孔 雅

1 前言

隨著鋼鐵市場(chǎng)形勢(shì)的持續(xù)惡化，降成本生產(chǎn)已經(jīng)成為各大鋼廠提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的主要手段之一，合金減量化是實(shí)現(xiàn)降成本的基本手段［1］。為保證性能合格率，必須通過調(diào)整生產(chǎn)工藝來彌補(bǔ)因合金減少帶來的性能損失，增加軋后水冷工藝或提升水冷強(qiáng)度是彌補(bǔ)其損失的有效手段。目前很多中厚板生產(chǎn)線水冷鋼板比例已經(jīng)超過70%，但水冷鋼板同板強(qiáng)度差值大是水冷鋼板存在的主要問題，有的品種鋼板頭、中、尾強(qiáng)度檢驗(yàn)差值甚至超過100 MPa，影響了產(chǎn)品質(zhì)量，也使客戶滿意度大幅下降。為此，本研究對(duì)影響水冷鋼板性能均勻性的主要因素進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，取得了較好的效果。

2 水冷鋼板性能均勻性影響因素分析

從MULPIC出口掃描式高溫計(jì)看，同板性能均勻性差鋼板水冷均勻性較差，特別是鋼板頭、尾及邊部溫差較大，認(rèn)為水冷均勻性差是造成鋼板性能均勻性差的直接原因。從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)看，鋼板入水冷前的平直度、鋼板表面光潔度及MULPIC水冷系統(tǒng)本身的精準(zhǔn)度都會(huì)影響水冷鋼板性能均勻性，導(dǎo)致鋼板同板性能差大。而在眾多影響因素中，認(rèn)為MULPIC水冷系統(tǒng)本身存在的問題是影響水冷鋼板性能均勻性的主要因素。分析認(rèn)為，MULPIC水冷系統(tǒng)本身存在以下問題：

1）實(shí)際流量設(shè)定值與設(shè)定流量值存在偏差，造成實(shí)際水量與設(shè)定水量存在嚴(yán)重偏差，二級(jí)模型下發(fā)的正確流量設(shè)定無法得到有效執(zhí)行。

2）供水系統(tǒng)壓力波動(dòng)過大，由此造成冷卻時(shí)壓力波動(dòng)過大，造成鋼板縱向冷卻不均勻，鋼板縱向性能存在強(qiáng)度差，嚴(yán)重影響鋼板的機(jī)械性能。

3）由于系統(tǒng)頭尾遮蔽、邊部遮蔽、水凸度的模型二級(jí)設(shè)定等存在一定缺陷，造成鋼板頭尾溫度均勻性差。

4）部分鋼種層別代碼不斷變化，影響到水流量自適應(yīng)系數(shù)的修正，最終產(chǎn)品的終冷溫度波動(dòng)較大，終冷溫度的波動(dòng)范圍達(dá)到了50℃以上。

3 優(yōu)化改進(jìn)措施

3.1 提高實(shí)際水流量精度

流量調(diào)節(jié)閥直接控制水量大小，針對(duì)流量調(diào)節(jié)閥曲線突變問題，首先，利用停產(chǎn)時(shí)間在線使用角度編碼器對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行標(biāo)定，通過改變閥內(nèi)線圈的圈數(shù)和調(diào)節(jié)彈簧彈力使閥的正常工作范圍控制如下：0 mA時(shí)，角度編碼器數(shù)值為0；4.5 mA時(shí)，角度編碼器數(shù)值在0.97～1.18之間；20 mA時(shí)，角度編碼器數(shù)值在81.85～82.24之間。其次，在HMI的人機(jī)界面進(jìn)行標(biāo)定，利用PDA記錄整個(gè)標(biāo)定過程中流量與壓力的關(guān)系曲線。以A區(qū)第一根上噴大閥為例，根據(jù)冷卻水流量與壓力曲線，如圖1所示。通過軟件對(duì)波形進(jìn)行回歸處理，形成如圖2所示的流量標(biāo)定曲線。

圖1 冷卻水流量與壓力曲線

將標(biāo)定結(jié)果的A=0.1359E-03、B=0.444 8值寫入PCS7程序中，并編譯下載相應(yīng)的DB塊及程序。最后，根據(jù)設(shè)定值的變化，調(diào)節(jié)閥塊中的PI數(shù)值，使流量調(diào)節(jié)閥在設(shè)定值改變時(shí)變化曲線平滑過渡，盡量減小突變和振蕩。

圖2 流量標(biāo)定結(jié)果

3.2 減少水壓波動(dòng)對(duì)冷卻過程的影響

為保證DQ模式時(shí)A區(qū)供水的穩(wěn)定，多次對(duì)DQ泵進(jìn)行測(cè)試，記錄流量與頻率數(shù)值，分不同階段建立流量與頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，優(yōu)化DQ泵控制。

