论文部分内容阅读
【摘 要】铝及铝合金加工业进入了一个高速发展时期，铝材的应用越来越广泛，是节能轻量化的首选材料。国内外铝加工产业和生产技术发展迅速，根据功能、用途的不同开发出各种性能的产品，而温度控制就是铝带轧制过程中一项重要的控制指标。文章介绍了国内某“1+4”热连轧生产线的温度控制系统及其主要控制功能，可实现带材温度的精确控制，保证带材的终轧温度，有效地稳定产品的性能。
【关键词】温度控制；热连轧；预设定；过程控制；自学习
【中图分类号】TG333 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0093-03
广西柳州某铝板带加工企业利用广西丰富的铝资源优势和柳州市汽车产业基础优势，将广西由铝资源大省转变成铝加工强省，投资建设了国内首条具有自主知识产权、辊面最宽的“1+4”热连轧生产线，主体设备为国际领先的3 300 mm热粗轧机和四机架2 850 mm热精轧机列，主导产品为超大宽幅交通运输材（主要用于铁路运煤车、集装箱、油罐车、汽车、船舶等交通运输行业），以及建筑装饰、电子通信等各种铝合金零部件。本文通过对“1+4”热连轧温度控制系统的应用进行研究，为进一步稳定产品质量提供保障。
1 研究背景
铝板带材的终轧温度是铝带轧制中一项非常重要的控制指标，对板带材质量有着直接的影响。终轧温度的高低很大程度上决定了轧后板带材的金相组织、晶粒大小，从而影响金属的变形抗力、塑性和机械性能参数。
广西柳州某铝板带加工企业为新建现代化大型企业，目前难以实现规格统一的批量化大生产，合金品种繁多、生产不连续，热连轧生产线设备庞大，过程温降与变形热产生因素较多，精轧入口开轧温度变化较大，板坯温度均匀性不一致等，对于温度模型控制逻辑的要求非常高。
本文介绍的温度精确控制技术主要分为热精轧入口温度计算、过程温度闭环控制、终轧温度的控制及温度自学习几个方面，保证在实际现场生产中，满足工艺根据所轧带卷的品种和用途制定与之相适应的目标终轧温度，并实现整个带卷的终轧温度与目标温度偏离最小。
2 温度控制技术研究
2.1 精轧入口温度计算
2.2 机架间温度过程控制
根据精轧影响温度的各个因素，计算精轧各机架的入口和出口温度。影响因素主要包括轧制液温降、机架间冷却液喷射温降、机架间热辐射温降、轧辊接触温降、轧制热升温等。
2.2.1 轧制液温降
2.2.6 各轧机入口温度
EntryTempi=ExitTempi-1-SprayTempi-RayTempi
2.2.7 各轧机出口温度
ExitTempi=EntryTempi-ContactTempDropi-RollingTenpDropi
2.2.8 精轧温度计温度
MHTemp=ExitTemp末-RayTempDrop末
2.3 终轧温度控制
目标终轧温度的制定一般由工艺技术部门根据产品的工艺和用途，在PDI数据中指定或者在模型系统中预留。
对于某一具体的合金品种，精轧出口温度与粗轧来料温度及精轧轧制工艺和带材的冷却模式等关系密切。一般通过以下方式来调控终轧温度。？譹？訛带材冷却方式：冷却液喷射模式、流量和温度；？譺？訛精轧轧制速度：穿带速度、加速度、运行速度和抛出速度等；？譻？訛精轧压下制度：粗轧来料厚度、精轧道次压下量等。
从控制功能划分，精轧机组终轧温度控制，包括带材头部终轧温度控制和全长终轧温度控制两部分。
2.3.1 头部终轧温度控制
轧件头部终轧温度控制的目的是将轧件头部离开精轧机组时的温度控制在所要求的范围内，并为全长终轧温度控制提供良好的初始条件。
在精轧预设定模块（FPSC），通过速度、制度和冷却润滑液的喷射模式、喷射流量来控制板材的头部终轧温度。由于精轧穿带速度不仅关系到终轧温度控制，而且影响生产线的产能、精轧的稳定穿带等，所以在调节穿带速度时考虑了轧制条件的约束，并对前后相同规格的穿带速度波动进行优化。
终轧温度控制模型：
TFC=f（TFC0，H0，hn，vn，q）
其中：TFC为终轧温度，TFC0为精轧入口温度；H0为精轧机组带材入口厚度；hn为精轧机组成品出口厚度；vn为精轧机组末机架出口速度；q为冷却润滑液喷射模式和流量。
2.3.2 全长终轧温度控制
由于带材头尾在空气中停留的时间不同，导致带材全长进入精轧时温度不一致，如果带材全长都按照和头部相同的设定值，则终轧温度头尾温差就会很大，为了保证全长温度均匀，需要对全长温度进行控制。
