CN113441556A - 一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，本技术发明了在检测不到温度的工况下，通过模拟温度信号，完成了CTC模型的闭环控制，解决了低温卷取工艺路径下的双相钢中间温度，空冷时间，卷取温度的高精度控制，可以高质量的实现两段式冷却控制过程，获得理想的低温卷取型双相钢组织。

Description

一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制方法，具体涉及一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，属于热轧生产技术领域。
背景技术
低温卷取型热轧双相钢以其良好的强塑性和优良的成形性能等优点广泛应用于各 种容器和汽车冲压件，如汽车的大梁、滚型车轮轮辐、汽车的前后保险杠、发动机悬置梁等，可使汽车重量降低10％～30％。热轧成品双相钢，不需要附加热处理和退火设备， 降低了工时和能耗，成本低。其冶金控制原理是：(1)需形成足够多的铁素体；(2)抑 制珠光体和贝氏体产生；(3)剩余奥氏体完全转变为马氏体。对应的难点是：(1)根据 其奥氏体连续冷却转变的特点，需要复杂的层流冷却工艺，一般采用层流两段式冷却， 性能靠靠性对层冷工艺实现精度要求高；(2)针对两段式冷却工艺，需要先进的冷却设 备，相应的检测仪表和模型控制系统等。所谓两段式冷却是指将冷却控制区分为前段和 后段两个区域，终轧后带钢进入第一段冷却区进行水冷，达到一定的层冷中间温度，然 后空冷一段时间，再进入第二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，即通过第一段水冷+空冷+第二段水冷，控制成品带钢只获得铁素体+马氏体双 相组织的冷却工艺。目前，一些热轧产线已经具备了分段冷却要求的层流冷却系统，但 在控制方法和模型控制精度上均存在不同问题，如低温卷取型热轧双相钢由于卷取温度 低，通常卷取温度要求控制＜200℃，这就需要轧钢过程中层流冷却设备开启大量的层 流冷却水用来控制带钢卷取温度，这种工艺特点会造成带钢在层流冷却过程中表面存在 大量积水，影响卷取温度检测，同时传统热连轧在层流冷却出口布置的温度计量程通常 会高于双相钢的目标值，通常有钢信号≥200℃，这就导致了低温卷取工艺路径下的双 相钢，在卷取温度控制过程中，无法获得持续稳定的温度信号，会造成L1基础自动化控 制系统、L2过程控制计算机系统通讯故障，导致CTC模型控制紊乱，无法保证层冷温 度控制精度和空冷时间，无法进行正常的模型计算，因此，需要对低温卷取型热轧双相 钢的卷取温度模型控制方法进行优化和创新。
初步检索后，现有技术中有相关的介绍，中国专利CN 104070075 B《一种热轧带钢层流冷却过程控制装置与方法》主要提供一种针对带钢生产过程中沿板宽方向的温度分布和组织性能分布不均匀的问题，提出了利用有限元分析方法分析计算层流冷却过程中沿板宽方向的温度时间变化规律及温度分布和组织性能分布的均匀性问题，中国专利CN107262533 B《一种层流冷却控制方法及装置》公开了一种公开了层流冷却控制方法及 装置，应用于热轧技术领域通过获取当前轧制带钢的带钢属性信息；根据M组带钢属性 与N种故障阀设定模式的对应关系，从N种故障阀设定模式中确定出与当前轧制带钢的 带钢属性信息匹配的第一故障阀设定模式，其中，N种故障阀设定模式各自表征一种对 所述K组集管上的各个故障阀的故障阀启用组态，根据第一故障阀设定模式指示的故障 阀启用组态，对应设置K组集管上的各个故障阀。中国专利申请公布号CN 110064667 A 《一种钢板层流冷却方法》公开了通过提供一种钢板层流冷却方法，解决了现有技术中 水冷后的钢板的终冷温度偏差过大以及板形飘曲的技术问题，现有技术中所解决的技术 问题，采用的技术方案与本案均不相同，因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术 问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷 却工艺控制方法，该方法可以有效提高低温卷取型热轧双相钢在层流冷却过程中，第一段冷却温度命中率、空冷时间以及第二段卷取温度命中率，获得理想的双相钢组织和性能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷 却工艺控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
1)根据工艺需求，确定该钢种的的两段式冷却“卷取工艺窗口”范围；
2)在“卷取工艺窗口”内确定两段冷却工艺路径；
3)制定带钢的速度制度；
4)CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程 进行预计算；
