1780mm热轧带钢层流冷却过程控制系统102632页PPT
宝钢1780热轧卷取温控制系统
卷取温度控制技术
四、卷取温度模型控制功能
反馈控制
预设定模型和前馈控制模型只是给出了要把带钢冷却到目标卷取温度理论上和前馈边 界条件发生变化时应打开的阀门个数，而现实中不确定因素繁多、工况复杂，通过预 设定和前馈控制调节后，实际卷取温度与目标总有一定差距，为了减少不可控外在干 扰，需要根据卷取温度实测值进行反馈控制。
（4）
卷取温度控制技术
五、突出问题及解决策略
水温补偿策略
为了不影响原有模型控制系统的架构，补偿方案考虑在原计算
所得的水冷热通量基础上乘上一个水温影响因子 CTW :
f 2 CTW f 0
(5)
f 2 －修正后的热流束系数
CTW 按照下式进行计算：
CTW 1 C1TW
(6)
TW －水温
C1 －水温补偿系数，通过回归或分析得到，为正数
VNCT f (Tave Tct) （3）
VNCT 为反馈控制补偿阀门数；
f 为偏差到反馈控制量的转换函数；
Tave 为卷取温度平均值； Tct 为卷取温度目标值。
四、卷取温度模型控制功能
卷取温度控制技术
自学习功能
卷取温度模型为热轧每个产品每个规格层别分别 建立了学习文件库，能够实现和适应各种产品的完 全自由轧制。此学习文件库又叫遗传系数表，它学 习、继承、遗传了上次同牌号同层别的学习和控制 情况，作为本次控制的依托，并强调本次控制输入 的边界条件。其学习功能计算方法采用的是模型计 算值和实际值的差值，具有实时控制性强、模型计 算精度高、自学习后精度提升快的特点。
四、卷取温度模型控制功能
卷取温度控制技术
前馈控制
预设定模型给出的是在设定值条件下的阀门开闭的组合， 但是板带进入层冷区时，实测FDT、速度、厚度是实时变化的， 为了消除这种板带自身边界条件与设定值的偏差对卷取温度控 制的影响,需要对预设定模型进行前馈补偿，即在带钢出末机 架获得实测的边界条件后，结合带钢跟踪信号，对预设定模型 进行修正。提前设定阀门动作是考虑了喷射阀门的响应延时和 其他相关延时。前馈控制启动触发时刻为带钢走过两个集管之 间间距所需的时间。
热轧带钢层流冷却过程控制系统
冷却过程
层流冷却过程通常分为三个阶段，即雾化阶段、成膜阶段和滴落阶段。在雾化阶段，冷却水被雾化成细小的水滴， 均匀地喷洒在带钢表面；在成膜阶段，水滴在带钢表面形成一层薄的、均匀的水膜；在滴落阶段，水膜逐渐变厚， 最终形成大滴落下，完成冷却过程。
热轧带钢层流冷却过 程控制系统
目 录
• 系统概述 • 系统架构与组成 • 热轧带钢层流冷却技术原理 • 控制系统的设计与实现 • 系统性能评估与优化 • 未来发展方向与展望
01
系统概述
系统定义与功能
系统定义
热轧带钢层流冷却过程控制系统是一 种用于控制热轧带钢在冷却过程中的 设备和技术的总称。
系统功能
人机界面模块
提供操作员与控制系统交互的界面，显示实 时数据和系统状态。
系统接口与通信
数据接口
实现控制系统与传感器、控制阀等硬件设备之间的数 据传输和通信。
网络接口
通过工业以太网等方式实现系统内部各模块之间的通 信。
人机接口
提供操作员界面，实现操作员与控制系统之间的交互。
03
热轧带钢层流冷却技术 原理
现场调试
将控制系统应用于实际生产线，根据实际运行情况进 行参数优化和调整。
05
系统性能评估与优化
系统性能测试与评估
测试目的
确保系统正常运行，评估系统性能是 否达到预期要求。
测试方法
采用仿真测试、实际生产测试和实验 室测试等方法，对系统的各个功能模 块进行测试。
测试内容
包括系统的稳定性、可靠性、精度和 响应速度等方面。
