3500中厚板冷卻溫度均勻性自動控制的研究及應用

摘 要：中厚板冷卻溫度均勻性是影響鋼板質量的重要因素之一。本文系統對冷卻系統的設備、自動化控制系統進行了研究分析，主要介紹在全自動條件下控制鋼板的厚度方向、寬度方向、長度方向的溫度均勻性的方法及應用，提高鋼板質量，增加產品競爭力。

關鍵詞：冷卻，自動控制，溫度均勻性

引言

控制軋制和控制冷卻技術是20世紀最偉大的成就之一[1]。在控制冷卻工藝控制中，鋼板溫度的均勻性是影響性能穩定性的重要因素之一[2]。傳統辦法多靠人工檢測及干預冷卻參數控制溫度均勻性，但隨著工業技術發展及客戶對高質量產品的日益增加的需求，采用全自動控制方法是未來發展的趨勢。配備相關檢測儀表，采用全自動控制，可以減少人工強度及不穩定性，大大提高鋼板質量[3]。

1主要設備及檢測儀表介紹

根據產線實際情況，超快冷工藝及儀表布置圖如圖1。主要檢測儀表見表1。精軋機和預矯直機中心線距離59.6m。預矯直機設備外形長度為4m，預矯直機中心線與超快冷入口（第一根棍）距離為5m。超快冷設備外形長度約為25m。冷卻區出口至熱矯直機入口第一根輥道距離約為50m。為了實現全自動控制，需要配置相關儀器進行數據檢測，表1為檢測儀器。點式高溫計主要用于檢測鋼板上、下表面溫度、長度方向溫度，掃描高溫計主要檢測寬度方向溫度。熱檢主要用于鋼板位置跟蹤。

2鋼板厚度方向溫度均勻性的自動控制

在整個水冷過程中，由于鋼板上表面積水不能快速排出，而下表面的積水由于重力作用可以快速脫離鋼板，所以在同等條件下鋼板上表面溫降較大。生產上采取增加下表面流量的辦法使上下表面換熱趨于一致，即下集管水流量/上集管水流量約等于1.2-2.5。鋼板的上下表面溫度，通過點式高溫計進行測量，將實際的數據反饋給L2級程序模型進行計算修正，對下一塊鋼板進行冷卻參數調整。

超快冷模型將根據終冷的上下表面的實際溫度采集，對水比參數進行步長形式的微調。步長微調函數如下：

式中，Rn為當前鋼板冷卻水比參數;Rn-1為上塊同類別鋼板冷卻水比參數;T上為實際上表面平均溫度，℃;T下為實際下表面平均溫度，℃;k為經驗修正步長。

3鋼板寬度方向溫度均勻性的自動控制

3.1水凸度自動控制

超快冷控制模型根據掃描式高溫計對整個鋼板橫向的溫度采集，對水凸度進行步長微調，模型如下：

式中，Qn為當前鋼板冷卻邊部流量;Rn-1為上塊同類別鋼板冷卻邊部流量;W為實際鋼板寬度，mm;W0為遮蔽最大寬度，mm;T中為實際鋼板中部平均溫度，℃;T邊為實際鋼板邊部平均溫度，℃;k為經驗修正步長。

3.2邊部遮蔽自動控制

冷卻過程中，鋼板邊部由于邊緣過冷，溫度較中間偏低，容易造成性能差異所以對邊部進行遮蔽控制，使溫度均勻。最優邊部遮蔽量采用下式給出的基于鋼板寬度、鋼板厚度以及冷卻水量的函數。

式中，MB為遮蔽量基本值，H為鋼板厚度，W為鋼板寬度，Q為水流密度。

在此基礎上，可以采用正弦模型計算各組集管的遮蔽量，以凸度形式實現集管遮蔽控制。

4鋼板長度方向溫度均勻性的自動控制

4.1頭尾遮蔽自動控制

針對鋼板頭部和尾部低溫段，超快冷控制系統還提供了通過水量的特殊控制來實現對鋼板頭尾低溫段的遮蔽控制功能。根據實際采集的整個鋼板縱向的溫度分布，按照實際鋼板長度進行溫度段劃分，系統模型將根據過冷溫度段的長度及低溫區與高溫區的差值進行補償修正計算，鋼板頭尾流量遮蔽控制如圖2所示。遮蔽長度模型如下：

式中，L低為過冷段長度，m;L總為當前鋼板實際

4.2輥道速度自動控制

鋼板頭部比尾部入水溫度高，同樣的條件下，就會造成鋼板尾部溫度偏低。超快冷系統采用微加速度的方式，使尾部快速入水，使鋼板長度放向溫度梯度減小，使溫度更加均勻可控。

5實際應用

在實際生產應用中，鋼種Q355B，厚度：25mm，全自動模式，目標返紅680℃，實際返紅溫度667℃，厚度方向溫差±20℃，寬度方向溫差±10℃，長度方向溫差±15℃。

6結論

通過對軋后超快冷系統厚度方向溫度均勻性自動控制，寬度方向溫度均勻性自動控制，長度方向溫度均勻性自動控制的研究，進一步明確了溫度均勻性控制的原理與邏輯，在實際應用中控制溫度穩定，產品質量穩定，增強了企業的競爭力。

參考文獻

[1]王國棟.以超快速冷卻為核心的新一代TMCP技術[J].上海金屬，2008，30（2）：1-5.

[2]王國棟.新一代TMCP技術的發展[J].軋鋼，2012，29（1）：1-8.

[3]Tian Y，Wang B X，Tang S，et al.Development and industrial application of ultra-fast cooling technology[J].Science China Technological Sciences，2012，55（6）：1566-1571.

作者簡介：

徐剛（1982年6月——），男，江蘇省張家港市人，本科學歷，中級工程師，主要從事智能制造自動化工作。