一種解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法與流程

2023-05-01 02:36:21 2

本發明涉及專門適用於金屬軋機或其加工產品的控制設備或方法，尤其涉及一種用於熱軋高強鋼的層流冷卻控制系統，解決熱軋高強鋼在密集冷卻後頭部板形發生異常變化造成扣頭廢鋼的控制方法。

背景技術：

現有的熱軋產線的精軋和層流冷卻工藝流程如圖1所示，經過粗軋後的帶鋼1通過飛剪11切斷，經除鱗箱12除鱗後送入精軋機組10,經精軋軋制的帶鋼從末道成品機架17送出，再通過層冷區20冷卻並送往卷取機30。精軋機組10之後的層冷區20通常由沿層流冷卻輥道4配置的18～20個傾翻式噴水支架2x組成，如圖2所示。每個噴水支架通常配置四根層流冷卻集管，每根冷卻集管配有入口、出口兩排鵝頸管噴水管，一個噴水支架實際上有8組鵝頸噴水管，主要用於對精軋機出口來的成品板帶鋼進行上表冷卻。以20個噴水支架的冷卻區為例，前18組噴水支架為主冷區，第19～20個噴水支架為微調精冷區；其中,主冷區的前7組和精冷區為密集噴水區(精調區),主冷區的其餘幾組為稀疏噴水區(粗調區)。帶鋼下表面的冷卻，由安裝在輥道間的冷卻集管完成，每個輥道間有一根集管，每根集管分為入口、出口兩排鵝頸小噴管，進行帶鋼的下表冷卻。精調區由1個閥門控制1個噴水嘴,粗調區1個閥門控制2個噴水嘴。經過層流冷卻區後,帶鋼達到目標卷取溫度,最後進行卷取。

由於熱軋高強鋼性能具有很高的強度極限要求,在生產過程中對於卷取溫度控制工藝窗口十分狹窄,因此,在熱軋過程中一般要求帶鋼出末道成品機架17後,在較高的終軋溫度下迅速冷卻到卷取目標溫度,所以,為了保證產品性能要求,熱軋工藝必須通過層流密集冷卻控制，實現帶鋼在層流冷卻輸送輥道4上急冷，以達到性能要求。但是,在現有生產線的實際生產中容易發生帶鋼扣頭鑽入輥道的廢鋼事故,給熱軋生產帶來了巨大的廢鋼及非計劃停機時間損失。雖然普通熱軋帶鋼在機架間及在層流冷卻輥道發生扣頭廢鋼也偶有發生，但是通常通過工藝的簡單調整，例如，通過對末道成品機架工作輥輥逕到配對機架壓下負荷分配調整、對機架彎輥及CVC參數調整等就可以基本解決。

中國發明專利「一種防止帶鋼在熱軋過程中出現頭部彎曲的控制方法」(發明專利號： ZL200510110984.X授權公告號：CN100413610C)公開了一種防止帶鋼在熱軋過程中出現頭部彎曲的控制方法，該方法主要根據工作輥直徑是否發生變化來確定調節支撐輥下方的液壓缸的行程高度及軋制線高度，此外，還根據粗軋軋制過程中的每一道次入口的同一塊帶坯厚度的變化量，來確定調節支撐輥下方的液壓缸的行程高度及軋制線高度。該發明的控制方法根據不同的鋼種和規格自動實現粗軋機軋制線髙度自動調整，確保對稱軋制條件，防止不對稱軋製造成的軋後帶坯出現翹扣頭現象。

現有的層流冷卻控制系統主要是採取溫度前饋加溫度反饋的控制方式，根據位於精軋機末機架17之後的檢測元件2，實測帶鋼終軋出口溫度、速度、厚度和冷卻速率等邊界條件計算出所需的冷卻水分布，動態控制閥門的開關，得到其在前饋控制計算的所需冷卻狀態。為了提高控制精度，現有控制系統還利用在帶鋼位於卷取機30入口處的反饋元件3，根據測量的卷取溫度和預報的卷取溫度之間的差值進行反饋補償。

但是，現有的這些通過數據調整或反饋控制解決扣頭廢鋼的方法，都不能用於解決熱軋高強鋼在層流冷卻輥道扣頭廢鋼事故，特別是對於要求層流冷卻採用密集冷卻方式的熱軋高強鋼，對層流冷卻輥道梁進行調整加固也無法使問題得到控制，這不僅使層冷輥道上發生扣頭鑽入輥道的廢鋼事故幾乎處於不受控狀態，也給操作工帶來了很大心理壓力。由於實際生產中的熱軋高強鋼一般都是厚度在8mm以上的中厚板，一旦出現廢鋼是無法進行冷卷取的，只能在層流冷卻輥道上進行手工切割，再分段用行車吊出輥道，一般一次廢鋼最快也要花近2個小時。此外，由於這種熱軋高強鋼冷卻後彈性強度相當高，稍有不當就會彈及傷人或砸壞設備。因此，無任在安全還是事故停機方面，扣頭廢鋼造成的影響損失都是很大的，解決扣頭廢鋼問題的經濟效益和安全效益都是巨大的。

