的均匀性，首先定量要求板坯在均热段的加热时间(均热段在炉时间)在30分钟以上；其次，在确定加热制度时，需要提高加热炉中低温段(预热段和一加热段)的加热负荷；接着，在确定了加热制度后，在板坯加热过程中还要按照如下的过程进行控制：

S2：在板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据板坯的宽度，对应增加板坯的装钢间隙；

轧制单元是一个生产计划中的全部无取向硅钢的板坯，轧制单元间留空位，是指板坯在装炉时，在横向方向上间隔布置板坯。可选的，控制加热炉内两块板坯之间的空位距离为3～4米。其具体控制措施为：在每一个轧制单元装炉完成后，先预留3-4m的空位，然后再组织下一轧制单元装炉。在轧线换辊期间，加热炉走空位。采取上述措施，可使每个轧制单元内的板坯减少在炉时间约20min。

装钢间隙是指加热炉中相邻板坯在轧向方向上的间隔距离，可选的，根据板坯宽度对应调整装钢间隙的具体方案如下：

当板坯的宽度≥1200mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为45～55mm；目标优选值按50mm控制；

当板坯的宽度在1100～<1200mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为90～110mm；目标优选值按100mm控制；

当板坯的宽度在1000～<1100mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为190～210mm；目标优选值按200mm控制；

当板坯的宽度<1100mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为290～310mm；目标优选值按300mm控制。

上述具体参数范围是根据大量生产数据分析确定的，若装钢间隙小于上述范围，则会导致板坯温度的宽度均匀性变差；若装钢间隙大于上述范围，则会导致加热炉装炉量小，板坯出炉量明显降低，影响板材轧制节奏的同时还增加了能量耗费。

S3：在板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据分段炉气温度和分段设定温度，对板坯的加热过程进行协同控制；控制板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内

具体的，通常的加热炉分为五段：热回收段、预热段、一加热段、二加热段、均热段。每个分段的分段设定温度是通过加热模型计算得到的。分段炉气温度是按照加热模型控制时采集的炉内实际温度。在本实施例中是根据分段设定温度中的段末计算温度与分段炉气温度，进行协同控制。具体的，当段末计算温度高于分段炉气温度时，提高加热炉中燃料(混合煤气)的喷入量；当分段炉气温度高于段末计算温度时，降低加热炉中燃料的喷入量，以使加热炉中的实际温度与加热模型的计算温度相耦合。

本实施例提供的技术方案，其改进原理具体如下：

影响板坯厚度方向(法向)上的温度均匀性的主要因素为加热制度，即板坯升温过程各加热段温度控制；通过分段炉气温度和分段设定温度的协同控制，可以提高板坯厚度方向上的温度均匀性；

板坯宽度方向(横向)上的温度均匀性受装钢间隙和轧制单元间留空位的影响；通过留空位和根据板坯宽度对应增加装钢间隙，能够使加热炉内的热量流动更加均匀，提高了板坯吸热的效率，以使板坯在炉时间降低的情况下还能提高板坯宽度方向上的均匀性，将均热段与二加热段的板坯横向温度梯度控制在30℃以内，通常在20～30℃的范围内；以实现板坯低温出钢后，在粗轧、精轧时缩小热轧板两侧温度与中部温度之间的偏差，保证宽度方向上的温度均匀性；结果表明，通过轧制单元间留空位和增加装钢间隙的手段，在保证了宽度方向上的温度均匀性的同时，还可以使轧制单元内的每块板坯减少20min以上的在炉时间；

板坯在长度方向(轧向)上的温度均匀性主要体现在加热“黑印”方面，研究表明，当板坯在长度方向上的温差超过30℃时，在温度监控系统中将出现“黑印”，不满足轧线的控制要求；出现“黑印”的原因在于，板坯在炉内加热过程中长时间与水梁垫块接触，受水梁的冷却作用造成接触部位产生局部温度低点，在轧制过程中该温度低点将显现出“黑印”缺陷；