在精轧预设定（FPSC）计算时，根据预测的入口带材全长温度变化，计算出合适的温度加速度，通过加速度控制带材全长温度的波动趋势。
在精轧轧制过程中，需要对轧件进行分段采样和跟踪，通过终轧温度前馈和反馈控制2种方式来进行。温度前馈控制是由L2系统的终轧温度动态控制模块（FTAC）来完成，温度反馈控制是由L1系统来实现。
FTAC模块是通过动态调整机架间冷却润滑液流量和改变精轧轧制速度来控制带材全长的终轧温度。将带材按照一定的规则划分成n个跟踪段，L2系统实时接收现场实测数据，通过全长数据段采样和跟踪，根据已轧制完的段来调整未轧制段的机架间冷却润滑液流量（模式）和轧制速度（如图1所示）。
2.4 温度自学习
温度自学习分为短期自学习和长期自学习2种类型。
短期自学习（块与块之间）：每个轧件轧制结束后都要进行短期自学习计算，并将自学习结果应用到下一个轧件预设定计算上。
长期自学习（批次之间）：轧件换批次轧制时，要进行长期自学習计算，保存结果并应用到以后轧制相同规格的轧件上。
2.4.1 中间辊道温降自学习
计算精轧入口温度分别采用RDT和FET高温计作为计算的基准值，在中间辊道上的温降计算和实测值可能会存在偏差，因此需要进行中间辊道温降自学习值（ZDT）的计算。
3 应用效果
在实际生产中，通过轧制宽度为2 100 mm的5182宽幅硬合金产品的温度曲线（如图2所示），产品目标温度为320 ℃，公差为±10 ℃，温度命中率达到100%，温度控制效果良好。
4 结语
由于热连轧设备庞大，对温度控制的影响因素很多，所以温度控制的实现也较为复杂，终轧温度控制效果也是衡量热轧生产工艺、自动化控制系统的综合效果的标准之一。通过热精轧入口温度计算、过程温度闭环控制、终轧温度的控制、温度自学习多种控制功能协调发挥作用，对热连轧终轧温度及温度均匀性进行控制调节，实现了热轧带材温度的精确控制，保证了铝板带的质量。
参 考 文 献
[1]肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册
[M].北京：冶金工业出版社，2004.
[2]赵世庆，王华春，郭金龙，等.铝合金热轧及热连轧技术[M].北京：冶金工业出版社，2010.
[3]陈朝伟.铝带材热连轧机温度控制[J].有色金属加工，2002，31（6）：15-16.
[4]薛文颖，龚殿尧，赵宪明，等.热连轧精轧机组温度控制数学模型研究[J].钢铁研究，2006，34（4）：27-29.
[责任编辑：陈泽琦]
【关键词】温度控制；热连轧；预设定；过程控制；自学习
【中图分类号】TG333 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0093-03
广西柳州某铝板带加工企业利用广西丰富的铝资源优势和柳州市汽车产业基础优势，将广西由铝资源大省转变成铝加工强省，投资建设了国内首条具有自主知识产权、辊面最宽的“1+4”热连轧生产线，主体设备为国际领先的3 300 mm热粗轧机和四机架2 850 mm热精轧机列，主导产品为超大宽幅交通运输材（主要用于铁路运煤车、集装箱、油罐车、汽车、船舶等交通运输行业），以及建筑装饰、电子通信等各种铝合金零部件。本文通过对“1+4”热连轧温度控制系统的应用进行研究，为进一步稳定产品质量提供保障。
1 研究背景
铝板带材的终轧温度是铝带轧制中一项非常重要的控制指标，对板带材质量有着直接的影响。终轧温度的高低很大程度上决定了轧后板带材的金相组织、晶粒大小，从而影响金属的变形抗力、塑性和机械性能参数。
广西柳州某铝板带加工企业为新建现代化大型企业，目前难以实现规格统一的批量化大生产，合金品种繁多、生产不连续，热连轧生产线设备庞大，过程温降与变形热产生因素较多，精轧入口开轧温度变化较大，板坯温度均匀性不一致等，对于温度模型控制逻辑的要求非常高。
本文介绍的温度精确控制技术主要分为热精轧入口温度计算、过程温度闭环控制、终轧温度的控制及温度自学习几个方面，保证在实际现场生产中，满足工艺根据所轧带卷的品种和用途制定与之相适应的目标终轧温度，并实现整个带卷的终轧温度与目标温度偏离最小。
2 温度控制技术研究
2.1 精轧入口温度计算
2.2 机架间温度过程控制
根据精轧影响温度的各个因素，计算精轧各机架的入口和出口温度。影响因素主要包括轧制液温降、机架间冷却液喷射温降、机架间热辐射温降、轧辊接触温降、轧制热升温等。
2.2.1 轧制液温降
2.2.6 各轧机入口温度
