提高ACC终冷温度精度控制的方法

2016-11-24程景武

工程技术研究 2016年9期

关键词：板形水冷命中率

程景武

（首秦公司，河北秦皇岛 066326）

提高ACC终冷温度精度控制的方法

程景武

（首秦公司，河北秦皇岛 066326）

文章首先介绍了首秦公司的ACC加速冷却模型，简述了该ACC水冷系统目前存在的问题，其次针对如何提高ACC终冷温度的精度控制的方法进行了详细分析，提出通过七个方面的措施来提高终冷温度的精度控制，从而解决了首秦公司的中厚板板形瓢曲问题，为首秦创造了巨大的经济效益。

ACC水冷系统；终冷温度；精度控制

1　首秦ACC水冷系统目前存在的问题

首秦公司的ACC加速冷却模型是由德国西马克公司引进的，采用的是西马克专利技术制造的层流加速冷却系统，整个冷却过程无需手动操作，全部由现场传感器进行物料跟踪和温度检测来进行对钢板的冷却。

由于冷却集管开启有延迟性，且中厚板长度通常较短，因此在线计算不能通过大幅度改变水流量来调整冷却效果，只能通过改变ACC内部辊道速度来进行前馈控制，钢板速度沿整个钢板长度方向上逐段进行调整。当轧机二级系统计算终轧温度值和钢板实际入水温度偏差较大时，就会导致在线修正计算的修正量很大，而由于仅有调节辊道速度一个方案来进行修正，使得大的修正量很难得以实现。同时，季节的变化，导致水温对ACC模型的控制精度影响较大，使得部分钢板的终冷温度波动较大。因此，我们通过以下几个方面来提高终冷温度的精度控制。

2　提高ACC终冷温度的精度控制的方法

提高ACC终冷温度的精度控制的方法，有优化自学习速度问题，降低ACC自学习钢板数量；对不同厚度规格钢板建立温度补偿函数，对终轧计算温度进行补偿，减小在线调整量；及时修改ACC自动化控制系统中钢板终轧过滤温度值，提高ACC模型预计算和在线计算的准确性；优化水比设置，避免了宽厚板水冷板形的瓢曲而引起的终冷温度不达标问题；增加水温自适应功能，提高ACC终冷温度控制的稳定性；优化轧制节奏，避免因轧制节奏过快而引起的钢板水冷工艺混淆问题；提高ACC一级自适应的管控能力和人为干预的准确性等。现在具体介绍如下：

（1）优化自学习速度问题，降低ACC自学习钢板数量。经生产工艺数据跟踪发现，西马克ACC模型的自学习模块确实能够逐步改善钢板的控温误差，但自学习算法设计很不合理。无论该钢板实际终冷温度与目标值相差多大，每一次调整自学习因子总是保持一个学习步长进行调整，导致自学习过程缓慢。每种规格、每种工艺制度（包括终轧、终冷、冷速等参数变化）都至少需要20～25块以上钢板的自学习才能达到工艺稳定，这就意味着首秦4300mm生产线要想获得稳定冷却工艺将不得不付出惨重“学习”成本。因此，我们采用动态学习步长，使用较大的步长调整因子，使其快速接近目标范围，加快了西马克ACC自学习模型的自学习速度，将原来的25块自学习钢板数控制在5块以内，最少可用1～2块钢板就可调整至目标范围，为首秦公司节约了大量自学习生产成本和冷却工艺稳定运行成本。

（2）对不同厚度规格钢板建立温度补偿函数，对终轧计算温度进行补偿，减小在线调整量。从轧机到ACC水冷区有61m距离，因此钢板在到达ACC位置时，钢板温度都有不同程度热量损失，钢板越薄，热损失越大，尤其对于20mm以下薄板热量损失可以达到50℃以上。如30mm某钢板接收到的终轧温度为861℃，而ACC入口高温计检测到的温度只有810～820℃之间，比预计算温度低30～40℃，所以该钢板不得不缩短冷却时间，提高辊速。

按照西门子终轧温度进行ACC预计算不是完全合理，在线调整也影响PDI冷却工艺执行，为了改善终冷温度和冷速命中率，我们对不同厚度规格钢板建立了温度补偿函数，统计不同厚度规格西门子发出的终轧温度与ACC入口检测温度误差规律，通过接口文件，对终轧计算温度进行补偿，减小了在线调整量，提高了终冷温度和冷速命中率。

