一种集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法与流程

1.本发明属于淬火过程的自动控制领域，尤其涉及一种用于热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法。


背景技术：

2.由于钢板长度有限，模型控制在时间响应上来不及，无法进行很好地动态调节，因此目前的大部分钢板热处理淬火冷却，基本上只有预设定，而没有动态设定控制，冷却参数设定采用固定配方表形式进行，除了压力和流量参数以外，还可以设定钢板走速。部分产线为了命中预设定冷却参数目标值，在plc中应用了动态调节功能。
3.而热轧钢卷(简称热卷)连续热处理的淬火冷却是全新的淬火工艺，冷却过程较长，热卷规格连续变化，但无法动态调节走速，因此不仅需要有预设定目标值，还需要根据淬火实测数据对设定目标值进行动态修正、闭环控制及后计算学习，也即淬火过程自动控制。
4.授权公告日为2014年2月12日，授权公告号为cn 102399950 b的中国发明专利，公开了一种中厚板淬火工艺的控制方法，涉及中厚板冷却策略和规程的制定，主要针对中厚板的淬火工艺，但是其中并没有公开淬火过程自动控制的详细内容。
5.授权公告日为2013年6月12日，授权公告号为cn 102409158 b的中国发明专利，公开了一种中厚板棍式浮火机自动控制系统，涉及中厚板淬火从过程机到plc及跟踪通讯多级自动控制系统，主要针对中厚板淬火，其自动控制部分，着重点在于plc应用了动态调节功能，解决了棍式浮火机控制复杂和控制精度不高的之难题，实现了棍式浮火机自动化、一键式操作。该技术方案的重点，在于设定值的实现上，而没有淬火过程自动控制的详细内容。
6.从已公开专利文献和现场实际实施情况来看，大部分钢板淬火冷却系统采用的是固定配方表加plc控制形式，部分采用了冷却策略和冷却规程的自动确定，而没有涉及到淬火过程中的自动控制控制技术。故对于热卷连续热处理的分段淬火冷却这种全新的淬火工艺过程，目前尚没有成熟的过程自动控制技术。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是提供集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法。其利用分段淬火过程设定计算、前馈控制和后计算学习等自动控制技术，实现了热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制，确保了产品性能稳定。
8.本发明的技术方案是：提供一种集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是：
9.在集约化热卷连续热处理的加热装置和烘干装置之间布置一套雾水混合淬火冷却装置，构成一个淬火冷却装置区域；
10.通过在压辊隔开的若干淬火冷却区的雾水混合冷却喷射梁的合理布局、冷却方式优选和不同压力流量及水气比的模型调节，在不同冷却区进行水冷、雾冷和空冷，实现分段淬火冷却；
11.利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算、淬火过程动态前馈控制和后计算学习，实现分段淬火工艺，确保产品性能的稳定。
12.具体的，所述的分段淬火过程自动控制方法，利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程设定计算、淬火过程动态前馈控制和分段淬火过程后计算学习，实现热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制。
13.进一步的，所述热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程设定计算，利用目标开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算；其计算过程如下：
14.(1)获取热轧钢卷规格参数及目标参数；
15.(2)计算第一冷却段的最大水气比下的冷却速率，如果大于目标冷却速率，则第一冷却段的淬火方式选择气雾冷却，否则，选择雾水混合冷却；
16.(3)如果选择了气雾冷却，根据目标冷却速率计算第一冷却段的水气流量及配比，并按此配比计算冷却到第一冷却段的目标终冷温度需要的气雾冷却阀门数；
