“1+4”熱連軋溫度精確控制技術(shù)探討

陳衛(wèi)嘉　荊豐偉　邵健

【摘 要】鋁及鋁合金加工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展時(shí)期，鋁材的應(yīng)用越來越廣泛，是節(jié)能輕量化的首選材料。國(guó)內(nèi)外鋁加工產(chǎn)業(yè)和生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，根據(jù)功能、用途的不同開發(fā)出各種性能的產(chǎn)品，而溫度控制就是鋁帶軋制過程中一項(xiàng)重要的控制指標(biāo)。文章介紹了國(guó)內(nèi)某“1+4”熱連軋生產(chǎn)線的溫度控制系統(tǒng)及其主要控制功能，可實(shí)現(xiàn)帶材溫度的精確控制，保證帶材的終軋溫度，有效地穩(wěn)定產(chǎn)品的性能。

【關(guān)鍵詞】溫度控制；熱連軋；預(yù)設(shè)定；過程控制；自學(xué)習(xí)

【中圖分類號(hào)】TG333 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2017）03-0093-03

廣西柳州某鋁板帶加工企業(yè)利用廣西豐富的鋁資源優(yōu)勢(shì)和柳州市汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢(shì)，將廣西由鋁資源大省轉(zhuǎn)變成鋁加工強(qiáng)省，投資建設(shè)了國(guó)內(nèi)首條具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、輥面最寬的“1+4”熱連軋生產(chǎn)線，主體設(shè)備為國(guó)際領(lǐng)先的3 300 mm熱粗軋機(jī)和四機(jī)架2 850 mm熱精軋機(jī)列，主導(dǎo)產(chǎn)品為超大寬幅交通運(yùn)輸材（主要用于鐵路運(yùn)煤車、集裝箱、油罐車、汽車、船舶等交通運(yùn)輸行業(yè)），以及建筑裝飾、電子通信等各種鋁合金零部件。本文通過對(duì)“1+4”熱連軋溫度控制系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行研究，為進(jìn)一步穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。

1 研究背景

鋁板帶材的終軋溫度是鋁帶軋制中一項(xiàng)非常重要的控制指標(biāo)，對(duì)板帶材質(zhì)量有著直接的影響。終軋溫度的高低很大程度上決定了軋后板帶材的金相組織、晶粒大小，從而影響金屬的變形抗力、塑性和機(jī)械性能參數(shù)。

廣西柳州某鋁板帶加工企業(yè)為新建現(xiàn)代化大型企業(yè)，目前難以實(shí)現(xiàn)規(guī)格統(tǒng)一的批量化大生產(chǎn)，合金品種繁多、生產(chǎn)不連續(xù)，熱連軋生產(chǎn)線設(shè)備龐大，過程溫降與變形熱產(chǎn)生因素較多，精軋入口開軋溫度變化較大，板坯溫度均勻性不一致等，對(duì)于溫度模型控制邏輯的要求非常高。

本文介紹的溫度精確控制技術(shù)主要分為熱精軋入口溫度計(jì)算、過程溫度閉環(huán)控制、終軋溫度的控制及溫度自學(xué)習(xí)幾個(gè)方面，保證在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，滿足工藝根據(jù)所軋帶卷的品種和用途制定與之相適應(yīng)的目標(biāo)終軋溫度，并實(shí)現(xiàn)整個(gè)帶卷的終軋溫度與目標(biāo)溫度偏離最小。

2 溫度控制技術(shù)研究

2.1 精軋入口溫度計(jì)算

2.2 機(jī)架間溫度過程控制

根據(jù)精軋影響溫度的各個(gè)因素，計(jì)算精軋各機(jī)架的入口和出口溫度。影響因素主要包括軋制液溫降、機(jī)架間冷卻液噴射溫降、機(jī)架間熱輻射溫降、軋輥接觸溫降、軋制熱升溫等。

2.2.1 軋制液溫降

2.2.6 各軋機(jī)入口溫度

EntryTempi=ExitTempi-1-SprayTempi-RayTempi

2.2.7 各軋機(jī)出口溫度

ExitTempi=EntryTempi-ContactTempDropi-RollingTenpDropi

2.2.8 精軋溫度計(jì)溫度

MHTemp=ExitTemp末-RayTempDrop末

2.3 終軋溫度控制

目標(biāo)終軋溫度的制定一般由工藝技術(shù)部門根據(jù)產(chǎn)品的工藝和用途，在PDI數(shù)據(jù)中指定或者在模型系統(tǒng)中預(yù)留。

對(duì)于某一具體的合金品種，精軋出口溫度與粗軋來料溫度及精軋軋制工藝和帶材的冷卻模式等關(guān)系密切。一般通過以下方式來調(diào)控終軋溫度。？譹？訛帶材冷卻方式：冷卻液噴射模式、流量和溫度；？譺？訛精軋軋制速度：穿帶速度、加速度、運(yùn)行速度和拋出速度等；？譻？訛精軋壓下制度：粗軋來料厚度、精軋道次壓下量等。

