CN112872059B - 一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，主要解决厚度为6.0‑13.0mm热轧带钢两段式冷却过程中存在的中间温度、空冷时间控制精度低和第2段冷却效率低的技术问题。本发明一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，轧线上冷却设备位于精轧机后侧、卷取机前侧，包括第1冷却段、中间高温计、第2冷却段和精调冷却段共15组集管，包括：接收层流两段式冷却参数指令；计算带钢穿带速度；预计算层流两段式冷却水的开水阵列；确定层流两段式冷却第1段集管起始阀门位置；开启层流两段式冷却水；对层流第1冷却段的冷却水进行动态调整；调控层流冷却中间空冷时间；调控卷取温度。本发明方法降低了生产成本。

Description

一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法
技术领域
本发明涉及一种热连轧带钢层流冷却技术，特别涉及一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，具体地说，是通过配置在热连轧机组上的层流冷却设备对热连轧带钢进行两段式冷却的控制方法，属于钢铁冶金热轧技术领域。
背景技术
层流两段式冷却是指将冷却控制区分为前段和后段两个区域，精轧结束后带钢进入第1 段冷却区进行水冷，达到一定的层冷中间温度，然后空冷一段时间，再进入第2段冷却区进行水冷达到要求的目标卷取温度的一种复杂冷却工艺，即通过第1段水冷+空冷+第2段水冷，控制成品带钢获得所需要的组织、性能的热轧工艺。
目前，层流两段式冷却工艺已经用于热轧带钢的生产，并开发了双相钢、高扩孔钢等组织调控的热轧产品，产品厚度多集中在6.0mm以下。
对于厚度≥6.0mm的热轧带钢，由于层冷中间高温计安装位置固定，当厚规格轧制速度慢时，第2段冷却可能早早的在层冷中间高温计之前就开始冷却，导致卷取温度模型无法进行中间目标温度及空冷时间的精度控制，同时，由于厚规格带钢存在明显的“返红”现象，如果采用相同的中间目标温度控制，最终产品的性能可能存在差异，再次，厚规格带钢厚度较厚，冷却时需要较大的冷却速率，原冷却方式中精调冷却开水量较大，会自然导致层流第2段冷却的开水量减少，导致冷却速率较低。
以上几个问题，都是厚规格热轧带钢层流两段式冷却过程中需要解决的问题。
授权公告号为CN201357174Y的中国专利公开了一种层流分段冷却装置，包括若干组上喷层流管，每一组上喷层流管包括：一储水管，沿垂直带钢运行方向通过一对安装板固定在带钢上方；若干集管，均布于各储水管上；一进水管，连通储水管顶部中央，还包括：若干隔板，竖直设置在储水管底部，且与储水管顶部保持距离。本实用新型能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，减少带钢边部的温降，确保带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性；该实用新型技术主要介绍一种层流分段冷却装置。
申请公布号为CN106216412A的中国专利申请公开了一种利用炉卷机组层流分段冷却控制中厚板相变的方法，该方法包括如下步骤，步骤一：第1段层流水冷：将高强度钢板从Ar3温度以上进行第1段层流冷却，层流冷却速度为15℃/s-40℃/s，根据不同的性能要求，控制不同的辊道速度，开启层流集管0.5-2组，冷却后的温度范围为600℃-740℃；步骤二：层流辊道上空冷：控制辊道速度为60-90m/min，并关闭层流集管2-4组，使钢板在炉卷轧机的层流辊道上进行空冷，空冷时间为6s-12s；步骤三：第2段层流水冷：进行第2段层流冷却，层流冷却速度为20℃/s-40℃/s，终冷温度为200℃-400℃，该发明方法主要是在炉卷轧机上通过辊道速度及冷却速度控制实现一种分段冷却方法，由于炉卷轧机自身特点，其辊道速度，冷却速度控制均较易实现，控制难度不大。
