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摘要：本文首先简要介绍了热轧带钢生产工艺，理论分析结合相关数据，深入探讨了精轧温度控制设定策略，结合现场实际情况，分析研究了热轧带钢精轧温度控制中的关键问题。
关键词：热轧带钢、终轧温度控制、机架间冷却单元、控制策略
中图分类号：TG335.11文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着中国经济的发展,我国钢铁业也不断壮大。进入21世纪,我国钢产量逐年提高。2003年,中国成为世界上第一个钢产量突破2亿吨的国家,2008年又翻番突破5亿吨,连续多年稳居世界第一。带钢精轧区冷却在整个带钢冷却系统中占有非常重要地位,是缺少不可的。带钢精轧区冷却是实现终轧温度控制的主要手段,是控制轧制控制冷却的重要组成部分。终轧温度对带钢质量有直接影响,终轧温度的高低在很大程度上决定了轧后钢材内部的金相组织和力学性能。轧制过程中,对带钢位置的准确性跟踪,是带钢机架间冷却控制的重要内容。带钢位置跟踪的准确性影响着带钢的控制冷却精度,最终影响着带钢的终轧温度。
二、热轧带钢生产工艺概述
热轧带钢生产工艺紧密联系着工艺布置,下文笔者将举某热轧厂生产线为例对热轧带钢的生产工艺流程进行介绍,如下图1。
图1 板带材轧机工艺布置图
如上图，该厂生产工艺流程如下:
板坯库存放着连铸坯,根据生产计划需要把需要的板坯借助装料辊道送到对应推钢式加热炉前,利用推钢机送进加热炉,加热至设计温度后出炉；通过高压水除鳞后板坯由辊道送到轧机工作辊道；首先开始粗轧,在粗轧完成后从出口出来后,送入传输辊道,在飞剪切头后,经过精轧前的除鳞箱开始高压水除鳞,进入精轧阶段。在进行轧制时除鳞喷嘴裝置是精轧机组前两架喷嘴,其主要是为了出去二次氧化铁皮。并且，无法调整除鳞喷嘴的喷水量。在完成精轧的轧件必须要利用机后的层流冷却系统加以控制冷却,通过控制冷却送入卷取机卷取,最后在表面检查、打捆、称重、喷印、精整等相关工序完成后送至成品库。如下图2，介绍了典型生产工艺流程。
图2 热轧带钢轧机工艺流程图
三、精轧温度控制设定策略
一般来讲，在进行带钢热轧时采取加速轧制制度,以降低带钢在精轧出口处的头尾温差(头高尾低)。该速度制度主要是:进行精轧时，在穿带过程中,保持较低速度,以确保穿带运行正常；在穿带完成后,带钢保持匀速依次通过各机架；带当钢头部至出口高温计时,开始进行一般加速,以加速至卷取机咬入速度；在卷取机咬入之后,维持一段时间匀速,在带钢长度和出口温度允许的条件下,进入高加速轧制；在完成高加速段后,带钢开始一般加速,随后进入高速平台；在带钢尾部离开第1有效机架后,尾部进行减速,达到抛钢速度；在抛钢速度下带钢尾部一次离开各机架。
采用小加速度轧制和没有采用加速轧制下带钢终轧温度曲线示意图如图3所示。
图3轧制速度变化时终轧温度在带钢全长的分布
a匀速 b一般加速
a.在匀速下，带钢头部温度比带钢尾部高;
b.小加速下，带钢温度趋于均匀。
在轧件进入精轧机组前,针对具体条件,通常要进行几次精轧温度的设定计算,以实现最理想的温度控制效果。笔者对精轧温度控制设定系统采取预设定和修正设定计算。
1、预设定