17.(4)如果选择了雾水混合冷却，则气雾喷嘴按最大气水流量及配比设定，根据目标冷却速率计算第一冷却段的压力喷射水流量，并按此水流量及气雾喷嘴设定参数，计算冷却到第一冷却段的目标终冷温度需要的雾水混合冷却阀门数；
18.(5)重复(2)～(4)的过程，计算第二冷却段和第三冷却段的气水流量和阀门数；
19.(6)将第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段的流量及阀门数设定下发。
20.其中所述的热轧钢卷规格参数至少包括钢种、厚度、速度及开淬温度，所述的目标参数至少包括各冷却段的冷却速率及终冷温度。
21.进一步的，所述的淬火过程动态前馈控制，根据实测开淬温度进行定周期前馈控制，调整各淬火区淬火阀门数；其计算过程如下：
22.(1)获取热轧钢卷规格参数、目标参数及实绩数据；
23.(2)获取第一冷却段设定计算确定的冷却方式、喷嘴流量与配比；
24.(3)如果选择了气雾冷却，按设定计算确定的气雾阀门数、流量及配比计算冷却到第一冷却段出口的温度，如果在公差范围内，则保持设定参数不变；如果超出公差范围，则根据计算温度与目标温度的偏差调整气雾阀门数量；
25.(4)如果选择了雾水混合冷却，按设定计算确定的雾水混合阀门数、流量及配比计算冷却到第一冷却段出口的温度，如果在公差范围内，则保持设定参数不变；如果超出公差范围，则根据计算温度与目标温度的偏差调整雾水混合阀门数量；
26.(5)重复(2)～(4)的过程，调整第二冷却段和第三冷却段的气水流量和阀门数；
27.(6)将第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段调整后的的阀门数设定下发。
28.其中所述的热轧钢卷规格参数至少包括钢种和厚度，所述的目标参数至少包括各冷却段的冷却速率及终冷温度，所述的实绩数据至少包括实际速度和开淬温度。
29.7.按照权利要求2所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的分段淬火过程后计算学习，利用热轧钢卷规格参数、淬火区实际冷却过程参数和淬火装置入口及出口的实测温度，对淬火冷却换热系数进行后计算学习，以达到不断优化分段淬火冷却效果的目的；其计算过程如下：
30.(1)获取热轧钢卷规格参数、目标参数及实绩数据；
31.(2)根据热轧钢卷规格参数及实绩数据计算淬火区出口温度，与目标淬火终冷温度进行比较，调整优化换热系数修正值；
32.(3)按钢种规格存储学习后的换热系数修正值，以提高下次设定计算精度。
33.其中所述的热轧钢卷规格参数至少包括钢种和厚度；所述的目标参数至少包括目标终冷温度；所述的实绩数据至少包括实际速度、开淬温度、终冷温度及各冷却段的阀门开闭状态与流量。
34.与现有技术比较，本发明的优点是：
35.1.本技术方案在集约化热卷连续热处理的加热装置和烘干装置之间布置一套雾水混合淬火冷却装置，构成一个淬火冷却装置区域；通过在压辊隔开的若干淬火冷却区的雾水混合冷却喷射梁的合理布局、冷却方式优选和不同压力流量及水气比的模型调节，在不同冷却区进行水冷、雾冷和空冷，实现分段淬火冷却；
36.2.本技术方案利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算、淬火过程动态前馈控制和后计算学习，实现分段淬火工艺，确保了产品性能的稳定。
附图说明
37.图1是本发明生产工艺流程示意图；
38.图2是本发明淬火工艺设备布局的示意图；
39.图3是本发明分段淬火过程的自动控制总流程方框图；
40.图4是本发明分段淬火过程设定计算流程的方框图；
41.图5是本发明分段淬火过程前馈自动控制流程的流程方框；
42.图6是本发明分段淬火过程后计算学习流程的流程方框。
43.图中1为均热炉，2为带钢，3为水雾挡板，4为压辊，5为气雾冷却梁，5.1为气雾喷嘴，5.2为进水管，5.3为压缩空气管，6为斜喷箱，6.1为高压密排水喷嘴。
具体实施方式
44.下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
45.1)集约化热轧钢卷连续热处理的淬火工艺方法：
46.本技术方案的集约化热轧钢卷连续热处理的淬火工艺方法，是在集约化热轧钢卷连续热处理的加热装置和烘干装置之间，布置一套雾水混合淬火冷却装置，构成一个淬火冷却装置区域。经过加热的热轧带钢，通过输送辊道进入淬火冷却装置区域，进行雾冷或雾水混合冷却淬火处理，热轧钢卷在保证板形和冷却均匀的状态下按照预定的冷却速率曲线达到特定的终冷温度，之后经烘干后由辊道送往后工序处理。其生产流程如图1所示。