层流冷却技术简介
层流冷却技术是一种用于控制热轧带 钢温度的工艺技术，通过在带钢表面 喷洒冷却水，使带钢表面形成一层薄 的冷却水膜，实现快速、均匀的冷却 效果。
51钢铁PPT-1780mm热轧板带工程工艺设备介绍
1.3 板加区及其主要工艺特点
板加区有二个部分组成：三个板坯跨和二个加热 跨。在板坯跨板坯库布置成与主轧线相垂直的T字 形式，由两个跨间组成，每跨跨度33m，长197m。 两个跨间设置了三条辊道：1号主要用于碳钢连铸 与热轧的连接，并与加热炉装炉辊道直接连接， 作为上料、直接热装板坯的辊道；2号用于碳钢连 铸与热轧的连接，并与轧制线直接连接，作为碳 钢冷装板坯的卸料辊道；3号辊道用于不锈钢连铸 与热轧的连接，作为不锈钢连铸坯的卸料辊道 （返回）。在连铸下线清理的合格的板坯，可由 连铸的一台100t过跨台车运入热轧板坯库。每跨 设有两台30t电动板坯夹钳桥式起重机，轨面标高 12m。
800000 1324000
合计
－
－
－
2822000
(5)
1.2 热轧1780mm平面布置
热轧1780mm工程和冶炼和连铸相连接，从热 轧的工艺流程看有东向西和1580热轧方向相 反，整个热轧的工程（一期）总长700米，共 分成三个区。板坯、加热炉区，主轧区和钢 卷库区。
按功能分成：板坯库、加热炉上料跨、加热 炉跨、主轧跨、钢卷库、主电室、磨辊间等 组成。
(7)
加热炉与轧线垂直布置，加热炉上料跨与主轧跨 平行，跨度36m，长度70m，设置有装炉辊道、 加热炉装料机等。跨间内设有一台30t桥式起重机， 轨面标高11m。
加 热 炉 跨 与 主 轧 跨 相 邻 平 行 ， 跨 度 21m ， 长 度 70m。跨间内设置一台20t桥式起重机。
加热炉出料端在主轧跨内，布置两台加热炉出钢 机、加热炉出炉辊道等。
(4)
表1 按产品流向分配的年产量表
下工序 生产品种
代表牌号或钢号
产品规格 （mm）
热轧钢卷 量（t）
热轧带钢层流冷却水处理系统设计改进17页word
热轧带钢层流冷却水处理系统设计改进热轧带钢厂水处理系统中，根据层流冷却的用水特点，均将其作为一个单独的系统进行处理。
层流冷却的用水主要有以下特点：一是流量大，一般在6000m3/h（100×104t钢卷/a）至18000m3/h（450×104t 钢卷/a）之间；二是压力低，但要求压力稳定，层流集管处要求压力为0.07MPa；三是对水质指标的要求比浊环水低，因此系统的处理率要求较低，且水中的氧化铁皮粒度细、含油量小；四是水量变化大，用水量随轧制钢板的品种而变化。
用水指标详见表1。
本文拟就层流冷却系统的水量平衡和水质稳定以及节能措施两个方面对水处理层流冷却系统的工艺流程设计进行探讨。
1 层流冷却系统的水量平衡和水质稳定热轧带钢热输出辊道有3种不同压力的用水，即：层流冷却（0.07MPa）、层流辊道冷却（0.3MPa）、层流侧喷（1.2MPa）。
其中辊道冷却和侧喷水的水质、水温、水压与浊循环系统的用水差不多，因此许多厂的层流冷却系统中层流辊道冷却和层流侧喷就是直接使用的浊循环系统的辊道冷却水（0.3MPa）和轧辊冷却水（1.2MPa见图1）。
1.1 两个系统的水混用方式的缺点①层流冷却用水经各厂运行实践证明，因其含油量很少，悬浮物去除率要求不高，故该系统不必设除油、除渣设施。
但浊环水中含有一定的油（≤5mg/L），因此，若浊环水长期进入层流系统，会因层流系统未设除油设施而造成该系统水中油含量增加，甚至使水质恶化。
②层流系统因用了浊环系统的水，必须将等量的水返回浊环系统，但这在水量上较难以准确控制，易造成两个系统间水量不平衡。