申请公布号为CN105522003A的中国专利申请公开了低成本热轧带钢分段冷却控制方法，包括如下步骤：(1)将生产过程中满足的控制参数输入热轧计算机控制系统；(2)以终轧目标温度+30℃为设定目标温度，利用模型虚拟计算功能，计算各规格组距带钢可以达到的最大穿带速度，最终确定各规格组距的速度分配表，固化在模型文件中；(3)在步骤(2)速度配置的基础上，机架间冷却水F3-4、F4-5、F5-6、F6-7投用自动控制功能，精轧出口测温仪检测到实际精轧结束温度，反馈计算启动，实时计算、调整4组机架间冷却水的流量，保证精轧结束温度控制在以目标值为轴的有限波动范围内；实现层流分段冷却工艺各参数的稳定控制，满足低成本热轧带钢的生产及开发需要；该方法主要通过精轧速度控制，冷却区域信号控制及吹扫水的控制实现较薄规格低成本热轧带钢的分段冷却控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，主要解决厚度为 6.0-13.0mm热轧带钢两段式冷却过程中存在的中间温度、空冷时间控制精度低和第2段冷却效率低的技术问题。
本发明的技术思路是，针对厚度为6.0-13.0mm、两段式冷却空冷时间为5-10s的热轧带钢，根据带钢厚度将其划分为6.0-8.99mm厚度和9.0-13.0mm厚度两个类别，配置第1段冷却起始阀门分别为第3组的第1根集管和第4组的第1根集管，以保证中间高温计能有效检测厚规格中间温度，并加以控制；根据厚规格“返红”规律，对中间目标温度进行偏差补偿，厚度为6.0-8.99mm、9.0-13.0mm的补偿值分别为目标值-5℃、-10℃，精调水只需使用1-6根集管水或者不需要使用精调水，节约了能源，降低了生产成本；解决了现有两段式冷却工艺中第2段精调开水量大，厚规格热轧带钢的冷却效率低的问题，实现了真正意义上的两段式冷却，而非三段式冷却。
本发明采用的技术方案是，一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，轧线上冷却设备位于精轧机后侧、卷取机前侧，包括第1冷却段、中间高温计、第2冷却段和精调冷却段共15组集管，第1组到第6组的集管为第1冷却段，第7组到第13组的集管为第2冷却段，第14、15组的集管为精调冷却段；第1组到第13组集管的每组包含若干根集管，单根集管的水流量124m3/h，水压为0.8MPa；第14、15组集管的每组包含若干根集管，单根集管的水流量52m3/h，水压为0.8MPa；热连轧生产控制系统在轧线上配置有信息采集和指令执行电器件，具体包括以下步骤：
1)接收层流两段式冷却参数指令，精轧模型、卷取温度模型接收带钢出钢记号、厚度、精轧结束温度、层冷中间目标温度、空冷时间和卷取温度参数指令；
2)计算带钢穿带速度，精轧模型计算带钢穿带速度，并将计算出的带钢穿带速度传送至卷取温度模型；
3)预计算层流两段式冷却水的开水阵列，卷取温度模型根据带钢穿带速度、两段式冷却精轧结束温度、层冷中间目标温度、空冷时间和卷取温度预计算两段式冷却第1段，第2段以及精调冷却段集管的开水阵列；
4)确定层流两段式冷却第1段集管起始阀门位置，预计算第1段集管开水阵列时，当带钢厚度为6.0-8.99mm，第1段冷却集管起始阀门为第3组的第1根集管；当带钢厚度为9.0-13.0 mm时，冷却集管起始阀门为第4组的第1根集管；
5)开启层流两段式冷却水，当精轧F1有钢信号到达后，根据预计算层流两段式冷却水的开水阵列，开启层流第1冷却段、第2冷却段和精调冷却段的冷却水；