将轧件到达粗轧机后的出口高温计处作为预设定的触发点,这样粗轧机出口温度、轧件宽度、厚度等数据可直接利用实测值,精轧设定系统进行配置和初始化数据,设定精轧过程TVD(即时间-轧件速度-距离)曲线,当预测轧件至精轧前除鳞箱时间,进行出精轧入口温度计算,并预测初步出口温度,得到带钢穿带条件下冷却水喷嘴组态。在进行预设定时,选择实测参数来保证设定精度,还能够提前调整精轧机组。
2、修正设定
当轧件被送至精轧入口高温计时(飞剪前) 修正设定启动。利用实测的在精轧入口高温计处带钢样本温度值,和预测的带钢在精轧除鳞箱入口的温度,对带钢精轧出口温度进行计算, 加速度自适应的计算依据便是它们之间的差值。此外，以真正带钢速度为依据,对TVD曲线进行修正,以及对机架间冷却水喷嘴状态进行调整,确保带钢样本温度在现阶段加速度以及速度基础上到达目标温度。
3、精轧温度设定计算执行逻辑
精轧温度控制(FTC)过程机设定模型软件利用主动过程设定结合被动事件触发控制来实现对精轧温度的控制,如下图4。FTC收到来自负责跟踪轧件的基础自动化的触发事件请求,FTC成功验证此请求后,命令控制系统建立任务,FTC利用调度程序调用任务所对应的计算模块,基础自动化控制动作的实施便以此为依据。在调度程序接收到中止命令后,停止计算模块,等待下一个任务。
图4
四、精轧FTC设定模型计算模块
1、配置和初始化数据
在设定系统收到系统发送的轧件信息后,在配置数据中进行相应数据查找,并开始初始化数据。在读取及配置数据过程中,程序的功能在还能够检查数据完整性,一旦检查到数据不完整信息,即给出警告提示并退出程序。如下图5。
图5 配置和初始化数据流程
2、精轧过程TVD曲线设定模块
如下图6所示，可以用T-V(时间-轧件速度)二维曲线来表示VD曲线。FTC保证出口目标温度的重要手段之一就是设定TVD曲线。当带钢头部到达精轧入口后,设定TVD曲线。针对TVD曲线的各段特点,在进行曲线设定时,计算时把曲线分头部、中部以及尾部3个部分来进行。但必须要了解在下图所示仅仅是典型情况,在进行实际生产过程中轧制速度制度能够针对带钢长度、温度等的变化而变化。TVD曲线中各加速度和开始加速位置,可针对带钢在中间辊道上的温降梯度,在配置数据中进行检索,当做初值在加速度计算中使用。
图6 典型的 TVD 曲线
3、自适应计算
自适应能够使设定模型的计算精度达到过程控制的要求。在FTC模拟计算软件中,如果带钢尾部离开F1,开始自适应计算,无需触发条件。自适应计算结果存储于层别文件中,采用加权方法修正下一块带钢相应系数,使模型设定精度得以提高。设定模型的自适应主要有加速度的自适应计算以及带钢总体温度梯度的自适应计算两部分。
五、模拟计算结果及分析
模拟计算利用终轧温度控制模拟软件,选择SPA-H带钢, 精轧出口厚度4.396mm,精轧入口厚度40.660mm,含碳量0.10%~1.19%,带钢目标终轧温度860℃。在经过设定模型设定带钢温度控制TVD曲线、计算热带终轧温度,将计算结果对比与我国某钢铁企业现场实测值(样本长5m)。由于该带钢成品长度较短,所以不具有高速段速度曲线。通过对比发现，带钢终轧温度模拟计算精度为(860±10)℃,命中率达95%以上。在比较模型计算值和实测温度值后,表明所制定的设定策略较为合理,设定模型控制具有较高精度。
六、结语
在本文中针对带钢精轧温度控制设定系统使用了预设定以及修正设定计算方法,制定出了加速度以及通条带钢温度梯度自适应策略,确保了设定模型的计算精度。通过实践检验,该设定策略是合理设定模型控制精度较高,可在生产现场推广使用。
参考文献：
富永亮：《热轧带钢终轧温度控制模型的研究》，东北大学， 2010年
