熱軋1450mm卷取溫度自動控制

姜濤 于雷 潘亮亮 李文俊 唐國喜

摘 要：本文介紹吉林建龍公司1450mm熱連軋生產線層流冷卻控制系統的組成、原理和實際應用情況，主要闡述二級系統在層流冷卻控制系統中的作用，二級模型進程組成以及工藝上對影響卷取溫度控制精度的原因進行總結。

關鍵詞：層流冷卻;卷取溫度;二級模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.05.066

1 層冷設備系統簡介

層流冷卻裝置型式為無慣性管式層流冷卻，由15組粗調和2組精調組成。冷卻長度約84m，冷卻寬度為1395mm。上集管采用常規u型層流集管，下集管采用直噴集管。上下集管的閥數都為76個，其中在第一組和第十七組安裝有流量計。系統配置了多種調節閥門和檢測儀表，包括手動調節閥、高溫計、水溫計等，用于系統的信號檢測、帶鋼跟蹤及自動控制。

層流冷卻系統布置如圖所示。

2 層冷溫度控制系統及原理

2.1 系統

STA：設定值代理。當帶鋼到達精軋區域時其向DBADAPTER發送帶鋼規格信息和精軋預計算結果，同時觸發DBADAPTER進行下一步的計算。DBADAPTER：作為層冷系統的數據庫接口有兩個作用：一是從STA或得到的數據在數據庫中獲取相應的冷卻策略號，二是存儲mosPcCS的計算結果。

2.2 功能

在帶鋼進入冷卻部分之前，預計算要初始化冷卻水量。它的第一部分，冷卻策略從PDI、FM設定值、測量數據及操作員輸入的數據中選擇所有用于計算的輸入值，并將它們準備好進行設定計算。然后設定計算利用冷卻段的物理模型計算出實現所要求目標溫度的冷卻閥模式。

當帶鋼進入冷卻區時，激活實時控制。這個控制分為兩部分：觀察器和控制器。觀察器沿整個冷卻區實時計算溫度和相變系數，并比較實測的溫度和計算的溫度，根據偏差得出一個在線的模型校正。控制器其本身也包含兩個部分。一個在線監控器，像觀察器一樣實時地計算整個冷卻區的溫度和相變系數。與觀察器不同是閥門狀態此時來自控制器。測量值是通過一級周期性的發送給二級。計算的閥門設定值通過二級發送給一級，一級就根據二級的計算來進行閥門設定值的更新。基于此，二級進行實時在線控制，在有異常情況發生時，它都可以立即對整個帶鋼進行補償。控制器的計算是根據用于預計算的模型來執行的，因此在故障發生時，不會有精度的損失。

2.3 模型

（1）熱傳導模型。在熱傳導模型中，關于不同帶鋼厚度的非線性熱方程已經被解決。方程是基于焓而被表述的并考慮了非線性的熱傳導率和相變生成的熱。

（2）熱傳輸模型。熱傳輸模型用于帶鋼表面與周圍環境的熱傳輸。該模型根據給定的帶鋼表面溫度、速度和環境條件計算帶鋼與周圍環境之間的熱傳輸。帶鋼表面與周圍環境間的熱傳輸取決于以下的影響：1）水覆蓋面和流量/壓力;2）水溫;3）帶鋼速度;4）帶鋼表面溫度。

（3）相變模型。這個熱力學模型是基于吉布斯的自由焓理論，這個理論使熱函在平衡狀態下最小化。在開發任意溫度時，這個模型可以計算相組成。相變模型是直接與熱方程相聯系的，通過熱力學原理，即熱源、熱容以及相變組成的平衡狀態之間的關系，可以精確的計算出相變生成熱。

（4）冷卻模型自適應。模型自適應的任務是為正在運行的帶鋼和下一個帶鋼的設定計算決定一個改進的校正系數。對每一根帶鋼都計算兩個校正系數。一個用來校正帶鋼表面的熱傳輸，另一個用來校正相變速度。自適應程序從實時觀察器中得到所有的必要數據。這個表可以存儲100.000根帶鋼的數據。

模型自適應將會應用一個叫做JIT的模型，此模型是西門子開發的一個特別的運算法則。基本思想是依照存貯的數據利用非線性回歸直接計算所有的校正系數。

2.4 卷取溫度控制原理

帶鋼軋后冷卻過程是一個復雜的傳熱過程，它包括輻射傳熱，模型計算帶鋼冷卻曲線首先確定冷卻策略，通過層冷的策略能夠確定冷卻方式與冷卻速率四檔控制，頭尾不冷長度，層冷第一個開閥位置，進入到模型輸入再通過觸發模型進行設定計算。如下圖所示：

3 影響卷取溫度命中的影響因素

在不投用熱卷箱時F7出口速度波動很大，升速很快，導致模型實時控制會出現誤差。在一個生產單元內頻繁更換鋼種，規格影響模型設定精度，卷取溫度命中率下降。現場設備故障閥較多，但在畫面沒有進行標識，導致層水流量實際與計算的誤差較大。冬夏季節變化時，水溫，環境溫度變化時模型設定出現偏差，明顯出現在4月份，10月份。現場調整水壓，水流量時與模型配置值誤差大。卷取共享內存清理周期問題而導致模型系數波動。

4 總結

控制帶鋼卷取溫度是極其復雜的過程，受到的影響條件很多，分析問題時也很難找到問題的根本原因，通過不斷的數據分析優化和現場工藝條件，這樣帶鋼的性能更加均勻，在下游客戶的使用過程中保持高品質的質量。

參考文獻：

[1]孫一康.帶鋼熱連軋的模型與控制[M].北京：冶金工業出版社，

2002.

[2]靳適維，靳松.承鋼1780熱軋卷板廠層冷PCS系統功能和控制原理[J].科技經濟市場，2012（10）.