專利名稱：一種以溫度為直控參數的高速線材斯太爾摩線冷卻方法
技術領域：
本發(fā)明涉及冶金軋制領域，具體地說，本發(fā)明涉及一種以溫度為直控參數的高速線材斯太爾摩(STE0M0R)冷卻方法。
背景技術：
在冶金軋制領域，對高速線材質量要求更多的是必須滿足后部工序的使用性能。 一般線材交貨技術條件規(guī)定的質量內容有外形及尺寸精度；表面質量及氧化鐵皮；截面質量及金相組織；化學成分及力學性能。高速線材軋機的生產工藝特點可以概括為連續(xù)、高速、無扭和控冷。其中高速軋制是最主要的工藝特點。大盤重、高精度、性能優(yōu)越則是高速線材軋機的產品特點。高速無扭精軋工藝是現代線材生產的核心技術之一。高速軋機線材生產技術中 “高速”對工藝的要求一是保證實現高速的條件；二是解決高速實現后產生的問題。通常把優(yōu)質碳素結構鋼中碳的質量百分數不小于0. 45%的中高碳鋼軋制的線材稱為硬線，我國硬線生產與國外相比尚有不小差距，主要表現在品種質量上晶粒大小不均勻且級別偏低、一次冷拔率低、疲勞性能幾乎比國外同等產品低一個數量級，有些高技術含量、高性能的產品，如優(yōu)質鋼簾線、PC線等還依賴于進口。硬線的強度等性能問題是困擾國內高線經濟效益的關鍵問題，也是國內重點工程的硬線市場被日本產品占領的原因所在。 因此研究和有效控制硬線產品的質量和性能有著迫切和重要的意義。硬線中最具代表性的高等級產品就是預應力鋼絲用鋼(SWRH82B-1)，該產品主要用于鋼絲繩、鋼絞線、斜拉索、跨江和跨海橋梁、大型建筑、水利等重要用途。在這些重要工程項目的施工中，預應力鋼材均作為主筋承受其公稱抗拉強度的70%以上的載荷。由于預應力鋼材等硬線產品要與錨夾片匹配使用，因此要求預應力鋼材的強度要與錨夾片的強度相匹配，但目前國內線材行業(yè)的硬線產品普遍存在強度波動大的問題，因此往往由于預應力鋼材強度波動大，無法實現與錨夾片的最佳匹配而出現滑絲的質量事故，對工程造成不利影響，也給用戶造成了巨大損失。隨著工程技術要求的不斷提高，用戶對硬線產品的抗拉強度指標提出了更高要求，不但要求抗拉強度要滿足供貨標準，而且還要求強度具有優(yōu)良的穩(wěn)定性。但硬線產品往往受到化學成分波動和環(huán)境溫度波動的直接影響而難以保持穩(wěn)定，形成了制約線材行業(yè)中硬線產品性能提高的質量難題。因此，線材軋后的控制冷卻是整個線材生產中產品質量控制的重要手段之一，它對線材成品的內部組織、力學性能及二次氧化均有重要的影響?？刂评鋮s的實質是利用軋件軋后的軋制余熱，以一定的控制手段控制其冷卻速度，從而獲得所需要的組織和性能，以達到提高產品質量的目的。1964年，加拿大斯太爾柯鋼鐵公司和美國摩根公司聯合研制的高速線材軋機，首次采用了線材散卷控制冷卻工藝，稱之為斯太爾摩控制冷卻方法。這是線材生產發(fā)展史上的重大技術革命之一，并在世界高速線材軋機控冷線上得到了廣泛的應用。
斯太爾摩控制冷卻工藝為了適用不同鋼種的需要，具有三種冷卻形式。這三種類型的水冷段相同，依據運輸機的結構和狀態(tài)不同而分標準型冷卻、緩慢型冷卻和延遲型冷卻。標準型斯太爾摩冷卻工藝布置通常包括精軋機組、冷卻水箱、吐絲機、風機、送風室、集卷筒等。其運輸速度為0. 25 1. 4m/s，冷卻速度為4 10°C /s，它適用于高碳鋼線材的冷卻。終軋溫度為1040°C 1080°C的線材從精軋機組出來后，立即進入由多段水箱組成的水冷段進行強制水冷至750 850°C，水冷時間控制在0. 6s，水冷后溫度較高，目的是防止線材表面出現淬火組織。在水冷區(qū)控制冷卻的目的在于延遲晶粒長大，限制氧化鐵皮形成，并冷卻到接近但又明顯高于相變溫度的溫度。線材水冷后經夾送輥夾送進入吐絲機成圈，并呈散卷狀布放在連續(xù)運行的斯太爾摩運輸機上，運輸機下方設有風機可進行鼓風冷卻。經風冷后線材溫度約為350 400°C，然后進入集卷筒集卷收集。緩慢型冷卻是為了滿足標準型冷卻無法滿足的低碳鋼和合金鋼之類的低冷卻速度要求而設計的。它與標準型冷卻的不同之處是在運輸機前部加了可移動的帶有加熱燒嘴的保溫爐罩。由于采用了燒嘴加熱和慢速輸送，緩慢冷卻斯太爾摩運輸機可使散卷線材以很緩慢的冷卻速度冷卻。它的運輸速度為0. 05 1. 4m/s，冷卻速度為0. 25 10°C /s，它適用于處理低碳鋼、低合金鋼和合金鋼之類的線材。延遲型冷卻是在標準型冷卻的基礎上，結合緩慢型冷卻的工藝特點加以改進而成。它在運輸機的兩側裝上隔熱的保溫層側墻，并在兩側保溫墻上方裝有可靈活開閉的保溫罩蓋。當保溫罩蓋打開時，可進行標準型冷卻；若關閉保溫罩蓋，降低運輸機速度，又能達到緩慢型冷卻效果。它的運輸速度為0. 05 1. 4m/s，冷卻速度為1 10°C /s，它適用于碳鋼、低合金鋼和某些合金鋼線材。現有的高速線材斯太爾摩冷卻是通過設定風機風量、輥道速度和保溫罩開閉三類工藝參數來控制線材的軋后冷卻，但該技術手段屬于間接式、開式參數控制，無論是冷卻控制工藝還是軟硬件配置均存在很大缺陷，無法解決線材強度穩(wěn)定性差、組織性能難以優(yōu)化等質量問題，其不足主要體現在以下幾個方面1、冷卻控制方法存在不足隨著線材在重大工程中的廣泛應用，用戶對產品的強度穩(wěn)定性提出了更高要求， 已有研究表明化學成分和環(huán)境溫度是影響強度穩(wěn)定性的主要因素，但現有的工藝控制方式無法有效解決這些矛盾?