一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法
【專利摘要】一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，所述方法包括下述步驟：（1）帶鋼動態(tài)段的選擇，（2）帶鋼運行特征點的確定,（3）帶鋼運行過程中段長的動態(tài)確定，（4）帶鋼速度變化量步長的確定，（5）對當前段的實測速度進行合理性檢驗和校正，（6）實測段變化時間的修正。根據(jù)本發(fā)明，結合帶鋼不同的運行速度，采用動態(tài)段控制的概念，結合帶鋼速度運行特征，采用了線性擬合的方法對速度進行修正，從而控制帶鋼設定段（固定段）的運行時間。根據(jù)本發(fā)明，可解決熱連軋過程中帶鋼在動態(tài)速度變化情況下的溫度精確控制，有效提高帶鋼在層流冷卻過程中的溫度控制精度。
【專利說明】一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及冶金熱軋控制領域，具體地，本發(fā)明涉及熱軋過程中的層流冷卻溫度控制方法，更具體地，涉及層流冷卻的控制功能的正確執(zhí)行，或者說確定噴水閥門的個數(shù)與帶鋼實際速度之間的真實性關系。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)各帶鋼段的段長、速度變化及帶鋼的目標冷卻溫度，得到各帶鋼段需要的溫降，然后通過包括空冷模型、水冷模型等在內(nèi)的冷卻模型，計算得到各帶鋼段需要的冷卻水量及各帶鋼段所需開啟的噴水閥門數(shù)，進行預冷卻、主冷卻及精冷卻對層流冷卻閥門進行控制。
【背景技術】
[0002]在冶金熱軋領域，熱軋層流冷卻控制的主要任務是調(diào)節(jié)冷卻噴水閥門，從而將帶鋼從某一終軋溫度冷卻到要求的卷取溫度。
[0003]由于卷取溫度對帶鋼的物理性能影響很大，因此，卷取溫度必須控制在目標卷取溫度的公差范圍內(nèi)。對于一些特殊帶鋼，除了控制卷取溫度外，還需要使用稀疏噴水方式進行冷卻以控制其冷卻速率，因為，如果帶鋼的表面與中心溫差太大，則其晶體的結構會受到影響。
[0004]在層流冷卻的控制中，關鍵是確定噴水閥門的個數(shù)。然而，由于帶鋼的速度是隨時間變化的，因而帶鋼在噴水閥門下的滯留時間不是常數(shù)，其變化規(guī)律可以用一個速度運行圖來預測(參見圖2)。只有當帶鋼的實際運行情況和預計算的帶鋼運行圖相吻合時，層流冷卻的控制功能才能被正確地執(zhí)行，因此帶鋼實際速度的真實性至關重要，如果帶鋼速度的實際值不準確，那么帶鋼層流冷卻的控制精度就會受到很大的影響。
[0005]在實際生產(chǎn)過程中，當帶鋼尾部拋鋼以后，實測速度的跟蹤就由精軋F7機架切換到卷取機的夾送輥，然而卷取機夾送輥的跟蹤精度和效果遠不如精軋F7機架，常常造成跟蹤錯位而使帶鋼拋鋼后的設定閥門(噴水閥門)偏少或偏多，引起帶鋼尾部卷取溫度控制的異常。此外，不同規(guī)格的帶鋼長度不同，當帶鋼厚度較薄、長度較長時，其軋制速度比較快，部分段的實測速度會因為實際值采集不充分而引起異常，導致噴水閥門設定偏差，冷卻水不對引起溫度異常)，導致前饋和反饋控制的超調(diào)(超調(diào)意為調(diào)節(jié)過量引起控制的不穩(wěn)定和振蕩)。
[0006]通過對現(xiàn)有層流冷卻溫度控制技術的分析發(fā)現(xiàn)，目前情況下，對于實際采集的卷取溫度值，在經(jīng)過平均值處理以后，均作為層冷前饋或反饋控制的依據(jù)，這在帶鋼拋鋼前跟蹤正常和軋制速度不快實際值采集充分時是沒有問題的，但在拋鋼后由卷取夾送輥跟蹤或溫度實際值采集異常時就不合適了。