③层流冷却系统用水的温度及悬浮物较浊环水系统高，因此层流的回返水不能返回至浊环储水池直接给用户用，而必须返回至浊环系统的平流沉淀池经过滤、冷却之后才能满足浊环水的水质要求，这样就增加了浊环水系统的处理负荷，造成投资与运行费用的增加。
1.2 两个系统分开要解决的问题笔者认为层流系统的辊道冷却及侧喷水宜由层流冷却系统自身供给，与浊环系统彻底分开，这样能完全保证该系统的水量平衡和水质的稳定。
钢材控制轧制和控制冷却技术PPT课件
一、控制轧制
在热轧过程中通过对金属的加热制度、变形制度和温度制度的合 理控制，使塑性变形与固态相变结合以获得细小的经理组织，使钢材 具有优异的综合力学性能（强度、韧性和焊接性能等）的轧制工艺。
二、控制冷却
控制轧后钢材的冷却速度以达到改善组织性能的目的。
三、控轧控冷工艺优点
1、控轧 2、控冷
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§2控轧控冷理论
（3）细化F体晶粒 细化F体效果：Nb最显著，Ti次之，V最差。
（4）影响钢的强韧性能 ①、铌：在控轧时，产生显著的晶粒细化和中等沉淀强化。 ②、钛：随Ti含量增加，发生强烈沉淀强化，晶粒细化中 等。 ③、钒：产生中等程度沉淀强化和比较弱的 晶粒细化。
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①、 增s 加
②、产生织构—强度的方向性，并使高阶冲击能（韧性 状态下冲击能）有所降低。
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§2控轧控冷理论
6、三种类型的控制轧制 （1）促进F体细化的途径
①、细化A体晶粒 ②、控轧控冷 （2）控轧 ①、第一阶段，A体再结晶区轧制
1）通过反复形变—再结晶，使A晶粒细化 2）实际生产中动态再结晶有困难，主要发生静态再结晶。 3）实际生产中每道次都发生完全再结晶是困难的，存在部分 再结晶轧制，应避免产生混晶的临界压下量（10%）
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§2控轧控冷理论
④、总变形量和道次变形量要大。
1）总变形量应 45%，可得F体晶粒 5m（12～13级）
2）一道次压下率越大，越易产生变形带，越易获得均匀组织。
⑤、未再结晶区材料强度由固溶强化（ sh）和F体晶粒尺寸（d）
等决定。
1
s sh K y d 2
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沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用
沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用作者：唐国峰来源：《科学与财富》2019年第09期沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用唐国峰（沧州中铁装备制造材料有限公司轧钢厂 ; 河北沧州 ; 061113）摘要：主要介绍了沧州中铁1780配置的层流冷却系统，及其实践应用。
关键词：热轧卷取;层流冷却 CTC1.前言控制轧制和控制冷却是热轧钢材的主要生产工艺。
控轧控冷技术经过多年研究实践，已经在轧钢生产中得以成熟应用。
控轧控冷主要是在热轧板带材过程中通过对金属加热、变形、温度制度以及轧后冷却的合理控制，以此获得钢材的优异性能和良好板形。
尤其轧后冷却控制，对板带钢的组织性能和板形质量有很大的影响。
