邢俊芳，彭良貴，邵 帥，陸鳳慧

（1.河鋼股份有限公司承德分公司；2.河北省釩鈦工程技術(shù)研究中心，河北 承德067001；3.東北大學(xué)軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 沈陽(yáng)11081）

熱軋鋼卷溫度控制主要分為加熱爐溫度控制、粗軋溫度控制、精軋溫度控制和軋后冷卻控制等四種溫度控制過(guò)程。而軋后冷卻的目的是將帶鋼從精軋溫度控制轉(zhuǎn)變到軋后冷卻控制，即從精軋終軋溫度冷卻到卷取溫度。1 780 mm生產(chǎn)線熱軋軋后冷卻自動(dòng)控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化等組成，通過(guò)自動(dòng)控制的方式實(shí)現(xiàn)卷取溫度的控制。1 780 mm熱軋層流冷卻設(shè)備布置如圖1所示。在熱輸出輥道上/下各布置了17組粗調(diào)集管和三組精調(diào)集管，水冷區(qū)長(zhǎng)度達(dá)95.76 m，可對(duì)厚度為1.2~19 mm，寬度為900~1 630 mm的熱帶冷卻降溫400℃以上。

卷取溫度的均勻性對(duì)質(zhì)量穩(wěn)定有很大的影響，因此卷取溫度的控制通常采用等溫卷取的方式，全長(zhǎng)在同一個(gè)目標(biāo)溫度范圍內(nèi)波動(dòng).部分層流冷卻模型主要考慮冷卻水與帶鋼表面以對(duì)流換熱形式的熱量傳遞不考慮帶鋼內(nèi)部沿厚度方向的熱傳導(dǎo)，厚規(guī)格出現(xiàn)頭尾卷取溫度偏低的問題[1]。為了降低厚規(guī)格頭部對(duì)卷取機(jī)的沖擊，在現(xiàn)場(chǎng)操作時(shí)經(jīng)常采用頭部不冷卻的方式，從而造成鋼卷頭尾與中間部分的性能差異問題，嚴(yán)重時(shí)造成頭部性能不能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。為解決這些現(xiàn)場(chǎng)問題，1 780 mm生產(chǎn)線需要在原模型基礎(chǔ)上開發(fā)U型冷卻方式。

圖1 1 780 mm熱軋層流冷卻設(shè)備布置

1 U型功能的實(shí)現(xiàn)

層流冷卻U型卷取一般有兩種方式，第一種為頭尾溫度高于中部溫度，通過(guò)控制頭尾溫度控制范圍和控制長(zhǎng)度保證頭中尾溫度均勻性，如圖2所示。第二種為頭尾溫度低于中部溫度，提高頭尾板形質(zhì)量[2]。

1 780 mm線U型卷取冷卻的特點(diǎn)為中部采用帶鋼目標(biāo)卷取溫度控制，以帶鋼頭尾為基準(zhǔn)設(shè)定頭尾U型冷卻的長(zhǎng)度和溫度。

圖2 U型冷卻時(shí)帶鋼全長(zhǎng)卷取溫度設(shè)定示意

層流模型目標(biāo)溫度計(jì)算公式如下[3]：

式中：T目標(biāo)為目標(biāo)卷取溫度；Tw為冷卻流體溫度；T0為目標(biāo)終軋溫度；Hc為對(duì)流熱交換系數(shù)；Cp為比熱；ρ為帶鋼密度；h為帶鋼厚度。

U型冷卻的工藝參數(shù)手動(dòng)輸入值具體為：頭部長(zhǎng)度LPH、頭部溫度偏差tPHT、尾部長(zhǎng)度LPT、尾部溫度偏差tPTT。

當(dāng)滿足條件：Lstrip-Lhead1-Lhead2-Ltail1-Ltail2＞0

頭部使用U型冷卻時(shí)U型冷卻數(shù)學(xué)模型處理過(guò)程如下：

頭部長(zhǎng)度LPH=Lhead2；頭部溫度偏差tPHT=tpht+t目標(biāo)。當(dāng)尾部使用U型冷卻時(shí)U型冷卻數(shù)學(xué)模型處理過(guò)程如下：