47.本技术方案，利用雾水混合冷却装置的合理选型和布局，实现了集约化热轧钢卷
连续热处理的均匀快速淬火。
48.对于2-6mm热轧钢卷，在4-10m/min的走速下，利用小于6m的淬火冷却装置，实现了冷速大于60℃/s的均匀快速淬火。
49.其工艺设备的布局如图2所示，分为第一冷却段a(图中用冷却段1表示)、第二冷却段b(图中用冷却段2表示)和第三冷却段c(图中用冷却段3表示)三个冷却段。
50.热轧带钢2在均热炉1中经过加热，从图的右边，经水雾挡板3所在的区域，进入第一冷却段a，在第一冷却段中，沿热卷的前进方向，依次设置有气雾冷却梁5和斜喷箱6；气雾冷却梁5和斜喷箱6间隔设置。
51.在气雾冷却梁中设置有进水管5.2和压缩空气管5.3，在气雾冷却梁朝向热轧带钢的方向上，分别设置有气雾喷嘴5.1
52.在斜喷箱6上，设置有高压密排水喷嘴6.1。
53.沿着热轧带钢的前进方向，在第一冷却段a的后方，依次设置有一个第二冷却段b和一个第三冷却段c。
54.在均热炉1与第一冷却段a之间、第一冷却段a与第二冷却段b之间、第二冷却段b与第三冷却段c之间，以及第三冷却段c的出口端，分别设置有一组压辊4，用于对热轧带钢提供夹持和输送。
55.由于气雾冷却梁和斜喷箱等设备为已有技术，故其具体设备结构和工作过程在此不再叙述。
56.在本技术方案中，采用气雾冷却梁5和斜喷箱6间隔设置形式，通过依次设置第一冷却段a、第二冷却段b和第三冷却段c的布局格式，用于对热轧带钢进行水冷、雾冷和/或空冷的冷却淬火处理。
57.2)热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制：
58.本技术方案利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算、淬火过程动态前馈控制和后计算学习，实现分段淬火工艺。
59.热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制总流程图参如图3所示。
60.当分段淬火控制开始后，首先进行分段淬火设定计算，然后进行定周期信息收集，根据定周期信息收集的结果，进行激励信号判断，若属于“入口定周期激励”信号，则进入“分段淬火前馈控制”子程序；若属于“钢卷尾部激励”信号，则进入“分段淬火后计算”程序，然后分段淬火控制结束。
61.3)热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程设定计算：
62.本技术方案利用目标开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算。其计算过程如下：
63.(1)获取热轧钢卷规格参数(钢种、厚度、速度及开淬温度等)及目标参数(各冷却段的冷却速率及终冷温度)
64.(2)计算第一冷却段的最大水气比下的冷却速率，如果大于目标冷却速率，则第一冷却段的淬火方式选择气雾冷却，否则，选择雾水混合冷却。
65.(3)如果选择了气雾冷却，根据目标冷却速率计算第一冷却段的水气流量及配比，并按此配比计算冷却到第一冷却段的目标终冷温度需要的气雾冷却阀门数。
66.(4)如果选择了雾水混合冷却，则气雾喷嘴按最大气水流量及配比设定，根据目标冷却速率计算第一冷却段的压力喷射水流量，并按此水流量及气雾喷嘴设定参数，计算冷却到第一冷却段的目标终冷温度需要的雾水混合冷却阀门数。
67.(5)重复(2)～(4)的过程，计算第二冷却段和第三冷却段的气水流量和阀门数。
68.(6)将第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段的流量及阀门数设定下发。
69.热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程设定计算流程图参如图4所示。
70.4)热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程前馈控制：
71.本发明根据实测开淬温度进行定周期前馈控制，调整各淬火区淬火阀门数。其计算过程如下：
72.(1)获取热轧钢卷规格参数(钢种和厚度等)、目标参数(各冷却段的冷却速率及终冷温度)及实绩数据(实际速度和开淬温度等)
