用于改善鋼板平直度的中厚板軋制生產(chǎn)線速度控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及冶金中厚板軋制生產(chǎn)線的自動(dòng)控制領(lǐng)域，特別是，本發(fā)明涉及一種中 厚板軋制生產(chǎn)線的預(yù)矯直機(jī)及直接淬火裝置的鋼板輸送速度的控制方法，尤其涉及按照預(yù) 矯直機(jī)、輥壓式直接淬火裝置接近式緊湊布置的中厚板軋制生產(chǎn)線上的鋼板從預(yù)矯直機(jī)到 輥壓式直接淬火裝置的聯(lián)合協(xié)調(diào)的速度自動(dòng)控制方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 目前有些現(xiàn)代化的中厚板軋制生產(chǎn)線為了改善進(jìn)入控制冷卻裝置的鋼板板形，保 證冷卻后鋼板的溫度和性能的均勻性，在控制冷卻裝置的入口側(cè)，按接近式緊湊布置預(yù)矯 直機(jī)。
[0003] 如1976年建成的日本JFE水島厚板廠（更詳細(xì)描述，請見《中國中厚板軋制技術(shù) 與裝備》，1. 2. 3節(jié)主生產(chǎn)線布置對平面布置的影響，和1. 9. 2. 2節(jié)預(yù)矯直，王國棟主編，冶 金工業(yè)出版社，2009)。其中厚板軋制生產(chǎn)線的預(yù)矯直機(jī)絕大多數(shù)采用多輥矯直機(jī)，如5輥、 7輥、9輥等矯直模式。預(yù)矯直機(jī)與控制冷卻裝置之間的距離約3~8米。
[0004] 控制冷卻通常包括在線加速冷卻（accelerated controlled cooling,縮寫ACC) 和直接淬火冷卻（direct quenching,縮寫DQ)兩種冷卻工藝（更詳細(xì)描述，請見《中國中厚 板軋制技術(shù)與裝備》，1. 8. 1節(jié)控制冷卻）。實(shí)現(xiàn)直接淬火工藝的裝置類型有多種（見《乳后 直接淬火技術(shù)在高強(qiáng)度中厚板生產(chǎn)中的應(yīng)用》，沈繼剛、李宏圖，寬厚板，2010年10月，第16 卷第5期，和《鋼板的直接淬火回火法》，小松原望、渡邊征一，鄒有武譯，國外金屬熱處理， 1985年06期）。作為本發(fā)明的控制對象之一，所涉及的直接淬火裝置為輥壓式直接淬火裝 置（在文獻(xiàn)《軋后直接淬火技術(shù)在高強(qiáng)度中厚板生產(chǎn)中的應(yīng)用》中被稱為約束型高強(qiáng)度冷 卻裝置）。其主要特點(diǎn)為：沿產(chǎn)線長度方向，高壓冷卻水噴嘴或冷卻水狹縫的集管與輸送輥 及上部約束輥間隔布置，如圖1所示。
[0005] 約束輥可以讓鋼板在冷卻過程中保持張緊狀態(tài)，不易發(fā)生變形（設(shè)備設(shè)計(jì)的更詳 細(xì)方案描述，請見1979年新日鐵的US4132393、1969年Drover公司的US3423254)，這是一 種較傳統(tǒng)的直接淬火設(shè)備設(shè)計(jì)方案，目前為德國西馬克等主流冶金設(shè)備供應(yīng)商所采用。
[0006] 現(xiàn)有的現(xiàn)代化生產(chǎn)線通常由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)控制，又根據(jù)產(chǎn)線上 的設(shè)備布置劃分為若干個(gè)控制單元，主要控制單元包括：加熱爐、乳機(jī)控制單元、控制冷卻 裝置控制單元，輔助的控制單元包括：預(yù)矯直機(jī)控制單元、熱矯直機(jī)控制單元、若干個(gè)輥道 控制單元等等。主要控制單元包括兩級控制系統(tǒng)，其中一級為基礎(chǔ)自動(dòng)化系統(tǒng)，二級為過程 控制系統(tǒng)?；A(chǔ)自動(dòng)化級主要完成設(shè)備的順序控制、位置控制、速度控制等相關(guān)參數(shù)的實(shí)時(shí) 控制。過程控制級主要執(zhí)行數(shù)學(xué)模型控制功能，進(jìn)行過程模型的復(fù)雜計(jì)算，完成過程參數(shù)的 設(shè)定任務(wù)，過程參數(shù)中包括了鋼板運(yùn)行的速度圖（即，時(shí)間與速度關(guān)系的曲線）。（更詳細(xì) 可見《中國中厚板軋制技術(shù)與裝備》，第13章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)）。與預(yù)矯直機(jī)、控制冷卻裝 置的速度控制相關(guān)的控制單元如圖2。
