3500中厚板冷卻溫度均勻性自動控制的研究及應(yīng)用

摘 要：中厚板冷卻溫度均勻性是影響鋼板質(zhì)量的重要因素之一。本文系統(tǒng)對冷卻系統(tǒng)的設(shè)備、自動化控制系統(tǒng)進(jìn)行了研究分析，主要介紹在全自動條件下控制鋼板的厚度方向、寬度方向、長度方向的溫度均勻性的方法及應(yīng)用，提高鋼板質(zhì)量，增加產(chǎn)品競爭力。

關(guān)鍵詞：冷卻，自動控制，溫度均勻性

引言

控制軋制和控制冷卻技術(shù)是20世紀(jì)最偉大的成就之一[1]。在控制冷卻工藝控制中，鋼板溫度的均勻性是影響性能穩(wěn)定性的重要因素之一[2]。傳統(tǒng)辦法多靠人工檢測及干預(yù)冷卻參數(shù)控制溫度均勻性，但隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展及客戶對高質(zhì)量產(chǎn)品的日益增加的需求，采用全自動控制方法是未來發(fā)展的趨勢。配備相關(guān)檢測儀表，采用全自動控制，可以減少人工強(qiáng)度及不穩(wěn)定性，大大提高鋼板質(zhì)量[3]。

1主要設(shè)備及檢測儀表介紹

根據(jù)產(chǎn)線實際情況，超快冷工藝及儀表布置圖如圖1。主要檢測儀表見表1。精軋機(jī)和預(yù)矯直機(jī)中心線距離59.6m。預(yù)矯直機(jī)設(shè)備外形長度為4m，預(yù)矯直機(jī)中心線與超快冷入口（第一根棍）距離為5m。超快冷設(shè)備外形長度約為25m。冷卻區(qū)出口至熱矯直機(jī)入口第一根輥道距離約為50m。為了實現(xiàn)全自動控制，需要配置相關(guān)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測，表1為檢測儀器。點式高溫計主要用于檢測鋼板上、下表面溫度、長度方向溫度，掃描高溫計主要檢測寬度方向溫度。熱檢主要用于鋼板位置跟蹤。

2鋼板厚度方向溫度均勻性的自動控制

在整個水冷過程中，由于鋼板上表面積水不能快速排出，而下表面的積水由于重力作用可以快速脫離鋼板，所以在同等條件下鋼板上表面溫降較大。生產(chǎn)上采取增加下表面流量的辦法使上下表面換熱趨于一致，即下集管水流量/上集管水流量約等于1.2-2.5。鋼板的上下表面溫度，通過點式高溫計進(jìn)行測量，將實際的數(shù)據(jù)反饋給L2級程序模型進(jìn)行計算修正，對下一塊鋼板進(jìn)行冷卻參數(shù)調(diào)整。

超快冷模型將根據(jù)終冷的上下表面的實際溫度采集，對水比參數(shù)進(jìn)行步長形式的微調(diào)。步長微調(diào)函數(shù)如下：

式中，Rn為當(dāng)前鋼板冷卻水比參數(shù);Rn-1為上塊同類別鋼板冷卻水比參數(shù);T上為實際上表面平均溫度，℃;T下為實際下表面平均溫度，℃;k為經(jīng)驗修正步長。

3鋼板寬度方向溫度均勻性的自動控制

3.1水凸度自動控制

超快冷控制模型根據(jù)掃描式高溫計對整個鋼板橫向的溫度采集，對水凸度進(jìn)行步長微調(diào)，模型如下：

式中，Qn為當(dāng)前鋼板冷卻邊部流量;Rn-1為上塊同類別鋼板冷卻邊部流量;W為實際鋼板寬度，mm;W0為遮蔽最大寬度，mm;T中為實際鋼板中部平均溫度，℃;T邊為實際鋼板邊部平均溫度，℃;k為經(jīng)驗修正步長。

3.2邊部遮蔽自動控制

冷卻過程中，鋼板邊部由于邊緣過冷，溫度較中間偏低，容易造成性能差異所以對邊部進(jìn)行遮蔽控制，使溫度均勻。最優(yōu)邊部遮蔽量采用下式給出的基于鋼板寬度、鋼板厚度以及冷卻水量的函數(shù)。

式中，MB為遮蔽量基本值，H為鋼板厚度，W為鋼板寬度，Q為水流密度。

在此基礎(chǔ)上，可以采用正弦模型計算各組集管的遮蔽量，以凸度形式實現(xiàn)集管遮蔽控制。

4鋼板長度方向溫度均勻性的自動控制

4.1頭尾遮蔽自動控制

針對鋼板頭部和尾部低溫段，超快冷控制系統(tǒng)還提供了通過水量的特殊控制來實現(xiàn)對鋼板頭尾低溫段的遮蔽控制功能。根據(jù)實際采集的整個鋼板縱向的溫度分布，按照實際鋼板長度進(jìn)行溫度段劃分，系統(tǒng)模型將根據(jù)過冷溫度段的長度及低溫區(qū)與高溫區(qū)的差值進(jìn)行補(bǔ)償修正計算，鋼板頭尾流量遮蔽控制如圖2所示。遮蔽長度模型如下：

式中，L低為過冷段長度，m;L總為當(dāng)前鋼板實際

4.2輥道速度自動控制

鋼板頭部比尾部入水溫度高，同樣的條件下，就會造成鋼板尾部溫度偏低。超快冷系統(tǒng)采用微加速度的方式，使尾部快速入水，使鋼板長度放向溫度梯度減小，使溫度更加均勻可控。

5實際應(yīng)用

在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，鋼種Q355B，厚度：25mm，全自動模式，目標(biāo)返紅680℃，實際返紅溫度667℃，厚度方向溫差±20℃，寬度方向溫差±10℃，長度方向溫差±15℃。

6結(jié)論

通過對軋后超快冷系統(tǒng)厚度方向溫度均勻性自動控制，寬度方向溫度均勻性自動控制，長度方向溫度均勻性自動控制的研究，進(jìn)一步明確了溫度均勻性控制的原理與邏輯，在實際應(yīng)用中控制溫度穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，增強(qiáng)了企業(yè)的競爭力。

參考文獻(xiàn)

[1]王國棟.以超快速冷卻為核心的新一代TMCP技術(shù)[J].上海金屬，2008，30（2）：1-5.

[2]王國棟.新一代TMCP技術(shù)的發(fā)展[J].軋鋼，2012，29（1）：1-8.

[3]Tian Y，Wang B X，Tang S，et al.Development and industrial application of ultra-fast cooling technology[J].Science China Technological Sciences，2012，55（6）：1566-1571.

作者簡介：

徐剛（1982年6月——），男，江蘇省張家港市人，本科學(xué)歷，中級工程師，主要從事智能制造自動化工作。