2.轧后冷却2.1冷却形式轧后控制冷却可以使用液体、气体或者两者的混合物。
目前最常用的冷却介质为水。
Zumbrunnen提出的冷却水流冲击平板时的换热区域划分为滞止区、核沸腾/ 过渡区、膜沸腾区、小液态聚集区和空冷辐射区。
[1]自20世纪60年代第一套轧后加速冷却系统应用以来，已经有很多冷却形式已被开发应用：层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、压力喷射冷却、板湍流冷却等。
2.2层流冷却装置层冷冷却设备主要由上喷装置、下喷装置、侧喷装置、电磁气动阀控制系统以及高位水箱等组成。
中铁1780热连轧层流冷却装置布置在末架精轧机和卷取机之间长约100 m 的输出辊道上，上部冷却采用U 形管层流冷却装置;下部冷却为喷射集管。
分为精调段和微调段，见图1。
上部冷却系统中精调段有17组，每组4根集管，每根上部集管分布两排U形鹅颈管共计86个;微调段3组，每组8根集管，每根集管上分布一排U形鹅颈管共计43个。
下部冷却系统精调段4×3集管，微调段8×2集管，集管上分布直管喷咀，每根集管上喷咀数35/26个。
在第二组和第十九组的总管上安装流量计。
设计流量：上部总管284.8m3/h，下部总管343.2m3/h。
侧喷系统共21组，每组两个喷嘴，依次分布于两侧，水压1.2MPa。
承钢1780热轧卷板厂层冷PCS系统功能和控制原理
承钢1780热轧卷板厂层冷PCS系统功能和控制原理摘要：本文介绍承德钢铁公司1780热连轧生产线层流冷却控制系统的组成、原理和实际应用情况，主要阐述二级系统在层流冷却控制系统中的作用，二级模型的模块组成和主要计算流程，以及对影响卷曲温度控制精度的原因进行总结。
关键词：层流冷却；卷曲温度；热轧带钢0 引言卷曲温度控制的好坏直接影响到热轧卷板成品的力学性能、物理性能和再加工性能。
过高的卷曲温度将使成品内部形成二次结晶以及粗晶组织，同时产生较多的氧化铁皮；而过低的成卷温度会使成品表面形成残余应力，导致松卷。
承钢1780热轧卷板厂层流冷却系统采用低压大流量冷却水对带钢进行冷却。
当带钢未进入层冷区域前，系统会按照预先存储在数据库中的冷却策略，以及从历史记录中找到的相同规格和目标温度的数据，计算出带钢在整个层冷区域的温降曲线以及对水阀的预设置。
当带钢进入层冷区域以后，系统根据预先计算好的温度曲线，实时采集的设备状态信号，预定的卷曲温度值以及带钢的位置跟踪计算值等数据，对带钢的温度进行实时控制。
当带钢离开冷却区域后，系统根据在线收集的实测温度、速度等数据一并写入历史记录中，用于下块带钢进行预计算时读取。
1 现场主要执行机构和功能层流冷却系统分为精调区和微调区两部分，现场设备包括上喷装置、下喷装置、侧喷装置以及辊道冷却装置。
精调区共17个冷却单元，每组冷却单元又分为上喷冷却单元和下喷冷却单元，分别由一个电磁阀驱动一个气动碟阀来控制冷却水的打开与关闭，每组上喷冷却单元有2排鹅颈管，每组下喷冷却单元有3排鹅颈管对带钢进行冷却。
微调区共3个冷却单元，每组上喷冷却单元有1排鹅颈管，下喷冷却单元有2排鹅颈管与之相对应。
侧喷装置的主要作用是迅速吹走带钢表面上的冷却水，使层冷实时计算模型能够根据实测的速度、水温、水压等数据尽可能准确地计算出带钢在整个冷却过程中的温降，而不受滞留在带钢表面上水所引起的热传导的影响。
层冷区域共有两组高温计，分别为位于第9、第10组冷却单元之间的中部高温计和卷曲机前的尾部高温计。
钢材的控制轧制和控制冷却PPT课件
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控轧控冷技术发展过程
