邢俊芳，張葉欣，彭良貴，宋志斌

（1.河鋼股份有限公司承德分公司河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德 067001；2.東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng) 110819）

0 引言

卷取溫度控制是熱軋生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，對(duì)板帶加工性能、力學(xué)性能、物理性能有重要影響，現(xiàn)有技術(shù)中通常使用溫度調(diào)節(jié)模型來(lái)實(shí)現(xiàn)帶鋼卷取溫度的自動(dòng)控制。精軋F(tuán)7 從拋鋼到完成卷取這段時(shí)間內(nèi)，帶鋼速度值由精軋F(tuán)7 速度轉(zhuǎn)變到卷取機(jī)速度。當(dāng)兩者速度差值較大時(shí)卷取溫度值會(huì)有明顯變化，卷內(nèi)自適應(yīng)依靠變化換熱系數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)水閥開關(guān)數(shù)量，從而保證卷取溫度控制在目標(biāo)范圍內(nèi)，但不能保證卷取溫度命中，尤其是在帶鋼尾部層流可開水閥數(shù)量逐漸減少、速度波動(dòng)較大時(shí)，模型已經(jīng)沒有能力對(duì)卷取溫度差值進(jìn)行調(diào)節(jié)。

卷取溫度調(diào)節(jié)模型主要依靠層流冷卻來(lái)實(shí)現(xiàn)，涉及的進(jìn)程包括預(yù)計(jì)算、實(shí)時(shí)計(jì)算，后計(jì)算等。預(yù)計(jì)算采用卷對(duì)卷自適應(yīng)熱交換系數(shù)。在實(shí)時(shí)計(jì)算中卷內(nèi)自適應(yīng)通過(guò)調(diào)節(jié)自適應(yīng)熱交換系數(shù)實(shí)現(xiàn)。層冷實(shí)時(shí)計(jì)算指的是卷內(nèi)自適應(yīng)，通過(guò)實(shí)時(shí)修正帶鋼的heatCofa值來(lái)確保溫度模型調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性。卷取溫度模型自適應(yīng)響應(yīng)能力是保證帶鋼卷取溫度命中在目標(biāo)值范圍內(nèi)的重要條件，如果自適應(yīng)響應(yīng)能力差，當(dāng)外界條件變化時(shí)，卷取溫度模型不能及時(shí)開關(guān)水閥，顯然就會(huì)造成卷取溫度在目標(biāo)范圍內(nèi)波動(dòng)過(guò)大，導(dǎo)致控制精度顯著降低[1-2]。

1 卷對(duì)卷自適應(yīng)和卷內(nèi)自適應(yīng)

卷對(duì)卷自適應(yīng)應(yīng)用于卷取溫度調(diào)節(jié)模型的預(yù)計(jì)算中。卷取溫度調(diào)節(jié)模型的預(yù)計(jì)算主要核心是基于傅里葉導(dǎo)熱方程的冷卻模型。根據(jù)傅里葉方程、材料模型和卷對(duì)卷自適應(yīng)系數(shù)熱修正因子，獲得模型的計(jì)算溫度。

卷內(nèi)自適應(yīng)啟動(dòng)條件是帶鋼進(jìn)入層流冷卻區(qū)，并且獲得當(dāng)前帶鋼的實(shí)測(cè)溫度。比較實(shí)測(cè)值與模型計(jì)算溫度，如果存在偏差，表明該偏差是由帶鋼向環(huán)境散熱不精確或相體積分?jǐn)?shù)描述不精確產(chǎn)生的。這時(shí)自適應(yīng)過(guò)程引入獨(dú)立的修正因子heatCofa，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)帶鋼表面的熱流密度，在獲得帶鋼溫度實(shí)測(cè)值時(shí)，調(diào)整修正因子使得溫度計(jì)算值向溫度測(cè)量值收斂靠攏。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，層冷自適應(yīng)的響應(yīng)能力由卷取溫度實(shí)際值和模型預(yù)報(bào)值之間的溫度偏差deltaTemp 大小和速度變化這兩方面決定。

2 速度波動(dòng)對(duì)層冷自適應(yīng)調(diào)節(jié)過(guò)程的影響

卷對(duì)卷自適應(yīng)是在相似板坯中首先獲得當(dāng)前鋼卷heatCofa 值，如果沒有相似帶鋼，換熱系數(shù)heatCofa采用默認(rèn)值1.0，然后將heatCofa 分為低速（基準(zhǔn)速度）和高速（2 倍基準(zhǔn)速度）兩個(gè)不同的值，以獲得速度變化對(duì)heatCofa 的影響系數(shù)。卷內(nèi)自適應(yīng)主要是實(shí)時(shí)更新?lián)Q熱系數(shù)heatCofa。換熱系數(shù)heatCofa 可分解為heatCofa0、delta heatCofa 兩部分[3-4]，根據(jù)溫度和速度的變化，計(jì)算換熱系數(shù)增量delta heatCofa，以此獲得當(dāng)前鋼卷不同片段的heatCofa。