经生产实际应用，ACC的终冷温度和冷速命中率已显著提高。水冷钢板平均冷却工艺执行情况为例（见图1、2），建立温度函数补偿以前，ACC模型的终冷温度（CST±20℃）命中率只有65.5%左右，冷速控制命中率58.6%，5月ACC优化后（使用温度补偿函数），±20℃终冷温度命中率提高到93%以上，±30℃温度命中率98%以上，冷速命中率也接近85%。以某典型钢种为例，从各温度区间的终冷温度钢板样本数进行统计分析来看，优化后实际终冷温度控制情况呈正态分布状态（见图3），且正态曲线中心与PDI设计目标CST值（630℃）基本吻合，说明ACC模型实际温度控制的精度和稳定性较高，与PDI设计要求一致。

图1　ACC优化前后终冷温度命中率

图2　ACC优化前后冷却速率月命中率

（3）及时修改ACC自动化控制系统中钢板终轧过滤温度值，提高ACC模型预计算和在线计算的准确性（见图3）。轧后钢板残余水影响钢板终轧温度的测量，轧制过程中钢板表面水吹扫不净，会导致终轧温度测量的不准确、模型计算误差较大，钢板冷后形成纵向温差。为了减少钢板表面水对钢板终轧温度的影响，提高模型的计算精度，我们将轧机二级模型计算的钢板终轧温度值做为钢板温度的过滤值，过滤掉由于钢板表面水而导致的局部温度测量值偏低，使得轧机过滤温度普遍适用了所有的钢种。当轧制管线钢等高级别钢种时，把终轧过滤温度设置为811℃、812℃，可以把尾部温度低于811℃的温度值过滤掉，使得钢板匀加速进入ACC水冷系统，钢板纵向的终冷温度均匀。通过修改ACC自动化控制系统中钢板终轧过滤温度值，提高了ACC模型预计算和在线计算的准确性，保证了钢板纵向温度的均匀性，进而更加准确的命中目标要求的终冷温度，同时还减少了新钢种自适应钢板的数量。

图3　终冷温度正态分布

（4）优化水比设置，避免了宽厚板水冷板形的瓢曲而引起的终冷温度不达标问题。由于ACC模型中上下集管流量水比不合适，钢板冷却过程中会出现很多板形问题，钢板冷后轻者只是头尾上翘或下扣，严重的整板瓢曲（钢板矫直后在冷床上起边浪或者中浪），尤其是薄规格的高级别管线钢，板形控制难度极大。钢板冷后上下表面温度有偏差，有两种情况：①下表面温度＞上表面温度，我们可以增加水比；②下表面温度＜上表面温度，适当降低水比。为了保证板形，单次调整幅度不能超过0.1，累计调整幅度不超过0.3，上下限要求如下：1.3＜水比＜3.0。

当冷后钢板横向温度有偏差的时候，我们可以停止对ACC边部遮挡的使用。钢板冷后纵向温度有偏差，我们可以采用上述第三种方法，及时修改ACC自动化控制系统中钢板终轧过滤温度值，提高ACC模型预计算和在线计算的准确性。通过对ACC的水比进行优化，基本消除了钢板冷后瓢曲的现象，使水冷板形合格率控制在98%～100%之间。（5）增加水温自适应功能，提高ACC终冷温度控制的稳定性。冷却水的水温是钢板水冷的一个重要的参数，但很容易被忽视。随着冷却水水温的升高，对流换热系数呈下降趋势，而对流换热系数对层流水冷有着非常重要的意义。为了把水温对ACC控制系统的影响降低到最小，减少由于天气变化导致钢板终冷温度控制精度失效，我们建立了ACC二级模型中水温自适应功能，将ACC二级自动化模型程序中的adaption自适应程序段中的第10位spare键（KSP）改为水温控制键，同时设计为1、3、5、7、9。

通过增加水温自适应功能，使得同种规格的钢板在不同水温下使用与水温相对应的自适应系数，通过模型自动调整水冷集管开启数量和钢板水冷时辊道的速度来满足生产工艺的要求，水温变化后终冷温度命中率大幅度提高，不再需要长期自适应，提高了ACC控制系统终冷温度的控制精度。

（6）优化轧制节奏，避免因轧制节奏过快而引起的钢板水冷工艺混淆问题。轧机模型与ACC模型节奏不匹配经常引起钢板冷却异常现象。为提高产量和轧制效率，中厚板生产通常轧制节奏都比较快，基本上是这一块钢板钢矫直完，下一块钢板已经开始进入ACC水冷了。当钢板多块轧制且有水冷工艺要求时，如果轧制节奏过快或后面的钢板矫直操作不顺畅，经常会导致钢板不水冷或钢板在ACC前摆动不能正常水冷等异常问题。若要避免，应严格控制轧制节奏，避免钢板完成终轧在ACC前等候的情况。

（7）提高ACC一级自适应的管控能力和人为干预的准确性。把ACC自适应键值局限于仅来自一级自适应，不再生成二级自适应号，增加人为干预的能力，大幅度提高了钢板水冷前模拟预计算的精度，提高了钢板水冷的可控性和预判断能力。