• 60年代中期，英国钢铁研究会对钢的成分与钢的力学性能之间的关系进行了系 列研究，提出了相应的控制轧制理论；
• 在开发控制轧制工艺时，人们致力于降低终轧温度； • 近些年来，控制冷却工艺已经成功地运用到棒材、螺纹钢、钢管及型钢生产和合
金钢生产中，并取得了明显的经济效益和社会效益。
§1 钢的强化和韧化
对于钢材来说，在大多数情况下其力学性能是最重要的，其中强度性能又居首位。 除了强度之外，钢材还要求一定的韧性和可焊性能，这两个指标和强度是相互关 联甚至互相矛盾的，很难单方面改变某一指标而其它不变。 结构钢的最新发展方向是高强、高韧和良好的焊接性能，控制控冷是满足这一 要求的一种较好的工艺。
§1.1 钢的强化机制
二、固溶强化
(solid solution strengthening)
1、基本概念
• 固溶强化：当合金元素（溶质）固溶 到基体金属（溶剂）中形成固溶体时， 合金的强度和硬度则会提高，称为固 溶强化。如黄铜(Cu-Zn)强度要高于
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§1.1 钢的强化机制
2、强化机理
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§1.1 钢的强化机制
金属和合金塑性变形包含晶内变 形和晶间变形。晶内变形是通过各种 位错运动而实现的晶内一部分相对于 另一部分的剪切运动，最基本的是滑 移、孪生和扭折。
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两段冷却 适于较薄的硬质带钢。
RAL
计算准备处理
计算准备处理 带钢组别确定 冷却模式选择 冷却策略选择 头尾遮蔽处理 宽度遮蔽处理 仿真准备
控制参数的准备
钢种组别确定
厚度组别1确定
通
用
厚度组别2确定
模
宽度组别确定
块
卷取目标温度组别确定
冷却速度组别确定
卷取目标温度确定 组别中各种数据的检索
冷却速度控制的判定 平均比热的计算
10 11 12 13 14 15
DC
由带钢样本速度、温度、厚度,控制主冷段 集管组态以达到中间目标温度
由带钢样本在中间测温仪处 的温度预报值以及目标卷取 温度确定精冷段集管组态
由中间测温仪处的实测温度与目标温度值 由卷取测温仪处的实测温度
的偏差作反馈控制
与目标温度值的偏差作反馈
RAL 层冷的前馈、反馈控制回路
从带钢长度各分段点收集精轧出口温度值，按常规冷却方法计算并输出热 输出辊道上对应带钢各段的集管组态，适用于精轧出口温度是变化的、有 轧制加减速或恒速的工艺状况，其控制目标为卷取温度
从带钢长度各分段点收集精轧出口温度值，按冷却速度控制方法计算并输 出热输出辊道上对应带钢各段的集管组态。此种控制模式适用于精轧出口 温度是变化的、有轧制加减速或恒速的工艺状况，其控制目标为冷却速度、 中间目标温度和卷取温度
RAL
1780mm热轧带钢层冷过程控制系统
东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
RAL
介绍内容
1. 设定系统概述 2. 设定系统组成 3. 控制回路 4. 冷却模式和策略 5. 设定计算 6. 数学模型
RAL 层流冷却过程设定系统概述
根据带钢精轧出口的带钢温度、速度等数据和其它工艺设备参数，经过预
缺省模式
RAL
FDT
... ...
C T
...
...
(前段主冷)
FDT
C
T
...
...
...
...
FD
(后段主冷)
C
T
T
...
...
(按组稀疏)
CT
FDT
...
...
...
...