李海军：《热轧带钢精轧过程控制系统与模型的研究》，东北大学， 2008年
肖根福：《精轧温度过程控制模型研究》，南昌大学， 2005年
关键词：热轧带钢、终轧温度控制、机架间冷却单元、控制策略
中图分类号：TG335.11文献标识码： A 文章编号：
一、前言
随着中国经济的发展,我国钢铁业也不断壮大。进入21世纪,我国钢产量逐年提高。2003年,中国成为世界上第一个钢产量突破2亿吨的国家,2008年又翻番突破5亿吨,连续多年稳居世界第一。带钢精轧区冷却在整个带钢冷却系统中占有非常重要地位,是缺少不可的。带钢精轧区冷却是实现终轧温度控制的主要手段,是控制轧制控制冷却的重要组成部分。终轧温度对带钢质量有直接影响,终轧温度的高低在很大程度上决定了轧后钢材内部的金相组织和力学性能。轧制过程中,对带钢位置的准确性跟踪,是带钢机架间冷却控制的重要内容。带钢位置跟踪的准确性影响着带钢的控制冷却精度,最终影响着带钢的终轧温度。
二、热轧带钢生产工艺概述
热轧带钢生产工艺紧密联系着工艺布置,下文笔者将举某热轧厂生产线为例对热轧带钢的生产工艺流程进行介绍,如下图1。
图1 板带材轧机工艺布置图
如上图，该厂生产工艺流程如下:
板坯库存放着连铸坯,根据生产计划需要把需要的板坯借助装料辊道送到对应推钢式加热炉前,利用推钢机送进加热炉,加热至设计温度后出炉；通过高压水除鳞后板坯由辊道送到轧机工作辊道；首先开始粗轧,在粗轧完成后从出口出来后,送入传输辊道,在飞剪切头后,经过精轧前的除鳞箱开始高压水除鳞,进入精轧阶段。在进行轧制时除鳞喷嘴裝置是精轧机组前两架喷嘴,其主要是为了出去二次氧化铁皮。并且，无法调整除鳞喷嘴的喷水量。在完成精轧的轧件必须要利用机后的层流冷却系统加以控制冷却,通过控制冷却送入卷取机卷取,最后在表面检查、打捆、称重、喷印、精整等相关工序完成后送至成品库。如下图2，介绍了典型生产工艺流程。
图2 热轧带钢轧机工艺流程图
三、精轧温度控制设定策略
一般来讲，在进行带钢热轧时采取加速轧制制度,以降低带钢在精轧出口处的头尾温差(头高尾低)。该速度制度主要是:进行精轧时，在穿带过程中,保持较低速度,以确保穿带运行正常；在穿带完成后,带钢保持匀速依次通过各机架；带当钢头部至出口高温计时,开始进行一般加速,以加速至卷取机咬入速度；在卷取机咬入之后,维持一段时间匀速,在带钢长度和出口温度允许的条件下,进入高加速轧制；在完成高加速段后,带钢开始一般加速,随后进入高速平台；在带钢尾部离开第1有效机架后,尾部进行减速,达到抛钢速度；在抛钢速度下带钢尾部一次离开各机架。
采用小加速度轧制和没有采用加速轧制下带钢终轧温度曲线示意图如图3所示。
图3轧制速度变化时终轧温度在带钢全长的分布
a匀速 b一般加速
a.在匀速下，带钢头部温度比带钢尾部高;
b.小加速下，带钢温度趋于均匀。
在轧件进入精轧机组前,针对具体条件,通常要进行几次精轧温度的设定计算,以实现最理想的温度控制效果。笔者对精轧温度控制设定系统采取预设定和修正设定计算。
1、预设定
将轧件到达粗轧机后的出口高温计处作为预设定的触发点,这样粗轧机出口温度、轧件宽度、厚度等数据可直接利用实测值,精轧设定系统进行配置和初始化数据,设定精轧过程TVD(即时间-轧件速度-距离)曲线,当预测轧件至精轧前除鳞箱时间,进行出精轧入口温度计算,并预测初步出口温度,得到带钢穿带条件下冷却水喷嘴组态。在进行预设定时,选择实测参数来保证设定精度,还能够提前调整精轧机组。
