宝钢1880热轧模型技术研发 - 2007

宝钢1880热轧模型技术研发

张健民

宝钢股份研究院自动化所

摘要：1880三热轧是宝钢最新的热轧生产线，宝钢自主开发了三热轧过程机系统。本文简要介绍了宝钢1880三热轧L2过程机的自主开发情况，主要包括1880总体介绍、L2过程机系统的自主设计、L2关键的模型控制系统。1880模型控制系统已成功投运，表明宝钢已形成热轧模型技术的自主开发能力。 关键词：宝钢，1880热轧，模型

Research and Development of 1880 Hot Mill Model in Baosteel

Zhang Jianmin

Research Institute, Automation Research Department, Baoshan Iron & Steel Corp. Ltd

Abstract：The 1880mm third hot mill is the latest product line in Baosteel, which process control system is developed by Baosteel self. Some things of self-development of L2 system are introduced in this paper, which include of the general process, the design of L2 process control system and some key models control. 1880 model control system is successfully running in manufacture field now, which indicate that Baosteel has boosted the capacity in hot mill model technology.

Kew words：Baosteel, 1880 Hot Rolling, Models

1 前言

在以板带为主的钢铁企业中热轧处于承上启下的瓶颈位置，它具有高产、高速、高温特点。热轧过程控制系统是整个热轧自动控制系统的核心，热轧模型技术又是热轧过程控制中最核心的技术。热轧模型控制系统以满足热轧产品的尺寸高精度要求、表面质量要求及带钢机械性能要求为最终目标，以稳定性及实时响应性为宗旨的一个控制系统。

宝钢1880三热轧定位于建成国际上最具竞争力的热轧生产线，将具有世界最先进的生产设备和生产技术指标。1880新增硅钢和高强钢产品的生产，硅钢和高强钢提出很2 1880热轧总体介绍 2.1 热轧设备特点 多新的模型要求，硅钢生产对于温度控制的要求极其严格，取向硅钢本身需要特殊的加热炉加热生产；高强钢对层冷的冷却速度、

冷却方式提出新的要求。相对宝钢其他两条轧线，1880大量新增设备（全蓄热式加热炉、BH、新的加强层流冷却设备）提出一系列新的控制模型要求。为满足这些要求，宝钢自主开发三热轧L2过程控制系统，并在模型过程中大量采用了一系列的新技术。 本文简要介绍了宝钢1880三热轧的自主开发情况，主要包括1880总体介绍、L2过程机系统的自主设计、L2关键的模型控制系统。1880模型控制系统已成功投运，表明宝钢已形成热轧模型技术的自主开发能力。

453,150

#1 #2 F’#3 F’19,016,0024,000 75,000 138,600 34,800 145,750 #4 F’HSSHeat Holding

Crop FF’CE CE F’CCE + 250 E CE 126 T/H x 1T/H x 3 F’CES FS1 (B(E图1 1880热轧设备系统 宝钢1880三热轧定位于建成国际上最具竞争力的热轧生产线，三热轧采用常规半连续式热轧带钢轧机，轧机的宽度为1880mm。主要设备：4座步进梁式加热炉，其中三座为蓄热式加热炉，一座为高温硅钢加热炉；2除磷箱（粗轧、精轧各一个）、1架定宽大侧压机；2架粗轧机，R1为不带立辊的两辊可逆轧机，R2为带立辊的四辊可逆轧机；中间辊道包括10组可升降的保温罩、EH边部加热炉器、BH中间坯加热器； 7架精轧机，F1～F4采用PC交叉轧机，工作辊采用正负弯辊，F5～F7采用平辊可窜动的轧机，工作辊采用负弯辊；精轧后设有输出辊道和加强型层流冷却系统；2台液压式三助卷辊地下卷取机；卷取结束后进行打捆、喷印及称重；运输链和钢卷小车等运输系统；钢卷采用卧式方式运送。 2.2 过程机系统设计

1880三热轧定位于世界最高端的热轧产品和产品控制精度，三热轧生产线即要生产普通的碳钢、合金钢，又要同时生产难度大的硅钢（包括取向硅钢、中低牌号和高牌号无取向硅钢）和热轧高强钢。硅钢生产对于温度控制的要求极其严格，取向硅钢本身需要特殊的加热炉加热生产；高强钢对层冷的冷却速度、冷却方式提出新的要求，同时带钢在精轧区域的强度达到抗拉强度达到800MPA，卷取时的抗拉强度达到1200MPA。

