一种中厚板轧制及输送速度的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及中厚板轧制生产线的自动控制领域，具体地，本发明涉及一种中厚板 轧制生产线的钢板轧制及输送速度的控制方法，尤其涉及按照轧机、预矫直机、控制冷却装 置布置的中厚板轧制生产线上的钢板从精轧机到控制冷却装置的轧机、乳机后输出辊道、 预矫直机的整体协调的速度自动控制方法，即，精轧机最后道次轧制过程、辊道输运过程的 整体协调的速度控制方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在冶金领域，现代化的中厚板轧制生产线通常布置有加热炉、乳机、控制冷 却装置、热矫直机等，有些产线在控制冷却装置之前还布置有预矫直，如图1所示.在所述 产线布置设计时，考虑到钢板最大成品长度的需求，乳机和控制冷却装置间的距离通常超 过60米。
[0003] 见图1中厚板轧制生产线的布置。
[0004] 图1所述生产流程通常为：钢板在轧机中完成最后道次的轧制以后，输送辊道把 钢板从精轧机后移动到预矫直机的前面，对钢板进行一个道次的预矫直处理。由于通常预 矫直机与控制冷却装置之间的距离较短，钢板还在预矫直过程中时，钢板头部就已到达控 制冷却装置的前面，然后钢板进入控制冷却装置进行喷水冷却。
[0005] 对于采用控制轧制与控制冷却工艺生产的钢板（也称为TMCP， thermo-mechanical control process)，为达到设计的中厚板产品性能，在生产中必须确 保生产过程满足若干工艺参数的要求，比如精轧开轧温度、精轧终轧温度、冷却开始温度、 冷却速度、冷却终止温度等等。其中精轧终轧温度、冷却开始温度是重要的采用TMCP工艺 钢板的性能控制目标（更详细内容可见《中国中厚板轧制技术与装备》，王国栋主编，2009， 冶金工业出版社，第9章中厚板的控制轧制和控制冷却）。精轧终轧温度是指精轧机轧制 完成最后一个道次的钢板温度，冷却开始温度是指钢板即将进入控制冷却装置开始喷水冷 却时的温度。
[0006] 由于包括精轧终轧温度、冷却开始温度在内的各TMCP工艺参数是影响钢板组织 和力学性能的关键因素，因此，在完成产品的合金成分设计后，产品设计工程师会根据最终 产品的力学性能等要求，给出TMCP工艺参数的设计输出。
[0007] 近年来，在降低产品成本的压力下，产品设计工程师在尽可能降低中厚板中的微 合金含量条件下，提出了越来越苛求的TMCP工艺参数，对有些产品而言，根据产品成分和 性能要求设计输出的精轧终轧温度和冷却开始温度的数值之差较小，比如，某产品的设计 输出TMCP工艺参数要求：精轧终轧温度在770°C、冷却开始温度在740°C。
[0008] 对于这类TMCP工艺要求的精轧终轧温度和冷却开始温度的数值之差较小的钢 板，为了能达到产品设计的工艺参数，就必须寻找能够减少钢板从轧机输送到控制冷却装 置过程中的温度下降的方法。
[0009] 因为，乳机和控制冷却装置间的距离通常超过60米，按照常规的钢板输出方法， 精轧终轧温度和冷却开始温度之间的温差较大，这与钢板温度、钢板宽度、钢板长度、钢板 厚度、输送辊道转速、预矫直机矫直速度、精轧机和预矫直机间的距离、预矫直机和控制 冷却装置间的距离、空气温度等有关系（请见《带钢热连轧的模型与控制》，孙一康编著， 2002,冶金工业出版社，5. 2. 1节带钢（钢坯、带坯）传送时的温降），但其通常温降在50°C 之上。
[0010] 在实际生产中，钢板常见的精轧终轧温度和冷却开始温度曲线如图2所示。
[0011] 在国内外的公开文献中，很少涉及减少钢板从中厚板轧机输送到预矫直机、控制 冷却装置过程中的空冷温度下降的技术方案。检索到以此为目的的技术文献仅有日本JFE 公司的专利JP4935420,该技术方案的技术核心是：增加类似热轧中间坯保温罩的装置，以 此减少输出过程中的钢板温降。但这种技术方案需要增加不小的投资，添置新保温装置，而 且当钢板发生头部翘曲时，这在实际生产中常常是不可避免的，钢板的头部容易撞到新装 置上，有造成生产事故的风险。
[0012] 现有的现代化生产线通常采用的是轧机、辊道、预矫直机和控制冷却装置的速度 控制方法，由计算机控制系统实现生产的自动控制，又根据产线上的设备布置划分为若干 个控制单元，主要控制单元包括：加热炉控制单元、乳机控制单元、控制冷却装置控制单元。
[0013] 辅助的控制单元包括：预矫直控制单元、热矫直机控制单元、若干个辊道控制单元 等等。
[0014] 另外，上述主要控制单元包括两级控制系统，其中一级为基础自动化系统，二级为 过程控制系统。基础自动化级主要完成设备的顺序控制、位置控制、速度控制等相关参数的 实时控制。过程控制级主要执行数学模型控制功能，进行过程模型的复杂计算，完成过程参 数的设定任务，过程参数中包括了钢板运行的速度图（即，时间与速度关系的曲线）。（更详 细可见《中国中厚板轧制技术与装备》，第13章计算机控制系统）。与轧机、辊道、预矫直机、 控制冷却装置的速度控制相关的控制单元如图3,其中，乳线上的辊道被分成若干组（图中 表TK为N组），每组至少包括一个输送混和对应的传动电机。
[0015] 图4中，Mf是精轧机主传动电机，M是辊道传动电机，Ma是控制冷却装置中的传 动电机，Clf是精轧机的一级控制系统，Cl是辊道组输运钢板时的速度控制单元，ClL是预 矫直机的一级控制系统，Cla是控制冷却装置的一级控制系统，C2f是精轧机的二级控制系 统，C2L是预矫直机的二级控制系统，C2a是控制冷却装置的二级控制系统。