[0007] 控制冷卻裝置可以由輥壓式直接淬火裝置和加速冷卻裝置兩部分組成。輥壓式直 接淬火裝置的過程參數(shù)除了常規(guī)的冷卻水流量、鋼板速度圖等參數(shù)外，還包括各組上部約 束輥約束力。
[0008] 圖2中，Mp是預(yù)矯直機(jī)矯直混傳動(dòng)電機(jī)組，Md是混壓式直接淬火裝置的輸送混傳 動(dòng)電機(jī)組，Cl p是預(yù)矯直機(jī)的一級控制系統(tǒng)，Cld是輥壓式直接淬火裝置的一級控制系統(tǒng)，C2P 是預(yù)矯直機(jī)的二級控制系統(tǒng)，C2d是輥壓式直接淬火裝置的二級控制系統(tǒng)。其中預(yù)矯直機(jī)的 傳動(dòng)電機(jī)組M p接收兩路輸入信號，分別對應(yīng)不同的鋼板生產(chǎn)過程，這兩個(gè)過程是單獨(dú)預(yù)矯 直過程、啟動(dòng)直接淬火后的聯(lián)合預(yù)矯直過程。
[0009] 通常鋼板以Vp的恒定速度進(jìn)入預(yù)矯直機(jī)，開始預(yù)矯直過程，并保持Vp的速度。預(yù)矯 直的用途是改善進(jìn)入控制冷卻裝置的鋼板板形，保證冷卻后鋼板的溫度和性能的均勻性， 執(zhí)行單道次矯直。矯直的工藝參數(shù)包括，各矯直輥的壓下量、矯直速度等，包括矯直速度V p 在內(nèi)的矯直工藝參數(shù)由預(yù)矯直機(jī)的二級控制系統(tǒng)C2P的矯直模型計(jì)算得到，并發(fā)送給Clp， 鋼板在預(yù)矯直機(jī)單獨(dú)運(yùn)行，此時(shí)鋼板頭部尚未到達(dá)直接淬火裝置，此過程稱為單獨(dú)預(yù)矯直 過程。（與后述的輥壓式直接淬火裝置與預(yù)矯直機(jī)聯(lián)合工作時(shí)，以直接淬火裝置為主、預(yù)矯 直機(jī)為從進(jìn)行速度控制的模式對照，此模式被稱為啟動(dòng)直接淬火后的聯(lián)合預(yù)矯直過程），鋼 板在運(yùn)行中保持恒速，即預(yù)矯直單獨(dú)運(yùn)行時(shí)的鋼板運(yùn)行的速度圖是恒速的，速度為V p，Clp 負(fù)責(zé)把運(yùn)行圖轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換成預(yù)矯直機(jī)的各矯直輥傳動(dòng)電機(jī)組Mp和鋼板移動(dòng)所覆蓋的各輥 道組傳動(dòng)電機(jī)的實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制指令。此時(shí)，預(yù)矯直機(jī)電機(jī)M p的兩路輸入信號中的實(shí)線 表示實(shí)際起作用的輸入信號，虛線表示當(dāng)時(shí)未起作用的輸入信號，如圖3。
[0010] 當(dāng)鋼板頭部經(jīng)過輥道上被稱為交接點(diǎn)的位置之后（見圖3,交接點(diǎn)位置通常位于 輥壓式直接淬火裝置前的一組或兩組輥道組的前面，具體為一組還是二組輥道，在生產(chǎn)線 自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)已確定），鋼板開始調(diào)整速度到Vdst，以Vdst的速度進(jìn)入輥壓式直接淬 火裝置。在此之前直接淬火裝置已開始噴水，上下部各組高壓冷卻水嘴或冷卻水狹縫的水 流量、各組上部約束輥約束力等控制參數(shù)，由輥壓式直接淬火裝置的二級控制系統(tǒng)C2 d中的 冷卻數(shù)學(xué)模型預(yù)先計(jì)算得到，開始冷卻時(shí)的輥壓式直接淬火裝置及鋼板覆蓋下的各輥道組 的運(yùn)動(dòng)速度圖（即，時(shí)間與速度關(guān)系的曲線）也是由冷卻數(shù)學(xué)模型預(yù)先計(jì)算給出。
