鋁熱連軋機溫度控制

方勝兵

（重慶西南鋁機電設備工程有限公司，重慶401326）

0 前言

熱粗軋+多機架熱精軋是目前最適合大規模生產高精度鋁板帶材的生產方式，而高精鋁板帶材在后續加工對材料的力學、組織性能要求很高，市場對熱軋鋁板帶材的質量要求也日趨嚴格。熱連軋機在軋制過程中對帶材溫度控制也至關重要。

鋁熱連軋溫度控制是一個復雜的過程，影響因素包括合金、厚度、軋制速度、壓下率、鑄錠加熱溫度以及乳液等。通常采用軋制速度、乳液流量及鑄錠開軋溫度作為終軋溫度的控制量。

1 終軋溫度控制

1.1 控制模型

鋁熱連軋終軋溫度的簡化數學模型如式（1）所示。

式中：TFC為精軋出口終軋溫度；hc為精軋入口帶材厚度；h0為精軋出口厚度；v4為精軋F4出口速度；q、p為冷卻乳液的流量、壓力。

根據冷卻的熱傳導基本方程，可得到穿帶速度模型如式（2）所示。

式中：VT為穿帶速度；Li為機架間距；TS0為帶材初始溫度；TS為帶材溫度；TC為乳液溫度；αF為當量熱傳導系數。

根據式（2）和秒流量方程就可得到各機架的軋制速度，從而滿足終軋溫度控制要求。

1.2 控制方式

熱連軋終軋溫度控制包括頭部溫度和帶材全長終軋溫度控制兩部分。通常采用控制軋制速度和帶材冷卻系統（SCS）控制精軋機乳液流量兩種方法來控制終軋溫度【1】。

圖1 系統控制框圖

1.3 反饋控制

終軋溫度反饋控制是通過比較帶材溫度目標值和精軋機出口實測值的偏差，經過PI運算，計算出相應的F4機架速度，達到控制帶材全長終軋溫度的目的。控制原理框圖如圖2所示。

圖2 反饋控制原理框圖

2 溫度傳感器

在鋁熱連軋帶材終軋溫度控制系統中，實測的溫度既作為溫度控制系統中的實際值反饋，同時也為溫度控制模型的自主學習提供依據，多采用非接觸式測溫。某熱連軋生產線選用英國LAND公司AST系列固定式紅外測溫儀，測量熱連軋生產過程中的鋁帶材實際溫度。

3 溫度自適應控制

目前溫度自動控制采用帶有自適應環節的預設定控制。帶材咬入機架輥縫之前，預設定控制基本環節在對來料溫度及合金的一定假設下，根據溫度控制目標，選擇控制策略并計算預設定值輸出給軋機溫度控制機構。在軋制過程中溫度閉環反饋控制環節將會調控改變各控制機構的設定值。二級模型將在線的溫度控制機構的實際值和溫度實測值反饋到自適應環節，對預設定值計算模型中的可調參數和對軋機入口帶材溫度的估算值進行修正，在下次軋制同樣規格合金帶材時，自適應控制模型能給出滿足溫度控制目標的預設定值。

4 溫度控制關鍵因素

溫度控制中的關鍵環節包括紅外測溫儀和PLC控制器參數。紅外測溫儀溫度測量的偏差，以及控制軟件部份參數未細分等因素，會導致終軋溫度控制偏差。

4.1 紅外測溫儀

物體輻射率ε是影響紅外測溫精度的關鍵。因此，在測量過程中，首先要準確設定物體的輻射率。AST紅外測溫儀中熱輻射率ε是通過內部計算而得，其計算值的準確度與信號處理器中的4個優化因子的設定值有關。ε影響參數如表2所示。

表2 ε影響參數

H6和H7由傳感器固有特性決定，通過設定H4和H5值保證測溫準確度。AST紅外測溫儀的優化過程，即得出最佳的H4、H5，從而得到熱輻射率ε最優值的過程。

根據測量值的分析，采用線性回歸分析的方法對H4和H5值的最優擬合，利用最小二乘法公式對H4和H5值實現在線優化。

精軋出口紅外測溫儀（FDT）：

150mm剪入口紅外測溫儀（RDT）：

式中：T為熱電偶實測值；T1，T2：根據最小二乘法，可得如下算式：

為保證溫度測量準確，以下因素也是關鍵：（1）縮短現場測量傳感器與主控室內電纜之間的距離，減少信號衰減；（2）選擇干擾小的背景廠房照明；（3）將冷卻水源由普通循環水改為冷凍水，減少測溫儀因處于高溫環境而縮短壽命和信號漂移；（4）改善和確保空氣吹掃的質量。

4.2 PLC控制參數

必須根據合金種類，逐步優化PI控制器的參數KIT和KP，得出對應于每種合金最優的KIT和KP。

限定DV$FDTCP調節范圍為軋制速度的±25%，減少速度變化對板型和張力的影響。增加用于終軋溫度前饋控制功能選擇使用的軟件開關，選擇使用前饋控制，提高控制的穩定性。針對3104制罐料等對終軋溫度高的要求，優化精軋設定計算模型。

5 結束語

基于高精度數學模型的熱軋溫度控制系統已成為高精鋁板帶熱軋帶材生產必不可少的組成部分，它集成了軋制理論、自動控制和生產經驗及各種先進的檢測技術和控制技術。