用于改善钢板平直度的中厚板轧制生产线速度控制方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及冶金中厚板轧制生产线的自动控制领域，特别是，本发明涉及一种中 厚板轧制生产线的预矫直机及直接淬火装置的钢板输送速度的控制方法，尤其涉及按照预 矫直机、辊压式直接淬火装置接近式紧凑布置的中厚板轧制生产线上的钢板从预矫直机到 辊压式直接淬火装置的联合协调的速度自动控制方法。
【背景技术】：
[0002] 目前有些现代化的中厚板轧制生产线为了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，在控制冷却装置的入口侧，按接近式紧凑布置预矫 直机。
[0003] 如1976年建成的日本JFE水岛厚板厂（更详细描述，请见《中国中厚板轧制技术 与装备》，1. 2. 3节主生产线布置对平面布置的影响，和1. 9. 2. 2节预矫直，王国栋主编，冶 金工业出版社，2009)。其中厚板轧制生产线的预矫直机绝大多数采用多辊矫直机，如5辊、 7辊、9辊等矫直模式。预矫直机与控制冷却装置之间的距离约3~8米。
[0004] 控制冷却通常包括在线加速冷却（accelerated controlled cooling,缩写ACC) 和直接淬火冷却（direct quenching,缩写DQ)两种冷却工艺（更详细描述，请见《中国中厚 板轧制技术与装备》，1. 8. 1节控制冷却）。实现直接淬火工艺的装置类型有多种（见《乳后 直接淬火技术在高强度中厚板生产中的应用》，沈继刚、李宏图，宽厚板，2010年10月，第16 卷第5期，和《钢板的直接淬火回火法》，小松原望、渡边征一，邹有武译，国外金属热处理， 1985年06期）。作为本发明的控制对象之一，所涉及的直接淬火装置为辊压式直接淬火装 置（在文献《轧后直接淬火技术在高强度中厚板生产中的应用》中被称为约束型高强度冷 却装置）。其主要特点为：沿产线长度方向，高压冷却水喷嘴或冷却水狭缝的集管与输送辊 及上部约束辊间隔布置，如图1所示。
[0005] 约束辊可以让钢板在冷却过程中保持张紧状态，不易发生变形（设备设计的更详 细方案描述，请见1979年新日铁的US4132393、1969年Drover公司的US3423254)，这是一 种较传统的直接淬火设备设计方案，目前为德国西马克等主流冶金设备供应商所采用。
[0006] 现有的现代化生产线通常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、乳机控制单元、控制冷却 装置控制单元，辅助的控制单元包括：预矫直机控制单元、热矫直机控制单元、若干个辊道 控制单元等等。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）。与预矫直机、控制冷却装 置的速度控制相关的控制单元如图2。
[0007] 控制冷却装置可以由辊压式直接淬火装置和加速冷却装置两部分组成。辊压式直 接淬火装置的过程参数除了常规的冷却水流量、钢板速度图等参数外，还包括各组上部约 束辊约束力。
[0008] 图2中，Mp是预矫直机矫直混传动电机组，Md是混压式直接淬火装置的输送混传 动电机组，Cl p是预矫直机的一级控制系统，Cld是辊压式直接淬火装置的一级控制系统，C2P 是预矫直机的二级控制系统，C2d是辊压式直接淬火装置的二级控制系统。其中预矫直机的 传动电机组M p接收两路输入信号，分别对应不同的钢板生产过程，这两个过程是单独预矫 直过程、启动直接淬火后的联合预矫直过程。
[0009] 通常钢板以Vp的恒定速度进入预矫直机，开始预矫直过程，并保持Vp的速度。预矫 直的用途是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。矫直的工艺参数包括，各矫直辊的压下量、矫直速度等，包括矫直速度V p 在内的矫直工艺参数由预矫直机的二级控制系统C2P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，此时钢板头部尚未到达直接淬火装置，此过程称为单独预矫直 过程。（与后述的辊压式直接淬火装置与预矫直机联合工作时，以直接淬火装置为主、预矫 直机为从进行速度控制的模式对照，此模式被称为启动直接淬火后的联合预矫直过程），钢 板在运行中保持恒速，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V p，Clp 负责把运行图转换为转换成预矫直机的各矫直辊传动电机组Mp和钢板移动所覆盖的各辊 道组传动电机的实时电机转速控制指令。此时，预矫直机电机M p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，如图3。