EntryTempi=ExitTempi-1-SprayTempi-RayTempi
2.2.7 各轧机出口温度
ExitTempi=EntryTempi-ContactTempDropi-RollingTenpDropi
2.2.8 精轧温度计温度
MHTemp=ExitTemp末-RayTempDrop末
2.3 终轧温度控制
目标终轧温度的制定一般由工艺技术部门根据产品的工艺和用途，在PDI数据中指定或者在模型系统中预留。
对于某一具体的合金品种，精轧出口温度与粗轧来料温度及精轧轧制工艺和带材的冷却模式等关系密切。一般通过以下方式来调控终轧温度。？譹？訛带材冷却方式：冷却液喷射模式、流量和温度；？譺？訛精轧轧制速度：穿带速度、加速度、运行速度和抛出速度等；？譻？訛精轧压下制度：粗轧来料厚度、精轧道次压下量等。
从控制功能划分，精轧机组终轧温度控制，包括带材头部终轧温度控制和全长终轧温度控制两部分。
2.3.1 头部终轧温度控制
轧件头部终轧温度控制的目的是将轧件头部离开精轧机组时的温度控制在所要求的范围内，并为全长终轧温度控制提供良好的初始条件。
在精轧预设定模块（FPSC），通过速度、制度和冷却润滑液的喷射模式、喷射流量来控制板材的头部终轧温度。由于精轧穿带速度不仅关系到终轧温度控制，而且影响生产线的产能、精轧的稳定穿带等，所以在调节穿带速度时考虑了轧制条件的约束，并对前后相同规格的穿带速度波动进行优化。
终轧温度控制模型：
TFC=f（TFC0，H0，hn，vn，q）
其中：TFC为终轧温度，TFC0为精轧入口温度；H0为精轧机组带材入口厚度；hn为精轧机组成品出口厚度；vn为精轧机组末机架出口速度；q为冷却润滑液喷射模式和流量。
2.3.2 全长终轧温度控制
由于带材头尾在空气中停留的时间不同，导致带材全长进入精轧时温度不一致，如果带材全长都按照和头部相同的设定值，则终轧温度头尾温差就会很大，为了保证全长温度均匀，需要对全长温度进行控制。
在精轧预设定（FPSC）计算时，根据预测的入口带材全长温度变化，计算出合适的温度加速度，通过加速度控制带材全长温度的波动趋势。
在精轧轧制过程中，需要对轧件进行分段采样和跟踪，通过终轧温度前馈和反馈控制2种方式来进行。温度前馈控制是由L2系统的终轧温度动态控制模块（FTAC）来完成，温度反馈控制是由L1系统来实现。
FTAC模块是通过动态调整机架间冷却润滑液流量和改变精轧轧制速度来控制带材全长的终轧温度。将带材按照一定的规则划分成n个跟踪段，L2系统实时接收现场实测数据，通过全长数据段采样和跟踪，根据已轧制完的段来调整未轧制段的机架间冷却润滑液流量（模式）和轧制速度（如图1所示）。
2.4 温度自学习
温度自学习分为短期自学习和长期自学习2种类型。
短期自学习（块与块之间）：每个轧件轧制结束后都要进行短期自学习计算，并将自学习结果应用到下一个轧件预设定计算上。
长期自学习（批次之间）：轧件换批次轧制时，要进行长期自学習计算，保存结果并应用到以后轧制相同规格的轧件上。
2.4.1 中间辊道温降自学习
计算精轧入口温度分别采用RDT和FET高温计作为计算的基准值，在中间辊道上的温降计算和实测值可能会存在偏差，因此需要进行中间辊道温降自学习值（ZDT）的计算。
3 应用效果
在实际生产中，通过轧制宽度为2 100 mm的5182宽幅硬合金产品的温度曲线（如图2所示），产品目标温度为320 ℃，公差为±10 ℃，温度命中率达到100%，温度控制效果良好。
4 结语
由于热连轧设备庞大，对温度控制的影响因素很多，所以温度控制的实现也较为复杂，终轧温度控制效果也是衡量热轧生产工艺、自动化控制系统的综合效果的标准之一。通过热精轧入口温度计算、过程温度闭环控制、终轧温度的控制、温度自学习多种控制功能协调发挥作用，对热连轧终轧温度及温度均匀性进行控制调节，实现了热轧带材温度的精确控制，保证了铝板带的质量。
参 考 文 献
[1]肖亚庆，谢水生，刘静安，等.铝加工技术实用手册
[M].北京：冶金工业出版社，2004.
[2]赵世庆，王华春，郭金龙，等.铝合金热轧及热连轧技术[M].北京：冶金工业出版社，2010.
[3]陈朝伟.铝带材热连轧机温度控制[J].有色金属加工，2002，31（6）：15-16.
[4]薛文颖，龚殿尧，赵宪明，等.热连轧精轧机组温度控制数学模型研究[J].钢铁研究，2006，34（4）：27-29.
[责任编辑：陈泽琦]