宋美娟， 蘇皓天， 徐梓璇， 陳 曉

（徐州工程學(xué)院機電工程學(xué)院， 江蘇 徐州 221018）

鋼鐵工業(yè)作為基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是現(xiàn)代社會生產(chǎn)和擴大再生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。加快發(fā)展高質(zhì)量、高附加值、高技術(shù)含量的板帶鋼材是目前我國軋鋼工業(yè)中一項迫在眉睫的任務(wù)。熱軋板帶鋼質(zhì)量控制包括熱軋終軋溫度控制、卷曲溫度控制、板厚控制、板形控制及寬度控制。其中溫度控制模型對質(zhì)量起著決定作用，同時也是其他模型重要的子模型。

熱連軋帶鋼生產(chǎn)工藝是指板坯厚度200 mm 以上，長度一般為4.5～9.0 m（亦有達到12 m）[1]，由一定容量的板坯庫，加熱爐區(qū)[2]、粗軋區(qū)、精軋機組區(qū)、層流冷卻區(qū)，卷取區(qū)組成的生產(chǎn)線（見圖1）。

圖1 主軋線設(shè)備和檢測儀表布置

1 熱連軋機組終軋溫度控制模型

熱連軋各機架溫度很大程度上影響了軋制力的選擇，所以終軋溫度模型對實際生產(chǎn)的適用性一直是帶鋼軋制的關(guān)鍵。近年來，熱軋帶鋼產(chǎn)品需求又呈現(xiàn)品種多樣、規(guī)格多變、批量較小的趨勢。傳統(tǒng)的終軋溫度經(jīng)驗公式難以滿足實際生產(chǎn)的需要。本文提出不斷利用即時信息對精軋機組連軋理論模型（1）進行修正。

精軋機組連軋模型[1]：式中：Δt 為溫降，℃；αL為強迫對流傳熱系數(shù)，W/（m2·℃）；lF為機架間距離，m；γ 為密度，kg/m3；c 為比熱容，J/（kg·K）；h 為坯厚，m；v 為上游機架出口速度，m/s；t 為軋件溫度，℃；tw為水溫，℃。

1.1 熱對流散熱系數(shù)的修正

采用數(shù)據(jù)分層聚類的處理方法對生產(chǎn)工藝參數(shù)、化學(xué)成分相近的數(shù)據(jù)歸類處理，而對于無初始經(jīng)驗的新產(chǎn)品，可以采用基于性能的工藝逆向優(yōu)化模型[3]，確定長距離運輸和精軋機組中預(yù)定熱對流散熱系數(shù)。

預(yù)先根據(jù)試軋實測溫度，利用長距離輻射溫降模型（2）改變長距離運輸速度，使得精軋入口實際溫度符合理論溫度，便于精軋機組中熱對流散熱系數(shù)的修正。

對試軋后得到的軋件溫度進行預(yù)處理，去除波動值較大的點。在進行異常值剔除時，需要設(shè)定閾值作為兩種準則的選擇依據(jù)，這個參數(shù)通常根據(jù)經(jīng)驗確定。當(dāng)數(shù)據(jù)數(shù)目小于閾值時，采用改進的格拉布斯準則；當(dāng)數(shù)據(jù)數(shù)目大于閾值時,采用拉依達準則[4]。

通過精軋機組連軋理論模型的變式（3）修正熱對流散熱系數(shù)。為保證理論模型適應(yīng)現(xiàn)場，利用指數(shù)平滑法（4）對流熱交換系數(shù)再次修正。

此方法除可用于不同規(guī)格或不同鋼種的軋制上，也可減少同一鋼種模型在環(huán)境下的平均性質(zhì)。如此往復(fù)，不斷地實時修正熱對流交換系數(shù)[5]，使得機理模型對現(xiàn)場各種影響因素定性規(guī)律反應(yīng)的正確程度大大提高。

1.2 熱連軋機組現(xiàn)場配置的調(diào)控

通過調(diào)控現(xiàn)場配置達到目標熱對流交換系數(shù)，采用調(diào)節(jié)速度和調(diào)節(jié)機架間冷卻水相結(jié)合的方式[6]。機架間冷卻水調(diào)節(jié)用于本道次反饋調(diào)節(jié)，速度調(diào)節(jié)用于下一道次前饋模型的修正（5）。