；瘜W成分和環(huán)境溫度不斷變化，但目前硬線產品的冷卻工藝中輥道速度、風機風量等參數基本不變，即使對參數進行調整也存在滯后或與成分和環(huán)境溫度變化無法正確匹配的現象。這主要由于調節(jié)風機風量、輥道速度和保溫罩開閉的最終目的是控制盤條在斯太爾摩線上的冷卻速度，但由于斯太爾摩線只有2個溫度點，且溫度測量又不準確，不具有參考價值，所以調節(jié)風機風量、輥道速度和保溫罩開閉的實際效果難以快速準確地判斷，只能等盤條最終的力學試驗結果。但試驗結果又大大滯后，有的甚至滯后1-2天，等試驗結果出來，該軋批早已生產完了，又造成不能形成閉環(huán)動態(tài)地調節(jié)，這一系列矛盾導致了現有的工藝控制方式無法實現動態(tài)閉環(huán)的調節(jié)，也就無法避免化學成分和環(huán)境溫度對強度穩(wěn)定性造成的影響。
雖然，目前斯太爾摩線冷卻控制是通過風機風量和輥道速度來實現，但是這種工藝參數的選擇也不合理，是一種間接控制方式。2、難以對現有產品的組織性能進行優(yōu)化原來斯太爾摩冷卻參數源于開工時MORGAN提供的理論參考值，但并非最優(yōu)參數， 但目前沒有有效手段對這些參數進行改進和優(yōu)化。其主要原因有如下幾方面1)數據采集不全，難以進行系統(tǒng)全面的分析和研究，L2系統(tǒng)存儲的斯太爾摩線溫度的準確性無法保證，存儲的字段不全面，且沒能把化學成分、斯太爾摩溫度和抗拉強度等相關數據進行有機溝連，導致無法進行系統(tǒng)全面地分析。2)硬件配置存在缺陷，斯太爾摩線原來只有兩臺測溫儀，測溫儀數量嚴重不足，無法反映各段的冷卻效果，而且測溫值為定時的隨機取值，經常把盤條溫度與輥道溫度相混淆，無法反映出盤條的真實溫度。歷史事件也表明現有的測溫儀配置無法發(fā)現風機故障等異常情況，導致批量性能不合格產品的出現，因此需要完善斯太爾摩線溫度檢測的硬件配置。3)缺乏控制模型，無法實現精確控制，要想切實提高線材強度的穩(wěn)定性，就必須建立強度穩(wěn)定性的控制模型，找到強度與其主要影響因素(化學成分和環(huán)境溫度)間的定量關系，但由于缺乏專門研究，且數據不全，也無法建立這個模型；4)沒有專門的軟件支持斯太爾摩工藝的研究和改進，除了缺乏硬件，也缺乏專門的軟件進行信息顯示、數據采集、模型分析、冷卻調節(jié)等工作，導致線材斯太爾摩線冷卻的改進和產品組織性能的優(yōu)化難以進行?！癈N200410050691.2”發(fā)明專利公開了一種高速線材軋機斯太爾摩線氣霧冷卻裝置及方法，可以在提高斯太爾摩線的冷卻強度的同時解決搭接點組織，性能不均的問題。即在吐絲機后，斯太爾摩風機前的一段空冷輥道的上方，兩側對稱地設置氣霧冷卻器，先從線圈搭接點上方，重點向搭接點處噴霧冷卻，然后斯太爾摩風冷線再從下方風冷，并利用“佳靈裝置”重點向搭接點處吹風。通過氣霧冷卻裝置的線材搭結點與非搭結點的強度差降到 5 7MPa ；線材整體強度可提高20 25MPa ；可減少線材表面的氧化鐵皮，減少二次加工時的酸耗，改善表面質量；同時降低了環(huán)境溫度，改善了操作環(huán)境。但是，如該專利所述，其目的在于提高斯太爾摩線的冷卻強度的同時解決搭接點組織，性能不均的問題。目前斯太爾摩冷卻線廣泛用于高速線材生產線上，但該工藝的突出缺點是在風冷線上，線圈疏密分布不均，搭接點處線材密度最大，線圈中心處線材密度最小，因而線圈搭接點處不僅較其他位置冷卻速度低，而且其相變起始位置和相變時間有不同程度的滯后。雖然通過調整佳靈裝置或改變輥道速度可改變這種不均勻程度，但線材同圈性能的差異仍較大。如寶鋼生產的82B線材，其抗拉強度同圈差為10 12MPa，國內其他生產廠家一般為15 20MPa，而且線材直徑越大，該問題越突出。因此，優(yōu)化線材產品的組織性能，提高線材強度的穩(wěn)定性，是當前線材行業(yè)普遍存在的質量難題。

發(fā)明內容
為克服上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種以溫度為直控參數的閉環(huán)式高速線材斯太爾摩線冷卻方法。本發(fā)明把溫度作為斯太爾摩冷卻的直接控制參數，突破了原來以風機風量、風機開閉數量和輥道速度的間接控制參數。根據本發(fā)明，一方面可以把CCT曲線直接應用于現場，減少試驗等制造成本；同時，形成線材在斯太爾摩線上的冷卻曲線，通過保持冷卻曲線的穩(wěn)定性來提高強度的穩(wěn)定性，通過優(yōu)化冷卻曲線來實現線材軋后組織性能的優(yōu)化。