[0007]例如，在專利號為“CN02144825.6”、發(fā)明名稱為“熱軋帶鋼中間坯層流冷卻方法”中，其核心是在粗軋機出口處安裝2?5組層流冷卻裝置，形成長度為L的層流冷卻區(qū)，通過計算中間坯每一點經(jīng)過層流冷卻區(qū)的時間tl和一塊中間坯經(jīng)過層流冷卻區(qū)的總時間t2，按照中間坯的鋼種和規(guī)格計算出為使該中間坯冷卻到所要求溫度的冷卻水流量Q，該方法主要適用于各種類型的熱軋帶鋼廠的中間坯控溫軋制。[0008]又，在專利號為“CN200410021048.7”、發(fā)明名稱為“一種帶鋼層流冷卻裝置及其控制冷卻方法”中，把層流冷卻區(qū)域劃分為兩個冷卻區(qū)，同時具有強冷功能的帶鋼層流冷卻裝置及其控制冷卻方法。其裝置部分主要由上層流集管和下噴射集管組成，冷卻區(qū)包括主冷段和精冷段兩部分，主冷段和精冷段均由多個上部層流集管組和相應數(shù)量的下部噴射集管組組成。其控制冷卻方法是由計算機通過設定計算和反饋、前饋計算實現(xiàn)的。以達到卷取溫度控制和冷卻速度控制要求。
[0009]再有，在專利號為“CN02132975.3”、發(fā)明名稱為“熱軋帶鋼三段層流冷卻工藝”的發(fā)明專利提供了一種熱軋帶鋼三段層流冷卻工藝。該工藝技術上采用計算機對層流冷卻控制，其特征在于將帶鋼設為三段進行冷卻，第一段是長為30m的頭部段，第二段是帶鋼的中間段，第三段是長為20m的尾部段，三段的冷卻溫度分別控制在:中間段等于目標卷取溫度，頭部段大于目標卷取溫度20?50°C，尾部段大于目標卷取溫度20?40°C。該發(fā)明熱軋帶鋼三段層流冷卻工藝可改善鋼帶的性能均勻性，解決了頭部溫度低帶來熱軋帶鋼生產(chǎn)薄規(guī)格易卡鋼、生產(chǎn)厚規(guī)格易攤鋼的難題，同時由于鋼帶性能均勻性的改善更好地滿足了下道工序的要求。
[0010]然而，上面的技術描述的一種在層流冷卻控制中，結合帶鋼的不同位置，進行分段的溫度控制，而本發(fā)明涉及的是一種動態(tài)帶鋼段長冷卻控制，與上述以往技術存在根本的不同。
[0011]另外，上述以往技術主要在粗軋出口進行冷卻控制，且主要對中間坯進行冷卻，未涉及對帶鋼成品進行冷卻。
[0012]為解決上述問題，發(fā)明的目的在于，提供一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，上述以往技術主要在粗軋出口進行冷卻控制，且主要對中間坯進行冷卻，未涉及對帶鋼成品進行冷卻。而發(fā)明涉及一種熱軋帶鋼在拋鋼階段的變速冷卻方法，且是對帶鋼成品進行冷卻，且所述方法系針對帶鋼在拋鋼階段的速度變化而形成的一種變速冷卻方法。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，結合帶鋼不同的運行速度，采用動態(tài)“段”控制的概念，采用了線性擬合的方法對速度進行修正，實現(xiàn)了變速冷卻下“段”運行時間的相對穩(wěn)定，并采用速度變化步長的概念對實測速度進行校驗和修正，控制帶鋼固定段(固定段是一個相對的概念，即在根據(jù)帶鋼速度動態(tài)地確定了段長以后，這個段的段長在后續(xù)的軋制過程中是固定不變的，因而稱其為“固定段”)，從而，有效地消除了因跟蹤錯位和實際值采集不充分而引起的異常，避免了帶鋼在冷卻過程中的溫度異常，形成一種熱軋帶鋼變速冷卻的控制方法。
[0014]根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)下位計算機(PLC系統(tǒng))傳來的帶鋼實測速度及段變化時間實際值，結合帶鋼運行圖確定帶鋼速度變化的上下限，即速度變化量的最大步長，并且根據(jù)前一段的實測速度與最大步長來校正當前段的實測速度，或者根據(jù)前面若干段(例如3-5段)的實測速度及它們的速度變化趨勢來校正當前段的實測速度，有效地消除了因跟蹤錯位和實際值采集不充分而引起的異常，避免了由此而產(chǎn)生的前饋和反饋控制的超調(diào)。
[0015]本發(fā)明的技術方案如下:
[0016]一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，所述控制方法首先通過測溫儀得到在軋制運行中的帶鋼各段的當前溫度，然后根據(jù)各帶鋼段的段長、速度變化及帶鋼的目標冷卻溫度，得到各帶鋼段需要的溫降，然后通過包括空冷模型、水冷模型等在內(nèi)的冷卻模型，計算得到各帶鋼段需要的冷卻水量及各帶鋼段所需開啟的噴水閥門數(shù)，進行預冷卻、主冷卻及精冷卻對層流冷卻閥門進行控制，其特征在于，
