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(chǎn)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(chǎn)中設備并沒有很好的發(fā)揮其優(yōu)勢，現(xiàn)場常出現(xiàn)鋼板跟蹤丟失、MULPIC區(qū)域停板、溫度冷卻不均勻等狀況，導致廢鋼產(chǎn)生，嚴重影響生產(chǎn)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(qū)域開展了以下幾項研究工作，通過優(yōu)化部分控制參數(shù)，使 MULPIC水冷單元的控制功能得到更好地發(fā)揮，多項水冷指標明顯提高。

2 MULPIC水冷區(qū)水閥校準及標定

MULPIC水冷區(qū)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(yōu)因素研究的一項基本工作。通過對現(xiàn)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?？諝鈮毫退髁繅毫l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(guī)律的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)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(shù)。

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

圖1 壓力與流量的實時數(shù)據(jù)曲線

此時進一步得到對應閥門開口度下的Kv系數(shù)。定義Kv系數(shù)為冷卻水通過調(diào)節(jié)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(huán)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(diào)節(jié)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(yōu)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(tài)溫度，特別是鋼坯進入水冷區(qū)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(qū)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(qū)前的測溫區(qū)；MULPIC水冷作用區(qū)域；鋼坯尾部離開水冷區(qū)后的傳送區(qū)域。通過對鋼板跟蹤系統(tǒng)的優(yōu)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(xiàn)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(tǒng)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(diào)速等冷卻工藝要求），軋機將控制權交給MULPIC。當鋼板進入MULPIC區(qū)域進行冷卻時，MULIPC會根據(jù)自身控制系統(tǒng)對板坯冷卻需求進行作用，對于不同規(guī)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(tǒng)完成冷卻任務后，該系統(tǒng)通過精軋機向矯直機（Leveler LEVEL1）發(fā)出冷卻完成任務指令，鋼板進入矯直區(qū)進行矯直，矯直完成后，再向1#冷床系統(tǒng)發(fā)出矯直任務完成指令。MULPIC控制系統(tǒng)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(shù)，根據(jù)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(xiàn)在現(xiàn)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(qū)域的精準冷卻程度。

4 通過增加熱金屬檢測器實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)控溫

MULPIC控制系統(tǒng)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(chǎn)中精軋機對輥道控制采用的是電壓反饋，而 MULPIC系統(tǒng)對輥道速度的數(shù)據(jù)采集是現(xiàn)場實際速度，兩系統(tǒng)差值不匹配從而很容易影響二級冷卻模型的應用，出現(xiàn)跟蹤丟失，導致MULPIC區(qū)域停板等現(xiàn)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(tǒng)歷史趨勢和MULPIC水冷單元一、二級控制功能的研究，發(fā)現(xiàn)除了速度不匹配的原因外，MULPIC入口熱檢信號斷續(xù)也是控制權不能很好交接的一個重要原因。結合現(xiàn)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(diào)整，使多處理器自動化系統(tǒng)（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(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)參數(shù)及現(xiàn)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(xiàn)。經(jīng)過對實驗室力學性能多個規(guī)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(yè)出版社,2009.

[2]孫本榮.中厚鋼板生產(chǎn)[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1995.