本發(fā)明方案如下一種以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，所述冷卻方法包括以下步驟(1)在斯太爾摩線設7臺紅外測溫儀，即在斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第 6段和集卷分別設置一臺紅外測溫儀，每二臺風機構成一段，另，設置環(huán)境溫濕度儀；(2)增設系統(tǒng)建立和安全運行所需的相關硬件，所述相關硬件包括電信連接的計算機、接口、數據采集器、線纜等；(3)建立與所述相關硬件相配套的軟件系統(tǒng)，形成線材在斯太爾摩線上的標準冷卻曲線和實際冷卻曲線；(4)根據化學成分和環(huán)境溫度的變化，運用神經網絡技術建立斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型和斯太爾摩線風機風量設定預測模型；(5)運用風機風量設定預測模型導出各臺風機的風量設定值，檢驗實際冷卻曲線和標準冷卻曲線的差異；(6)通過風機風量的調整實現對實際冷卻曲線的調節(jié)，消除實際冷卻曲線和標準冷卻曲線間的差異。根據本發(fā)明所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，根據斯太爾摩線不同溫度區(qū)間進行紅外測溫儀的選型。第一段600-1400°C第二、三、四、五、六段400-900°C集卷0-600°C溫濕度儀環(huán)境溫度-10°C -70°C 環(huán)境濕度0-100%。根據本發(fā)明所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，測溫儀的取值采用最大值的取值方式，確保取到盤條的真實溫度，測溫儀的參數設定取值頻率1個/3秒。根據本發(fā)明所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，所述軟件包含五個功能模塊操控界面、信息跟蹤、規(guī)程調用、數據查詢、模型預測。根據本發(fā)明的所述軟件包含五個功能模塊的操控界面，既顯示出標準冷卻曲線， 又顯示出實際冷卻曲線；能夠顯示出各溫度點的設定值、實際值、模型預測值、實際值與設定值的溫差；可進行超溫值的上限和下限設定，并在溫度超標時能夠通過閃爍方式提示操作人員即時調控；能夠顯示出斯太爾摩各段輥道速度、風機風量、保溫罩開閉狀態(tài)；能夠計算并顯示出各段的冷卻速率；能夠準確顯示出當前的物料信息爐號、軋批號、卷號、終軋速度；能夠顯示環(huán)境溫濕度；能夠動態(tài)形象地模擬盤條在斯太爾摩線上的有無狀態(tài)和運行狀態(tài)。根據本發(fā)明的所述軟件包含五個功能模塊的數據的采集與傳輸(通信功能)，能夠采集到L2級系統(tǒng)(生產控制系統(tǒng)為Ll級系統(tǒng)，生產管理系統(tǒng)為L2級系統(tǒng))的日期、軋批號、爐號、規(guī)格、鋼種、化學成分(C、Si、Mn、P、S、Cr、Cu、Ni)、吐絲溫度、斯太爾摩輥道速度、保溫罩狀態(tài)、1#_14#風機風量、軋制速度、斯太爾摩原有兩個點的溫度、性能參數(抗拉強度、面縮率、延伸率)、新增的斯太爾摩1-6段的盤條溫度、集卷的盤條溫度、環(huán)境溫濕度。根據本發(fā)明的所述軟件包含五個功能模塊的數據的采集與傳輸(通信功能)，與 IPC實現通信，能夠允許IPC系統(tǒng)采集所需數據。通過數據采集卡和程序調用的方法進行所需數據的采集并運用VB語言進行編程，實現數據和信息的暢通。數據采集后形成完整的表單，通過提供數據采集接口，供IPC系統(tǒng)調用相應數據。根據本發(fā)明所述軟件包含五個功能模塊的信息跟蹤(如圖4)，能夠即時準確地跟蹤并顯示出當前生產的時間、爐號、軋批號、卷號，使溫度與產品信息一一對應。因為，斯太爾摩風冷線上往往同時存在多卷盤條，因此必須將每個測溫點(TO到 T7)的傳感器測溫數據正確的對應到每一卷線材上，否則數據的記錄毫無意義。對于其中的一個測溫點來說，它的典型溫度曲線是一個先上升后下降的一個過程，當線材通過這個測溫點時，溫度測量信號開始上升，經過一段時間后，線材卷的末端通過此測量點，溫度測量信號開始下降，從總體上看，形成一個很有規(guī)則的方波曲線(圖17)。由于TO到T7是依次排開的，因此8條曲線的上升沿和下降沿也會是依次排開，假設軟件系統(tǒng)是從斯太爾摩線上無線材卷時開始的，那么TO是最先出現上升和下降沿的，而 T7是最后出現上升和下降沿的。我們設計了一個線材的先入先出隊列，當一個測溫點的下降沿到達時，表示剛剛有一卷線材通過了此測溫點，這時系統(tǒng)會將此測溫點的最大值相應寫入。根據本發(fā)明所述軟件的五個功能模塊中的規(guī)程調用(如圖幻，能夠進行斯太爾摩冷卻規(guī)程的新建、編輯和存儲。能夠把已存好的規(guī)程調用到當前的主畫面內，顯示出標準溫度設定值；人工輸入標準溫度設定值并調用到當前的主畫面內。根據本發(fā)明所述軟件包含的五個功能模塊中的數據查詢(如圖6)，能夠根據使用需要，按照時間和字段查到所要的歷史數據并生成EXCEL格式的文件，以便于進一步深入分析。