[0017](I)所述帶鋼段為動態(tài)段，所述帶鋼動態(tài)段根據(jù)帶鋼運行圖中帶鋼在不同軋制運行時間段內(nèi)不同的速度變化而設定，所述帶鋼動態(tài)段系根據(jù)帶鋼運行圖中帶鋼在不同軋制運行時間段內(nèi)以分別不同的速度運行時的段長，進行動態(tài)地劃分，
[0018]當帶鋼軋制速度≤5m/s時,所述帶鋼動態(tài)段的長度定義為1.5~2.5m,當軋制速度> 5m/s時，所述帶鋼動態(tài)段的長度定義為2.5~11m ;
[0019]所述動態(tài)段一旦取定，在整個帶鋼軋制過程的控制計算中不再變動，
[0020](2)帶鋼運行特征點的確定，
[0021]所述帶鋼運行特征點系指所述帶鋼動態(tài)段在帶鋼運行圖中的不同軋制運行時間段內(nèi)，以分別不同的速度運行時的不同運行模式下的臨界點，所述帶鋼運行特征點包括:
[0022]第一部分:帶鋼入口點，
[0023]第二部分:帶鋼固定功率加速度點，
[0024]第三部分:帶鋼恒速運行點，
[0025]第四部分:帶鋼固定減速點，
[0026]第5部分:帶鋼尾部點，
[0027](3)根據(jù)上述帶鋼運行過程中動態(tài)段段長的確定，層流冷卻控制模型計算出該動態(tài)段所需開啟的噴水閥門數(shù)，并將設定值傳送到下位PLC計算機執(zhí)行，進行溫度的前饋控制，以確保該動態(tài)段從F7的終軋溫度降至要求的卷取溫度；
[0028](4)在上述步驟(1)的帶鋼動態(tài)段段長的設定時，
[0029]結合不同運行特征點下的帶鋼加速度或減速度及動態(tài)段運行時間，確定速度變化量的最大步長，
[0030]所述速度變化量的最大步長即指帶鋼在加速或減速過程中，當前動態(tài)段的速度與上一段的速度相比的許可增量或減量，用于確定帶鋼不同運行速度對應的帶鋼運行速度，
[0031]具體方法如下:
[0032]即速度變化量的最大步長。
[0033]Vstep=k*a*tstep
[0034]其中，Vstep速度變化量的最大步長，
[0035]k加速度的適當倍數(shù)，一般取1.1~1.25，
[0036]a加速度，
[0037]t動態(tài)段運行時間，
[0038](5)對當前動態(tài)段實測速度進行檢驗和校正；
[0039]在上述步驟(1)的帶鋼動態(tài)段段長的設定時，
[0040]將當前段的實測速度與前一段的實測速度進行比較，如果速度偏差大于速度變化的最大步長，則根據(jù)前一段的實測速度與最大步長來校正；
[0041](6)實測段變化時間的修正。
[0042]在帶鋼軋制過程中，速度在不斷地變化，時而加速，時而勻速，時而又減速，因此，帶鋼的段長一直在動態(tài)地變化，層流冷卻前饋控制計算的該段所需開啟的噴水閥門數(shù)也在時刻地變化，以確保帶鋼的卷取溫度控制在目標值的公差范圍內(nèi)。[0043]根據(jù)本發(fā)明，在步驟(I )，為了能夠?qū)т撻L度方向上各部分的卷取溫度進行精確跟蹤并且實施前饋和反饋控制，必須將帶鋼劃分成若干個“段”。隨著計算機性能的提高和運算速度的加快，目前常用的“段”劃分方式是定長劃分，即根據(jù)層流冷卻輥道上噴水裝置的布置情況以及帶鋼的運行速度，以一組或二組噴水集管的長度作為帶鋼“段”的長度，第一段的起始點從帶鋼頭部開始。為了確保在帶鋼厚度較薄、長度較長、軋制速度較快時實際值采集的充分和準確，在本發(fā)明中，當軋制速度< 5m/s時，段的長度定義為1.5~2.5m,當軋制速度> 5m/s時,段的長度定義為2.5~11m。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，在步驟(2 )，具體表征指帶鋼在運行過程中處于某一狀態(tài)的點，既帶鋼進入不同運行模式下的臨界點，所述帶鋼運行特征點系根據(jù)帶鋼運行圖以帶鋼在軋制過程中的速度和再致時間的關系表征。
[0045]根據(jù)本發(fā)明，在步驟(3)，進行溫度的前饋控制，指沒有實際溫度的情況下的一種預測冷卻。
