攀钢热轧厂层流冷却控制系统

轧钢

ＳＴＥＥＬＲＯＬＬＩＮＧ・５３・

・轧钢自动化・

攀钢热轧厂层流冷却控制系统

蔡晓辉１，张中平２，李成花３

（１．东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室，辽宁沈阳１１０００４；

２．攀枝花钢铁公司热轧板厂，四川Ｉ攀枝花６１７０６２；

３．中国钢研科技集团有限公司，北京１０００８１）

摘要：介绍了攀枝花钢铁公司热连轧厂层流冷却系统在改造后的的总体情况，包括冷却设备、一级计算机硬件配置、冷却控制方式、冷却策略，以及计算准备处理、预设定计算、修正设定计算等过程计算机的主要功能模块。

关键词：层流冷却；控制系统；冷却方式；冷却策略；热轧带钢

中图分类号：ＴＧ３３５．５文献标识码：Ｂ文章编号：１００３—９９９６（２００９）０６—００５３—０３

ＬａｍｉｎａｒＣｏｏｌｉｎｇＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍｏｆＨｏｔＴａｎｄｅｍＭｉｌｌｏｆＰａｎｚｈｉｈｕａＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．

ＣＡＩＸｉａｏ－ｈｕｉｌ，ＺＨＡＮＧＺｈｏｎｇ—ｐｉｎ９２，ＬＩＣｈｅｎｇ—ｈｕａ３

（１．ＴｈｅＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＲｏｌｌｉｎｇ＆ＡｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０００４，Ｃｈｉｎａ；

２．ＰａｎｚｈｉｈｕａＩｒｏｎ８ＬＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｐａｎｚｈｉｈｕａ６１７０６２，Ｃｈｉｎａ；

３．ＣｈｉｎａＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．．Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８１，Ｃｈｉｎａ））

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｇｅｎｅｒａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｌａｍｉｎａｒｃｏｏｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎＰａｎｚｈｉｈｕａｌｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．ａｆ—ｔｅｒｒｅｎｏｖａｔｉｏｎｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｃｏｏｌｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ，ｈａｒｄｗａｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｌｅｖｅｌ１，ｃｏｏｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｍｏｄｅ．ｃｏｏｌｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄｔｈｅｍａｉｎｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ｓｕｃｈａｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｐｒｅｐａｒｉｎｇ，ｐｒｅ－ｓｅｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｍｏｄｉ—ｆｙｉｎｇｓｅｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．，ｗｅｒｅｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｄ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｍｉｎａｒｃｏｏｌｉｎｇ；ｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｏｌｉｎｇｍｏｄｅ；ｃｏｏｌｉｎｇｓｔｒａｔｅｇｙ；ｈｏｔｒｏｌｌｅｄｓｔｒｉｐ

１前言

热轧带钢的冷却过程难以用精确的数学模型描述与控制口］，卷取温度的控制与带钢材质、速度及其厚度方向的温度分布等众多因素密切相关‘２—９］，冷却速度、卷取温度和集管开启顺序等直接影响带钢的组织性能。

为适应市场的需求，攀枝花钢铁公司热连轧厂对其层流冷却系统进行了改造。改造后的层流冷却系统具有以下功能：（１）层流冷却能力加大，冷却速度和冷却均匀性提高；（２）卷取温度控制精度提高；（３）卷取温度范围扩大，具备低温卷取的能力；（４）具备生产细晶粒、高强度、高韧性、高附加值产品的能力。２层流冷却系统结构概述

２．１冷却设备及自动化系统硬件

攀钢热连轧厂层流冷却装置设置在热轧精轧Ｆ６机架与卷取机之间，共设置１２组集管，前９组为粗冷段，后３组为精冷段。粗冷段为主冷区，精冷段为反馈控制区。带钢上表面冷却采用Ｕ型管，下表面冷却采用下喷射集管。层流冷却装置布置见图１。

攀钢热连轧厂自动化系统采用层次结构，自上而下由５台高档网络服务器及其终端和打印机构成过程控制级，操作员站采用工业ＰＣ机。其中，精轧及卷取区共用１台过程机。

２．２冷却控制方式

层流冷却系统的控制方式分为自动控制方式和手动控制方式。自动控制方式分两种情况：

收稿日期：２００９—０４—０８

基金项目：国家自然科学基金重点项目（５０６３４０３０）；国家科技支撑计划项目（２００６ＢＡＥ０３Ａ０８）

作者简介：蔡晓辉（１９７５－－），女（＂ＪｉＹｋ），辽宁人，讲师，博士．主要从事板带材控制冷却模型和双相钢生产工艺设计。

・５４・轧钢２００９年１２月出版

（１）过程机对控冷过程进行自动设定

采用该方式工作时，层流冷却的初始设定和前馈控制由过程计算机完成，基础自动化按照过程机给出的喷水组态控制相应喷水阀门的开闭。此时，人工干预无效。在过程机和传感器正常工作的情况下，自动控制方式为主要操作方式。