根據本發(fā)明所述軟件包含的五個功能模塊中的模型預測(如圖7)，能夠根據需要，查到所要的歷史數據并生成EXCEL格式的文件，進行必要的統(tǒng)計分析直方圖、散點圖、 曲線圖、回歸分析等。能夠顯示出化學成分、T0-T7溫度、環(huán)境溫濕度和抗拉強度隨時間變化的趨勢和規(guī)律。能夠計算出統(tǒng)計數據的最大值、最小值、平均值、方差和標準差并用正態(tài)曲線進行圖形顯示。根據本發(fā)明所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，所述模型精度要求按模型計算出的風機風量進行設定，所得到的斯太爾摩線實際冷卻曲線與標準冷卻曲線在各點溫度上的差異小于15°C (7個點均滿足該要求)；響應時間彡60S。根據本發(fā)明所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，所述斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型輸入變量為規(guī)格、鋼種、強度、及C、Mn、Cr含量；所述斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型輸入變量為T0-T7點的溫度。
根據本發(fā)明所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，所述斯太爾摩線風機風量設定預測模型的輸入變量為T0-T7點的溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、終軋速度，所述斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型輸出變量模型輸出變量為風機風量(注每2臺風機為一個段，因此共有7個輸出變量)。根據化學成分和環(huán)境溫度的變化，建立斯太爾摩最佳冷卻曲線預測模型和斯太爾摩風機風量設定預測模型，指導現場操作人員進行快速準確地調控，使線材的抗拉強度不受化學成分和環(huán)境溫度的影響，始終保持穩(wěn)定。根據本發(fā)明，以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法的系統(tǒng)圖如圖1。在斯太爾摩線增設7臺紅外測溫儀(分別安裝在斯太爾摩線第1段、第2段、……、第6段和集卷)和1臺環(huán)境溫濕度儀。根據不同溫度區(qū)間進行測溫儀的選型。根據本發(fā)明，以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法的硬件配置與安裝如圖 2，。增設系統(tǒng)建立和安全運行所需的所有相關硬件計算機、接口、數據采集器、線纜等，實現所有硬件的整體合理安裝。S為斯太爾摩風冷線，T為吐絲機，K為控制室，F1-F14分別為1_14#風機，T0-T7點分別為斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6段和集卷段的溫度點，H為斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6段和集卷段的紅外測溫儀。根據本發(fā)明，以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法的設計與實現如圖3。建立與硬件相配套的軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠采集到Ll級、L2級等相關數據，形成線材在斯太爾摩線上的標準冷卻曲線和實際冷卻曲線，還可以進行必要的統(tǒng)計分析并提供全面、詳實和形象的信息，具有良好便捷的操作界面。軟件包含五個功能模塊操控界面、信息跟蹤、規(guī)程調用、數據查詢、模型預測。根據本發(fā)明，以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法的預測模型的設計與實現如圖5。根據化學成分和環(huán)境溫度的變化，運用神經網絡技術建立斯太爾摩最佳冷卻曲線預測模型和斯太爾摩線風機風量設定預測模型，指導現場操作人員進行快速準確地調控，使線材的抗拉強度不受化學成分和環(huán)境溫度的影響，始終保持穩(wěn)定。本發(fā)明的有益效果為1、新的冷卻方法的現場應用表明斯太爾摩冷卻控制系統(tǒng)能夠有效識別環(huán)境溫度對盤條冷卻速率的影響，通過保持冷卻曲線的穩(wěn)定性就可以提高盤條力學性能的穩(wěn)定性， 而且可以對盤條的組織性能進行更為深入地研究，并進行更為“精確”地控制和改進。2、在系統(tǒng)集成的基礎上，對12. 5-13. 0SWRH82B-1的斯太爾摩冷卻工藝進行了重大改進，由原來通過設定風機風量和輥道速度的間接控制方式，改為通過設定各段溫度值的直接控制方式，溫度設定值可根據化學成分進行效應調整來避免成分的強度穩(wěn)定性的影響；在成分穩(wěn)定的前提下，為了保持各點溫度，可以根據當時的環(huán)境溫度動態(tài)調整風機風量和輥道速度來避免環(huán)境溫度對強度穩(wěn)定性的影響，實現了動態(tài)的工藝制度。3、新的冷卻方法有效提高了 12. 5-13. 0SWRH82B-1的強度穩(wěn)定性，實現了項目目標在不同溫度和成分波動下，012. 5- 0 13. O規(guī)格SWRH82B-1盤條的強度控制在 1140-1230Mpa。試驗結果表明強度可以控制在1170_1210Mpa。4、該技術成果具有創(chuàng)新性和較大的經濟效益，可以避免以往由于風機異常導致的線材組織異常事故，也可以在一定程度上改善近2年出現的網碳現象，在減少線材由于組織性能異常導致的改鋼和判次方面產生直接的經濟效益。通過對技術成果的更深更廣地應