5)通过L1基础自动化控制系统持续测量确定模型输入变量中的带钢全长实测厚度；
6)通过L1基础自动化控制系统持续测量确定模型输入变量中的精轧出口的带钢全长实 测温度；
7)由CTC模型根据步骤1)、2)、3)、4)、5)结合中间卷取温度目标值进行第一段冷却计算，根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计算当 前段的中间温度，与要求的中间目标温度进行比较，根据各阀门入口温度和目标冷却速 率，计算得到各阀门出口目标温度，根据各阀门出口目标温度，判断当前阀门是否需要 开启，循环计算，直至阀门出口温度达到中间目标温度，得到设定的第一段冷却阀门阵 列；
8)CTC模型根据输入的当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和上一段 的设定阀门，根据目标空冷时间和计算得到的带钢段在各阀门下的冷却时间，计算需要 的空冷区长度；计算空冷温降、相变潜热，得到空冷出口温度；与要求的目标空冷时间进行比较，根据偏差相应地调整阀门的开启，得到设定的阀门阵列；
9)CTC模型根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计 算当前段的卷取温度，根据各阀门入口温度和目标冷却速率，计算得到各阀门出口目标 温度，
根据各阀门出口目标温度，判断当前阀门是否需要开启，循环计算，直至卷取温度达到 目标值，得到设定的第二段冷却阀门阵列；
10)当测量的卷取温度低于层流出口门槛值时，温度信号丢失，此时L1基础自动化控 制系统模拟温度信号值，传递给L2过程控制计算机系统；当所测量的卷取温度高于温度计门槛值时，L1基础自动化控制系统传递实测卷取温度到L2过程控制计算机系统， 实现L1基础自动化控制系统,L2过程控制计算机系统之间的正常通讯；
11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗 传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的 修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果；
12)对成卷后带钢取代表样板进行性能、组织检测，如性能合格并得到铁素体+马氏体 组织，固定此冷却路径。
作为本发明的一种改进，所述步骤1)具体操作如下：根据钢种工艺设计，确定产品的层流冷却工艺窗口，包括开冷温度、冷却中间温度、空冷时间、冷却速率；卷取温 度。
作为本发明的一种改进，所述步骤2)具体操作如下：根据带钢层流冷却工艺窗口要求，确定层冷设备开启阀门区域，来保证冷却速度。
作为本发明的一种改进，所述步骤3)具体操作如下：速度制度在满足终轧温度的控制条件下，应采用加速度值尽可能小的匀加速制度轧制，一加、二加给定值0.005m/s2。
作为本发明的一种改进，所述步骤4)具体操作如下：CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度结合中间温度目标值、空冷时间目标值以及卷取温度，各段冷却速率，对带钢的层流冷却过程进行预计算，进行阀门设定。
作为本发明的一种改进，所述步骤5)具体操作如下：通过精轧出口的厚度检测仪测量厚度，由L1基础自动化控制系统持续测量带钢全长实测厚度，并传给L2过程控制 计算机系统，作为CTC模型输入的厚度变量。
作为本发明的一种改进，所述步骤6)具体操作如下：通过精轧出口的高温计，检测带钢全长实测温度，由L1基础自动化控制系统持续传给L2过程控制计算机系统，作 为CTC模型输入的温度变量。
相对于现有技术，本发明的优点如下：本发明在低温卷取型热轧双相钢的“卷取工艺窗口”内，开发了可以稳定控制卷取温度的方法，针对原两段式冷却控制方法，由于 低温卷取工艺下带钢在层流冷却过程中表面存在大量积水，影响卷取温度检测，由于温 度检测不稳定，无法获得持续稳定的温度信号，造成的L1基础自动化控制系统、L2过 程控制计算机系统通讯故障，导致CTC模型控制紊乱的问题,针对该问题，本技术发明 了在检测不到温度的工况下，通过模拟温度信号，完成了CTC模型的闭环控制，解决了 低温卷取工艺路径下的双相钢中间温度，空冷时间，卷取温度的高精度控制，可以高质 量的实现两段式冷却控制过程，使带钢在轧后冷却过程中，将热钢迅速冷却到Ms温度 以下，获得进行卷取，获得理想的低温卷取型双相钢铁素体+马氏体组织。
附图说明
图1为本发明两段式冷却示意图；
图2为本发明控制逻辑示意图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，所述控制 方法包括以下步骤：
1)根据工艺需求，确定该钢种的的两段式冷却“卷取工艺窗口”范围；
2)在“卷取工艺窗口”内确定两段冷却工艺路径；
3)制定带钢的速度制度；
