淺談提高薄規格帶鋼卷取溫度控制精度的措施

1 卷取溫度控制的難點

熱軋帶鋼軋后冷卻過程是一個復雜的傳熱過程,它的控制難點表現在:(1)影響卷取溫度的因素多而復雜。(2)檢測點少。(3)對于厚規格帶鋼,其表面和中心存在溫差,帶鋼內部存在熱傳導,要想該精度的控制卷取溫度,必須考慮帶鋼內部的溫度場。(4)層流冷卻裝置分布在100米左右的輸出輥道的上下方,帶材上每一點的實際厚度、溫度有所不同,若采用加速軋制,帶材每一點通過冷卻區的時間差異也會很大。(5)帶鋼在冷卻過程中存在相變,如奧氏體到鐵素體的轉變。另外,冷卻過程中存在復雜的導熱現象,這些對熱流換熱系數影響很大。(6)由于目前許多層流冷卻系統調節的是閥門開閉的個數,從而導致層流冷卻系統調節的是非連續的,其控制"粒度"由一個閥所控制的水量決定。卷取溫度控制精度本質上受此"粒度"大小的制約。

2 薄規格帶鋼卷取溫度控制中主要存在的問題

在薄規格帶鋼卷取溫度控制中主要存在以下問題:(1)換規格首卷通長卷取溫度控制精度較差,模型控制參數基于鋼種族、目標卷取溫度、目標厚度等條件檢索；(2)精軋穿帶至卷取機咬鋼前的帶鋼頭部溫度控制較差,受帶鋼板形等因素影響,實測溫度波動較大；(3)為避免薄規格(厚度不大于2.0MM)帶鋼頭部在輥道上卡鋼引起堆鋼事故,采用1m干頭控制策略,實際控制中干頭區域過后存在卷取溫度低點區域；(4)為保證精軋機組拋鋼穩定性,一般在第1架拋鋼時開始執行一定的減速率,因此在帶鋼尾部的降速軋制導致尾部卷取溫度低于目標下限或波動較大。

3 提高卷取溫度控制精度的措施

3.1 鋼種族和材料代碼優化

層冷模型控制參數基于鋼種族劃分,模型預設定時根據化學成分計算出鋼種族,帶鋼的導熱系數、比熱由其材料代碼檢索獲得,而材料代碼按照化學成分確定。生產過程中多次出現相同牌號下因材料代碼跳變發生的卷取溫度控制偏差,原因為某些化學成分控制不穩定而剛好超過材料代碼計算時的判定標準,從而導致相同牌號、相同規格帶鋼在卷取溫度控制時因為導熱系數、比熱的變化發生控制差異。在模型程序中對重點鋼種進行了手動指定鋼種族。如果相同鋼種族和厚度等級帶鋼的卷取目標溫度相差較大且交叉軋制時,卷取溫度模型自學習參數的相互遺傳控制就會出現卷取溫度波動大且超標的問題。為了避免類似情況的發生,建立了鋼種族和材料代碼配置文件。層冷模型預設定時讀取配置文件來獲取鋼種族和材料代碼,當配置文件中沒有定義該牌號時再通過化學成分計算獲取,可以有效避免因鋼種族或材料代碼跳變引起的控制偏差。在需要修改或配置新牌號和特定牌號時,它只需要在配置文件中添加或修改,這不會影響連續的生產過程。

3.2 差異化的目標卷取溫度設定策略

帶鋼在層冷區運動時,速度會依次經歷穿帶、第1次加速、第2次加速、減速和拋鋼等過程,尤其對于帶鋼頭尾部分,由于經歷穿帶加速和拋鋼降速過程,加上卷取未建張和失張狀態影響,卷取溫度的控制通常是困難的。通過設定差動目標卷取溫度,提高了模型對加速和減速過程的適應性,提高了控制精度。在實際生產中,薄規格帶鋼頭部終軋溫度一般較低,卷取前的操作穩定性差,容易出現"浮"和折疊現象。帶鋼尾部由于精軋拋鋼降速以及層冷集管響應滯后的影響,易發生溫度較低的現象,并且受精軋拋鋼減速率影響較大。

3.3 干頭控制補償策略

薄規格尤其是2.0mm厚度及以下規格,為了避免帶鋼頭部卷取困難或帶鋼頭部在輥道上卡鋼引起堆鋼事故,多采用干頭控制。干頭區域過后經常出現溫度偏低產線干頭控制中,受頭部板形、速度變化、層冷瞬時的現象。為此,提出一種干頭控制補償策略。由于層冷模型基于樣本進行前饋控制和反饋控制,當終軋高溫計檢得帶鋼后每隔500MS產生一個樣本,干頭控制溫度補償功能由補償溫度和補償樣本個數兩部分組成。例如給定補償溫度為50℃,補償樣本個數為6,并且使用干頭2M,層冷模型在進行設定時判斷干頭使用標志為真后,使用干頭溫度補償功能,對指定的前6個樣本按照卷取溫度目標值+50℃進行控制,減少層冷集管開啟個數,避免干頭區域過后溫度低點的產生。

3.4 模型參數快速檢索功能開發

通過客戶端軟件對模型控制自學習參數和頭差補償參數進行檢索和修改。當打開客戶端軟件后,建立了層冷模型的心跳消息與服務層之間的連接。在客戶端界面上添加"快速搜索"按鈕,然后單擊按鈕,請求層冷模型的服務器端,用于當前冷層冷卻區域中當前或最近的條帶信息。層冷模型程序中定義結構體數組SSRTCOM,用于存放軋件的各種信息,并定義軋件序號,每塊帶鋼對應唯一軋件序號,當軋件跟蹤到達層冷區域后,軋制件的序列號作為條帶的相應序列號自動更新。服務器在接收到客戶端的當前信息消息后,首先讀取該層的冷區的序列號。在映射數據之后,數據圖讀取對應于軋制件的序列號的陣列SSRTCOM中的板坯數量、鋼圈、目標厚度、冷卻策略、目標輥溫度、最終軋制溫度和減速率。協議組織消息被發送到客戶端。

4 結語

熱軋帶鋼層流冷卻過程是一個復雜的多變量、非線性、強耦合的過程,預設定模型的精度的高低對卷取溫度控制質量起決定作用；軋溫度前反饋控制結合對帶鋼樣本段的微跟蹤進行,增加了前反饋控制的針對性；在精調區和粗調區同時進行速度波動的前反饋補償,可以減輕精軋拋鋼后的尾部溫降太大的現象;在停止軋制的過程中,環境溫度的補償可以提高第一鋼的控制精度。系統的控制精度取決于統計模型的精度。帶鋼厚度越小,控制精度越高。