8用，可以提高線材產品的整體質量，解決強度波動等行業(yè)內的共性質量難題，使寶鋼的線材產品質量適用于重要工程的需要，因此具有更大的社會經濟效益。5、通過系統(tǒng)集成和技術開發(fā)，直接以溫度曲線和冷卻速率作為控冷工藝參數在國內尚屬首創(chuàng)，完成后，使線材的組織性能控制更為便捷和科學，也使得線材組織性能演變規(guī)律的研究更為深入。


圖1為本發(fā)明的工藝設計總圖；圖2為本發(fā)明中測溫儀安裝位置示意圖；圖3-圖7為本發(fā)明模型界面圖圖3-操控界面；圖4-信息跟蹤界面；圖5-規(guī)程調用界面；圖6-數據查詢界面；圖7-模型預測界面；圖8為物料信號圖；圖9本發(fā)明中斯太爾摩風機風量調整前的冷卻曲線差異圖；圖10為本發(fā)明中STE0M0R風機風量調整中的冷卻曲線差異圖；圖11為本發(fā)明中STE0M0R風機風量調整后的冷卻曲線差異圖；圖12A、B分別為本發(fā)明實施例中金相組織對比圖；圖12A為環(huán)境溫度22°C時的 12. 5SWRH82B-1金相組織12B為環(huán)境溫度12°C時工藝改進后的金相組織圖。圖13為本發(fā)明實施例中強度指標效果對比圖。圖中，S為斯太爾摩風冷線，T為吐絲機，K為控制室，F1-F14分別為1_14#風機， T0-T7點分別為斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6段和集卷段的溫度點，H為斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6段和集卷段的紅外測溫儀。圖9-圖10中，方塊點連接線為預測值，圓點連接線為實際值。
具體實施例方式以下用實施例結合附圖對本發(fā)明作更詳細的描述。實施例本實施例以典型的硬線產品012. 5-013. O SWRH82B-1為代表，以優(yōu)化硬線產品的強度指標和提高強度的穩(wěn)定性為目標，通過增加斯太爾摩溫度檢測點、開發(fā)操控軟件和預測模型，建立了斯太爾摩冷卻控制系統(tǒng)。即，建立斯太爾摩冷卻控制系統(tǒng)，消除化學成分和環(huán)境溫度等相關因素的影響，使產品在不同爐次和各個季節(jié)的生產過程中都能依靠該系統(tǒng)來確?？估瓘姸鹊姆€(wěn)定。通過使用斯太爾摩冷卻控制系統(tǒng)，使012. 5-013. 0規(guī)格SWRH82B-1 盤條的抗拉強度在不同成分和溫度波動下，保持在1140-1230Mpa。本發(fā)明所述模型應適用于所有高碳鋼產品。首先，斯太爾摩線冷卻控制系統(tǒng)的硬件配置與安裝。一 .在斯太爾摩線增設7臺紅外測溫儀，即在斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6段和集卷分別設置一臺紅外測溫儀，另，第十臺風機處設一臺環(huán)境溫濕度儀。1. 1. 1)測溫儀的位置根據斯太爾摩線的風機布置特點12臺風機集中在前6段，每段下面布置了 2臺風機，最后2臺風機用于控制集卷溫度，所以測溫儀的位置定在第1段至第6段的末端，集卷處再配置1臺測溫儀。再在通風效果較好的10號風機處配置1臺環(huán)境溫濕度儀，用于測量冷卻介質的溫濕度，這就使斯太爾摩線所有冷卻關鍵點都能得到全面的監(jiān)測。具體位置如圖2所示。1. 1. 2)測溫儀的數量根據配置需求，確定測溫儀的數量為紅外測溫儀7臺，環(huán)境溫濕度儀1臺。1. 1.3)測溫儀的選型為了提高測量精度，按照斯太爾摩各段的溫度范圍來選擇測溫儀的型號第一段600-1400°C第二、三、四、五、六段400-900°C集卷0-600°C溫濕度儀環(huán)境溫度-10°C -70°C 環(huán)境濕度0-100%1. 1.4)測溫儀的取值為了避免線圈間隙對測溫結果的影響，采用最大值的取值方式，確保取到盤條的
