способ управления условиями охлаждения проката

Формула изобретения

Способ управления охлаждением прокатываемого металла, включающий измерение его температуры и параметров движения, сравнение измеренной температуры с ее заданным значением и коррекцию расхода охладителя, отличающийся тем, что перед началом процесса прокатки металла устанавливают расход охладителя в соответствии с расходом, характерным для металла такого же или близкого сортамента и марки, прокатанного без отклонений от нормативов по качеству.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для управления условиями охлаждения проката.

Известен способ горячей прокатки полос, который предусматривает управление условиями охлаждения проката и включает регулировку подачи охладителя в зависимости от температуры прокатки и углеродного эквивалента стали (см. описание к патенту РФ 2120481, C 21 D 9/48, 1998 /1/). Недостатком известного способа является сложность точного воспроизведения результатов проката различного сортамента и ограниченность применения.

Известен способ управления процессом охлаждения фасонного проката, преимущественно уголка и швеллера, включающий измерение температуры и скорости проката на входе установки охлаждения, температуры охладителя на входе и выходе установки, расхода охладителя на входе установки, задание требуемой для данной марки стали и сортамента температуры конца охлаждения проката, измерение температуры охлажденного металла, расчет расхода охладителя и его корректировку по измеренным значениям параметров и разделение общего расхода охладителя на потоки сплошного и избирательного охлаждения (см. описание к патенту РФ 2049568, В 21 В 37/00, 1995 /2/). Недостатком известного способа является ограниченность использования, поскольку он предназначен для фасонного проката и сложность реализации, связанная с разделением охладителя на несколько потоков, каждый из которых влияет на общие условия охлаждения проката, последствия которых трудно поддаются учету, не могут быть быстро скорректированы, что в свою очередь влияет на качество проката и воспроизводимость результатов.

Наиболее близким к заявляемому по своей технической сущности и достигаемому результату является способ управления условиями охлаждения нагретого тела (проката), известный из описания к патенту РФ 2067904, В 21 В 37/00, 1996 /3/. Известный способ включает измерение температуры на выходе из теплового агрегата термообработки при передаче в систему охлаждения и температуры тела на входе в систему охлаждения, определение параметров движения тела, задание температуры конца охлаждения тела, вычисление расхода охладителя и регулирование расхода его путем управления количеством работающих секций охлаждения.

Недостатками известного способа являются невозможность точного воспроизведения процесса охлаждения для различных сортаментов и разброс физико-механических свойств проката по длине полосы, связанных с неоднородными условиями охлаждения. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Если заблаговременно не настроить систему охлаждения на параметры поступающего на вход прокатного стана сортамента, то система может начать работать с отклонением от заданных значений температуры (либо с перегревом, либо с переохлаждением), а поскольку прокат идет с большой скоростью, а системы управления и охлаждения обладают некоторой инерционностью, то часть полосы будет охлаждена в неоптимальных условиях и чем больше разница в размерах сортамента от предыдущего к последующему, тем будет больше отклонения параметров охлаждения от требуемых и тем большие куски проката будут иметь отклонение от желаемых.

Заявляемый в качестве изобретения способ управления условиями охлаждения проката направлен на повышение его однородности по физико-механическим свойствам по длине проката независимо от сортамента.

Указанный результат достигается тем, что способ управления условиями охлаждения проката включает измерение его температуры и параметров движения, сравнение измеренной температуры с заданным значением и коррекцию расхода охладителя, при этом перед началом проката металла устанавливают расход охладителя в соответствии с расходом, характерным для металла такого же или близкого сортамента и марки, прокатанного без отклонений от нормативов по качеству.

За счет этого повышается стабилизация физических и механических свойств проката. Действительно, прокатный стан катает несколько тысяч сортаментов проката, отличающихся по размерам и маркам стали, т.е. существенно разнящимися по требуемым условиям охлаждения. Если не проводить предварительную настройку системы охлаждения, а осуществлять регулировку расхода охладителя только на основании измерения температур на входе и выходе металла из охлаждающей установки и на основании измерения параметров движения, то на начальных участках проката (в зависимости от инерционности системы управления, вносящей коррективы в процесс и скорости прокатки) его свойства не будут отвечать требуемым из-за отклонений условий охлаждения от оптимальных. Если же осуществить настройку системы охлаждения, чтобы она обеспечивала условия, близкие к требуемым, то уже в начале процесса прокатки отклонения от заданных будут незначительными, шаг корректировки небольшим, а значит однородность свойств повышается, а фрагменты полосы с отклонением свойств от требуемых будут меньше, чем в прототипе.

Сущность заявляемого способа поясняется примером его реализации.