6)对层流第1冷却段的冷却水进行动态调整，当热连轧生产控制系统接收到精轧结束温度有钢信号时，操控卷取温度模型进行前馈计算，根据层流冷却中间温度的目标值，动态调整层流第1冷却段的冷却水；当中间高温计接受到有钢信号时，卷取温度模型进行带钢的实测温度与层流冷却中间温度目标值的比对，根据两者的偏差值，动态调整层流第1冷却段的冷却水；
7)调控层流冷却中间空冷时间，卷取温度模型根据层流第1冷却段最后1根集管的位置动态调整层流第2冷却段第1根集管的开启位置，从而调控层流冷却中间空冷时间；
8)调控卷取温度，卷取高温计接收到有钢信号时，卷取温度模型进行带钢的实测温度与卷取温度目标值的比对，根据两者的偏差值，动态调整层流第2冷却段的冷却水及精调冷却段的冷却水。
上述步骤3)包括以下步骤：
3.1)预计算层流第1冷却段冷却水的开水阵列，当带钢厚度为6.0-8.99mm，层流第1 冷却段的开水阵列从第3组的第1根集管开始，卷取温度模型根据层流冷却中间温度目标值 -5℃与精轧结束温度实测值的差值计算层流第1冷却段冷却水的总开水阵列；当带钢厚度为 9.0-13.0mm，层流第1冷却段的开水阵列从第4组的第1根集管开始，根据层流冷却中间温度目标值-10℃与精轧结束温度实测值的差值计算层流第1冷却段冷却水的总开水阵列；
3.2)预计算层流第2冷却段第1根集管的开启位置以及设定精调冷却水的冷却效率，根据层流冷却中间空冷时间的目标值，卷取温度模型预计算层流第2冷却段第1根集管的开启位置；卷取温度模型预计算精调冷却段的开水阵列，当带钢厚度为6.0-8.99mm，精调冷却水的冷却效率设定值为1.5-2.0；当带钢厚度为9.0-13.0mm，精调冷却水的冷却效率设定值为 2.0-2.5。
上述步骤3.2)包括以下步骤：
3.2.1)预计算层流第2冷却段冷却水的开水阵列及精调冷却段的开水阵列，卷取温度模型根据层流冷却中间温度目标值的补偿值与卷取温度目标值的差值，预计算层流第2冷却段冷却水的开水阵列及精调冷却段的开水阵列；其中，当带钢厚度为6.0-8.99mm，层流冷却中间温度目标值的补偿值为层流冷却中间温度目标值-5℃；当带钢厚度为9.0-13.0mm，层流冷却中间温度目标值的补偿值为层流冷却中间温度目标值-10℃。
进一步，本发明中，第1冷却段、第2冷却段以及精调冷却段的每组集管包含16根集管。
本发明中，层流冷却中间温度目标值的补偿值根据带钢“返红”规律测试，进行温度偏差补偿，以得到更好的组织与性能；当带钢厚度为6.0-8.99mm，层流冷却中间温度目标值的补偿值为层流冷却中间温度目标值-5℃；当带钢厚度为9.0-13.0mm，层流冷却中间温度目标值的补偿值为层流冷却中间温度目标值-10℃。
本发明中，当带钢厚度为6.0-8.99mm，精调冷却水的冷却效率设定值的默认值为1.0；当带钢厚度为9.0-13.0mm，精调冷却水的冷却效率设定值的默认值为1.0。
本发明方法基于申请人的如下研究发现：
1、由于常规热连轧机层冷中间高温计固定在第6、7组之间，不能像薄规格带钢那样对中间温度进行有效控制，厚规格热轧带钢自身加速度较低，通过研究新的冷却控制方法，可实现带钢厚度为6.0-13.0mm低成本生产；由于厚规格轧制速度慢，层冷中间高温计固定在第6、 7组之间，如果层流冷却水从第1组的第1根开启，那么可能第1段层流冷却后，所需要的空冷时间已经结束，层冷中间高温计才检测到带钢温度，这时已不能对两段式冷却中间温度进行有效控制。因此，划分厚度6-8.99mm、9.0-13mm两个层别，配置第1段冷却起始阀门分别为第3组的第1根集管和第4组的第1根集管，确保层冷中间高温计可以有效检测到空冷温度。
2、由于厚规格带钢存在“返红”现象，不同厚度规格“返红”温度不同，如果同一钢种采用相同的中间目标温度，则对带钢最终的性能一致性产生影响，因此，卷取温度模型中对中间目标温度进行偏差补偿，厚度6-8.99mm、9.0-13.0mm的补偿值分别为目标值-5℃、-10 ℃，确保不同厚度产品最终性能相当。