從控制功能劃分，精軋機(jī)組終軋溫度控制，包括帶材頭部終軋溫度控制和全長(zhǎng)終軋溫度控制兩部分。

2.3.1 頭部終軋溫度控制

軋件頭部終軋溫度控制的目的是將軋件頭部離開精軋機(jī)組時(shí)的溫度控制在所要求的范圍內(nèi)，并為全長(zhǎng)終軋溫度控制提供良好的初始條件。

在精軋預(yù)設(shè)定模塊（FPSC），通過速度、制度和冷卻潤(rùn)滑液的噴射模式、噴射流量來控制板材的頭部終軋溫度。由于精軋穿帶速度不僅關(guān)系到終軋溫度控制，而且影響生產(chǎn)線的產(chǎn)能、精軋的穩(wěn)定穿帶等，所以在調(diào)節(jié)穿帶速度時(shí)考慮了軋制條件的約束，并對(duì)前后相同規(guī)格的穿帶速度波動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化。

終軋溫度控制模型：

TFC=f（TFC0，H0，hn，vn，q）

其中：TFC為終軋溫度，TFC0為精軋入口溫度；H0為精軋機(jī)組帶材入口厚度；hn為精軋機(jī)組成品出口厚度；vn為精軋機(jī)組末機(jī)架出口速度；q為冷卻潤(rùn)滑液噴射模式和流量。

2.3.2 全長(zhǎng)終軋溫度控制

由于帶材頭尾在空氣中停留的時(shí)間不同，導(dǎo)致帶材全長(zhǎng)進(jìn)入精軋時(shí)溫度不一致，如果帶材全長(zhǎng)都按照和頭部相同的設(shè)定值，則終軋溫度頭尾溫差就會(huì)很大，為了保證全長(zhǎng)溫度均勻，需要對(duì)全長(zhǎng)溫度進(jìn)行控制。

在精軋預(yù)設(shè)定（FPSC）計(jì)算時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)的入口帶材全長(zhǎng)溫度變化，計(jì)算出合適的溫度加速度，通過加速度控制帶材全長(zhǎng)溫度的波動(dòng)趨勢(shì)。

在精軋軋制過程中，需要對(duì)軋件進(jìn)行分段采樣和跟蹤，通過終軋溫度前饋和反饋控制2種方式來進(jìn)行。溫度前饋控制是由L2系統(tǒng)的終軋溫度動(dòng)態(tài)控制模塊（FTAC）來完成，溫度反饋控制是由L1系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。

FTAC模塊是通過動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)架間冷卻潤(rùn)滑液流量和改變精軋軋制速度來控制帶材全長(zhǎng)的終軋溫度。將帶材按照一定的規(guī)則劃分成n個(gè)跟蹤段，L2系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過全長(zhǎng)數(shù)據(jù)段采樣和跟蹤，根據(jù)已軋制完的段來調(diào)整未軋制段的機(jī)架間冷卻潤(rùn)滑液流量（模式）和軋制速度（如圖1所示）。

2.4 溫度自學(xué)習(xí)

溫度自學(xué)習(xí)分為短期自學(xué)習(xí)和長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)2種類型。

短期自學(xué)習(xí)（塊與塊之間）：每個(gè)軋件軋制結(jié)束后都要進(jìn)行短期自學(xué)習(xí)計(jì)算，并將自學(xué)習(xí)結(jié)果應(yīng)用到下一個(gè)軋件預(yù)設(shè)定計(jì)算上。

長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)（批次之間）：軋件換批次軋制時(shí)，要進(jìn)行長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)計(jì)算，保存結(jié)果并應(yīng)用到以后軋制相同規(guī)格的軋件上。

2.4.1 中間輥道溫降自學(xué)習(xí)

計(jì)算精軋入口溫度分別采用RDT和FET高溫計(jì)作為計(jì)算的基準(zhǔn)值，在中間輥道上的溫降計(jì)算和實(shí)測(cè)值可能會(huì)存在偏差，因此需要進(jìn)行中間輥道溫降自學(xué)習(xí)值（ZDT）的計(jì)算。

3 應(yīng)用效果

在實(shí)際生產(chǎn)中，通過軋制寬度為2 100 mm的5182寬幅硬合金產(chǎn)品的溫度曲線（如圖2所示），產(chǎn)品目標(biāo)溫度為320 ℃，公差為±10 ℃，溫度命中率達(dá)到100%，溫度控制效果良好。

4 結(jié)語(yǔ)

由于熱連軋?jiān)O(shè)備龐大，對(duì)溫度控制的影響因素很多，所以溫度控制的實(shí)現(xiàn)也較為復(fù)雜，終軋溫度控制效果也是衡量熱軋生產(chǎn)工藝、自動(dòng)化控制系統(tǒng)的綜合效果的標(biāo)準(zhǔn)之一。通過熱精軋入口溫度計(jì)算、過程溫度閉環(huán)控制、終軋溫度的控制、溫度自學(xué)習(xí)多種控制功能協(xié)調(diào)發(fā)揮作用，對(duì)熱連軋終軋溫度及溫度均勻性進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了熱軋帶材溫度的精確控制，保證了鋁板帶的質(zhì)量。

參 考 文 獻(xiàn)

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]