(按管稀疏)
带钢温度
冷却策略
主冷区 前段主冷
精冷区
后段主冷
稀疏主冷 终轧温度
中间温度
卷取温度
RAL
冷却策略适用范围
冷却策略
适用范围
前段主冷 适用于有抗拉强度级别要求的硬质钢产品以及IF钢。
后段主冷 适于要进一步加工的软质材料以及部分冷轧产品。
按组的稀疏冷却 按管的稀疏冷却
适于具有中间温度（比如两个中间温度T1、T2）以及冷 却速率要求的产品；适于双相钢、C_Mn钢、TRIP钢及需 要涂镀的产品。
适于需要涂镀的产品。
侧喷集管 垂直喷集管
功能 水冷 残留水清扫 前馈和反馈
带钢
`
`
卷取机1 卷取机2
RAL 层流冷却过程设定系统组成
加热炉
HSB
SSP
E1 R1
粗轧机
R2 E2
计算准备处理 预设定计算 修正设定计算 自学习计算
飞剪
BH
FSB
精轧机
F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F1E
地下卷取机
CT
宽度测量 厚度测量 凸度测量 平直度测量 温度测量 温度测量（扫描） 轧制力传感器 压力传感器（活套） 板坯照相 表面检测 顶帽传感器 液压缸位移传感器 液压缸油压传感器
计算准备处理
预设定计算
常规冷却控制
过程跟踪
修正设定计算 自学习计算
冷却速度控制
一组集管的水冷温降计算 空冷温降计算
RAL 层冷的前馈、反馈控制回路
原始数据输入
冷却模型
模型自适应
样本跟踪
具
前馈控制
实测数据处理
模型参考反馈控制
备
中
间
FDT
测
前馈
反馈 IT2
前馈 反馈 CT
温
吹
仪 F7
扫
12 3 4 5 6 7 8 9
（包括在测宽仪中）
上部
底部
RAL 计算功能任务和数据流
序号 1 2
3 4
功能模块
主要任务
计算准备处理 预设定计算 修正设定计算
准备钢种组别、冷却模式、特殊控制 模式以及各种参数数据
设定带钢头部的冷却集管组态和宽度 遮蔽量
修正与带钢各样本段对应的冷却集管 组态
自学习计算
对控制模型中的学习项进பைடு நூலகம்修正，纠 正模型预报偏差，以提高模型的预报 精度，改善控制效果
RAL
自学习计算
自学习计算
初始化及参数准备 头部 中部 尾部
短期自学习: 热流密度系数
实测温度有效性检查和处理 学习系数的平滑计算
长期自学习: 热流密度系数
热流密度系数的修正系数
学习瞬时值计算
RAL
预设定模块
功能: 根据带钢精轧出口预报温度、速度、带钢厚度、卷取目标温 度及冷却控制策略等确定带钢头部对应的初始集管组态。
预设定计算
同一组别判定
初始反馈段的水冷温降计算 通
热流密度（学习系数）读入 垂直喷射冷却温降计算
用 模
头部预先喷水数
一组集管的水冷温降计算 块
常规冷却设定计算 通 用
冷却速度控制设定计算 模 块
不具备中间测温仪： 在这种情况下控制中间温度以及冷却速率，需要用到
软测量手段。其思想方法是通过状态估计的方法对无法在 线测量的参数进行在线估计，状态估计精度通常依赖于数 学模型。
RAL
冷却模式
模式
1 2
3
描述
设定计算所使用的带钢终轧温度为带钢头部温度值，按常规冷却 方法计算热输出辊道上的集管组态并输出
初始反馈段的水冷温降计算 通
用
垂直喷射冷却温降计算
模
一组集管的水冷温降计算 块
空冷温降计算
前段空冷温降计算
后段空冷温降计算
RAL 带钢分段和样本微跟踪
修正设定计算按照分段长度周期进行，因而需要对带钢进行分段 和进行样本微跟踪。
精轧出口 高温计
轧制方向
卷取机入口高温计
N
N-1
N-2
N-3
带钢
N-k N-k-1 N-k-2
设定计算、修正设定计算和自学习计算，控制层流冷却设备的集管组态，实现
对带钢的冷却模式、卷取温度和冷却速率的控制，将带钢按预定路径冷却到工
艺要求的卷取温度。
精轧出口 高温计
主冷区
精冷区
卷取机入口高温计
轧制方向
主要设备 输出辊道上部U形管和下部喷射管 侧喷集管 垂直喷射集管 空气吹扫装置 主冷区和精冷区
空冷温降计算 前段空冷温降计算 后段空冷温降计算
RAL
修正设定计算
修正设定计算
计数器更新
头尾部跟踪标志的更新
带钢水冷区跟踪标志更新
基本热流密度系数更新
带钢速度预测
头部特殊控制处理
尾部速度处理
目标卷取温度更新
通
常规冷却设定计算 用
常规冷却设定再计算
模 块
冷却速度控制设定计算
冷却速度控制再设定计算
功能：根据实测的各段的平均终轧温 度、速度和厚度，利用与预设定计算 相同的模型计算各个区段的特有组态， 由跟踪系统启动修正设定计算并确定 输出时刻