热轧带钢终轧温度的多模式控制

热轧带钢终轧温度的多模式控制

董坤坤贺少峰

裕华钢铁有限公司河北省武安市056300

摘要：质量是生产企业发展之根本。终轧温度是热轧带钢质量控制的重要参数，其不仅影响轧制带钢的变形抗力及其它轧制参数，还影响轧后带钢的金相组织、力学性能及成品的尺寸精度。影响终轧温度的因素有：钢种，厚度，加热制度，负荷分配，速度制度以及冷却水设置等，影响因素多，且相互影响，增加了在线控制的难度。由于高精度、高性能钢的控制标准越来越高，传统终轧温度控制模型采用统计回归或模型过多简化，已不能满足现场的控制精度要求。因此，为适应不同钢种的带钢全长终轧温度控制精度要求，这里提出一种基于二次规划算法的终轧温度控制模型。

关键词：热轧带；钢终轧温度；多模式控制

引言

终轧温度是热轧带钢质量控制的关键因素之一，直接影响轧制带钢的组织均匀性和力学性能稳定。随着高精度带钢的控制标准越来越高，且热轧带钢轧制呈现品种多、批量小及规格变换频繁的趋势，传统单一的终轧温度控制策略逐步显现一些缺陷和不足，如精度低、节奏慢、温度波动大。由于热轧带钢生产工况复杂多变，不同工况下对控制系统要求的控制性能会有不同，采用单一的控制模式往往不能使之在各种工况下均达到控制性能的最佳。

1热轧带钢终轧温度控制问题

1.1中间坯温度预报精度不高

通常，过程控制模型会采用中间坯实测温度进行精轧温度分布的预测。为了获得中间坯的实际温度，一般在精轧机入口安装红外高温计。受中间坯在高温计测量位置跟踪的准确性以及测量环境等因素的影响，中间坯实际测量温度往往不准确、不稳定，不利于精轧温度及轧制过程的控制。中间坯的温度分布为精轧轧机压下设定和精轧出口温度控制提供必要的参数，如果进入精轧的中间坯温度计算不准确，则会造成各个机架的轧制力计算有偏差，不能保证出口厚度。同样，如果中间坯全长温度预测不准确，则终轧温度前馈控制功能将不能被有效应用。

1.2薄规格带钢头颈部温度低

现今，薄规格产品占有相当的比例。薄规格带钢因为厚度薄，所以采用相对较低的穿带速度。为了确保穿带过程的稳定性，即使关闭所有可调机架间冷却水，设定的穿带速度基本上也无法满足薄规格带钢头颈部的目标温度。提高穿带速度可以提升终轧温度，但合适的穿带速度可以使得轧制过程稳定，这是热轧生产中常见的操作规范。显然，薄规格带钢的相对低速穿带增加了带钢在辊道上停留产生的空冷辐射时间，也增加了带钢和除鳞水接触产生的温降，而且高压除鳞水导致的温降在精轧总温降中占相当比例。一般，精轧机组在机前有主除鳞箱，配置两组高压除鳞水，每组除鳞水产生的温降为20～30℃；F1、F2和F3、F4之间各配置一组中压除鳞水，每组产生的温降为10～15℃。可见，除鳞水引起的带钢温降很大，是薄规格带钢头颈部温度偏低的直接影响因素。

2热轧带钢终轧温度的多模式控制模型原理

2.1加速度模型计算

终轧温度控制中，加速度有两部分组成：温度加速度和功率加速度（大加速）。温度加速度一般是模型根据精轧入口温度计算得到，当末机架轧机带载后，立即开始或延迟一段时间按照计算的加速度值进行加速，直到卷取机带载结束，以保证带钢这段长度温度均匀性；而功率加速度是策略表中给定大加速度值，当卷取机带载后，采用设定好的大加速度值进行轧制，来减少轧制时间，提高轧制生产能力。