[0011] 在開始冷卻前，這些參數(shù)由輥壓式直接淬火裝置的二級控制系統(tǒng)C2d發(fā)送給輥壓 式直接淬火裝置的一級控制系統(tǒng)Cl d。在鋼板開始冷卻后，輥壓式直接淬火裝置的控制系統(tǒng) Cld負(fù)責(zé)把鋼板運(yùn)行速度圖轉(zhuǎn)換成直接淬火裝置的傳動(dòng)電機(jī)Md和鋼板移動(dòng)所覆蓋的各輥道 組傳動(dòng)電機(jī)以及預(yù)矯直機(jī)的各矯直輥傳動(dòng)電機(jī)組M p的實(shí)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速控制指令，并且根據(jù)安 裝在輥壓式直接淬火裝置后面的測溫儀表的測量溫度，實(shí)時(shí)調(diào)整Md、M p，進(jìn)行反饋控制。輥壓 式直接淬火裝置的二級控制系統(tǒng)C2d中冷卻數(shù)學(xué)模型預(yù)先計(jì)算的速度圖較復(fù)雜，由于本發(fā) 明技術(shù)方案中主要關(guān)心輥壓式直接淬火裝置速度圖中的速度與預(yù)矯直機(jī)速度的實(shí)時(shí)速差， 可簡略示意如圖4 (詳細(xì)請見《中國中厚板軋制技術(shù)與裝備》，第10. 5節(jié)控冷數(shù)學(xué)模型）。
[0012] 圖4中，當(dāng)鋼板的頭部經(jīng)過輥道上的交接點(diǎn)后，為A1時(shí)刻，觸發(fā)預(yù)矯直機(jī)傳動(dòng)電機(jī) 輸入信號的切換，開始進(jìn)入預(yù)矯直機(jī)和輥壓式直接淬火裝置聯(lián)合運(yùn)行的模式，執(zhí)行的運(yùn)行 速度圖為輥壓式直接淬火裝置的二級控制系統(tǒng)的冷卻數(shù)學(xué)模型計(jì)算的運(yùn)行圖，鋼板覆蓋的 各輥道組和預(yù)矯直機(jī)的鋼板運(yùn)行速度由Vp調(diào)速到Vdst。
[0013] A2時(shí)刻鋼板進(jìn)入輥壓式直接淬火裝置開始冷卻，此時(shí)的速度為Vdst，即開始冷卻 時(shí)的鋼板速度，鋼板平穩(wěn)運(yùn)行一段時(shí)間后，在A3時(shí)刻開始緩慢加速運(yùn)行，直到A4時(shí)刻鋼板 離開控制冷卻裝置，完成控制冷卻過程。
[0014] 在A5時(shí)刻運(yùn)行到熱矯直機(jī)前的輥道上停止運(yùn)動(dòng)，準(zhǔn)備開始熱矯直道次。上述的參 數(shù)乂(1^32333435等都由輥壓式直接淬火裝置的二級控制系統(tǒng)02(1中的冷卻數(shù)學(xué)模型 計(jì)算得到。此時(shí)，預(yù)矯直機(jī)、輥壓式直接淬火裝置的速度控制相關(guān)的控制單元的輸入信號如 下圖5,圖中預(yù)矯直機(jī)電機(jī)M p的兩路輸入信號中的實(shí)線表示實(shí)際起作用的輸入信號，虛線表 示當(dāng)時(shí)未起作用的輸入信號。對預(yù)矯直機(jī)而言，上述的輥壓式直接淬火裝置與預(yù)矯直機(jī)聯(lián) 合工作時(shí)，以直接淬火裝置為主、預(yù)矯直機(jī)為從進(jìn)行速度控制的模式，此矯直過程被稱為啟 動(dòng)直接淬火后的聯(lián)合預(yù)矯直過程。
[0015] 有下面檢索過的與預(yù)矯直機(jī)速度控制相關(guān)的技術(shù)方案，但其存在與本發(fā)明技術(shù)方 案的不同：
[0016] (1)基于拉矯原理的矯直工藝與設(shè)備：
[0017] 例如，采用張力矯直的技術(shù)，涉及目前中厚板軋制生產(chǎn)線常見的多輥模式的預(yù)矯 直機(jī)的張力矯直技術(shù)方案，主要采用板帶拉彎矯直，采用專門的拉矯機(jī)完成鋼板矯直。比如 US5161400,拉矯機(jī)和多混模式的預(yù)矯直機(jī)的設(shè)備與本發(fā)明差異極大。
[0018] 又，公開號CN 101234403(《金屬板帶張力輥式矯直機(jī)》），通過各矯直輥組間的速 度控制改進(jìn)，在消除打滑現(xiàn)象的同時(shí)，提高了矯直板帶的質(zhì)量?？紤]到由于預(yù)矯直機(jī)的各矯 直輥組間的張力，會(huì)增加靠近矯直機(jī)出口側(cè)的矯直輥組的矯直力矩，而是矯直力矩的增加 受到矯直輥傳動(dòng)軸、接頭等機(jī)械部件和傳動(dòng)電機(jī)設(shè)計(jì)能力的限制，這些限制使得該方法給 出的鋼板附加張力是有限的，矯直后鋼板板形仍有進(jìn)一步提高的必要性。
[0019] 又，公開號CN 102886394(《寬厚金屬板材矯直機(jī)張力矯直方法及裝置》）和公開 號CN102649131 (《混式矯直機(jī)以及金屬板的矯正方法》），都是通過在現(xiàn)有的多混模式矯直 機(jī)的前后設(shè)置不同型式的入口張力