4)CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程 进行预计算；
5)通过L1基础自动化控制系统持续测量确定模型输入变量中的带钢全长实测厚度；
6)通过L1基础自动化控制系统持续测量确定模型输入变量中的精轧出口的带钢全长实 测温度；
7)由CTC模型根据步骤1)、2)、3)、4)、5)结合中间卷取温度目标值进行第一段冷却计算，根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计算当 前段的中间温度，与要求的中间目标温度进行比较，根据各阀门入口温度和目标冷却速 率，计算得到各阀门出口目标温度，根据各阀门出口目标温度，判断当前阀门是否需要 开启，循环计算，直至阀门出口温度达到中间目标温度，得到设定的第一段冷却阀门阵 列；
8)CTC模型根据输入的当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和上一段 的设定阀门，根据目标空冷时间和计算得到的带钢段在各阀门下的冷却时间，计算需要 的空冷区长度；计算空冷温降、相变潜热，得到空冷出口温度；与要求的目标空冷时间进行比较，根据偏差相应地调整阀门的开启，得到设定的阀门阵列；
9)CTC模型根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计 算当前段的卷取温度，根据各阀门入口温度和目标冷却速率，计算得到各阀门出口目标 温度， 根据各阀门出口目标温度，判断当前阀门是否需要开启，循环计算，直至卷取温度达到 目标值，得到设定的第二段冷却阀门阵列；
10)当测量的卷取温度低于层流出口门槛值时，温度信号丢失，此时L1基础自动化控 制系统模拟温度信号值，传递给L2过程控制计算机系统；当所测量的卷取温度高于温度计门槛值时，L1基础自动化控制系统传递实测卷取温度到L2过程控制计算机系统， 实现L1基础自动化控制系统,L2过程控制计算机系统之间的正常通讯；
11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗 传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的 修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果；
12)对成卷后带钢取代表样板进行性能、组织检测，如性能合格并得到铁素体+马氏体 组织，固定此冷却路径。
所述步骤1)具体操作如下：根据钢种工艺设计，确定产品的层流冷却工艺窗口，包括 开冷温度、冷却中间温度、空冷时间、冷却速率；卷取温度。
所述步骤2)具体操作如下：根据带钢层流冷却工艺窗口要求，确定层冷设备开启阀门 区域，来保证冷却速度。
所述步骤3)具体操作如下：速度制度在满足终轧温度的控制条件下，应采用加速度值 尽可能小的匀加速制度轧制，一加、二加给定值0.005m/s2。
所述步骤4)具体操作如下：CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和 速度结合中间温度目标值、空冷时间目标值以及卷取温度，各段冷却速率，对带钢的层流冷却过程进行预计算，进行阀门设定。
所述步骤5)具体操作如下：通过精轧出口的厚度检测仪测量厚度，由L1基础自动化控 制系统持续测量带钢全长实测厚度，并传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的厚度变量；
所述步骤6)具体操作如下：通过精轧出口的高温计，检测带钢全长实测温度，由L1基础自动化控制系统持续传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的温度变量。
应用实施例1：
以生产成品规格2.95*1320mm的低温卷取双相钢580DP为例，一种低温卷取型热轧双 相钢的层流冷却工艺控制方法，控制方法步骤如下：
1、化学成分如表1所示；
表1低温卷取型双相钢580DP化学成分(质量分数，％)
Figure BDA0002425886390000061
余量为Fe。
2、确定带钢的冷却工艺窗口，终轧温度840℃，中间温度700℃，空冷时间6s，卷 取温度150℃；
3、根据冷却窗口，确定阀门开启区域，bank1～4采用密集冷却，bank5～bank11为空冷段，bank11后为第二段冷却区域。
4、在满足终轧温度的控制条件下，穿带速度采用9m/s，采用加速度值近匀加速制度轧制，一加、二加给定值0.005m/s2
5、通过精轧出口的厚度检测仪测量厚度，由L1基础自动化控制系统持续测量带钢全长实测厚度，并传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的厚度变量。