73.(2)获取第一冷却段设定计算确定的冷却方式、喷嘴流量与配比。
74.(3)如果选择了气雾冷却，按设定计算确定的气雾阀门数、流量及配比计算冷却到第一冷却段出口的温度，如果在公差范围内，则保持设定参数不变；如果超出公差范围，则根据计算温度与目标温度的偏差调整气雾阀门数量。
75.(4)如果选择了雾水混合冷却，按设定计算确定的雾水混合阀门数、流量及配比计算冷却到第一冷却段出口的温度，如果在公差范围内，则保持设定参数不变；如果超出公差范围，则根据计算温度与目标温度的偏差调整雾水混合阀门数量。
76.(5)重复(2)～(4)的过程，调整第二冷却段和第三冷却段的气水流量和阀门数。
77.(6)将第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段调整后的的阀门数设定下发。
78.热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程前馈控制流程图参如图5所示。
79.6)热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程后计算学习：
80.本技术方案利用热轧钢卷规格参数、淬火区实际冷却过程参数和淬火装置入口及出口的实测温度，对淬火冷却换热系数进行后计算学习，以达到不断优化分段淬火冷却效果的目的。其计算过程如下：
81.(1)获取热轧钢卷规格参数(钢种和厚度等)、目标参数(目标终冷温度)及实绩数据(实际速度、开淬温度、终冷温度及各冷却段的阀门开闭状态与流量等)
82.(2)根据热轧钢卷规格参数及实绩数据计算淬火区出口温度，与目标淬火终冷温度进行比较，调整优化换热系数修正值。
83.(3)按钢种规格存储学习后的换热系数修正值，以提高下次设定计算精度。
84.热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程后计算流程图参如图6所示。
85.实施例：
86.本发明的技术方案，在宝武集团某集约化热卷连续热处理生产线上实施。
87.某厚度3mm钢种3的两段淬火工艺参数如下：
88.开淬温度920℃，速度8m/min。
[0089][0090][0091]
某厚度5mm钢种4的三段淬火工艺参数如下：
[0092]
开淬温度920℃，速度6m/min。
[0093][0094]
本发明的技术方案，在集约化热卷连续热处理的加热装置和烘干装置之间布置一套雾水混合淬火冷却装置，构成一个淬火冷却装置区域。通过在压辊隔开的若干淬火冷却区的雾水混合冷却喷射梁的合理布局、冷却方式优选和不同压力流量及水气比的模型调节，在不同冷却区进行水冷、雾冷和空冷，实现分段淬火冷却。其利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算、淬火过程动态前馈控制和后计算学习，实现分段淬火工艺，确保了产品性能稳定。
[0095]
本发明可广泛用于集约化连续热处理产线的热轧钢卷的分段淬火冷却领域。

技术特征：
1.一种集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是：在集约化热卷连续热处理的加热装置和烘干装置之间布置一套雾水混合淬火冷却装置，构成一个淬火冷却装置区域；通过在压辊隔开的若干淬火冷却区的雾水混合冷却喷射梁的合理布局、冷却方式优选和不同压力流量及水气比的模型调节，在不同冷却区进行水冷、雾冷和空冷，实现分段淬火冷却；利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算、淬火过程动态前馈控制和后计算学习，实现分段淬火工艺，确保产品性能的稳定。2.按照权利要求1所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的分段淬火过程自动控制方法，利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程设定计算、淬火过程动态前馈控制和分段淬火过程后计算学习，实现热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制。3.