真實溫度。1.1.5)測溫儀的參數設定取值頻率1個/3秒。測溫儀的信號電纜紅外測溫儀為四芯屏蔽電纜、環(huán)境溫濕度儀為六芯屏蔽電纜。 測溫儀的電源J4VDC ；測溫儀具有冷卻裝置，可進行水冷和氣冷，能耐315°C的環(huán)境溫度。 數據采集器ACL8216。1. 2)增加計算機，安裝軟件，實現圖形顯示、數據通信和數據存儲等功能。二 .增設系統(tǒng)建立和安全運行所需的相關硬件，所述相關硬件包括電信連接的計算機、接口、數據采集器、線纜等，并作整體安裝。2.1.1)設備的現場安裝把7臺紅外測溫儀分別安裝在條鋼廠線材分廠斯太爾摩冷卻線第1段至第六段傳動側的每段段末處，以及集卷的傳動側，使測溫儀能夠準確檢測到盤卷的表面溫度。把1臺環(huán)境測溫儀安裝在斯太爾摩冷卻線第10號風機的進風口處。安裝水冷和風冷管路，使7臺紅外測溫儀得到足夠的風冷和水冷，能夠耐250°C的現場溫度。安裝適應現場環(huán)境的數據和信號傳輸線纜，使8臺測溫儀所采集的信號和數據能夠傳送到CP3操作室。2. 1. 2)提供相關部件，包括對測溫儀進行風冷和水冷所用的管路；測溫儀的信號和數據傳輸所用的線纜；電源部件等設備安裝所需的其他各種必須附屬部件。2. 1.3)實施過程測溫儀的冷卻-水和氣的管路敷設和對其他設備的影響分析
測溫儀的冷卻要求空氣吹掃器流量21354850LPH ；水冷卻壓力275_860Kpa；空氣冷卻壓力550_827Kpa。2. 2)數據的采集與傳輸(通信功能)采集到L2級系統(tǒng)的日期、軋批號、爐號、規(guī)格、鋼種、化學成分(C、Si、Mn、P、S、Cr、 Cu、Ni)、吐絲溫度、斯太爾摩輥道速度、保溫罩狀態(tài)、1#-14#風機風量、軋制速度、斯太爾摩原有兩個點的溫度、性能參數(抗拉強度、面縮率、延伸率)、新增的斯太爾摩1-6段的盤條溫度、集卷的盤條溫度、環(huán)境溫濕度。與IPC實現通信，能夠允許IPC系統(tǒng)采集所需數據。實現方法按功能需求，在硬件安裝完畢的基礎上，通過數據采集卡和程序調用的方法進行所需數據的采集并運用VB語言進行編程，實現數據和信息的暢通。物料跟蹤斯太爾摩風冷線上往往同時存在多卷盤條，因此必須將每個測溫點(TO到T7)的傳感器測溫數據正確的對應到每一卷線材上，否則數據的記錄毫無意義。對于其中的一個測溫點來說，它的典型溫度曲線是一個先上升后下降的一個過程，當線材通過這個測溫點時，溫度測量信號開始上升，經過一段時間后，線材卷的末端通過此測量點，溫度測量信號開始下降，從總體上看，形成一個很有規(guī)則的方波曲線(圖17)。由于TO到T7是依次排開的，因此8條曲線的上升沿和下降沿也會是依次排開，假設軟件系統(tǒng)是從斯太爾摩線上無線材卷時開始的，那么TO是最先出現上升和下降沿的，而 T7是最后出現上升和下降沿的。我們設計了一個線材的先入先出隊列，當一個測溫點的下降沿到達時，表示剛剛有一卷線材通過了此測溫點，這時系統(tǒng)會將此測溫點的最大值寫入相應隊列中第一個為0的存儲區(qū)域中，根據工藝特點，斯太爾摩線上最多可能5卷線材，因此隊列的長度也設定為5。正常情況下，數據會依次從TO到T7，最后當T7的下降沿到達時，說明此線材的所有溫度點值已經采集完成了，因此將隊列中所有此線材的相關溫度值寫入內存中公共變量空間。同時將隊列數據溢出一列。T7下降沿的到達是一個標志，標志著有一卷線材已經到達集卷工藝部位，可以開始從工廠局域網數據庫中獲取相關的各種參數，例如爐鋼號、軋批號等。這些數據會在內存的公共變量空間匯集，并計算各種相關的其它中間參數，形成表單和數據庫的記錄，供用戶查詢和分析。根據上述原理，通過編程，實現了如圖18所示的信息跟蹤畫面，確保了溫度測量值與盤條信息的準確對應。三.建立與所述相關硬件相配套的軟件系統(tǒng)，以采集到Ll級、L2級等相關數據， 形成線材在斯太爾摩線上的標準冷卻曲線和實際冷卻曲線。操控畫面如圖3，操控主畫面既顯示出標準冷卻曲線，又顯示出實際冷卻曲線；能夠顯示出各溫度點的設定值、實際值、模型預測值、實際值與設定值的溫差。主畫面可進行超溫值的上限和下限設定，并在溫度超標時能夠通過閃爍方式提示操作人員即時調控；能夠顯示出斯太爾摩各段輥道速度、風機風量、保溫罩開閉狀態(tài)。主畫面能夠計算并顯示出各段的冷卻速率；準確顯示出當前的物料信息爐號、 軋批號、卷號、終軋速度；能夠顯示環(huán)境溫濕度；及能夠動態(tài)形象地模擬盤條在斯太爾摩線上的有無狀態(tài)和運行狀態(tài)。實現方法在數據通信、物料跟蹤實現的基礎上，按照功能需求，采用VB語言進行編程，來實現上述各項功能。該畫面是整個系統(tǒng)的集成界面，〔溫度預測值〕顯示的是“最佳冷卻曲線預測模型” 的輸出結果，讓操作人員知道當前產品的最佳冷卻溫度?！诧L量預測值〕是“最佳風量設定模型”的輸出結果，指導操作人員對風機風量進行快速準確的調整，使實際冷卻曲線與模型輸出的“最佳冷卻曲線”吻合，實現盤條的最佳冷卻，同時也避免了盤條強度受化學成分和環(huán)境溫度的影響。原有的測溫方式是測溫儀檢測到線圈后延遲一定時間進行溫度取值，由于斯太爾摩線圈之間存在間隙，因此這種溫度取值方式存在嚴重缺陷，往往取到輥道的溫度，溫度波動很大，造成測量誤差，所取到的溫度值不具有參考性，也無法進行技術分析。