[0016] 其中，辊道组1~辊道组N对应的传动电机M接收4路输入控制信号，分别对应不 同的钢板生产过程，这4个不同的钢板生产过程分别是轧制过程、辊道输运过程、预矫直过 程、控制冷却过程。预矫直机的传动电机ML接收两路输入信号，分别对应不同的钢板生产 过程，这两个不同的钢板生产过程分别是预矫直过程、控制冷却过程。
[0017] 另一方面，中厚板轧机是可逆轧机。当钢板在轧机中进行往复的多道次的轧制时， 每个道次的钢板速度图4如下（摘自《中厚板生产》孙本荣等，1993. 1冶金工业出版社，第 4. 3. 3节轧制速度制度）。
[0018] 在图4中，Vfmx是钢板在该道次最大的轧制速度，Fl时刻钢板在进入轧机前的辊 道上开始移动，F2时刻钢板进入轧机开始轧制，钢板继续加速，F3时刻钢板的轧制速度达 到最大值Vfmx，此后速度保持在最大值Vfmx，直到F4时刻，钢板开始降速，F5时刻钢板离 开轧机，完成本道次轧制，F6时刻钢板在离开轧机后的辊道上停止运动，准备逆向的下道次 车L制。
[0019] 上述的参数Vfmx、FI、F2、F3、F4、F5、F6都由精轧机二级控制系统C2f中的轧机 设定模型计算得到，在钢板开始轧制前，这些参数由精轧机二级控制系统C2f发送给精轧 机的一级控制系统Clf。在轧制过程中，Clf负责把钢板运行速度图转换成精轧机主传动电 机Mf和钢板移动所覆盖的各辊道组传动电机M的实时电机转速控制指令。此时，精轧机、 辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入信号如图5。图中辊道组 传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信号，即电机M执行了此路信 号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入信号。
[0020] 当钢板的所有道次都轧制完成后，钢板停留在轧机后的辊道上，然后开始钢板从 轧机向控制冷却装置的输运过程。通常这个过程的速度控制方案较为简单，即各辊道组在 钢板运动到来之前，辊道开始固定转速的转动，该固定转速的具体数值及开始转动的时刻 由各辊道组的速度控制单元Cl根据给定的钢板固定输送速度Vrt转换给出。
[0021] 此时，精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入 信号如图6,图6中辊道组传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信 号，即电机M执行了此路信号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入 信号。
[0022] 当钢板头部经过辊道上被称为第一交接点的位置之后（见图5,第一交接点位置 通常位于预矫直机前的一两组辊道组的前面），各辊道组的传动电机M的输入信号由Ck接 管，钢板开始降速到零，然后等待钢板温度达到TMCP工艺参数指定的冷却开始温度之后， 钢板开始运动，以\的速度进入预矫直机，开始预矫直过程，并保持\的速度。
[0023] 预矫直的用途是用于改善进入控制冷却装置的钢板板形，保证冷却后钢板的温度 和性能的均匀性，执行单道次矫直（详见《中国中厚板轧制技术与装备》的1. 9. 2. 2小节预 矫直）。
[0024] 矫直的工艺参数包括，矫直辊的压下量、矫直速度等，包括矫直速度\在内的矫直 工艺参数由预矫直机的二级控制系统C2,的矫直模型计算得到，并发送给Clp钢板在预矫 直机单独运行（与后述的控制冷却与预矫直机联合工作时，以控制冷却为主、预矫直机为 从进行速度控制的模式对照）中保持恒速，即预矫直单独运行时的钢板运行的速度图是恒 速的，速度为\，Ck负责把运行图转换为转换成预矫直机的传动电机队和钢板移动所覆盖 的各辊道组传动电机M的实时电机转速控制指令。
[0025] 此时，精轧机、辊道、预矫直机、控制冷却装置的速度控制相关的控制单元的输入 信号如图6,图6中辊道组传动电机M接收的4路信号中的实线表示实际起作用的输入信 号，即电机M执行了此路信号中的实时电机转速控制指令，虚线表示当时未起作用的输入 信号。预矫直机电机I的两路输入信号中的实线表示实际起作用的输入信号，虚线表示当 时未起作用的输入信号。
[0026] 当钢板的头部经过辊道上被称为第二交接点的位置之后（见图8,第二交接点位 置位于控制冷却装置的前面），各辊道组的传动电机M的输入信号由Cla接管，预矫直机传 动电机队的输入信号也由Cla接管，钢板开始调速到以Vast的速度进入控制冷却装置。在 此之前控制冷却装置已开始喷水，喷水集管的开启模式、水流量等控制参数，由控制冷却装 置的二级控制系统C2a中的冷却数学模型预先计算得到，开始冷却时的控制冷却装置及钢 板覆盖下的各辊道组的运动速度图（即，时间与速度关系的曲线）也是由冷却数学模型预 先计算给出。
[0027] 如果钢板较长，仍有部分在预矫直机中，那么预矫直机的矫直速度的速度图与控 制冷却装置的速度图同步。在开始冷却前，这些参数由控制冷却装置的二级控制系统C2a& 送给控制冷却装置的一级控制系统Cla。在钢板开始冷却后，控制冷却装