[0010] 当钢板头部经过辊道上被称为交接点的位置之后（见图3,交接点位置通常位于 辊压式直接淬火装置前的一组或两组辊道组的前面，具体为一组还是二组辊道，在生产线 自动化系统设计时已确定），钢板开始调整速度到Vdst，以Vdst的速度进入辊压式直接淬 火装置。在此之前直接淬火装置已开始喷水，上下部各组高压冷却水嘴或冷却水狭缝的水 流量、各组上部约束辊约束力等控制参数，由辊压式直接淬火装置的二级控制系统C2 d中的 冷却数学模型预先计算得到，开始冷却时的辊压式直接淬火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。
[0011] 在开始冷却前，这些参数由辊压式直接淬火装置的二级控制系统C2d发送给辊压 式直接淬火装置的一级控制系统Cl d。在钢板开始冷却后，辊压式直接淬火装置的控制系统 Cld负责把钢板运行速度图转换成直接淬火装置的传动电机Md和钢板移动所覆盖的各辊道 组传动电机以及预矫直机的各矫直辊传动电机组M p的实时电机转速控制指令，并且根据安 装在辊压式直接淬火装置后面的测温仪表的测量温度，实时调整Md、M p，进行反馈控制。辊压 式直接淬火装置的二级控制系统C2d中冷却数学模型预先计算的速度图较复杂，由于本发 明技术方案中主要关心辊压式直接淬火装置速度图中的速度与预矫直机速度的实时速差， 可简略示意如图4 (详细请见《中国中厚板轧制技术与装备》，第10. 5节控冷数学模型）。
[0012] 图4中，当钢板的头部经过辊道上的交接点后，为A1时刻，触发预矫直机传动电机 输入信号的切换，开始进入预矫直机和辊压式直接淬火装置联合运行的模式，执行的运行 速度图为辊压式直接淬火装置的二级控制系统的冷却数学模型计算的运行图，钢板覆盖的 各辊道组和预矫直机的钢板运行速度由Vp调速到Vdst。
[0013] A2时刻钢板进入辊压式直接淬火装置开始冷却，此时的速度为Vdst，即开始冷却 时的钢板速度，钢板平稳运行一段时间后，在A3时刻开始缓慢加速运行，直到A4时刻钢板 离开控制冷却装置，完成控制冷却过程。
[0014] 在A5时刻运行到热矫直机前的辊道上停止运动，准备开始热矫直道次。上述的参 数乂(1^32333435等都由辊压式直接淬火装置的二级控制系统02(1中的冷却数学模型 计算得到。此时，预矫直机、辊压式直接淬火装置的速度控制相关的控制单元的输入信号如 下图5,图中预矫直机电机M p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。对预矫直机而言，上述的辊压式直接淬火装置与预矫直机联 合工作时，以直接淬火装置为主、预矫直机为从进行速度控制的模式，此矫直过程被称为启 动直接淬火后的联合预矫直过程。
[0015] 有下面检索过的与预矫直机速度控制相关的技术方案，但其存在与本发明技术方 案的不同：
[0016] (1)基于拉矫原理的矫直工艺与设备：
[0017] 例如，采用张力矫直的技术，涉及目前中厚板轧制生产线常见的多辊模式的预矫 直机的张力矫直技术方案，主要采用板带拉弯矫直，采用专门的拉矫机完成钢板矫直。比如 US5161400,拉矫机和多混模式的预矫直机的设备与本发明差异极大。
[0018] 又，公开号CN 101234403(《金属板带张力辊式矫直机》），通过各矫直辊组间的速 度控制改进，在消除打滑现象的同时，提高了矫直板带的质量。考虑到由于预矫直机的各矫 直辊组间的张力，会增加靠近矫直机出口侧的矫直辊组的矫直力矩，而是矫直力矩的增加 受到矫直辊传动轴、接头等机械部件和传动电机设计能力的限制，这些限制使得该方法给 出的钢板附加张力是有限的，矫直后钢板板形仍有进一步提高的必要性。
[0019] 又，公开号CN 102886394(《宽厚金属板材矫直机张力矫直方法及装置》）和公开 号CN102649131 (《混式矫直机以及金属板的矫正方法》），都是通过在现有的多混模式矫直 机的前后设置不同型式的入口张力