热轧L2系统是热轧生产过程控制和生产管理的核心。为满足热轧产品控制方面的要求，宝钢自主开发热轧过程计算机系统，系统综合考虑生产工艺的连贯性、分布位置和控制要求，在计算机软件设计方面采用了最先进的面向对象的设计方法，实现热轧过程全线自动控制。

2.2.1 产品的尺寸高精度控制

（1）高精度的粗轧宽度控制技术：基于粗轧短行程、粗轧宽度控制、精轧自然宽展等模型，形成高精度的L2设定模型。 （2）精轧高精度的厚度控制技术：基于高精度轧制力相关模型、轧制辊缝模型、

温度模型，保证高精度的头部设定；对于部分头部异常带钢，采用头部动态调整技术；高精度AGC控制技术，保证带钢全长高精度厚度控制。

（3）热轧板形控制技术：基于轧辊热凸度模型、磨损模型、热膨胀模型、辊系变形模型等，保证热轧凸度和平直度控制。 2.2.2 热轧带钢内部质量的控制

带钢加热控制技术：主要模型包括加热炉板坯温度跟踪模型、炉气分布模型、ACC优化设定模型、在炉时间预测模型等，模型功能实现板坯加热质量和节能控制。 终轧温度控制技术：基于差分模型开发全线一体化分布式温度模型，包括空冷、各种水冷、接触热传导、轧制温升、温度相变等几类模型的多种解决方案。模型范围覆盖粗轧、精轧，并于加热炉分布模型、层冷温度模型形成无缝接口。

卷取温度控制技术：采用分布式温度模型，开发二段式冷却、均匀冷却、复杂卷取温度曲线冷却等多种冷却控制模式，实现带钢的前冷、后冷、反馈控制和前馈控制多种控制功能。 2.2.3 稳定轧制技术

头尾穿带过程的稳定轧制技术：主要技术包括高精度的温度、轧制力、辊缝模型，头、尾动态补偿控制。

热轧带钢张力控制：保持轧制过程秒流量平衡。

带钢均匀加热及冷却技术：高精度的加热炉模型技术和带钢全长温度控制技术。 3 热轧关键模型的技术开发 3.1 加热炉自动燃烧控制模型开发

加热炉自动燃烧控制系统是热轧生产的重要环节之一。加热炉自动燃烧控制的目的是使加热炉内板坯按轧制节奏移动，到达出炉位置时加热到目标出炉温度和目标均热度，并且尽可能节能。

加热炉系统是整个轧线上的一个子系统，而自动燃烧控制系统又是加热炉过程控制中的一个子系统。FLS系统、加热炉自动

燃烧控制系统、加热炉DCS系统、加热炉设备及被加热炉带钢在纵向构成多层复合控制系统，在横行方面通过轧制节奏、RT4温度进行联系。加热炉控制系统在纵向方向上一层总是下一层的设定，而下一层则将实际值反馈到上层，从而构成一个多层次、非线性、大滞后的复杂控制系统。加热炉自动燃烧控制系统中核心是加热炉的模型，其中关键模型包括：

? 加热炉温度跟踪模型的自适应学习

模型

? 加热炉炉气温度分布计算模型 ? 加热炉燃烧控制策略 ? 加热炉优化设定模型

? 加热炉优化设定的RULEBASE专

家系统

? 加热炉休止设定模型 ? 在炉时间计算模型

FLS系统(轧制计划) 带钢目标出炉温度、钢种等信息 加热炉自动烧钢模型系统 带钢在炉时必要炉炉温综合优各段炉间计算模型 带钢温度跟踪模型 温计算 化系统 温设定 加热炉装钢、抽加热炉炉温控制（DCS）系统 钢，轧线信息 各段实测炉温 燃气、空气控制，炉压控制 轧制节奏 RT4测量带加热炉阀钢温度 加热炉炉体、烧嘴等设备系统 门、炉压等 加热炉内被加热板坯 轧线其他系统 图2 加热炉模型控制

3.2 轧线温度控制

热轧生产中温度是一个极为重要的工艺参数，准确地预报各个环节的温度变化是实现热连轧机计算机控制的重要前提热轧温度模型包括各道次除鳞冷却及轧辊水冷、空冷、轧制变形区的变形热和与轧辊接触热损等。传统热轧生产中使用的温度模型除了层流冷却外基本是一种平均温度计算模型，这种模型无法计算厚带钢的内部温度分布。图3为宝钢1880三热轧轧制温度控制原理图，1880三热轧热轧温度从加热炉开始到精轧F7机架出口采用统一在线分布式差分模型，模型的物性参数和边界热交还模型参数分钢种细化、优化调整，模型设定精度大大