為了解決這一測量難題，我們根據盤條溫度始終高于輥道溫度的原理，采用了取最大測量值的方式，即每個測溫儀每3秒取值一次，當盤條全部經過后，對所有測量值進行篩選，取出最大值作為該卷盤條在這個溫度點的最終測量溫度，這樣就保證取到盤條的真實溫度，同時測溫儀與盤條的夾角由原來的0度改進為35度，測量角度更為合理，這樣就保證了盤條溫度測量的穩(wěn)定性和準確性，也形成了穩(wěn)定準確的實際冷卻曲線，現場應用效果良好。該項盤條溫度測量技術也被評為公司的技術秘密。信息跟蹤界面斯太爾摩風冷線上往往同時存在多卷盤條，因此必須將每個測溫點(TO到T7)的傳感器測溫數據正確的對應到每一卷線材上，否則數據的記錄毫無意義。對于其中的一個測溫點來說，它的典型溫度曲線是一個先上升后下降的一個過程，當線材通過這個測溫點時，溫度測量信號開始上升，經過一段時間后，線材卷的末端通過此測量點，溫度測量信號開始下降，從總體上看，形成一個很有規(guī)則的方波曲線(圖8)。由于TO到T7是依次排開的，因此8條曲線的上升沿和下降沿也會是依次排開，假設軟件系統(tǒng)是從斯太爾摩線上無線材卷時開始的，那么TO是最先出現上升和下降沿的，而 T7是最后出現上升和下降沿的。我們設計了一個線材的先入先出隊列，當一個測溫點的下降沿到達時，表示剛剛有一卷線材通過了此測溫點，這時系統(tǒng)會將此測溫點的最大值寫入相應隊列中第一個為0的存儲區(qū)域中，根據工藝特點，斯太爾摩線上最多可能5卷線材，因此隊列的長度也設定為5。正常情況下，數據會依次從TO到T7，最后當T7的下降沿到達時， 說明此線材的所有溫度點值已經采集完成了，因此將隊列中所有此線材的相關溫度值寫入內存中公共變量空間。同時將隊列數據溢出一列。T7下降沿的到達是一個標志，標志著有一卷線材已經到達集卷工藝部位，可以開始從工廠局域網數據庫中獲取相關的各種參數，例如爐鋼號、軋批號等。這些數據會在內存的公共變量空間匯集，并計算各種相關的其它中間參數，形成表單和數據庫的記錄，供用戶查詢和分析。
根據上述原理，通過編程，實現了如圖4所示的信息跟蹤畫面，確保了溫度測量值與盤條信息的準確對應。規(guī)程調用界面如圖5 該界面能夠進行斯太爾摩冷卻規(guī)程的新建、編輯和存儲；能夠把已存好的規(guī)程調用到當前的主畫面內，顯示出標準溫度設定值；能夠人工輸入標準溫度設定值并調用到當前的主畫面內。實現方法為了及時方便的根據不同鋼種和規(guī)格更新“最佳冷卻曲線”，運用VB語言設計并制成了〔規(guī)程調用〕界面。該界面可供操作人員手工輸入T1-T7的溫度或者調用事先存儲好的不同產品T1-T7的標準溫度，然后根據當前生產的產品把對應的T1-T7的溫度值發(fā)送到〔系統(tǒng)主畫面〕，對〔溫度設定值〕進行更新，指導操作人員通過調節(jié)風機風量來確保各品種的線材強度不受環(huán)境溫度的影響。數據查詢界面如圖6 該界面能夠根據使用需要，按照時間和字段查到所要的歷史數據并生成 EXCEL格式的文件，以便于進一步深入統(tǒng)計分析。根據需要，查到所要的歷史數據并生成 EXCEL格式的文件，進行必要的統(tǒng)計分析直方圖、散點圖、曲線圖、回歸分析等。模型預測界面如圖7，本發(fā)明的目的是使12. 5-13. 0SWRH82B-1為代表的硬線產品的抗拉強度不受化學成分和環(huán)境溫度的影響而保持穩(wěn)定，同時強度還要保持在目標值范圍內。為了實現這一目標，根據流程的先后次序煉鋼-軋制-冷卻，決定模型分為兩部分適應化學成分變化的模型和適應環(huán)境溫度變化的模型。適應化學成分變化的模型-STELM0R冷卻曲線預測模型由于兩個模型的輸入變量和輸出變量較多且生產過程中又不斷受到各種隨機因素的干擾，因此12. 5-13. 0SWRH82B-1抗拉強度、化學成分和環(huán)境溫度的定量關系無法也不可能用傳統(tǒng)的數學公式準確的表達出來，所以我們決定使用當前在工業(yè)上應用較多且取得了滿意結果的神經網絡建模技術。在確定輸入變量中，由于SWRH82B-1化學成分眾多，為了提高模型預測的精度和速度，需要對化學成分進行篩選。SWRH82B-1共包含11種化學成分C Si Mn P S Cr Mo Cu Ni H 0為了找出對強度有顯著影響的關鍵化學元素，我們進行試驗研究，采集大量數據進行分析和篩選，找出對強度有顯著影響的化學元素是C、Mn、Cr。根據化學成分對冷卻速率的機理分析并結合12. 5SWRH82B-1的CCT曲線，我們可以通過改變C、Mn、Cr的含量來控制和調節(jié)12. 5SWRH82B-1的強度指標。綜合統(tǒng)計分析與機理分析的結果，我們確定出適應化學成分變化的模型-斯太爾摩最佳冷卻曲線預測模型的輸入變量為規(guī)格、鋼種、強度、C、Mn、Cr的含量。確定輸出變量斯太爾摩T0-T7點的溫度設定值。模型輸出的T0-T7的溫度就是適應化學成分變化(或者異常變化)的最佳冷卻曲線(最佳冷卻工藝)。