3、针对现有两段式冷却精调开水量大，厚规格带钢生产过程中两段式冷却实际变为三段式冷却的问题，开发精调冷却水冷却效率修正子程序，模型中根据厚度层别6.0-8.99mm、 9.0-13.0mm分别设定新的冷却效率系数1.5-2.0、2.0-2.5，这样使得精调只开1-6根集管或不开水，提高了厚规格第2段的冷却速率，实现了真正意义上的两段式冷却，而非三段式冷却。
本发明相比现有技术具有如下积极效果：1、本发明常规热连轧机上实现厚度6.0-13.0mm 热轧带钢的分段冷却控制，由于常规热连轧机层冷中间高温计固定在第6、7组之间，不能像薄规格带钢那样对中间温度进行有效控制，因此，划分厚度6.0-8.99mm、9.0-13.0mm两个层别，配置第1段冷却起始阀门分别为第3组的第1根集管和第4组的第1根集管，确保了层冷中间高温计可以有效检测到所需要的空冷温度，并实现精度控制，同时，中间空冷时间精度也得到控制。2、本发明方法对中间目标温度进行偏差补偿，厚度6.0-8.99mm、9.0-13.0 mm的补偿值分别为目标值-5℃、-10℃，确保不同厚度产品最终性能相当。3、本发明方法降低了生产成本，根据厚度层别6.0-8.99mm、9.0-13.0mm分别设定新的冷却效率系数1.5-2.0、 2.0-2.5，精调第14、15组只开1-6根集管或不开水，提高了厚规格第2段的冷却速率，实现了真正意义上的两段式冷却。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本发明实施例，轧线上冷却设备位于精轧机后侧、卷取机前侧，包括第1冷却段、中间高温计、第2冷却段和精调冷却段共15组集管，第1组到第6组为第1冷却段，第7组到第13组为第 2冷却段，第14、15组为精调冷却段。第1组到第13组每组又包含16根集管，单根集管的水流量124m3/h，水压为0.8MPa；第14、15组每组也包含16根集管，单根集管的水流量52m3/h，水压为0.8MPa。热连轧生产控制系统在轧线上配置有信息采集和指令执行电器件。
实施例1，生产成品规格6.0*1150mm的SPFH590。
一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，包括以下步骤：
1)精轧模型、卷取温度模型接收带钢出钢记号、厚度6.0mm、精轧结束温度860℃、层冷中间目标温度700℃、空冷时间6s、卷取温度550℃等两段式冷却参数指令；
2)精轧模型根据带钢厚度6.0mm、精轧结束温度860℃，计算其穿带速度6.5m/s，发送给卷取温度模型；
3)卷取温度模型根据穿带速度6.5m/s，两段式冷却精轧结束温度860℃、层冷中间目标温度700℃、空冷时间6s、卷取温度550℃，预计算两段式冷却第1段，第2段，以及精调冷却段的开水阵列；
4)预计算开水阵列中，带钢厚度6mm，第1段冷却集管起始阀门为第3组的第1根集管；
5)卷取温度模型根据860-700-5℃的温度差值，计算的开水阵列为第3组的第1根集管到第3组的第11根集管，上下共22根开水阵列；
6)根据第1段冷却后空冷时间6s的要求，第2段冷却第1根集管的开启位置为第9组的第5根集管；
7)精调模型子程序中，带钢厚度6mm，精调冷却水的冷却效率为1.8；
8)卷取温度模型根据中间目标温度700-5℃与卷取温度550℃差值，计算第2段冷却集管开水阵列为第9组的第5根集管到第11组的第4根集管上下共64根，精调水的开水阵列为第14组的前3根，上下共6根；
9)精轧F1有钢信号到达后，第1段冷却水22根，第2段冷却水64根，精调冷却水6 根开启；
