热连轧线超快速冷却的控制方法与流程

本发明涉及热连轧技术领域，特别涉及一种热连轧线超快速冷却的控制方法。

背景技术：

国内常规热连轧线产品生产过程中，带钢轧后冷却主要通过层流冷却实现带钢的轧后水冷过程。由于层流冷却系统冷却效率偏低，不足以满足部分厚规格、低成本、高品质产品的生产需求。随着社会对高品质热轧带钢需求量的逐年提升，超快速冷却技术的应用在热轧带钢生产过程中备受瞩目。超快速冷却系统采用高压、大流量冷却水对带钢进行冷却，从而实现带钢超快速冷却过程。超快冷技术通过对带钢冷却路径的精准控制并配合恰当的强化机制，能够显著提高带钢品质。

基于超快冷的常规热连轧生产线主要采用超快速冷却+层流冷却的形式对热轧带钢进行轧后冷却，进而实现带钢冷却路径的控制。随着超快冷系统成套装备及技术水平的进步，常规热连轧线能够单独利用超快冷系统实现带钢的轧后冷却过程。但目前有关于轧后冷却控制方法还存在如下技术问题：轧后冷却过程中带钢厚度方向冷速不均匀，冷却温度不能得到精确控制的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例通过提供一种热连轧线超快速冷却的控制方法，解决了现有技术中轧后冷却过程中带钢厚度方向冷速不均匀，冷却温度不能得到精确控制的技术问题，实现了热轧带钢厚度方向冷速均匀化、温度高精度控制的轧后水冷过程。

为解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种热连轧线超快速冷却的控制方法，包括：

将超快速冷却系统设置在精轧系统后侧；

在带钢通过精轧后，对所述超快速冷却系统的超快冷集管的开启序列进行定义；

对需要开启的所述超快冷集管所能产生的温降值进行计算；

对需要开启的所述超快冷集管所能产生的温降总和进行计算；

将所述温降总和和终轧温度目标值的差值与工艺目标值进行对比，当所述温降总和和终轧温度目标值的差值与目标值存在偏差时，对所述超快速冷却系统的超快冷集管的开启序列重新进行定义，当所述温降总和与目标值相符时，启动所述超快速冷却系统对所述带钢进行冷却。

进一步地，在带钢通过精轧后，对所述超快速冷却系统的超快冷集管的开启序列进行定义包括:

将n根所述超快冷集管进行编号，并平均划分为m组，每组共i根所述超快冷集管；

最先开启最后三根所述超快冷集管；

依次开启第1组～第m组的第一根所述超快冷集管，即第1，1+i，1+2*i，…，1+(m-1)*i号集管；

依次开启第1组～第m-1组的最后一根所述超快冷集管，即第i，2*i，…，(m-1)*i号集管；

依次开启第1组～第m组第i/2(向下取整)号所述超快冷集管；

依次开启第i*k+i*0.25(k＝0～m-1，向下取整)号所述超快冷集管集管；

依次开启第i*k+i*0.75(k＝0～m-1，向上取整)号所述超快冷集管集管；

剩余集管穿插于上述集管之间开启，且排序方式为每次每组集管增加1根所述超快冷集管。

进一步地，对需要开启的所述超快冷集管所能产生的温降值进行计算包括：

对需要开启的所述超快冷集管的冷却效率叠加系数fc进行计算；

对需要开启的所述超快冷集管的冷却能力值进行计算；

将所述冷却效率叠加系数fc与所述冷却能力值相乘获得所述温降值。

进一步地，对需要开启的所述超快冷集管的冷却效率叠加系数fc进行计算包括：

先对需要开启的所述超快冷集管的冷却效率相关系数进行确定；

再通过下式获得所述冷却效率叠加系数fc：

fc＝0.02·f²-0.116·f+1。

进一步地，先对需要开启的所述超快冷集管的冷却效率相关系数进行确定包括：

当第x、x-3、x-2、x-1、x+1、x+2、x+3根所述超快冷集管均呈开启状态时，采用下述冷却效率相关系数

其中，valnum为集管编号，valnum∈[x-3,x-1]∪[x+1,x+3]。

进一步地，对需要开启的所述超快冷集管的冷却能力值进行计算包括：

根据带钢化学成分、带钢温度、速度及厚度计算出单根集管的基准温降；

根据实际集管流量f与基准集管流量f0的比值，计算出集管流量修正系数；

根据实际供水压力p与基准压力p0的比值，计算出压力修正系数；

将基准温降t，流量修正系数，压力修正系数相乘，即得出单根集管的冷却能力值δt，如下式：

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请实施例先通过超快冷集管开启时序及位置的设定，建立超快冷集管开启策略，显著降低超快冷过程中钢板芯表温差，保证带钢厚度方向组织及性能的均匀性；