通過試驗研究和相關技術分析發現，在帶鋼冷卻過程中，某些鋼種的熱軋高強鋼的頭部會向冷卻能力不足的一面彎曲，而且密集冷卻能力越強，冷卻速率越高，這種扣頭現象越加嚴重。現有的密集冷卻區的上部噴管本身的數量和分布，加之上噴水從噴口到帶鋼高度高，使帶鋼上表更容易散熱而得到有效冷卻，這導致層冷區的上表冷卻能力實際上大於下表；在軋制熱軋高強鋼時，帶鋼頭部經過密集冷卻後，會向冷卻能力不足的底面快速彎曲，形成扣頭並鑽入層流冷卻輥道4引發廢鋼事故。由於此類易發生扣頭廢鋼問題的帶鋼產品以中厚板為主，中厚板卷取溫度控制精度又比較困難，加之熱軋高強鋼冷卻速率要求又大，正常的冷卻水控制閥已經無法滿足控制扣頭廢鋼的需要，往往導致水流控制超出現有層流冷卻控制系統的可控範圍，只能採用手動控制關閉上部冷卻水 的方法，來解決板形扣頭問題。但是，由於手動控制閥門不受層流冷卻控制系統的調控，這又直接影響到總體的產品性能控制，造成產品無法滿足用戶需求。

另一方面，現有的層流冷卻控制系統具備故障閥門屏蔽功能，可以將不能夠正常工作的閥門設定為故障閥門並設置故障標記，並且在執行層流冷卻控制程序時，關閉帶有故障標記的故障閥門，避免所述的故障閥門影響正常的冷卻水分布。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法，克服層流冷卻控制系統的故障閥門屏蔽功能只是用於故障處理，不能用於冷卻水流控制的技術偏見，通過將正常的冷卻水控制閥人為設定為故障閥門，利用層流冷卻控制系統的故障閥門屏蔽功能，實現帶有故障標記的故障閥門自動關閉，實現在冷卻區對帶鋼頭部的溫度精度進行控制補償，解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭鑽入層冷輥道導致的廢鋼問題。

本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是：

一種解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法，用於熱軋高強鋼的層流冷卻控制系統，其特徵在於所述的控制方法可以根據預先制定的防扣頭控制策略表，將密集冷卻區上部的若干正常冷卻水控制閥設定為故障閥門；同時，利用層流冷卻控制系統的層流冷卻模型，在引入故障閥門的條件下進行常規流量控制計算，以自動冷卻控制方式滿足熱軋高強鋼整體性能的密集冷卻要求；在保持下表快速冷卻能力的同時，利用故障閥門屏蔽功能自動關閉帶有故障標記的故障閥門，降低上表冷卻能力，實現帶鋼上下表冷卻能力的自動調節，有效控制帶鋼頭部板形並防止扣頭廢鋼。

本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法的一種較佳的技術方案，其特徵在於包括以下步驟：

S10：構建和維護防扣頭控制策略表；

S20：接收帶鋼數據；

S30：啟動層流冷卻控制策略；

S40：判斷是否為高強鋼厚板且為密集冷卻；若為高強鋼厚板密集冷卻，則轉S50；否則，轉步驟S70；

S50：啟動防扣頭控制策略；

S60：根據防扣頭控制策略表設定故障閥門；

S70：層流冷卻設定程序下發到基礎自動化級；

S80：基礎自動化級執行層流冷卻控制程序，在以自動冷卻控制方式滿足熱軋高強鋼整體性能的密集冷卻要求的同時，利用故障閥門屏蔽功能自動關閉帶有故障標記的故障閥門，實現帶鋼上下表冷卻能力的自動調節，有效控制帶鋼頭部板形並防止扣頭廢鋼。

本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法的一種更好的技術方案，其特徵在於所述的步驟S10採用以下步驟構建和維護防扣頭控制策略表：

S11：對層冷區的上噴水和底噴水進行檢查，調整密集冷卻區的噴嘴高度，更換修復冷卻水控制閥中的故障閥門；

S12：根據高強鋼的出鋼記號、厚度和溫度對高強鋼進行品種分組，利用層冷冷卻數學模型計算並通過試驗驗證，確定需要設定為故障閥門的冷卻水控制閥的分布；

S13：將設定為故障閥門的冷卻水控制閥的分布，作為該高強鋼品種分組的防扣頭控制策略，以高強鋼品種分組索引後加入存儲防扣頭控制策略的數據表，構成或更新所述的防扣頭控制策略表。

本發明的有益效果是：

1、本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法，可以徹底解決熱軋高強鋼，在層冷密集冷卻後頭部扣頭鑽入輥道廢鋼事故，為熱軋熱軋高強鋼新產品開發及大生產奠定了基礎。

2、本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法，通過在層冷支架設定故障閥門，有效調整了帶鋼上下表冷卻能力，增加了熱軋層冷控制工藝手段，對今後的新產品開發具有借鑑作用。

3、本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法，通過對熱軋高強鋼板形控制調整，大大減少了廢鋼事故造成的非計劃時間損失，降低了處理廢鋼帶來的安全隱患。

