【技术】热连轧线轧后超快速冷却温度的高精度控制方法

钢铁行业“绿色制造与制造绿色”的大背景下，以超快速冷却为核心的新一代TMCP技术的应用备受关注。热连轧线超快速冷却技术的应用使钢铁企业尝到了“甜头”。▲钢铁企业传来捷报

超快速冷却的技术特点是采用倾斜式喷嘴设计，喷射具有一定压力的冷却水，实现带钢全宽方向的“吹扫式”冷却，有效打破冷却水与带钢表面的蒸汽膜，大幅提高带钢与冷却水的换热效率。

▲层流冷却换热形式

▲超快速冷却换热形式

精确控制带钢冷却路径是新一代TMCP技术的关键所在。区别于常规层冷冷却，基于超快冷的热连轧线轧后冷却控制，在控制卷取温度的同时，超快冷出口温度也作为其重要控制点。

▲新一代TMCP原理图

然而，超快冷以高压射流形式实现高的换热效率，换热机制显著区别于常规层流冷却，这就对轧后冷却控制模型的计算精度提出更高需求；超快冷出口温度作为层流冷却的起始点，其控制精度直接影响卷取温度的控制精度，因此，超快冷出口温度与卷取温度的耦合控制成为轧后冷却高精度控制的关键所在；针对精轧无机架间冷却水或机架间冷却水无调节能力的热连轧线，轧制速度完全依赖FDT实测值调整，造成带钢速度“瞬息万变”，对轧后冷却高精度控制提出了更高的挑战。

▲超快冷条件下轧后冷却控制是需要有水平滴，东大小伙伴们有办法！

基于超快速冷却机理并结合理论分析及数理统计，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室的科研团队从带钢温度场分析、温度控制模型的建立及参数回归、控制策略的开发等手段入手，开发了一系列关键“利器”，实现了轧后冷却的高精度控制。

 

利器一、厚度方向差分模型的建立

针对带钢超快速冷却冷速大的特点，充分考虑带钢厚度方向温度分布，利用建立的差分模型，在线实时计算带钢厚度方向温度分布，为超快冷出口温度的精确计算奠定基础。

▲带钢厚度方向温度分布的实时计算

 

利器二、模型参数的回归

利用模型在线控制结果，回归模型控制参数，提高理论统计型模型的计算精度，为带钢温度的高精度控制提供有力保障。

▲模型参数的回归

 

利器三、速度实时修正控制策略的开发

针对轧机频繁无规律的调速问题，开发了速度实时修正控制策略。充分利用带钢长度方向速度的连续性，根据带钢精轧出口的实测速度，实时修正进入冷却区部分的带钢速度，实现带钢预测速度与实际速度的准确匹配，解决了轧机速度无规律调节的难题。

▲带钢预测与实际速度曲线对比

 

利器四、“软测量”技术的引入

通过“软测量”技术的引入，及时捕捉因速度波动引起的温度偏差，并对温度偏差进行实时修正，大大提高温度控制过程的智能化水平。

▲软测量原理图

目前，基于超快速冷却的热轧带钢轧后冷却控制系统已成功应用于首钢迁钢2160、首钢京唐2250等钢铁企业，针对UFCT目标值低于520℃的品种，统计样本内±30℃温度控制精度由75%提高到了85%以上；针对CT目标值高于450℃的品种，±30℃温度控制精度由89%提高到了94%以上。实现了轧后冷却的高精度稳定控制，为新一代TMCP工艺的实施“保驾护航”。

▲X80超快冷出口温度控制结果

▲X70温度控制结果