6、通过精轧出口的高温计，检测带钢全长实测温度，由L1基础自动化控制系统持续传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的温度变量。
7、由CTC模型根据步骤1、2、3、4、5结合中间卷取温度目标值进行第一段冷却 计算，根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间，冷却速率结合中间 温度700℃空冷时间6s，卷取温度150℃，设定阀门，得到设定的第一段冷却阀门阵列。
8、根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和上一段的设定阀门，计算当前段的中间空冷时间，与要求的目标空冷时间6s进行比较，根据偏差相应 地调整阀门的开启，得到设定的阀门阵列。
9、根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计算当前段的卷取温度，与要求的目标卷取温度150℃进行比较，根据偏差相应地调整阀门 的开启，得到设定的第二段冷却阀门阵列。
10、当测量的卷取温度低于层流出口门槛值时，温度信号丢失，此时L1基础自动化控制系统模拟温度信号值155℃，传递给L2过程控制计算机系统；当所测量的卷取温 度高于温度计门槛值时，L1基础自动化控制系统传递实测卷取温度到L2过程控制计算 机系统，实现L1基础自动化控制系统,L2过程控制计算机系统之间的正常通讯。
11、据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系 数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算， 更新并保存计算结果.
12、对成卷后带钢取代表样板进行性能、组织检测，如性能合格并得到铁素体+马氏体组织，固定此冷却路径。
表2带钢的性能、组织结果
Figure BDA0002425886390000071
应用实施例2：
一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，控制方法步骤如下：
以生产成品规格4.0*1050mm的低温卷取型双相钢580DP为例，层流冷却控制方法步 骤如下：
1、化学成分如表5所示，
表3化学成分(质量分数，％)
Figure BDA0002425886390000081
余量为Fe。
2、确定带钢的冷却工艺窗口，终轧温度830℃，中间温度700℃，空冷时间6s，卷 取温度150℃；
3、根据冷却窗口，确定阀门开启区域，bank1～4采用密集冷却，bank6～bank9为空冷段，bank9后为第二段冷却区域.
4、在满足终轧温度的控制条件下，穿带速度采用7.2m/s，采用加速度值近匀加速制度轧制，一加、二加给定值0.005m/s为
5、通过精轧出口的厚度检测仪测量厚度，由L1基础自动化控制系统持续测量带钢全长实测厚度，并传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的厚度变量。
6、通过精轧出口的高温计，检测带钢全长实测温度，由L1基础自动化控制系统持续传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的温度变量。
7、由CTC模型根据步骤1、2、3、4、5结合中间卷取温度目标值进行第一段冷却 计算，根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间，冷却速率结合中间 温度700℃空冷时间6s，卷取温度150℃，设定阀门，得到设定的第一段冷却阀门阵列。
8、根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和上一段的设定阀门，计算当前段的中间空冷时间，与要求的目标空冷时间6s进行比较，根据偏差相应 地调整阀门的开启，得到设定的阀门阵列。
9、根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计算当前段的卷取温度，与要求的目标卷取温度150℃进行比较，根据偏差相应地调整阀门 的开启，得到设定的第二段冷却阀门阵列。
10、当测量的卷取温度低于层流出口门槛值时，温度信号丢失，此时L1基础自动化控制系统模拟温度信号值155℃，传递给L2过程控制计算机系统；当所测量的卷取温 度高于温度计门槛值时，L1基础自动化控制系统传递实测卷取温度到L2过程控制计算 机系统，实现L1基础自动化控制系统,L2过程控制计算机系统之间的正常通讯。
11、据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系 数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算， 更新并保存计算结果.
