浅谈提高薄规格带钢卷取温度控制精度的措施

1 卷取温度控制的难点

热轧带钢轧后冷却过程是一个复杂的传热过程,它的控制难点表现在:(1)影响卷取温度的因素多而复杂。(2)检测点少。(3)对于厚规格带钢,其表面和中心存在温差,带钢内部存在热传导,要想该精度的控制卷取温度,必须考虑带钢内部的温度场。(4)层流冷却装置分布在100米左右的输出辊道的上下方,带材上每一点的实际厚度、温度有所不同,若采用加速轧制,带材每一点通过冷却区的时间差异也会很大。(5)带钢在冷却过程中存在相变,如奥氏体到铁素体的转变。另外,冷却过程中存在复杂的导热现象,这些对热流换热系数影响很大。(6)由于目前许多层流冷却系统调节的是阀门开闭的个数,从而导致层流冷却系统调节的是非连续的,其控制"粒度"由一个阀所控制的水量决定。卷取温度控制精度本质上受此"粒度"大小的制约。

2 薄规格带钢卷取温度控制中主要存在的问题

在薄规格带钢卷取温度控制中主要存在以下问题:(1)换规格首卷通长卷取温度控制精度较差,模型控制参数基于钢种族、目标卷取温度、目标厚度等条件检索；(2)精轧穿带至卷取机咬钢前的带钢头部温度控制较差,受带钢板形等因素影响,实测温度波动较大；(3)为避免薄规格(厚度不大于2.0MM)带钢头部在辊道上卡钢引起堆钢事故,采用1m干头控制策略,实际控制中干头区域过后存在卷取温度低点区域；(4)为保证精轧机组抛钢稳定性,一般在第1架抛钢时开始执行一定的减速率,因此在带钢尾部的降速轧制导致尾部卷取温度低于目标下限或波动较大。

3 提高卷取温度控制精度的措施

3.1 钢种族和材料代码优化

层冷模型控制参数基于钢种族划分,模型预设定时根据化学成分计算出钢种族,带钢的导热系数、比热由其材料代码检索获得,而材料代码按照化学成分确定。生产过程中多次出现相同牌号下因材料代码跳变发生的卷取温度控制偏差,原因为某些化学成分控制不稳定而刚好超过材料代码计算时的判定标准,从而导致相同牌号、相同规格带钢在卷取温度控制时因为导热系数、比热的变化发生控制差异。在模型程序中对重点钢种进行了手动指定钢种族。如果相同钢种族和厚度等级带钢的卷取目标温度相差较大且交叉轧制时,卷取温度模型自学习参数的相互遗传控制就会出现卷取温度波动大且超标的问题。为了避免类似情况的发生,建立了钢种族和材料代码配置文件。层冷模型预设定时读取配置文件来获取钢种族和材料代码,当配置文件中没有定义该牌号时再通过化学成分计算获取,可以有效避免因钢种族或材料代码跳变引起的控制偏差。在需要修改或配置新牌号和特定牌号时,它只需要在配置文件中添加或修改,这不会影响连续的生产过程。

3.2 差异化的目标卷取温度设定策略

带钢在层冷区运动时,速度会依次经历穿带、第1次加速、第2次加速、减速和抛钢等过程,尤其对于带钢头尾部分,由于经历穿带加速和抛钢降速过程,加上卷取未建张和失张状态影响,卷取温度的控制通常是困难的。通过设定差动目标卷取温度,提高了模型对加速和减速过程的适应性,提高了控制精度。在实际生产中,薄规格带钢头部终轧温度一般较低,卷取前的操作稳定性差,容易出现"浮"和折叠现象。带钢尾部由于精轧抛钢降速以及层冷集管响应滞后的影响,易发生温度较低的现象,并且受精轧抛钢减速率影响较大。

3.3 干头控制补偿策略

薄规格尤其是2.0mm厚度及以下规格,为了避免带钢头部卷取困难或带钢头部在辊道上卡钢引起堆钢事故,多采用干头控制。干头区域过后经常出现温度偏低产线干头控制中,受头部板形、速度变化、层冷瞬时的现象。为此,提出一种干头控制补偿策略。由于层冷模型基于样本进行前馈控制和反馈控制,当终轧高温计检得带钢后每隔500MS产生一个样本,干头控制温度补偿功能由补偿温度和补偿样本个数两部分组成。例如给定补偿温度为50℃,补偿样本个数为6,并且使用干头2M,层冷模型在进行设定时判断干头使用标志为真后,使用干头温度补偿功能,对指定的前6个样本按照卷取温度目标值+50℃进行控制,减少层冷集管开启个数,避免干头区域过后温度低点的产生。

3.4 模型参数快速检索功能开发

通过客户端软件对模型控制自学习参数和头差补偿参数进行检索和修改。当打开客户端软件后,建立了层冷模型的心跳消息与服务层之间的连接。在客户端界面上添加"快速搜索"按钮,然后单击按钮,请求层冷模型的服务器端,用于当前冷层冷却区域中当前或最近的条带信息。层冷模型程序中定义结构体数组SSRTCOM,用于存放轧件的各种信息,并定义轧件序号,每块带钢对应唯一轧件序号,当轧件跟踪到达层冷区域后,轧制件的序列号作为条带的相应序列号自动更新。服务器在接收到客户端的当前信息消息后,首先读取该层的冷区的序列号。在映射数据之后,数据图读取对应于轧制件的序列号的阵列SSRTCOM中的板坯数量、钢圈、目标厚度、冷却策略、目标辊温度、最终轧制温度和减速率。协议组织消息被发送到客户端。

4 结语

热轧带钢层流冷却过程是一个复杂的多变量、非线性、强耦合的过程,预设定模型的精度的高低对卷取温度控制质量起决定作用；轧温度前反馈控制结合对带钢样本段的微跟踪进行,增加了前反馈控制的针对性；在精调区和粗调区同时进行速度波动的前反馈补偿,可以减轻精轧抛钢后的尾部温降太大的现象;在停止轧制的过程中,环境温度的补偿可以提高第一钢的控制精度。系统的控制精度取决于统计模型的精度。带钢厚度越小,控制精度越高。