以具體鋼卷說(shuō)明卷內(nèi)自適應(yīng)計(jì)算過(guò)程。鋼卷2207E32080，牌號(hào)SAE1008-YH，成品厚度3 mm，終軋溫度設(shè)定值880 ℃，層流溫度設(shè)定值610 ℃。卷對(duì)卷自適應(yīng)中預(yù)計(jì)算采用低速（基準(zhǔn)速度9.692 m/s）heatCofa 為1.244，而高速（2 倍基準(zhǔn)速度19.384 m/s）heatCofa 為1.227。此卷鋼F7 穿帶速度為9.71 m/s 時(shí)的heatCofa 值采用1.244。這卷鋼卷內(nèi)自適應(yīng)根據(jù)卷取溫度實(shí)際值和預(yù)報(bào)值的溫度偏差deltaTemp 以及實(shí)際速度計(jì)算heatCofa 對(duì)層流溫度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，帶鋼尾部具體溫度調(diào)節(jié)過(guò)程如表1 所示。

表1 鋼卷2207E32080 帶鋼尾部溫度調(diào)節(jié)過(guò)程

由表1 可見，精軋F(tuán)7 拋鋼到卷取機(jī)卷完這段時(shí)間，帶鋼速度變化大，模型可調(diào)空間較小，導(dǎo)致尾部卷取溫度精度不高。當(dāng)鋼卷長(zhǎng)度為720.4 m 時(shí)，帶鋼速度由9 m/s 降到6.87 m/s 時(shí)的模型通過(guò)調(diào)節(jié)heatCofa減少水閥數(shù)量能夠保證卷取溫度，但鋼卷長(zhǎng)度為766.1 m 時(shí)，帶鋼速度由6.41 m/s 升到8.22 m/s 時(shí)的模型通過(guò)調(diào)節(jié)heatCofa 增加水閥水量已經(jīng)不能保證卷取溫度。

由表1 可知，層流模型針對(duì)速度波動(dòng)較大時(shí)的卷取溫度的命中調(diào)節(jié)非常有限，尤其是在帶鋼尾部層流可開水閥較少時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)heatCofa 改變水閥水量的方式不能保證卷取溫度。

3 減少速度波動(dòng)保證溫度卷取溫度命中

帶鋼尾部速度大幅度變化是因?yàn)镕7 拋鋼后無(wú)法檢測(cè)帶鋼實(shí)際速度，原溫度調(diào)節(jié)模型以卷取機(jī)夾送輥速度代表F7 拋鋼后帶鋼實(shí)際速度，而在帶鋼離開卷取機(jī)前高溫計(jì)時(shí)又把芯軸速度當(dāng)做帶鋼速度。卷取機(jī)夾送輥和芯軸兩者之間在軋制過(guò)程中是存在速度差的，主要原因是為保證軋制穩(wěn)定性，夾送輥與芯軸之間需要建立張力，而建立張力需要通過(guò)夾送輥降速形成速度差來(lái)實(shí)現(xiàn)。速度波動(dòng)促使層流自適應(yīng)模型調(diào)節(jié)幅度很大，而實(shí)際層流水閥調(diào)節(jié)效果有限，從而出現(xiàn)尾部溫度遠(yuǎn)高于設(shè)定值的情況，如圖1 所示。

圖1 夾送輥和芯軸之間有速度差與溫度失控關(guān)系圖

為避免夾送輥和芯軸速度差造成溫度失控，將精軋F(tuán)7 拋鋼“傳輸給卷取溫度模型的帶鋼速度值”固定為芯軸角速度×帶鋼卷直徑/2，當(dāng)MTR：F7 occupied 由1 變?yōu)? 時(shí)，“傳輸給卷取溫度模型的帶鋼速度值”=ACT_C_SPEED：Angular-Speed active MA Coiler（Hz）*ACT_C_DIA：Coildiameter active Coiler[m]/2，即芯軸速度×帶鋼直徑/2。通過(guò)減少帶鋼尾部速度波動(dòng)，溫度調(diào)節(jié)能力明顯加強(qiáng)，尾部卷取溫度命中情況有很大提高，如圖2 所示。

圖2 夾送輥和芯軸之間無(wú)速度差與溫度可控關(guān)系圖

4 結(jié)論

1）層流溫度模型計(jì)算的準(zhǔn)確性依靠自適應(yīng)。預(yù)計(jì)算采用卷對(duì)卷自適應(yīng)熱交換系數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算依靠卷內(nèi)自適應(yīng)，通過(guò)卷內(nèi)自適應(yīng)調(diào)節(jié)換熱系數(shù)控制卷取溫度。卷內(nèi)自適應(yīng)對(duì)于溫度與帶鋼速度的控制有直接關(guān)系。

2）當(dāng)帶鋼尾部層流可開水閥數(shù)量逐漸減少時(shí)，如果速度波動(dòng)較大會(huì)出現(xiàn)模型沒有能力對(duì)卷取溫度差值進(jìn)行調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。減少帶鋼速度波動(dòng)是提高帶鋼尾部卷取溫度精度的主要手段。

3）為減少帶鋼速度波動(dòng)，帶鋼在精軋F(tuán)7 拋鋼后固定采用芯軸速度作為帶鋼速度，以避免速度波動(dòng)，從而保證尾部卷取溫度命中精度。