2.2温度加速度计算

首先，在中间坯长度方向上，选取带钢样本段，段A（中间坯头部位置）和段B（卷取机带载时，中间坯上的位置）；其次，根据段A和段B包含的信息，如中间坯厚度、中间坯温度、中间坯长度、目标厚度、目标温度、各机架间冷却水设定值等，利用带钢温降模型，分别计算两段的终轧温度计算值和出口速度计算值；判断两段的终轧温度计算值是否收敛于目标值，若是则计算结束，否则需重新计算出口速度，直到满足为止。根据两段的出口速度，即可计算出温度加速度值α1。计算公式如下：

式中：α1表示温度加速度值；vA表示根据中间坯上段A计算得到的带钢出口速度计算值；vB表示根据中间坯上段B计算得到的带钢出口速度计算值；Lab表示末机架轧机和卷取机的位置长度。

2.3大加速度长度计算

功率加速度是策略表中给定的固定值，但大加速的长度需要根据模型计算得到，计算过程需要考虑可调机架间冷却水的极限能力，根据精轧入口温度曲线，利用Newton--Raphson迭代计算出带钢大加速度的区域长度，使轧制过程中能够以较短的时间达到最大轧制速度，同时在大加速过程中保证带钢全长终轧温度满足控制要求．具体计算步骤如下：

①首先，在带钢长度方向上，选取带钢样本段，确定原则为：卷取带载时，中间坯长度方向上位置为段B；段B位置后的任意位置l确定为段C；

②根据中间坯长度方向上段的位置，获取段的信息包括：中间坯厚度、中间坯温度、中间坯长度、目标厚度、目标温度、各机架间冷却水设定值等；

③根据段的信息，利用温度计算模型分别计算段B和段C的出口速度和终轧温度计算值；

④根据段B和段C的出口速度的偏差以及终轧温度计算值的偏差，计算温度/速度的敏感系数dT/dV；

⑤计算段C处考虑可调机架间冷却水到极限能力时的终轧温度计算值TC，drop，得到大加速下的终轧温度计算值和目标值的温度偏差ΔT0；

⑥温度偏差ΔT0乘以温度/速度的敏感系数dT/dV的倒数，可计算出达到目标温度所需的速度改变量Δv0；

⑦段C的出口速度+Δv0，得到段C大加速下的出口速度．判断此时出口速度是否大于速度极限值vmax，若是，则段C大加速下的出口速度修正为vmax；若否，则段C大加速下的出口速度保持不变；

⑧段C大加速下的出口速度，结合段B的出口速度，以及给定的功率加速度，即可计算出初始大加速的长度L0。

⑨判断温度偏差ΔT是否满足控制要求，若满足，则初始大加速的长度L0即为最终大加速的长度L；若不满足，则继续执行①，由段C位置+初始高加速长度L0，重新确定带钢长度方向位置段C，计算段C的出口速度和终轧温度计算值，并得到一个新的温度/速度的敏感系数，温度偏差随后用于确定要达到目标的温度所必需的速度变化量Δvi。通过速度变化量Δvi+段C的出口速度，结合段B的出口速度和功率加速度，利用Newton--Raphson法循环迭代，直到温度偏差趋近于目标温度为止，从而得出最终的大加速长度Li。

结语

将终轧温度多模式控制模型在线应用到国内某2250mm热轧精轧机组上，统计连续三个月以来的生产数据，温度偏差在±20℃以内，命中率均在99%以上，温度偏差在±15℃以内，命中率均在97.2%以上。结果表明，多模式控制模型响应速度快，计算精度高，能够满足不同钢种、不同工况下的终轧温度控制要求，从而提高带钢轧制稳定性和终轧温度控制精度。

参考文献：

[1]宋勇，荆丰伟，殷实，等．厚规格热轧带钢高精度卷取温度控制模型．工程科学学报，2015，37（1）：106.

[2]张博，郭强，张飞，等．精轧温度模型优化算法与控制策略的研究．控制工程，2014，21（3）：352.