12、对成卷后带钢取代表样板进行性能、组织检测，如性能合格并得到铁素体+马氏体组织，固定此冷却路径。
表4第二段冷却后带钢的性能、组织结果
Figure BDA0002425886390000091
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上 所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (7)

1.一种低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
1)根据工艺需求，确定该钢种的的两段式冷却“卷取工艺窗口”范围；
2)在“卷取工艺窗口”内确定两段冷却工艺路径；
3)制定带钢的速度制度；
4)CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度对带钢的层流冷却过程进行预计算；
5)通过L1基础自动化控制系统持续测量确定模型输入变量中的带钢全长实测厚度；
6)通过L1基础自动化控制系统持续测量确定模型输入变量中的精轧出口的带钢全长实测温度；
7)由CTC模型根据步骤1)、2)、3)、4)、5)结合中间卷取温度目标值进行第一段冷却计算，根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计算当前段的中间温度，与要求的中间目标温度进行比较，根据各阀门入口温度和目标冷却速率，计算得到各阀门出口目标温度，根据各阀门出口目标温度，判断当前阀门是否需要开启，循环计算，直至阀门出口温度达到中间目标温度，得到设定的第一段冷却阀门阵列；
8)CTC模型根据输入的当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和上一段的设定阀门，根据目标空冷时间和计算得到的带钢段在各阀门下的冷却时间，计算需要的空冷区长度；计算空冷温降、相变潜热，得到空冷出口温度；与要求的目标空冷时间进行比较，根据偏差相应地调整阀门的开启，得到设定的阀门阵列；
9)CTC模型根据当前段在轧机出口的实际厚度、温度、当前段冷却时间和设定阀门，计算当前段的卷取温度，根据各阀门入口温度和目标冷却速率，计算得到各阀门出口目标温度，
根据各阀门出口目标温度，判断当前阀门是否需要开启，循环计算，直至卷取温度达到目标值，得到设定的第二段冷却阀门阵列；
10)当测量的卷取温度低于层流出口门槛值时，温度信号丢失，此时L1基础自动化控制系统模拟温度信号值，传递给L2过程控制计算机系统；当所测量的卷取温度高于温度计门槛值时，L1基础自动化控制系统传递实测卷取温度到L2过程控制计算机系统，实现L1基础自动化控制系统,L2过程控制计算机系统之间的正常通讯；
11)根据卷取温度输出值和所计算的卷取温度的偏差，修正短时遗传系数，根据短时遗传系数的修正量，计算合理的段自适应修正系数，用于前馈控制，根据短时遗传系数的修正量，对长时遗传系数进行平滑处理，用于下一个同规格轧制计划的设定计算，更新并保存计算结果；
12)对成卷后带钢取代表样板进行性能、组织检测，如性能合格并得到铁素体+马氏体组织，固定此冷却路径。
2.根据权利要求1所述的低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述步骤1)具体操作如下：根据钢种工艺设计，确定产品的层流冷却工艺窗口，包括开冷温度、冷却中间温度、空冷时间、冷却速率；卷取温度。
3.根据权利要求1所述的低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述步骤2)具体操作如下：根据带钢层流冷却工艺窗口要求，确定层冷设备开启阀门区域，来保证冷却速度。
4.根据权利要求1所述的低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述步骤3)具体操作如下：速度制度在满足终轧温度的控制条件下，应采用加速度值尽可能小的匀加速制度轧制，一加、二加给定值0.005m/s2。
5.根据权利要求1所述的低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述步骤4)具体操作如下：CTC模型根据带钢轧机出口带钢头部的预测厚度、温度和速度，结合中间温度目标值、空冷时间目标值以及卷取温度，各段冷却速率，对带钢的层流冷却过程进行预计算，进行阀门设定。
6.根据权利要求1所述的低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述步骤5)具体操作如下：通过精轧出口的厚度检测仪测量厚度，由L1基础自动化控制系统持续测量带钢全长实测厚度，并传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的厚度变量。
7.根据权利要求1所述的低温卷取型热轧双相钢的层流冷却工艺控制方法，其特征在于，所述步骤6)具体操作如下：通过精轧出口的高温计，检测带钢全长实测温度，由L1基础自动化控制系统持续传给L2过程控制计算机系统，作为CTC模型输入的温度变量。
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