4、本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法，利用在L2計算機中設定故障閥門實現帶鋼上下表冷卻能力調節，可以在不增加軟體和硬體投資的條件下，使開發的新產品性能穩定性得到進一步保證，降低了工藝質量波動性，減少了資源浪費。

附圖說明

圖1是現有的熱軋產線精軋及層冷工藝流程示意圖；

圖2是層冷系統的層流冷卻輥道及傾翻支架配置示意圖；

圖3是本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法流程圖。

具體實施方式

為了能更好地理解本發明的上述技術方案，下面結合附圖和實施例進行進一步地詳細描述。

本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法的一個實施例如圖3所示，用於圖1所示的熱軋高強鋼生產線精軋及層冷工藝流程的層流冷卻控制系統，所述的控制系統由生產控制級L3、精軋產線過程控制級L2和軋機基礎自動化級L1組成；所述的控制方法可以根據預先制定的防扣頭控制策略表，將密集冷卻區上部的若干正常冷卻水控制閥設定為故障閥門；層冷系統的層流冷卻輥道及傾翻支架配置如圖2所示，在圖2所示的實施例中，層流密集冷卻區(主冷區)上部的鵝頸噴管的冷卻水控制閥21a、22a預先設置為故障閥門。防扣頭控制策略表包括根據高強鋼品種分組，產品寬度和厚度存儲的預設故障閥門分布表，根據不同的待軋制高強鋼品種分組，通過查詢防扣頭控制策略表，可以確定需要進行控制的冷卻水控制閥，例如，層流密集冷卻區上部序號為21a、22a、23a、24a、25a或更多的，通過設置故障標記將其設為故障閥門。圖2所示的實施例中，僅標示出序號為21a、22a的故障閥門，其餘的冷卻水控制閥標記為2x，其中x為閥門的序號，a表示所述的故障閥門設置在層流冷卻輥道的上部。同時，利用層流冷卻控制系統的層流冷卻模型，在引入故障閥門的條件下進行常規流量控制計算，以自動冷卻控制方式滿足熱軋高強鋼整體性能的密集冷卻要求；在保持下表快速冷卻能力的同時，利用故障閥門屏蔽功能自動關閉帶有故障標記的故障閥門21a、22a，降低上表冷卻能力，實現帶鋼上下表冷卻能力的自動調節，有效控制帶鋼頭部板形並防止扣頭廢鋼。

本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法的一個實施例如圖3所示，包括以下步驟：

S10：構建和維護防扣頭控制策略表；

S20：過程控制級L2從生產控制級L3接收帶鋼數據；

S30：過程控制級L2根據帶鋼數據選擇啟動層流冷卻控制策略；

S40：過程控制級L2判斷是否為高強鋼厚板且為密集冷卻；若為高強鋼厚板密集冷卻，則轉S50；否則，轉步驟S70；

S50：啟動防扣頭控制策略；

S60：過程控制級L2根據帶鋼數據查詢防扣頭控制策略表，設定故障閥門；

S70：過程控制級L2利用層流冷卻控制系統的層流冷卻模型，在引入故障閥門的條件下進行常規流量控制計算；根據層流冷卻控制策略確定層流冷卻設定程序，下發到基 礎自動化級L1；

S80：基礎自動化級L1執行層流冷卻控制程序，在以自動冷卻控制方式滿足熱軋高強鋼整體性能的密集冷卻要求的同時，利用故障閥門屏蔽功能自動關閉帶有故障標記的故障閥門，降低上表冷卻能力，實現帶鋼上下表冷卻能力的自動調節，有效控制帶鋼頭部板形並防止扣頭廢鋼。

本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法構建的防扣頭控制策略表的一個實施例如表1所示。

表1：防扣頭控制策略表結構示例

根據本發明的解決熱軋高強鋼密集冷卻區扣頭廢鋼的控制方法的一個實施例，上述步驟S10採用以下步驟構建和維護所述的防扣頭控制策略表：

S11：對層冷區的上噴水和底噴水進行檢查，調整密集冷卻區的噴嘴高度，更換或修 復冷卻水控制閥中全部真實的故障閥門，以保證全部閥門均處於可控狀態；在該實施例中，密集冷卻下噴水高度調節為高於輥面300-600mm。

S12：根據高強鋼的出鋼記號、厚度和溫度對高強鋼進行品種分組，利用層冷冷卻數學模型計算並通過試驗驗證，確定需要設定為故障閥門的冷卻水控制閥的分布；具體需要設為故障閥門的數量和分布，需要根據生產現場實際帶鋼的品種、寬度以及其在冷卻過程中的頭部形狀，通過試驗進行增減調整，最終達到理想板形並杜絕產生廢鋼為目標。

S13：將設定為故障閥門的冷卻水控制閥的分布，作為該高強鋼品種分組的防扣頭控制策略，以高強鋼品種分組索引後加入存儲防扣頭控制策略的數據表，構成或更新所述的防扣頭控制策略表。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明的技術方案，而並非用作為對本發明的限定，任何基於本發明的實質精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本發明的權利要求的保護範圍內。