为了解决“黑印”问题，对目标出炉温度按1120±20℃的无取向硅钢在加热过程中的“黑印”的变化规律进行了研究，通过板坯埋偶实验数据，如图2所示，加热过程中随着板坯在炉内运行，加热“黑印”温差逐渐增大。在一加热段入口处，下部温差达到最大的130.648℃，在一加热段中部，心部温差达到最大的96.916℃。随后，温差快速缩小。在二加热段末水梁交错布置后，水印点位置发生变化，温差持续缩小。在进入均热段后，下部温差在20min缩小至0℃，随后新的水印温差生成，心部温差在20min时缩小至10℃以内，40min时缩小至0℃。随着均热段时间继续延长，温差变化缓慢。

根据上述试验结果可知，为了解决板坯长度方向的黑印问题，可强化低温段加热负荷，即提高预热段和一加热段的设定温度，然后结合轧制单元之间留空位3～4米，再结合均热段加热时间在30min以上，可使板坯在加热前期快速升温，提前进入均热段，并延长均热段停留时间，避免板坯在加热前段的升温过程中长时间与水梁垫块接触。

可选的，提供了两种加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度的方案，具体为：控制预热段设定温度为890～970℃，优选范围为890～930℃，目标值为910℃；或优选范围为900～970℃，目标值为950℃；

一加热段设定温度为1070～1180℃，优选范围为1070～1120℃，目标值为1100℃，或优选范围为1130～1180℃，目标值为1160℃。

由于提高了前段加热负荷，需要对应降低加热后段的热负荷；因此进一步的，降低二加热段设定温度；二加热段设定温度为1130～1200℃，优选范围为1130～1180℃，目标值为1170℃；或1140～1200℃，目标温度为1140℃。

可选的，结合板坯埋偶实验及加热“黑印”变化规律研究，在采用低温加热时，需控制均热段的优选均热时间大于44min；而综合考虑温度均匀性与生产效率，再根据生产数据对比分析，确定均热段在炉时间应大于30min。

通过上述手段的结合，可使板坯的心部温度得到了有效提高；并且板坯在出钢后，粗轧轧制结束时中间坯两侧温度差控制在10℃以内，中部与边部温差控制在30℃以内；并且精轧后进行U型卷取，实现了板坯在整条热轧生产线上的良好的温度控制均匀性。

总的来说，本实施例提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，通过降低板坯的目标出炉温度、目标在炉时间达到低温出钢的目的，同时为了解决低温出钢随之产生的板坯加热温度均匀性的问题，通过分段炉气温度和分段设定温度的协同控制，提高板坯厚度方向上的温度均匀性；通过轧制单元间留空位、根据板坯宽度增大装钢间隙，以提高板坯宽度方向上的温度均匀性，以使在炉时间降低；通过提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度、保证均热段加热时间在30min以上以及轧制单元之间留空位，以消除板坯“黑印”缺陷，提高板坯长度方向上的温度均匀性；通过上述手段的结合，同时实现了降低板坯加热温度、加热时间和提高板坯温度均匀性的目的，有利于提高无取向硅钢的成材率、表面质量的同时，降低加热段的能量消耗，满足了生产成本降低和日益严格的环保要求。

在接下来的实施例中，以具体实施数据为例，对上述方案进行详细说明：

分别组织了两个实施例和一个对比例，其中，实施例1的预热段、一加热段采用较低的加热温度，二加热段采用较高的加热温度；实施例2的预热段、一加热段采用较高的加热温度，二加热段采用较低的加热温度。均热段采用相同的加热温度。