針對(duì)反噴出口總管壓力波動(dòng)導(dǎo)致MULPIC水冷異常問題，采取適當(dāng)調(diào)整側(cè)噴的壓力偏差以適應(yīng)生產(chǎn)要求；完善兩系統(tǒng)之間的連鎖，減少因水處理導(dǎo)致的MULPIC系統(tǒng)不能自動(dòng)修復(fù)而引起的問題。

3.3 提升冷卻溫度均勻性

3.3.1 提升縱向溫度均勻性

為保證冷卻后頭部、尾部與中心溫度的一致，采用加速冷卻和頭尾遮蔽功能［2］。MULPIC的頭尾遮蔽功能只有A區(qū)能夠?qū)崿F(xiàn)。當(dāng)鋼板頭部進(jìn)入A區(qū)第一根集管時(shí)，A1上下集管流量降為原設(shè)定值的60%，頭部通過后A1恢復(fù)，A2～A6依次減??；當(dāng)尾部到達(dá)A1時(shí)，A1的上下集管流量降為60%，然后依次通過A2～A6。

為達(dá)到很好的冷卻效果，不僅要求A區(qū)的調(diào)節(jié)閥工作穩(wěn)定，對(duì)整個(gè)區(qū)域的跟蹤要求精確。為此采用輥道矢量控制與激光測(cè)速儀相結(jié)合的方法，細(xì)化冷卻區(qū)域的跟蹤。

3.3.2 橫向溫度均勻性

應(yīng)用邊部遮蔽功能和水凸度控制進(jìn)行橫向溫度均勻運(yùn)行控制。同時(shí)通過HMI界面的邊部遮蔽偏置量對(duì)邊部遮蔽進(jìn)行調(diào)整。通過長(zhǎng)時(shí)間的摸索，找出不同寬度、厚度對(duì)應(yīng)的邊部遮蔽曲線，見圖3。通過不同鋼板的寬度、厚度及水流量對(duì)上部集管的水凸度閥進(jìn)行控制，保證鋼板的水流量為近似馬鞍形，提高橫向溫度均勻性。

圖3 典型鋼種需要的邊部遮蔽量與鋼板寬度的關(guān)系

3.4 調(diào)整鋼種自適應(yīng)系數(shù)

二級(jí)模型通過長(zhǎng)期的自適應(yīng)，部分鋼種的自適應(yīng)系數(shù)達(dá)到了最大值，導(dǎo)致實(shí)際設(shè)定水量出現(xiàn)較大的波動(dòng)。因此需要定期對(duì)不同鋼種自適應(yīng)系數(shù)進(jìn)行重新修正及回歸。在生產(chǎn)過程中，流量密度的計(jì)算公式如下：

式中，Wf為水流密度，A1、A2、A3、A7是自適應(yīng)系數(shù)，ξ為冷卻效率。A7由于長(zhǎng)期使用達(dá)到了最大值1.5，在水溫升高后水量無法再增大，造成了終冷溫度無法達(dá)到設(shè)定值。因此需要對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正。在應(yīng)用過程中對(duì)冷卻效率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照模型公式對(duì)自適應(yīng)系數(shù)A1、A2、A3、A7進(jìn)行回歸。得到較為準(zhǔn)確并且適用于生產(chǎn)的回歸系數(shù)?；貧w曲線如圖4所示，回歸系數(shù)A1=1.5，A2=8，A3=55，A7=1。

圖4 二級(jí)模型自適應(yīng)系數(shù)回歸曲線

圖5 為修正前后的水量密度，可以明顯看出，在修正后，水流密度曲線的斜率增大，更加貼近現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，A7值也重新回歸到1.0。

圖5 修正前后的水流密度比較

4 改進(jìn)效果

采取上述系列優(yōu)化改進(jìn)措施后，提高了鋼板的冷卻均勻性，同板溫度差明顯減??；現(xiàn)場(chǎng)的終冷溫度波動(dòng)情況得到明顯改善。對(duì)近期的水冷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，終冷溫度波動(dòng)由原來的±40℃降低至現(xiàn)在的±20℃，終冷溫度的目標(biāo)命中率明顯改善，低碳高強(qiáng)鋼的同板溫度差由原來70℃降低至30℃，同板強(qiáng)度差由原來的100 MPa降低至50 MPa。

［1］ 高亮，喬馨，叢津功.軋后控制冷卻工藝研究［J］.寬厚板，2003，9（5）：19-20.

［2］ 孫決定，丁世學(xué).控制冷卻技術(shù)在中厚板生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.鋼鐵研究，2005，33（2）：48-51.