10)精轧结束温度有钢信号到达，卷取温度模型前馈计算启动，调整第1段冷却水的开水阵列，确保层冷中间温度700-5℃的精度；
11)层冷中间高温计有钢信号到达，卷取温度模型根据实际检测温度与补偿后的中间目标温度进行比较，根据温度偏差实时调整第1段冷却水的开水阵列，确保中间目标温度700-5 ℃的精度；
12)卷取温度模型根据第1段冷却最后1根集管的位置，兼顾中间空冷时间的要求，动态调整第2段冷却第1根集管的开启位置，实现中间空冷时间6s的精度控制；
13)卷取高温计有钢信号到达，卷取温度模型根据实际检测温度与卷取目标温度进行比较，动态调整第2段冷却集管及精调冷却集管的开水阵列，实现卷取温度550℃的精度控制。
实施例2，生产成品规格10*1250mm的汽车结构钢SAPH4440为例。
一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，包括以下步骤：
1)精轧模型、卷取温度模型接收带钢出钢记号、厚度10.0mm、精轧结束温度850℃、层冷中间目标温度680℃、空冷时间8s、卷取温度580℃等两段式冷却参数指令；
2)精轧模型根据带钢厚度10.0mm、精轧结束温度850℃，计算其穿带速度3.0m/s，发送给卷取温度模型；
3)卷取温度模型根据穿带速度3m/s，两段式冷却精轧结束温度850℃、层冷中间目标温度680℃、空冷时间8s、卷取温度580℃，预计算两段式冷却第1段，第2段，以及精调冷却段的开水阵列；
4)预计算开水阵列中，带钢厚度10mm，第1段冷却集管起始阀门为第4组的第1根集管；
5)卷取温度模型根据850-680-10℃的温度差值，计算的开水阵列为第4组的第1根集管到第4组的第14根集管，上下共28根开水阵列；
6)根据第1段冷却后空冷时间8s的要求，第2段冷却第1根集管的开启位置为第8组的第5根集管；
7)精调模型子程序中，带钢厚度10mm，精调冷却水的冷却效率为2.3；
8)卷取温度模型根据中间目标温度680-10℃与卷取温度580℃差值，计算第2段冷却集管开水阵列为第8组的第5根集管到第10组的第2根集管上下共60根，精调水的开水阵列为第14组的前2根，上下共4根；
9)精轧F1有钢信号到达后，第1段冷却水28根，第2段冷却水60根，精调冷却水4 根开启；
10)精轧结束温度有钢信号到达，卷取温度模型前馈计算启动，调整第1段冷却水的开水阵列，确保层冷中间温度680-10℃的精度；
11)层冷中间高温计有钢信号到达，卷取温度模型根据实际检测温度与补偿后的中间目标温度进行比较，根据温度偏差实时调整第1段冷却水的开启阵列，确保中间目标温度680-10 ℃的精度；
12)卷取温度模型根据第1段冷却最后1根集管的位置，兼顾中间空冷时间的要求，动态调整第2段冷却第1根集管的开启位置，实现中间空冷时间8s的精度控制；
13)卷取高温计有钢信号到达，卷取温度模型根据实际检测温度与卷取目标温度进行比较，根据温度偏差动态调整第2段冷却集管及精调冷却集管的开水阵列，实现卷取温度580℃的精度控制。
除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，轧线上冷却设备位于精轧机后侧、卷取机前侧，包括第1冷却段、中间高温计、第2冷却段和精调冷却段，第1组到第6组的集管为第1冷却段，第7组到第13组的集管为第2冷却段，第14、15组的集管为精调冷却段；第1组到第13组集管的每组包含若干根集管，第14、15组集管的每组包含若干根集管；热连轧生产控制系统在轧线上配置有信息采集和指令执行电器件，其特征是，所述的方法包括以下步骤：
1)接收层流两段式冷却参数指令，精轧模型、卷取温度模型接收带钢出钢记号、厚度、精轧结束温度、层冷中间目标温度、空冷时间和卷取温度目标值参数指令；