精軋機組速度修正模型：

1.3 終軋溫度控制（見圖2）

圖2 終軋溫度控制

1）對終軋入口溫度進行判斷，反饋調(diào)節(jié)長距離運輸速度，保證精軋機組連軋模型的熱對流散熱系數(shù)精度。

2）對終軋出口溫度進行分析，得到實際熱對流散熱系數(shù)，反饋調(diào)節(jié)本道次的機架間冷卻水和下一道次的設(shè)定速度。

2 卷曲溫度控制模型

提高卷曲溫度控制精度是確保帶鋼質(zhì)量和板型的關(guān)鍵。熱軋帶鋼的軋后冷卻是一非常復(fù)雜的過程,此過程除了存在復(fù)雜的熱交換過程,還涉及鋼的相變和體積變化[7]。在層流冷卻過程中，除了要保證板帶鋼整體的冷卻溫度和冷速，還要求板帶鋼在長度方向上各點的溫度在誤差范圍內(nèi)。所以我們通過建立溫度模型（6）～（10），保證目標帶鋼的金相符合要求。對板帶鋼卷曲溫度采用沿長度方向逐點控制的策略，來保證板形、殘余應(yīng)力[8]在可控范圍內(nèi)。根據(jù)目標帶鋼設(shè)計層流冷卻控制模式，主要以預(yù)設(shè)定和反饋修正調(diào)節(jié)冷卻水段數(shù)目，使其達到卷曲目標溫度，將一集管的層流冷卻水與側(cè)噴水設(shè)為一組。

卷曲溫度控制模型：

2.1 層流冷卻模式的預(yù)設(shè)定和反饋控制

對于厚度在1.7 mm 以上或有急冷要求的鋼種進行前段冷卻，1.7 mm 以下的鋼種進行后段冷卻。根據(jù)目標卷曲溫度和層流冷卻全段運輸中的輻射溫降得到需要的冷卻量。通過層流冷卻水與側(cè)噴水集管溫降的累計獲得所需要開的集管數(shù)目。對比帶鋼頭部實測溫度與目標溫度，逐段調(diào)節(jié)最后幾小段冷卻水段數(shù)目。直至實測溫度在其誤差范圍之內(nèi)，帶鋼進入卷取機。

2.2 層流冷卻段的現(xiàn)場配置調(diào)控

層流冷卻中帶鋼質(zhì)量的檢測與控制[9]，采用逐點檢測，由于層流冷卻時運輸軌道上環(huán)境因素較為復(fù)雜，在前部、中部、后部放置測溫儀與測寬儀，并計算其平均值，用來粗略的判斷冷卻速度與板型質(zhì)量[10]。

采用大冷速使晶粒細化，超快速冷卻能力實現(xiàn)各強化機制的聯(lián)合作用，實現(xiàn)“以水代金”[11]，冷速的提高由運輸速度與噴水量相配合達成，其中噴水量將大幅增加。

2.3 卷曲溫度控制（見下頁圖3）

圖3 卷曲溫度控制

1）對產(chǎn)品的目標厚度和目標鋼種進行判別，確定層流冷卻模式。

2）對層流冷卻后的帶鋼頭部溫度進行判斷，確定帶鋼全長的反饋控制噴水集管方案。

3 結(jié)論

1）在精軋機組連軋溫度控制模型中引入設(shè)定的模型系數(shù)短期在線自學(xué)習(xí)功能，解決模型在環(huán)境上的平均性質(zhì)，提高肌理模型對現(xiàn)場各種影響因素定性規(guī)律反應(yīng)的正確程度。

2）精軋機組中采用反饋調(diào)節(jié)速度和機架間噴水量。

3）在層流冷卻控制模型中引入冷卻速度控制功能，不僅僅滿足對終點溫度的要求，還滿足帶鋼產(chǎn)品質(zhì)量的要求。

4）以帶鋼沿長度方向逐點施行控制，使帶鋼溫度滿足在長度方向上分布規(guī)律的要求。