2、修正设定
当轧件被送至精轧入口高温计时(飞剪前) 修正设定启动。利用实测的在精轧入口高温计处带钢样本温度值,和预测的带钢在精轧除鳞箱入口的温度,对带钢精轧出口温度进行计算, 加速度自适应的计算依据便是它们之间的差值。此外，以真正带钢速度为依据,对TVD曲线进行修正,以及对机架间冷却水喷嘴状态进行调整,确保带钢样本温度在现阶段加速度以及速度基础上到达目标温度。
3、精轧温度设定计算执行逻辑
精轧温度控制(FTC)过程机设定模型软件利用主动过程设定结合被动事件触发控制来实现对精轧温度的控制,如下图4。FTC收到来自负责跟踪轧件的基础自动化的触发事件请求,FTC成功验证此请求后,命令控制系统建立任务,FTC利用调度程序调用任务所对应的计算模块,基础自动化控制动作的实施便以此为依据。在调度程序接收到中止命令后,停止计算模块,等待下一个任务。
图4
四、精轧FTC设定模型计算模块
1、配置和初始化数据
在设定系统收到系统发送的轧件信息后,在配置数据中进行相应数据查找,并开始初始化数据。在读取及配置数据过程中,程序的功能在还能够检查数据完整性,一旦检查到数据不完整信息,即给出警告提示并退出程序。如下图5。
图5 配置和初始化数据流程
2、精轧过程TVD曲线设定模块
如下图6所示，可以用T-V(时间-轧件速度)二维曲线来表示VD曲线。FTC保证出口目标温度的重要手段之一就是设定TVD曲线。当带钢头部到达精轧入口后,设定TVD曲线。针对TVD曲线的各段特点,在进行曲线设定时,计算时把曲线分头部、中部以及尾部3个部分来进行。但必须要了解在下图所示仅仅是典型情况,在进行实际生产过程中轧制速度制度能够针对带钢长度、温度等的变化而变化。TVD曲线中各加速度和开始加速位置,可针对带钢在中间辊道上的温降梯度,在配置数据中进行检索,当做初值在加速度计算中使用。
图6 典型的 TVD 曲线
3、自适应计算
自适应能够使设定模型的计算精度达到过程控制的要求。在FTC模拟计算软件中,如果带钢尾部离开F1,开始自适应计算,无需触发条件。自适应计算结果存储于层别文件中,采用加权方法修正下一块带钢相应系数,使模型设定精度得以提高。设定模型的自适应主要有加速度的自适应计算以及带钢总体温度梯度的自适应计算两部分。
五、模拟计算结果及分析
模拟计算利用终轧温度控制模拟软件,选择SPA-H带钢, 精轧出口厚度4.396mm,精轧入口厚度40.660mm,含碳量0.10%~1.19%,带钢目标终轧温度860℃。在经过设定模型设定带钢温度控制TVD曲线、计算热带终轧温度,将计算结果对比与我国某钢铁企业现场实测值(样本长5m)。由于该带钢成品长度较短,所以不具有高速段速度曲线。通过对比发现，带钢终轧温度模拟计算精度为(860±10)℃,命中率达95%以上。在比较模型计算值和实测温度值后,表明所制定的设定策略较为合理,设定模型控制具有较高精度。
六、结语
在本文中针对带钢精轧温度控制设定系统使用了预设定以及修正设定计算方法,制定出了加速度以及通条带钢温度梯度自适应策略,确保了设定模型的计算精度。通过实践检验,该设定策略是合理设定模型控制精度较高,可在生产现场推广使用。
参考文献：
富永亮：《热轧带钢终轧温度控制模型的研究》，东北大学， 2010年
李海军：《热轧带钢精轧过程控制系统与模型的研究》，东北大学， 2008年
肖根福：《精轧温度过程控制模型研究》，南昌大学， 2005年