针对以上2套加热制度分别组织实验并对比板坯加热温度均匀性。

实施例1：

根据1120℃目标出炉温度的无取向硅钢，其确定的加热制度表1所示：

表1实施例1加热制度/℃

在加热时的实际控制参数如表2所示

表2实施例1加热参数控制

实施例2：

与实施例1的牌号相同的1120℃出钢的无取向硅钢，其确定的加热制度如表3所示：

表3实施例2加热制度/℃

在加热时的实际控制参数如表4所示

表4实施例2加热参数控制

对比例：

与实施例1、2的牌号相同，出钢温度为1180℃的无取向硅钢，其确定的加热制度如表5所示：

表5对比例加热制度/℃

在加热时的实际控制参数如表6所示

表6对比例加热参数控制

结果对比：

在加热过程中采集实施例1～2、对比例中的板坯温度数据，计算板坯在长度、厚度、宽度方向上的最大偏差，具体结果如表7：

表7实施例和对比例的板坯加热时的温度数据

从上述结果数据可以看出，在对比例的板坯出钢温度更高，理论上板坯温度均匀性应该更好的情况下，低温出钢的实施例1和实施例2的板坯温度差异，仍然小于对比例的温度差异；尤其对于实施例2，由于强化了低温段的加热负荷，即板坯入炉后高温快速加热，在进入二加热段后，采用相对较低的加热温度，降低了炉膛与板坯的辐射温压，从而降低了板坯表面的升温速率；再经过均热段的均热后，可获得更加均匀的断面温度。从而，实施例1、2与对比例相比，在采用了更低的出炉温度出钢后，还实现了板坯温度更加均匀的技术效果。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图3所示，还提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制装置，包括：

加热制度确定模块10，用于确定板坯的加热制度，包括：确定板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低板坯的目标在炉时间并控制板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；

装炉控制模块20，用于在板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据板坯的宽度，对应增加板坯的装钢间隙；

加热控制模块30，用于在板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据分段炉气温度和分段设定温度，对板坯的加热过程进行协同控制；控制板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，通过降低板坯的目标出炉温度、目标在炉时间达到低温出钢的目的，同时为了解决低温出钢随之产生的板坯加热温度均匀性的问题，通过分段炉气温度和分段设定温度的协同控制，提高板坯厚度方向上的温度均匀性；通过轧制单元间留空位、根据板坯宽度增大装钢间隙，以提高板坯宽度方向上的温度均匀性，以使在炉时间降低；通过提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度、保证均热段加热时间在30min以上以及轧制单元之间留空位，以消除板坯“黑印”缺陷，提高板坯长度方向上的温度均匀性；通过上述手段的结合，同时实现了降低板坯加热温度、加热时间和提高板坯温度均匀性的目的，有利于提高无取向硅钢的成材率、表面质量的同时，降低加热段的能量消耗，满足了生产成本降低和日益严格的环保要求。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作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进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请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。

Claims (6)

1.一种无取向硅钢板坯低温加热的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

确定所述板坯的加热制度，包括：

确定所述板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低所述板坯的目标在炉时间并控制所述板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；

在所述板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据所述板坯的宽度，对应增加所述板坯的装钢间隙；

在所述板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据所述分段炉气温度和所述分段设定温度，对所述板坯的加热过程进行协同控制；控制所述板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制轧制单元间留空位，具体包括：

控制加热炉内两块板坯之间的空位距离为3～4米。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述板坯的宽度，对应增加所述板坯的装钢间隙，具体包括：

当所述板坯的宽度≥1200mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为45～55mm；

当所述板坯的宽度在1100～<1200mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为90～110mm；

当所述板坯的宽度在1000～<1100mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为190～210mm；

当所述板坯的宽度<1100mm时，控制两块板坯之间的装钢间隙为290～310mm。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度，具体包括：

控制所述预热段设定温度为890～970℃，所述一加热段设定温度为1070～1180℃。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度后，还包括：

降低二加热段设定温度；所述二加热段设定温度为1130～1200℃。

6.一种无取向硅钢板坯低温加热的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：

加热制度确定模块，用于确定所述板坯的加热制度，包括：

确定所述板坯的目标出炉温度为1100～1140℃；降低所述板坯的目标在炉时间并控制所述板坯在均热段的加热时间≥30min；提高加热炉的预热段设定温度和一加热段设定温度；

装炉控制模块，用于在所述板坯装炉时，控制轧制单元间留空位，并根据所述板坯的宽度，对应增加所述板坯的装钢间隙；

加热控制模块，用于在所述板坯加热过程中，获取分段炉气温度，根据所述分段炉气温度和所述分段设定温度，对所述板坯的加热过程进行协同控制；所述板坯在加热炉的二加热段和均热段的横向温度梯度在30℃以内。

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