基于现场的热连轧温度控制关键技术

2022-08-03宋美娟苏皓天徐梓璇

山西冶金 2022年3期

宋美娟，苏皓天，徐梓璇，陈晓

（徐州工程学院机电工程学院，江苏徐州 221018）

钢铁工业作为基础产业，是现代社会生产和扩大再生产的物质基础。加快发展高质量、高附加值、高技术含量的板带钢材是目前我国轧钢工业中一项迫在眉睫的任务。热轧板带钢质量控制包括热轧终轧温度控制、卷曲温度控制、板厚控制、板形控制及宽度控制。其中温度控制模型对质量起着决定作用，同时也是其他模型重要的子模型。

热连轧带钢生产工艺是指板坯厚度200 mm 以上，长度一般为4.5～9.0 m（亦有达到12 m）[1]，由一定容量的板坯库，加热炉区[2]、粗轧区、精轧机组区、层流冷却区，卷取区组成的生产线（见图1）。

图1 主轧线设备和检测仪表布置

1 热连轧机组终轧温度控制模型

热连轧各机架温度很大程度上影响了轧制力的选择，所以终轧温度模型对实际生产的适用性一直是带钢轧制的关键。近年来，热轧带钢产品需求又呈现品种多样、规格多变、批量较小的趋势。传统的终轧温度经验公式难以满足实际生产的需要。本文提出不断利用即时信息对精轧机组连轧理论模型（1）进行修正。

精轧机组连轧模型[1]：式中：Δt 为温降，℃；αL为强迫对流传热系数，W/（m2·℃）；lF为机架间距离，m；γ 为密度，kg/m3；c 为比热容，J/（kg·K）；h 为坯厚，m；v 为上游机架出口速度，m/s；t 为轧件温度，℃；tw为水温，℃。

1.1 热对流散热系数的修正

采用数据分层聚类的处理方法对生产工艺参数、化学成分相近的数据归类处理，而对于无初始经验的新产品，可以采用基于性能的工艺逆向优化模型[3]，确定长距离运输和精轧机组中预定热对流散热系数。

预先根据试轧实测温度，利用长距离辐射温降模型（2）改变长距离运输速度，使得精轧入口实际温度符合理论温度，便于精轧机组中热对流散热系数的修正。

对试轧后得到的轧件温度进行预处理，去除波动值较大的点。在进行异常值剔除时，需要设定阈值作为两种准则的选择依据，这个参数通常根据经验确定。当数据数目小于阈值时，采用改进的格拉布斯准则；当数据数目大于阈值时,采用拉依达准则[4]。

通过精轧机组连轧理论模型的变式（3）修正热对流散热系数。为保证理论模型适应现场，利用指数平滑法（4）对流热交换系数再次修正。

此方法除可用于不同规格或不同钢种的轧制上，也可减少同一钢种模型在环境下的平均性质。如此往复，不断地实时修正热对流交换系数[5]，使得机理模型对现场各种影响因素定性规律反应的正确程度大大提高。

1.2 热连轧机组现场配置的调控

通过调控现场配置达到目标热对流交换系数，采用调节速度和调节机架间冷却水相结合的方式[6]。机架间冷却水调节用于本道次反馈调节，速度调节用于下一道次前馈模型的修正（5）。

精轧机组速度修正模型：

1.3 终轧温度控制（见图2）

图2 终轧温度控制

1）对终轧入口温度进行判断，反馈调节长距离运输速度，保证精轧机组连轧模型的热对流散热系数精度。

2）对终轧出口温度进行分析，得到实际热对流散热系数，反馈调节本道次的机架间冷却水和下一道次的设定速度。

2 卷曲温度控制模型

提高卷曲温度控制精度是确保带钢质量和板型的关键。热轧带钢的轧后冷却是一非常复杂的过程,此过程除了存在复杂的热交换过程,还涉及钢的相变和体积变化[7]。在层流冷却过程中，除了要保证板带钢整体的冷却温度和冷速，还要求板带钢在长度方向上各点的温度在误差范围内。所以我们通过建立温度模型（6）～（10），保证目标带钢的金相符合要求。对板带钢卷曲温度采用沿长度方向逐点控制的策略，来保证板形、残余应力[8]在可控范围内。根据目标带钢设计层流冷却控制模式，主要以预设定和反馈修正调节冷却水段数目，使其达到卷曲目标温度，将一集管的层流冷却水与侧喷水设为一组。

卷曲温度控制模型：

2.1 层流冷却模式的预设定和反馈控制

对于厚度在1.7 mm 以上或有急冷要求的钢种进行前段冷却，1.7 mm 以下的钢种进行后段冷却。根据目标卷曲温度和层流冷却全段运输中的辐射温降得到需要的冷却量。通过层流冷却水与侧喷水集管温降的累计获得所需要开的集管数目。对比带钢头部实测温度与目标温度，逐段调节最后几小段冷却水段数目。直至实测温度在其误差范围之内，带钢进入卷取机。