2)计算带钢穿带速度，精轧模型计算带钢穿带速度，并将计算出的带钢穿带速度传送至卷取温度模型；
3)预计算层流两段式冷却水的开水阵列，卷取温度模型根据带钢穿带速度、精轧结束温度、层冷中间目标温度、空冷时间和卷取温度目标值预计算两段式冷却第1冷却段，第2冷却段以及精调冷却段集管的开水阵列；
4)确定第1冷却段集管起始阀门位置，预计算第1冷却段集管开水阵列时，当带钢厚度为6.0-8.99mm，第1冷却段冷却集管起始阀门为第3组的第1根集管；当带钢厚度为9.0-13.0mm时，冷却集管起始阀门为第4组的第1根集管；
5)开启层流两段式冷却水，当精轧F1有钢信号到达后，根据预计算层流两段式冷却水的开水阵列，开启第1冷却段、第2冷却段和精调冷却段的冷却水；
6)对第1冷却段的冷却水进行动态调整，当热连轧生产控制系统接收到精轧结束温度时，操控卷取温度模型进行前馈计算，根据层冷中间目标温度，动态调整第1冷却段的冷却水；当中间高温计接受到有钢信号时，卷取温度模型进行带钢的实测温度与层冷中间目标温度的比对，根据两者的偏差值，动态调整第1冷却段的冷却水；
7)调控空冷时间，卷取温度模型根据第1冷却段最后1根集管的位置动态调整第2冷却段第1根集管的开启位置，从而调控空冷时间；
8)调控卷取温度，卷取高温计接收到有钢信号时，卷取温度模型进行带钢的实测温度与卷取温度目标值的比对，根据两者的偏差值，动态调整第2冷却段的冷却水及精调冷却段的冷却水。
2.如权利要求1所述的一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，其特征是，所述第1冷却段以及第2冷却段的单根集管的水流量124m3/h，水压为0.8MPa。
3.如权利要求1所述的一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，其特征是，所述精调冷却段的单根集管的水流量52m3/h，水压为0.8MPa。
4.如权利要求1所述的一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，其特征是，所述第1冷却段、第2冷却段以及精调冷却段的每组集管包含16根集管。
5.如权利要求1所述的一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，其特征是，所述步骤3)包括以下步骤：
3.1)预计算第1冷却段冷却水的开水阵列，当带钢厚度为6.0-8.99mm，卷取温度模型根据层冷中间目标温度减5℃与精轧结束温度实测值的差值计算第1冷却段冷却水的总开水阵列；当带钢厚度为9.0-13.0mm，根据层冷中间目标温度减10℃与精轧结束温度实测值的差值计算第1冷却段冷却水的总开水阵列；
3.2)预计算第2冷却段第1根集管的开启位置以及设定精调冷却水的冷却效率，根据空冷时间的目标值，卷取温度模型预计算第2冷却段第1根集管的开启位置；卷取温度模型预计算精调冷却段的开水阵列，当带钢厚度为6.0-8.99mm，精调冷却水的冷却效率设定值为1.5-2.0；当带钢厚度为9.0-13.0mm，精调冷却水的冷却效率设定值为2.0-2.5。
6.如权利要求5所述的一种厚规格热轧带钢层流两段式冷却的控制方法，其特征是，所述步骤3.2)包括以下步骤：
3.2.1)预计算第2冷却段冷却水的开水阵列及精调冷却段的开水阵列，卷取温度模型根据层冷中间目标温度的补偿值与卷取温度目标值的差值，预计算第2冷却段冷却水的开水阵列及精调冷却段的开水阵列；其中，当带钢厚度为6.0-8.99mm，层冷中间目标温度的补偿值为层冷中间目标温度减5℃；当带钢厚度为9.0-13.0mm，层冷中间目标温度的补偿值为层冷中间目标温度减10℃。
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