热轧带钢终轧温度的多模式控制
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热轧带钢终轧温度的多模式控制
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