ＦＤＴＣＴ图１攀钢层流冷却设备布置及启动逻辑示意图

（２）操作员通过ＨＭＩ对控冷过程进行设定

当过程计算机不能投人时，采用此控制方式。冷却制度和规程由操作员在人机界面上输入，并可对其进行存储，供操作员选择调用。

在自动控制方式下，由基础自动化ＰＬＣ４００完成带钢的头尾跟踪、反馈和精轧机抛钢后的前馈控制功能。

采用手动控制方式工作时，完全由操作工启／停冷却设备的运行。通常在设备调试和测试时采用该方式。

３冷却模型的功能模块

３．１功能模块

攀钢１４５０ｍｍ热连轧机组卷取温度控制模型的总体功能是根据带钢精轧出口的带钢温度、速度等数据及其他工艺设备参数，经过模型运算（包括预设定计算等），求得达到目标冷却模式、卷取温度、冷却速度所需的集管组态，并控制冷却过程中集管的开闭状态，实现冷却过程的计算机自动控制。

层流冷却控制模型主要包括６个子模块：

（１）计算准备处理模块。该模块主要是为卷取温度控制模型运算（预设定计算、修正设定计算、自学习计算）提供所需的信息和数据，是控冷模型计算之前的数据准备过程。

通过该模块，可确定各种组别，确定带钢分段长度，选择控制模式，确定各种由表格索引的数据，确定模型运算所需的各种参数以及选择带钢冷却策略，热头热尾处理和头部特殊控制处理等。

（２）预设定计算模块。该模块根据带钢在精轧出口的温度、速度、厚度等参数的预报值和工艺设备参数，进行头部特殊处理和冷却集管组态设定。当精轧机第１个有效机架咬钢时，启动层流冷却预设定计算功能。

（３）修正设定计算模块。修正设定计算是一个不断进行的周期计算过程，其根据基础自动化所传递的带钢在精轧出口的温度、速度、厚度等参数的实测值和各工艺设备参数，修正带钢各段对应的冷却集管组态，进一步提高卷取温度、冷却速度的控制精度。从带钢头部到达精轧出口测厚仪后每隔一定长度，触发一次修正计算。

（４）反馈控制计算模块。该模块根据实测的卷取温度，采用ＰＩ算法对冷却区反馈段集管的开闭状态进行微调，以及时修正温度偏差。

（５）自学习计算模块。基于控制目标的实测值和模型计算值之间的偏差，自学习计算模块对控制模型中的学习项进行修正，以提高模型的预报精度，改善控制效果。自学习模块分为长期自学习和短期自学习。短期自学习系数直接用于下一块同组别带钢；长期自学习系数存储于带钢长期自学习系数表中，供换组别轧制首块钢时调用。

（６）控制终了处理模块。完成集管的关闭和对下一块带钢所需的集管组态进行预置。

各模块的启动时刻、数据传输参见图ｌ。

第２６卷・第６期蔡晓辉等：攀钢热轧厂层流冷却控制系统・５５・

３．２数据流程图

设备常数、层别数据以及实测数据保存在数据库中，控冷模型可根据需要随时调用；过程机根据ＰＤＩ数据、手工输入数据以及数据库中的层别数据自动进行模型计算，并将设定值传输给～级计算机，由一级计算机进行判断执行动作指令，并将在线采集的实测数据传回二级计算机进行模型的优化学习。新的学习结果将刷新原有的存储结果并进行模型优化。

图２为控冷系统过程机与一级计算机机之间的数据传输示意图。

图２数据流程图

３．３层流冷却控制策略

为满足不同规格、不同钢种和不同性能产品对于卷取温度和冷却速度的要求，在层流冷却系统中设置了３种冷却控制策略：（１）前段主冷模式：生产显微组织以铁素体和珠光体为主的普碳钢和优质结构钢；（２）后段主冷模式：生产显微组织以铁素体和贝氏体为主的的双相钢；（３）稀疏冷却模式：生产以控制微合金元素的碳氮化物的析出为主的微合金化钢。

攀钢１４５０ｍｍ热连轧机组的卷取温度控制模式分为常规冷却控制和冷却速度控制两种模式。

常规冷却控制模式以目标卷取温度为控制目标，根据带钢在精轧机出口的温度、速度、厚度和设备状态等计算工艺参数，对处于精轧机出口温度计下面的带钢区段进行设定计算，最终获得带钢达到目标卷取温度的集管组态。

冷却速度控制模式以目标卷取温度和中间目标温度（１个或２个）及其对应区间的冷却速度作为控制目标，根据带钢的终轧温度、速度，对带钢上的每个样本进行设定计算，获得满足工艺要求的冷却速度，以及目标卷取温度、中间目标温度所需的集管组态。

４结语

攀钢１４５０ｍｍ热连轧层流冷却系统的冷却设备由国内自行设计制造，过程机模型结合现场实际情况设定，不仅能够满足改造后产品方案和设计年产量的要求，并为今后品种开发留有余地。但还应不断改进、优化和完善程序结构以及细化层别参数，以更好地满足生产的需要。

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