2、本申请实施例先通过考虑集管叠加效应，建立超快冷集管温降修正方程，实现超快冷集管组态的精确设定。

附图说明

图1为实施例一提供的一种热连轧线超快速冷却的控制方法的流程框图；

图2为实施例一提供的一种热连轧线超快速冷却的控制方法中的轧线主要设备布置图；

图3为实施例一提供的一种热连轧线超快速冷却的控制方法中的冷却路径控制图；

图4为实施例一提供的一种热连轧线超快速冷却的控制方法中的冷却过程厚度方向温度分布图。

具体实施方式

本发明提供了一种热连轧线超快速冷却的控制方法，单独采用超快冷系统对带钢进行轧后冷却时，能够通过超快冷集管开启策略及的合理设计，并利用控制模型对冷却效果的叠加效应进行修正，进而实现带钢冷却路径的精细化控制，显著提高产品性能的同时保证了产品性能的稳定性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供了一种热连轧线超快速冷却的控制方法，采用如图2所示方式，将超快冷设备布置于精轧与层流冷却系统之间，采用如图3所示的冷却工艺路径，单独利用超快冷设备实现热轧带钢轧后水冷过程，冷却过程厚度方向温度分布图如图4所示，具体步骤如下：

步骤s1：将超快速冷却系统设置在精轧系统后侧；

步骤s2：在带钢通过精轧后，对超快速冷却系统的超快冷集管的开启序列进行定义；

步骤s3：对需要开启的超快冷集管所能产生的温降值进行计算；

步骤s4：对需要开启的超快冷集管所能产生的温降总和进行计算；根据每根集管的开启状态以及其邻近集管的开启状态，计算每根集管产生的温降，并对所有集管温降求和，以达到精确计算超快冷整体温降的目的，解决目前存在的超快冷整体温降计算精度偏低的难题。

步骤s5：将温降总和和终轧温度目标值的差值与工艺目标值进行对比，当温降总和和终轧温度目标值的差值与目标值存在偏差时，对超快速冷却系统的超快冷集管的开启序列重新进行定义，当温降总和与目标值相符时，启动超快速冷却系统对带钢进行冷却。利用带钢精轧出口实测温度与温降总和求差值，得出带钢经超快冷过后的温度计算值，即超快冷出口温度值，超快冷出口温度值高于工艺目标值的偏差上限时，增加超快冷集管开启数量；超快冷出口温度值低于工艺目标值的偏差上限时，减少超快冷集管开启数量，以解决超快冷出口温度控制精度偏低的目的。

其中，本实施例通过采用步骤s2中超快冷集管的开启策略能够实现带钢厚度方向的冷速均匀化，降低带钢芯表温差的目的，以解决厚度方向组织和性能均匀性不佳的难题，具体步骤包括：

