热轧带钢层流冷却过程控制方法的应用研究

王立辉

（首钢京唐钢铁联合联合有限责任公司， 河北 唐山 063000）

生产实践·应用技术

热轧带钢层流冷却过程控制方法的应用研究

王立辉

（首钢京唐钢铁联合联合有限责任公司， 河北 唐山 063000）

带钢组织性能直接受热轧带钢卷取温度的影响。卷取温度是热轧带钢生产过程中比较关键的操作数据，给热轧带钢的微观组织构成以及多种性能指标带来比较大的影响。为了更好地确保卷取温度满足工艺规定的标准，需要将提高热轧带钢层流冷却控制系统的精准性。

热轧带钢 层流冷却过程 控制方法 应用

随着我国社会不断发展，科学技术水平也随之发展进步。当前，一般的普通性能钢材已无法将用户的需求充分满足，在行业内占据主要地位的是高强度、易加工、性能高的钢材。成品钢材性能质量非常重要的影响因素是热轧带钢生产当中轧制之后的冷却控制技术。同时热轧带钢卷取温度决定着成品卷钢加工焊接和力学性能。所以，应用科学高效的层流冷却控制方法在热轧带钢层流冷却过程中是非常关键的。

1 层流冷却过程控制研究的重要性

1.1 提高板带板材和材质标准

控制热轧板带层流冷却段的卷取温度是为了保证板带品质以及构成良好板形的重要时期。控制板带层流冷却的最终目标是为了控制卷取温度，更好地提升板带产品质量，充分满足用户需要。对低碳钢来讲，终轧温度要高于相变温度，经过层流冷却之后，板带满足卷取的适宜温度，与此同时在这个冷却过程中将相变实现。冷却速度和温度由轧机速度和冷却控制所决定。为了保证温度可以更大幅度地下降，层流冷却区需要设计充分长，从而保证所有产品能够经过一定的冷却之后达到目标的卷取温度。对于测温仪器，从终轧机之后到卷取之前这段时间里，存在传送延迟，直接导致首钢京唐钢铁联合联合有限责任公司不能直接利用反馈控制将系统当中的卷取温度和卷取精度直接控制，很多热轧厂利用前馈

反馈控制系统当做关键的控制回路，利用自适应当做辅助回路将前向预测偏差弥补。

1.2 过程控制研究的重要性

近几年以来，伴随着工业界对板带需求量不断增加，同时逐渐提高了产品质量的标准。在这样的形式下，利用卷取温度来控制精度，经历技术改造之后，获取了非常大的提升，板带的开始生产从之前的大型、高速、连续程度朝着能源节约、加大产品品质的方向进步。在热轧厂板带层流冷却生产过程中，研究卷取温度控制工作，不仅可以提升板带产品的品质，还可以保证节省能源、为生产双相钢带来帮助，促进生产效率提高。针对我国现如今钢铁生产的现实情况，打造一个满足我国实际情况的层流冷却过程的动态模型和比较先进的板带层流冷却控制技术，有着极为重要的现实意义。

2 层流冷却的冷却工艺

2.1 前段冷却模式

高温区域，热轧带钢需要快速将温度冷却，多选择前段冷却模式。此方式可以保证在精冷区从前往后的流程，冷却阀门打开，达到带钢冷却的目的。选择前段冷却方式，带钢进行冷却的时候，尽量选精冷区最开始的阀门当作开始的冷却阀门，按照层流冷却控制模型计算出带钢长度进行冷却，确定好开启阀门的数量。将开始冷却阀门作为始点，根据带钢进行方向的反向开启需要的阀门，保证带钢的冷却[1]。

2.2 后段冷却模式

低温地带，热轧带钢需要非常快的降温速度的基础上，一般要利用后段冷却的方法冷却。这种冷却方法就是从粗冷区从前往后的流程打开阀门将带钢带到冷却区。将带钢的冷却模式选择后端冷却的时候，尽可能将粗冷区最开始的阀门作为开始的冷却阀门，同时依照层流冷却控制模型所计算出带钢长度进行冷却，确定开启阀门的数量。将开始冷却的阀门作为开始点，随后带钢运行的反向打开需要开启阀门，确保带钢的冷却。

2.3 均匀冷却模式

处在冷却的流程过程中的热轧带钢所处在的每一个温度段当中所需要的冷却速度都不同，一般使用分组控冷以及水冷同时进行冷却模式进行冷却，确保冷却阀门开闭进行排列。带钢冷却选均匀冷却模式的情况下，某组喷水集管的首根喷水管作为阀门，将层流冷却控制模式计算出所需要的冷却带钢长度当做参照物，确定开启阀门数量。将开始冷却阀门作为始点，根据带钢进行方向的反向开启需要的阀门，保证带钢的冷却[2]。