В общем случае способ реализуется следующим образом. Учитывая, что стан катает несколько тысяч сортаментов металла, то их разбивают на некоторое количество групп (например, на 100 или 200), которые могут иметь близкие условия охлаждения с точки зрения нормирования. Каждая группа имеет свой набор технологических ограничений и требует построения отдельной настроечной функции, которая может быть задана таблично на сетке переменного шага. Величина шага может определяться в зависимости от конструкции охлаждающей установки. Это могут быть секции охлаждения, группы сопел в душирующей установке или отдельные сопла. (Для простоты будет использоваться термин "секция охлаждения").

В процессе работы стана формируется его "история", т.е. набирается статистика по условиям проката того или иного сортамента и качеству готовой продукции. Если анализ полученного проката показывает, что отклонений от нормативов нет или они минимальны, то сведения о таком процессе и, в первую очередь, о настройке и условиях работы системы охлаждения вводятся в базу данных. Если таких партий оказывается несколько, то настроечная функция формируется на основании нескольких результатов с усредненными весовыми коэффициентами.

Теперь при появлении на стане партии проката, для сортамента которой сформулирована настроечная функция, ее выбирают из базы данных и в соответствии с ней осуществляют настройку системы охлаждения, чтобы обеспечить наиболее оптимальную ее работу с точки зрения качества получаемого проката. В процессе прокатки измеряют с помощью известных средств температуру конца прокатки (Т_кп), температуры смотки (Т_см), скорости (V) и толщины (Н) полосы на выходе из чистовой группы и по результатам измерений вводят коррекцию в работу системы охлаждения, включая или выключая соответствующие секции охлаждения (сопла). А учитывая тот факт, что предварительная настройка системы охлаждения уже является оптимальной, то коррекции будут подлежать незначительные отклонения параметров от заданных, вызванные различного рода флуктуациями в работе агрегатов стана (скорость прокатки, температура охлаждающей среды, температура окружающей среды и т.п.), и таким образом будет обеспечена стабильность свойств проката по его длине.

Если же на стане появляется партия, относящаяся к сортаменту, впервые прокатываемому, т.е. на который еще нет точных данных, обеспечивающих оптимальные режимы прокатки, то из базы данных выбирается настроечная функция, наиболее близкая к требуемой, т.е. из той же группы (на которые разбиты все сортаменты), имеющей тот же набор технологических ограничений. После проката такой полосы, в процессе которого происходит корректировка работы всех систем, производят анализ полученных данных. Если свойства полосы укладываются в нормативы, то формируется настроечная функция уже для данного сортамента и вносится в базу данных.

Таким образом, при прокатке формируют одновременно все настроечные функции для катаемых групп сортаментов, причем, чем чаще катают данный сортамент, тем точнее настройка и меньше вероятность ошибок.

При формировании настроечной функции одновременно выбирают несколько значений функции по каждой переменной и вычисляют коэффициенты коррекции, которые являются частными производными функции по всем ее переменным. Вычисленная настройка с коэффициентами коррекции запоминается.

При выходе полосы из чистовой группы измеряют реальную скорость, толщину и температуру конца прокатки. По формуле

N = N₀ + К_v AV + К_т AT + K_н AH

вычисляют необходимое количество секций (сопел) и производят выдачу заданий на автоматику охлаждения,

где N - количество включаемых сопел;

AV, AT, АН - отклонение параметров V, Н, Т_кп - Т_см от значений, использованных при вычислении N₀.

В момент выхода последней полосы партии из чистовой группы операторы стана производят настройку чистовой группы на новую партию. При этом с учетом температуры подката и заданных характеристик листа задаются заправочные скорости, ускорения и зазоры клетей и другие параметры, например, такие как включение сопел межклетевого охлаждения. После формирования настроек их считывают и используют для вычисления значений функции настройки и коэффициентов коррекции. Поскольку нормативами задан набор разрешенных к включению рабочих секций (сопел) настройка установки охлаждения полностью определена. Как показала опытная проверка, вычисление настроек по такой схеме требует нескольких (~5) секунд.

В момент выхода головы полосы из чистовой группы производят измерение скорости последней катающей клети (она отличается от настроечной из-за просадок скорости приводов под нагрузкой и коррекцией операторов), толщины полосы и ее температуру. Поскольку коэффициенты подсчитаны предварительно, коррекция настроек и формирование заданий занимает доли секунды.

Откорректированные настройки передаются локальной автоматике установки охлаждения, которая при проходе полосы через установку по данным системы слежения включает и выключает секции (сопла) с учетом отсечки концов полосы.

На входе полосы в моталку замеряют температуру смотки. После завершения душирования полосы производят анализ полученных данных.

1. Проверяют соответствие технологии охлаждения нормативу.

2. Проверяют правильность компенсации ускорения полосы.

3. Проверяют попадание температуры смотки в заданные допуски.

4. Вычисляют среднюю температуру смотки и величину снижения температуры в установке ламинарного охлаждения.

Если анализ данных не показывает нарушений нормативов и технологии, полосу используют для корректировки настроечной функции.