[0046]在步驟(3)，噴水閥門數(shù)與段長的動態(tài)確定的控制方法由計算機自動進行，具體如下:首先通過測溫儀得到帶鋼當前溫度，然后根據(jù)各帶鋼動態(tài)段段長及帶鋼的目標冷卻溫度，得到各帶鋼動態(tài)段需要的溫降，然后通過包括空冷模型、水冷模型等在內(nèi)的冷卻模型，計算得到各帶鋼動態(tài)段需要的冷卻水量及各帶鋼動態(tài)段所需開啟的噴水閥門數(shù)，然后結合不同的冷卻工藝，進行預冷卻、主冷卻及精冷卻對層流冷卻閥門進行控制。
[0047]根據(jù)本發(fā)明，速度變化量步長的確定，即帶鋼在加速或減速過程中，當前段的速度與上一段的速度相比的增量或減量。
[0048]根據(jù)本發(fā)明，在步驟(5)對當前段實測速度進行合理性檢驗和校正，即
[0049]將當前段的實測速度與前一段的實測速度進行比較，如果速度偏差大于速度變化的最大步長，則根據(jù)前一段的實測速度與最大步長來校正。
[0050]這是由于在實際生產(chǎn)過程中，速度的檢測存在一定的波動，為此，要對該實測值進行校驗。
[0051]在(6)實測段變化時間的修正用于為了精確的控制冷卻。
[0052]在步驟(6)實測段變化時間的修正，對于速度比較快的帶鋼，段變化時間的離散誤差會引起閥門的劇烈振蕩。對于段變化時間的異常我們采用均值算法進行修正。
[0053]根據(jù)所述實測段變化時間的修正，可以最終得到需要的速度。
[0054]根據(jù)帶鋼運行圖的速度變化趨勢可以確定帶鋼段變化時間的趨勢，從而可以排除段變化時間的異常點，具體為以前面若干段(例如，3 — 5段)的平均段變化時間來校正當前段的實測段變化時間。
[0055]根據(jù)本發(fā)明所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(1)，將帶鋼“段長”的劃分如下:
[0056]
【權利要求】
1.一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，所述控制方法首先通過測溫儀得到在軋制運行中的帶鋼各段的當前溫度，然后根據(jù)各帶鋼段的段長、速度變化及帶鋼的目標冷卻溫度，得到各帶鋼段需要的溫降，然后通過包括空冷模型、水冷模型等在內(nèi)的冷卻模型，計算得到各帶鋼段需要的冷卻水量及各帶鋼段所需開啟的噴水閥門數(shù)，進行預冷卻、主冷卻及精冷卻對層流冷卻閥門進行控制，其特征在于， (1)所述帶鋼段為動態(tài)段，所述帶鋼動態(tài)段根據(jù)帶鋼運行圖中帶鋼在不同軋制運行時間段內(nèi)不同的速度變化而設定，所述帶鋼動態(tài)段系根據(jù)帶鋼運行圖中帶鋼在不同軋制運行時間段內(nèi)以分別不同的速度運行時的段長，進行動態(tài)地劃分， 當帶鋼軋制速度< 5m/s時，所述帶鋼動態(tài)段的長度定義為1.5~2.5m，當軋制速度>5m/s時，所述帶鋼動態(tài)段的長度定義為2.5~Ilm ; 所述動態(tài)段一旦取定，在整個帶鋼軋制過程的控制計算中不再變動， (2)帶鋼運行特征點的確定， 所述帶鋼運行特征點系指所述帶鋼動態(tài)段在帶鋼運行圖中的不同軋制運行時間段內(nèi)，以分別不同的速度運行時的不同運行模式下的臨界點，所述帶鋼運行特征點包括: 第一部分:帶鋼入口點， 第二部分:帶鋼固定功率加速度點， 第三部分:帶鋼恒速運行點， 第四部分:帶鋼固定 減速點， 第5部分:帶鋼尾部點， (3)根據(jù)上述帶鋼運行過程中動態(tài)段段長的確定，層流冷卻控制模型計算出該動態(tài)段所需開啟的噴水閥門數(shù)，并將設定值傳送到下位PLC計算機執(zhí)行，進行溫度的前饋控制，以確保該動態(tài)段從F7的終軋溫度降至要求的卷取溫度； (4)在上述步驟(1)的帶鋼動態(tài)段段長的設定時， 結合不同運行特征點下的帶鋼加速度或減速度及動態(tài)段運行時間，確定速度變化量的最大步長， 所述速度變化量的最大步長即指帶鋼在加速或減速過程中，當前動態(tài)段的速度與上一段的速度相比的許可增量或減量，用于確定帶鋼不同運行速度對應的帶鋼運行速度， 具體方法如下: 即速度變化量的最大步長。