步骤s21：将n根超快冷集管编号，并平均划分为m组，每组共i根超快冷集管；

步骤s22：最先开启最后三根超快冷集管；

步骤s23：依次开启第1组～第m组的第一根超快冷集管，即第1，1+i，1+2*i，…，1+(m-1)*i号集管；

步骤s24：依次开启第1组～第m-1组的最后一根超快冷集管，即第i，2*i，…，(m-1)*i号集管；

步骤s25：依次开启第1组～第m组第i/2(向下取整)号超快冷集管；

步骤s26：依次开启第i*k+i*0.25(k＝0～m-1，向下取整)号超快冷集管集管；

步骤s27：依次开启第i*k+i*0.75(k＝0～m-1，向上取整)号超快冷集管集管；

步骤s28：剩余集管穿插于上述集管之间开启，且排序方式为每次每组集管增加1根超快冷集管。

步骤s3中对需要开启的超快冷集管所能产生的温降值进行计算包括：

步骤s31：对需要开启的超快冷集管的冷却效率叠加系数fc进行计算；

步骤s32：对需要开启的超快冷集管的冷却能力值进行计算；

步骤s33：将冷却效率叠加系数fc与冷却能力值相乘获得温降值。

其中，s31主要目的为消除集管连续开启时，冷却效率互相影响而造成的温降计算精度偏低的问题；s32主要目的为计算单根集管单独作用时产生的温降值，此值为超快冷集管整体温降计算的基础值。通过步骤s33的计算，则能够计算出考虑集管叠加效应后所产生的温降，进而显著提高控制系统的计算精度。

步骤s31中对需要开启的超快冷集管的冷却效率叠加系数fc进行计算的主要目的为充分考虑集管连续开启时，受钢板表面冷却水层厚度、集管射流状态相互影响等因素造成的单根集管冷却能力下降的问题，以达到准确计算单根集管温降的目的，具体步骤包括：

步骤s311：先对需要开启的超快冷集管的冷却效率相关系数进行确定；

步骤s312：再通过下式获得冷却效率叠加系数fc：

fc＝0.02·f²-0.116·f+1。

步骤s311中先对需要开启的超快冷集管的冷却效率相关系数进行确定包括：

当第x、x-3、x-2、x-1、x+1、x+2、x+3根超快冷集管均呈开启状态时，采用下述冷却效率相关系数

其中，valnum为集管编号，valnum∈[x-3,x-1]∪[x+1,x+3]。

步骤s32中对需要开启的超快冷集管的冷却能力值进行计算包括：

步骤s321：为获取不同品种、规格及工艺参数条件下，单根集管温降的基准值。并利用超快冷集管实际流量和压力与基准值的偏差，对单根集管的冷却能力值进行修正，达到精确计算单根集管冷却能力的目的，本申请实施例根据带钢化学成分、带钢温度、速度及厚度计算出单根集管的基准温降。

步骤s322：根据实际集管流量f与基准集管流量f0的比值，本实施例中f0取值为90m³/h，计算出集管流量修正系数；

步骤s323：根据实际供水压力p与基准压力p0的比值，本实施例中p0取值为0.85mpa，计算出压力修正系数；

步骤s324：将基准温降t，流量修正系数，压力修正系数相乘，即得出单根集管的冷却能力值δt，如下式：

实施例二

本实施例提供的一种热连轧线超快速冷却的控制方法，具体步骤如下：

步骤a1：将超快速冷却系统设置在精轧系统后侧；

步骤a2：在带钢通过精轧后，对超快冷集管的开启序列进行定义，将超快冷集管总共分为4组，每组由10根超快冷集管组成，超快冷集管预定义的开启序列为：40,39,38,1,11,21,31,10,20,30,5,15,25,35,2,12,22,32,8,18,28,3,13,23,33,7,17,27,37,6,16,26,36,9,19,29,4,14,24,34；

步骤a3：需开启的超快冷集管的编号为：1,2,5,8,10,11,12,15,18,20,21,22,25,28,30,31,32,35,38,39,40，对应的冷却效率叠加系数依次为：0.9,0.9,1.0,1.0,0.85,0.85,0.85,1.0,1.0,0.85,0.85,0.85,1.0,1.0,0.85,0.85,0.85,1.0,0.85,0.85,0.85，以厚度为22mm的x80管线钢为例，轧速在2.0m/s、温度为800℃时的单根超快冷集管冷却能力修正后的基准值为16℃，则每根超快冷集管乘以叠加系数后分别获得其冷却温降；

步骤a4：所有开启的超快冷集管产生的温降总和为304℃；

步骤a5：将终轧温度目标值820℃与温降总和304℃求差值为516℃，与工艺目标值500～530℃的偏差在许可范围，因此将上述超快冷集管的开启状态下发至轧线，完成带钢当前部分的冷却。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

1、本申请实施例先通过超快冷集管开启时序及位置的设定，建立超快冷集管开启策略，显著降低超快冷过程中钢板芯表温差，保证带钢厚度方向组织及性能的均匀性。

2、本申请实施例先通过考虑集管叠加效应，建立超快冷集管温降修正方程，实现超快冷集管组态的精确设定。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。