厚板冷卻多因素控制方法

丁夢怡 趙紅芹 馬琴

（山東萊蕪集團鋼鐵公司自動化部）

1 前言

多功能中斷冷卻過程（Multipurpose Interrupted Cooling Process，MULPIC）加速冷卻控制設備在當前中厚板生產中是一套具有高科技含量的設備，但是由于工藝因素，實際生產中設備并沒有很好的發揮其優勢，現場常出現鋼板跟蹤丟失、MULPIC區域停板、溫度冷卻不均勻等狀況，導致廢鋼產生，嚴重影響生產的正常進行。為此本文在其基本控制工藝基礎上，對萊鋼厚板水冷區域開展了以下幾項研究工作，通過優化部分控制參數，使 MULPIC水冷單元的控制功能得到更好地發揮，多項水冷指標明顯提高。

2 MULPIC水冷區水閥校準及標定

MULPIC水冷區域中最多的設備是氣動水閥，這些水閥直接對冷卻水流量的大小起作用。所以保證閥門動作的準確性是對水冷控制最優因素研究的一項基本工作。通過對現場反復測試，設計了上標定和下標定兩種方式，即讓水閥在正常空氣壓力和水流量壓力條件下，按照固定的閥開口度依次遞增或遞減，從而得到一系列有規律的數據，并將這些數據上傳保存在程序中。

在閥門校準和標定過程中，多次試驗并記錄了不同時刻的流量實測值和壓力實測值，運用計算軟件進一步得到程序中所需的A、B值。標定公式如式（1）所示：

其中，x為水流量(m3/h)；Y為冷卻水通過閥門的壓力(bar)；n則是計算軟件中常用參數。

A、B值即是數據模型中需要的壓力與流量實時變化的一個對應參數，將其調用到程序計算模型，在鋼板冷卻過程中，只要外界因素不發生變化，閥門就可以按照事先設定值根據水流大小調整開口度精確冷卻。圖1為數據采集分析系統軟件中觀察到的壓力與流量的實時數據曲線。

圖1 壓力與流量的實時數據曲線

此時進一步得到對應閥門開口度下的Kv系數。定義Kv系數為冷卻水通過調節閥時，壓力損失1bar時測得的水溫為 4℃（密度=1000kg/m3）的水流量（m3/h），計算公式如下：

其中，Q為水流量(m3/h)；ΔP為冷卻水通過閥門的壓力損失(bar)；ρ為水的密度(kg/m3)。

上述Kv曲線是本文所需的實際閥門流量性能曲線，將其應用于水冷裝置的開環控制中，例如鋼板進行頭、尾部遮擋冷卻控制過程中，可以精確的通過二級模型設定流量和極管壓力值調節閥門開口度，從而提高 MULPIC冷卻裝置的冷卻精度，得到良好的水冷板型，這是多因素優化控制工作的第一步。

3 通過微跟蹤建立預設定計算模型

冷卻工藝要求冷卻后鋼坯性能均勻，但通常只能檢測到鋼板的開冷、終冷溫度，無法得知暫態溫度，特別是鋼坯進入水冷區前縱向方向就存在溫度不均勻的情況，所以更加劇了鋼坯長度方向的溫度不均勻性。為此建立了鋼坯微跟蹤控制功能，添加了溫度預設定計算模型，即將整個軋線劃分成4個邏輯區域對鋼板分段跟蹤：從鋼坯出爐到進行最后一個道次軋制；從最后一個道次軋制到鋼坯抵達控冷區前的測溫區；MULPIC水冷作用區域；鋼坯尾部離開水冷區后的傳送區域。通過對鋼板跟蹤系統的優化可以有效地減小或消除鋼坯長度方向的溫度不均勻性。板坯微跟蹤分段圖如圖2 所示。

圖2 板坯微跟蹤分段圖

所以在每一物理跟蹤段開始和結束時，新添加的溫度預設定計算模型需要實現相應的修正設定計算、溫度自學習等控制功能，確保板坯在水冷單元中能夠均勻冷卻。而所有的水流量值、壓力值、溫度值、板坯速度值、自學習以及自適應過程都是在鋼板軋制時就設定好的。設定計算功能的組成結構如圖3 所示。

在計算模型輔助作用下，鋼板在通過精軋機最后一個道次時，MULPIC控制系統一級自動化接到精軋機軋制任務結束信號后，通過精軋機一級自動化SIMADYN D將速度降為MULPIC所需速度（升速或變速或階段調速等冷卻工藝要求），軋機將控制權交給MULPIC。當鋼板進入MULPIC區域進行冷卻時，MULIPC會根據自身控制系統對板坯冷卻需求進行作用，對于不同規格的鋼板采用不同的輥道加速度、頭尾遮擋以及邊部遮擋。當 MULPIC控制系統完成冷卻任務后，該系統通過精軋機向矯直機（Leveler LEVEL1）發出冷卻完成任務指令，鋼板進入矯直區進行矯直，矯直完成后，再向1#冷床系統發出矯直任務完成指令。MULPIC控制系統二級自動化通過精軋機二級服務器（FM LEVEL2）得到鋼板的原始參數，根據ACC冷卻模式，通過冷卻模型控制水量及輥速等。

圖3 設定計算功能的組成結構

溫度預設定模型和微跟蹤技術的實現在現代寬厚板軋鋼中屬于較先進的水平。它們的研究與應用很好地提高了水冷功能區域的精準冷卻程度。

4 通過增加熱金屬檢測器實現優質控溫

MULPIC控制系統一級自動化接到精軋機軋制任務結束信號后，通過精軋機一級自動化TDC將速度降為 MULPIC所需速度，此時控制權由精軋機轉交給MULPIC。但是由于厚板生產中精軋機對輥道控制采用的是電壓反饋，而 MULPIC系統對輥道速度的數據采集是現場實際速度，兩系統差值不匹配從而很容易影響二級冷卻模型的應用，出現跟蹤丟失，導致MULPIC區域停板等現象。圖4為MULPIC流量控制流程圖。

圖4 MULPIC流量控制流程圖

通過對IBA系統歷史趨勢和MULPIC水冷單元一、二級控制功能的研究，發現除了速度不匹配的原因外，MULPIC入口熱檢信號斷續也是控制權不能很好交接的一個重要原因。結合現場工藝，針對速度不匹配的故障原因，對輥道拖動電機做出相應的調整，使多處理器自動化系統（Technology and Drive Control，TDC）控制速度與 MULPIC控制速度能夠很好地銜接。同時，在 MULPIC入口側增加了一臺熱檢儀，修改 MULPIC控制程序，設定兩熱檢信號只要有一個正常則系統認為正常，并且把框架、輥道等基本信息準備正常作為MULPIC接收控制權的條件，使得二級系統對MULPIC輥道、閥門等進行充分控制。

5 結束語

通過對水冷單元系統參數及現場設備的改造，提高了板坯成材率，減少冷卻中卡板、波浪型鋼板、跟蹤不準、信息丟失等故障的出現。經過對實驗室力學性能多個規格鋼板的測試結果對比，證明各項力學性能指標均能滿足要求，技術改造后鋼板廢品率大大降低，水冷板坯板型密度、硬度等性能指標均有增加，具有很好的推廣和應用價值。

[1]張曉康,王國棟,沙孝春.中國中厚板軋制技術與裝備[M].北京:冶金工業出版社,2009.

[2]孫本榮.中厚鋼板生產[M].北京:冶金工業出版社,1995.