Vst 印=k*a*t 其中，Vstep速度變化量的最大步長， k加速度的適當倍數(shù)，一般取1.1~1.25， a加速度， t動態(tài)段運行時間， (5)對當前動態(tài)段實測速度進行檢驗和校正； 在上述步驟(1)的帶鋼動態(tài)段段長的設定時， 將當前段的實測速度與前一段的實測速度進行比較，如果速度偏差大于速度變化的最大步長，則根據(jù)前一段的實測速度與最大步長來校正； (6)實測段變化時間的修正。
2.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(I )，帶鋼動態(tài)段段長的劃分如下:
3.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(4)， 取帶鋼的加速度值的倍數(shù)為1.1~1.25倍，作為加速度或減速度的變化量，然后根據(jù)層冷控制中動態(tài)段在帶鋼運行圖中的對應位置得出其運行時間，由上述兩項即可確定帶鋼速度變化的上下限，即速度變化量的最大步長。
4.如權利要求2所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(4)， 所述速度變化量步長按照勻加速運動的運動方程及帶鋼運行圖進行具體計算如下:
Vst 印=k*a*t 其中，Vstep速度變化量的最大步長，單位m/s，范圍O~0.19m/s, k加速度的倍數(shù)，一般取1.1~1.25， a加速度,單位m/s2,范圍O~0.3m/s2, t動態(tài)段運行時間，單位s，范圍0.1~0.5s。
5.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(5)，
如果 VtiMt1-JVstep,則取 Vti=Vt1-AVstep ；
如果 VtiOtH-Vstep，則取 Vti = Vti^1-Vstep ； 其中=Vstep速度變化量的最大步長， Vti為當前動態(tài)段的實測速度， Vti^1為前一段的實測速度， 否則，仍以實測速度為準， 其中，Vstep為速度變化量的最大步長，Vti為當前動態(tài)段的實測速度，Vti^1為前一段的實測速度。
6.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(6)，根據(jù)帶鋼運行圖的速度變化趨勢可以確定每一個動態(tài)段段長的帶鋼段變化時間，即運行時間的趨勢，從而排除段變化時間的異常點，具體方法為: a)如果帶鋼在加速，則可以校正動態(tài)段變化時間變長的異常，以前面若干段的平均段變化時間來校正當前動態(tài)段的實測段變化時間； b)如果帶鋼在減速，則可以校正動態(tài)段變化時間變短的異常，以前面若干段的平均段變化時間來校正當前段的實測段變化時間。
7.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，在第5部分:帶鋼尾部從精軋F7機架拋鋼后，以恒速運行，直至全部卷取完畢為止。
8.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于， 由勻加速運動的運動方程可知，時間與帶鋼移動長度之間的關系如下:
9.如權利要求1所述的一種用于熱軋層流冷卻的動態(tài)段冷卻控制方法，其特征在于，在步驟(1)，當軋制速度< 5m/s時，段的長度定義為2.5m，當軋制速度> 5m/s時，段的長度定義為5.0m。
【文檔編號】B21B37/74GK103878185SQ201210560288
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月21日 優(yōu)先權日:2012年12月21日
【發(fā)明者】朱健勤, 榮鴻偉, 王東升, 高志玲 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司