提高。基于差分模型，温度控制实现高质量的前馈和反馈控制。

F7 F6 F5 F4 F3 F2 F1 BHT FDT BH ISC6 ISC5 ISC4 ISC3 ISC2 ISC1 FET R4DT M ASR Level 1 FB-FDTC FF-FDTC BH POWER CONTROL Level 2 FDTC-CAL TEMPERATURE FSUC FF CONTROL 图3 1880轧制温度控制

3.3 带钢厚度控制

热轧板带厚度控制系统在整个生产过程十分重要,厚度控制包括带钢的头部厚度控制和带钢的全长厚度控制两部分，其中带钢的头部厚度控制由L2模型来保证，带钢头部厚度的高精度控制，一方面可以保证带钢的顺利穿带和轧制稳定，另一方面为带钢全长的厚度控制提供良好的基础。带钢头部厚度控制的关键在于带钢轧制力模型和辊缝模型的计算精度。1880三热轧模型对轧制力模型采用式（1）的传统计算模型，模型工作的重点工作放在了模型参数的优化和模型自学习方面。辊缝模型是影响带钢厚度的另外一个重要因素，辊缝模型中考虑轧件弹跳、支撑辊油膜的变化、轧辊热膨胀和磨损、轧制速度等因素的影响。

F?W?ld?Km?QF?KM?KS （1）

式中：F——轧制力；

W——宽度；

ld——压扁接触弧长； Km——材料变形抗力；

QF——外摩擦影响系数。 KS——轧制力机架遗传系数

3.4 层冷二段式冷却模型开发

层冷的核心模型也采用差分模型，在该模型基础上，为满足高强钢的生产需要，开发二段式冷却控制模式。二段式冷却控制将传统的层冷冷却控制分成两段，该控制模式的控制目标包括：目标卷取温度、中间目标温度、冷却速率和中间空冷时间。为完成该

种模式的控制，在控制上将带钢分为两个冷却区域和一个空冷区：

第一冷却区：通过头部设定和动态的终轧温度测温前馈控制，在满足冷却速率的情况下，达到中间目标温度。

空冷区：达到空冷时间要求。

第二冷却区：通过头部设定、动态的终轧温度测温前馈控制、中间测量温前馈控制，卷取温度反馈控制。达到目标卷取温度。

速度制度实时控制速度制度带钢分段跟踪中间温度前馈带钢分段跟踪实时控制实时控制实时控制主冷区前馈中间温度反馈卷取温度反馈自适应数学模型数学模型温度模型学习层冷温度计算层冷温度计算传感器传感器传感器传感器精轧出口速度精轧出口温度层冷中间温度卷取入口温度FDTMTCT精轧末机架卷取机主冷区精冷区 图4 层冷区的温度模型及控制图 4 热轧模型参数的调整

热轧模型开发工作主要包括模型的架

构设计和模型参数优化调整两方面。模型参数的调整和持续优化贯串整个工程热负荷试车阶段。模型的优化调整包括在线和离线两部分工作，在在线部分主要为模型的自适应学习，而离线工作主建立在各种仿真工具上。三热轧模型调试工具包括加热炉、轧制温度、轧制力、层流冷却等几个工具包，这些模型调试工具的统一实现框架如图5：

图5 模型工具实现框架

通过这些工具，我们可以完成以下几方面的工作：

（1）利用宝钢已有的其他热轧线的数据，初步确定三热轧模型层别的初始参数。

（2）三热轧生产过程中能够快速、方

便地获得各轧制点的温度和轧制力等关键量，从而为在线模型的参数调整优化和模型精度分析提供强力支持。

（3）对于模型参数的修改和优化，通过离线仿真做到模型各个细节的把握，确保每次模型投运成功。 5 结论

1880模型系统式宝钢自主开发的第一套热轧模型，目前该模型系统随宝钢三热轧工程已稳定投运现场，已完成绝大部分产品规格的生产，其中包括部分取向硅钢和热轧高强钢的生产。全线厚度控制精度2～4mm规格±30um命中率98%；终轧温度控制精

度达到±15℃命中率95％，卷取温度±20℃命中率95％。这些产品精度表明宝钢已完全形成热轧模型技术的自主开发能力。

致谢：本文是一篇有关宝钢1880三热轧过程机模型技术研发的概要性文章，感谢研究院自动化所热轧项目组全体组员辛勤的工作，感谢宝钢分公司热轧厂、设备部长期以来的大力支持。

参考文献：

[1]、张健民，宝钢热轧模型技术研究进展，2004中国冶金模型会议。

[2]、“1880模型需求分析机基本设计”，项目内部资料。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/1i4p.html