按照权利要求2所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程设定计算，利用目标开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算；其计算过程如下：(1)获取热轧钢卷规格参数及目标参数；(2)计算第一冷却段的最大水气比下的冷却速率，如果大于目标冷却速率，则第一冷却段的淬火方式选择气雾冷却，否则，选择雾水混合冷却；(3)如果选择了气雾冷却，根据目标冷却速率计算第一冷却段的水气流量及配比，并按此配比计算冷却到第一冷却段的目标终冷温度需要的气雾冷却阀门数；(4)如果选择了雾水混合冷却，则气雾喷嘴按最大气水流量及配比设定，根据目标冷却速率计算第一冷却段的压力喷射水流量，并按此水流量及气雾喷嘴设定参数，计算冷却到第一冷却段的目标终冷温度需要的雾水混合冷却阀门数；(5)重复(2)～(4)的过程，计算第二冷却段和第三冷却段的气水流量和阀门数；(6)将第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段的流量及阀门数设定下发。4.按照权利要求3所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的热轧钢卷规格参数至少包括钢种、厚度、速度及开淬温度，所述的目标参数至少包括各冷却段的冷却速率及终冷温度。5.按照权利要求2所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的淬火过程动态前馈控制，根据实测开淬温度进行定周期前馈控制，调整各淬火区淬火阀门数；其计算过程如下：(1)获取热轧钢卷规格参数、目标参数及实绩数据；(2)获取第一冷却段设定计算确定的冷却方式、喷嘴流量与配比；(3)如果选择了气雾冷却，按设定计算确定的气雾阀门数、流量及配比计算冷却到第一冷却段出口的温度，如果在公差范围内，则保持设定参数不变；如果超出公差范围，则根据计算温度与目标温度的偏差调整气雾阀门数量；(4)如果选择了雾水混合冷却，按设定计算确定的雾水混合阀门数、流量及配比计算冷
却到第一冷却段出口的温度，如果在公差范围内，则保持设定参数不变；如果超出公差范围，则根据计算温度与目标温度的偏差调整雾水混合阀门数量；(5)重复(2)～(4)的过程，调整第二冷却段和第三冷却段的气水流量和阀门数；(6)将第一冷却段、第二冷却段和第三冷却段调整后的的阀门数设定下发。6.按照权利要求5所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的热轧钢卷规格参数至少包括钢种和厚度，所述的目标参数至少包括各冷却段的冷却速率及终冷温度，所述的实绩数据至少包括实际速度和开淬温度。7.按照权利要求2所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的分段淬火过程后计算学习，利用热轧钢卷规格参数、淬火区实际冷却过程参数和淬火装置入口及出口的实测温度，对淬火冷却换热系数进行后计算学习，以达到不断优化分段淬火冷却效果的目的；其计算过程如下：(1)获取热轧钢卷规格参数、目标参数及实绩数据；(2)根据热轧钢卷规格参数及实绩数据计算淬火区出口温度，与目标淬火终冷温度进行比较，调整优化换热系数修正值；(3)按钢种规格存储学习后的换热系数修正值，以提高下次设定计算精度。8.按照权利要求7所述的集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，其特征是所述的热轧钢卷规格参数至少包括钢种和厚度；所述的目标参数至少包括目标终冷温度；所述的实绩数据至少包括实际速度、开淬温度、终冷温度及各冷却段的阀门开闭状态与流量。

技术总结
一种集约化热轧钢卷连续热处理的分段淬火过程自动控制方法，属冶金自控领域。在集约化热卷连续热处理的加热装置和烘干装置之间布置一套雾水混合淬火冷却装置，通过在压辊隔开的若干淬火冷却区的雾水混合冷却喷射梁的合理布局、冷却方式优选和不同压力流量及水气比的模型调节，在不同冷却区进行水冷、雾冷和空冷，实现分段淬火冷却；利用目标开淬温度、实测开淬温度、目标分段温度和目标分段冷速，进行淬火工艺参数模型计算、预设定计算、淬火过程动态前馈控制和后计算学习，实现分段淬火工艺，确保产品性能的稳定。可广泛用于集约化连续热处理产线的热轧钢卷的分段淬火冷却领域。续热处理产线的热轧钢卷的分段淬火冷却领域。续热处理产线的热轧钢卷的分段淬火冷却领域。


技术研发人员：吴建峰 温识博 张志超 朱健桦
受保护的技术使用者：宝山钢铁股份有限公司
技术研发日：2022.01.28
技术公布日：2023/8/9