尾部長(zhǎng)度LPHT=Ltail2；尾部溫度偏差tPHT=tpht+t目標(biāo)。

層冷程序中U型冷卻（稱為profilecooling）的接口主要有三個(gè)地方：PDI數(shù)據(jù)（ED數(shù)據(jù)庫(kù)表）、冷卻策略（冷卻計(jì)劃號(hào)）和人工干預(yù)（HMI）。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)：HMI上沒有輸入接口，L3級(jí)也不下發(fā)相關(guān)參數(shù)給L2級(jí)，人工干預(yù)參數(shù)也沒有賦值[4-6]。為此人工強(qiáng)制給出profilecooling參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)品種花紋板BDQ235B，試驗(yàn)厚度為5.75 mm，頭部不冷卻長(zhǎng)度Lhead1=10 m，Lhead2=100 m，Ltail2=100 m，Ltail1=0，tpht=80℃，即頭部長(zhǎng)度LPH=100 m；頭部溫度偏差TPH=80℃+T目標(biāo)；尾部長(zhǎng)度LPHT=100 m；尾部溫度偏差tPHT=80℃+T目標(biāo)。U型冷卻效果如圖3所示。

結(jié)果證實(shí)：通過(guò)圖3可見花紋板U型冷卻功能成功實(shí)現(xiàn)。針對(duì)不同鋼種不同的U型冷卻方式采用不同的冷卻參數(shù)即可。

圖3 厚5.75 mm鋼種BDQ235B花紋板U型冷卻效果

2 U型冷卻應(yīng)用

熱軋薄規(guī)格是1 780 mm生產(chǎn)線的特色，但在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)亮帶板形問題。1 780 mm生產(chǎn)線鋼卷亮帶主要發(fā)生在帶鋼尾部0～100 m范圍內(nèi)。亮帶缺陷宏觀觀察為光潔度不高，凸起高度不明顯，但在鋼卷打開后，出現(xiàn)輕微浪形缺陷，如圖4所示。平整后亮帶缺陷宏觀觀察為光潔度高，出現(xiàn)輕微浪形缺陷，如圖5所示。帶鋼的亮帶數(shù)以1條最為普遍。通過(guò)力學(xué)性能分析、現(xiàn)場(chǎng)跟蹤分析帶鋼的尾部亮帶是帶鋼尾部在出精軋機(jī)前采用位置控制，當(dāng)帶鋼尾部出精軋后采用壓力控制，在卷取夾送輥擠壓作用下，帶鋼發(fā)生局部的塑性變形所致。

為控制亮帶缺陷，特對(duì)于夾送輥壓力進(jìn)行控制，針對(duì)軋制厚度≤3 mm夾送輥壓力由0.5 kN降低到0.3 kN，降低夾送輥壓力對(duì)于亮帶的影響。同時(shí)為了提高尾部的板形質(zhì)量，針對(duì)普碳軟鋼層流溫度使用U型冷卻，具體程序?yàn)椋撼善泛穸取?.5mm，尾部150m卷取溫度相比于目標(biāo)溫度-20℃。即尾部長(zhǎng)度LPHT=Ltail2=150 m；尾部溫度偏差tPHT=tpht+t目標(biāo)=-20℃+600℃=580℃?？刂菩Ч鐖D6所示。通過(guò)以上措施的實(shí)施，1 780 mm線亮帶問題得到了有效控制。

圖4 平整前開卷情況

圖5 平整后亮帶情況

圖6 尾部150 m使用U型冷卻的卷取溫度控制情況

3 結(jié)論

本文簡(jiǎn)單介紹了1 780 mm生產(chǎn)線熱軋軋后冷卻自動(dòng)控制系統(tǒng)由基礎(chǔ)自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化等組成。為提高頭尾板形質(zhì)量，均勻帶鋼性能，在過(guò)程自動(dòng)化控制的基礎(chǔ)上開發(fā)U型冷卻方式。U型冷卻方式投用采用的接口方式為人工干預(yù)（HMI），采用增加U型冷卻參數(shù)的方式實(shí)現(xiàn)U型冷卻的功能。使用U型冷卻有效降低了1 780 mm線尾部亮帶引起的板形問題，提高了板形質(zhì)量。