3 热轧带钢层流冷却过程控制方法的应用

3.1 实现预设定功能

热轧带钢卷取温度的控制是非常复杂的一种分布控制方式。因为供水设备和稳定层流都需要时间，因此要根据精轧机所带来的带钢数据，比如带钢厚度、速度、温度等等，利用设置好的模型将设定好冷却区域的水阀开闭情况，这样更好地将总体控冷系统动作滞后影响现象去除。预设定模型经过一定的时间就会重启一次，重新将各个控制量进行设定之后送到基础自动化系统进行执行，等于分段控制带钢长度，消除带钢长度方向的温度、厚度和速度。

3.2 前馈控制功能实现

当带钢经过精轧机的测温仪器，系统启动修正设定计算机程序（前馈控制计算）。修正设定计算作为一个不停进行周期计算的流程，按照精轧出口实测带钢温度、速度以及厚度[3]。使用和预设定计算一致的模型计算对应的集管排放数量，适当调整预先设定好计算所得到的喷水情况，这项微调要根据样本长度周期进行。

3.3 反馈控制功能实现

为了保证控制精度，控制系统设计当中包含了反馈控制，充分将前馈控制漏洞补充，因此，控制系统就是一个前馈反馈控制系统。当中将前馈控制作为主要方式。重点因为带钢终轧出口的温度、速度以及厚度将直接对带钢温度影响非常巨大。只有预先设定好的温度模型精准程度高，需要对上面因素的影响作出充足的弥补[4]。和上面因素比较，不能控制随机影响是次要的，同时施加反馈控制同时，此段和后来比较长的一段带钢结束控制。关键将前馈控制作为重点，反馈控制作为次要点。根据带钢卷取温度的实际测量以及距离目标值的差距，为了更好地将温度偏差去除掉就需要利用精冷段水阀开闭个数将目的实现，从而提高带钢卷取温度，保证精度得到控制。

3.4 学习模型功能实现

自动控制发展和研究的最终目标就是为了让对象或者过程的输入输出关系能够将预期目标满足，就是达到各种性能指标，或者在一定条件中某种代表性能达到最佳状态。文中阐述的层流冷却控制系统就是具备了参数自校正系统。因为在现场当中具有非常多的不可预知和不可控的问题出现，都是非常常见的但是很难克服的问题，自适应控制能够将这些问题很好地解决。

4 结语

热轧带钢是一项非常关键需要继续高度关注同时进行深入开发研究的技术。能够预测和控制组织性能，能够精准实现对钢材组织性能的控制，产出高品质的钢材。需要非常关心的就是层流冷却过程中的温度等参数的实时检测技术。当前已经有在线直接进行测量温度的方式，可是将其作为间接进行测量的方式，将其作为辅助修正观测器模型精度的方式。

[1] 罗刚.热轧带钢层流冷却过程控制及其优化[D].无锡：江南大学，2009.

[2] 片锦香，柴天佑.热轧带钢层流冷却过程混合智能控制方法[J].东北大学学报（自然科学版），2009（11）：1 534-1 537.

[3] 彭良贵，刘相华，王国栋.热轧带钢层流冷却的控制策略及其应用[J].钢铁研究学报，2005（3）：5-9.

[4] 卜赫男.热轧带钢层流冷却过程自动化系统的优化与应用[D].沈阳：东北大学，2013.

（编辑：苗运平）

Application of Control Method in Laminar Cooling Process of Hotrolled Strip

WANG Lihui
（Shougang Jingtang United Iron&Steel Co.,Ltd.,Tangshan Hebei 063200）

The microstructure and properties of strip steel are directly affected by the coiling temperature of hot rolled strip.Coiling temperature is a key operation data in production process of hot rolled strip,which has a great influence on microstructure and various performance indexes of hot rolled strip.In order to ensure that the coiling temperature meet the requirements of process specifications,it is necessary to improve the accuracy of laminar cooling control system of hot strip mill.

hot rolled strip,laminar cooling process,control method,application

TG335.11

A

1672-1152（2017）03-0087-02

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.03.35

2017-04-02

王立辉（1984—），男，河北邢台人，大学本科学历，现就职于首钢京唐钢铁联合联合有限责任公司，主要从事热轧设备管理工作，中级工程师。