學習因子η和動量因子α的選取根據機理要求和實際情況，取值為η = 0. 6，α =0.4隱層及單元數的選取根據機理要求和實際情況，取值為隱層數=3，隱層單元數=18。適應環(huán)境溫度變化的模型-STELM0R風量設定預測模型目標根據當前實際冷卻曲線與標準冷卻曲線的差異，計算出最佳的STELM0R各風機的風量設定值，指導操作人員快速消除冷卻曲線間的差異，進而消除環(huán)境溫度(濕度)波動對強度穩(wěn)定性造成的影響。確定輸入變量STELM0R Τ0-Τ7點的溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、終軋速度確定輸出變量STELM0R 1#-14#的風機風量(注每2臺風機為一個單位，因此共有7個輸出變量)學習因子η和動量因子α的選取根據機理要求和實際情況，取值為η = 0. 6， α = 0. 4隱層及單元數的選取根據機理要求和實際情況，取值為隱層以溫度為直控參數的斯太爾摩線閉環(huán)冷卻方法的效果驗證效果驗證主要包括實際冷卻曲線與標準冷卻曲線能否吻合；驗證 12. 5SWRH82B-1抗拉強度穩(wěn)定性能否得到提高。試驗產品規(guī)格12.5出鋼記號GK428513軋批號586719(05年11月11日、環(huán)境溫度22度；濕度60% )587147 (05年12月13日、環(huán)境溫度12度；濕度56% )試驗步驟如表1所示，根據12. 5SWRH82B-1的CCT曲線得出該產品的斯太爾摩線溫度冷卻工藝。表112. 5SWRH82B-1的標準冷卻曲線(C、Mn、Cr在正常范圍內的冷卻工藝)
權利要求
1.一種以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，所述冷卻方法包括以下步驟(1)在斯太爾摩線增設7臺紅外測溫儀，即在斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6 段和集卷段分別設置一臺紅外測溫儀，另，設置環(huán)境溫濕度儀；(2)增設系統(tǒng)建立和安全運行所需的相關硬件，所述相關硬件包括電信連接的計算機、 接口、數據采集器、線纜等，并作整體安裝；(3)建立與所述相關硬件相配套的軟件系統(tǒng)，形成線材在斯太爾摩線上的標準冷卻曲線和實際冷卻曲線；(4)根據化學成分和環(huán)境溫度的變化，運用神經網絡技術建立斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型和斯太爾摩線風機風量設定預測模型；由斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型導出標準冷卻曲線；(5)運用風機風量設定預測模型導出各臺風機的風量設定值，檢驗實際冷卻曲線和標準冷卻曲線的差異，各點溫度上的差異小于15°C。(6)通過風機風量的調整實現對實際冷卻曲線的調節(jié)，消除實際冷卻曲線和標準冷卻曲線間的差異。
2.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，根據斯太爾摩線不同溫度區(qū)間進行紅外測溫儀的選型，第一段:600-1400°C第二、三、四、五、六段400-900°C集卷0-600°C溫濕度儀環(huán)境溫度-10°C -70°C環(huán)境濕度0-100%。
3.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，測溫儀的取值采用最大值的取值方式，確保取到盤條的真實溫度，測溫儀的參數設定 取值頻率1個/3秒。
4.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，所述軟件包含五個功能模塊操控界面、信息跟蹤、規(guī)程調用、數據查詢、模型預測。
5.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，所述模型精度要求按模型計算出的風機風量進行設定，所得到的斯太爾摩線實際冷卻曲線與標準冷卻曲線在各點溫度上的差異小于15°C。
6.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，所述斯太爾摩線最佳冷卻曲線預測模型輸入變量為規(guī)格、鋼種、強度、及C、Mn、Cr含量、輸出變量為斯太爾摩線T0-T7點的溫度。
7.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，所述斯太爾摩線風機風量設定預測模型的輸入變量為斯太爾摩線的第1段、第2段、……、第6 段和集卷段，即T0-T7點的溫度、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、終軋速度；輸出變量為風機風量。
8.如權利要求1所述的以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，其特征在于，在第十臺風機處設一臺環(huán)境溫濕度儀。
全文摘要
一種以溫度為直控參數的斯太爾摩線冷卻方法，包括步驟(1)分別在斯太爾摩線的第1、2…、6段和集卷設7臺紅外測溫儀，增設1臺環(huán)境溫濕度儀；(2)增設計算機、接口、數據采集器、線纜等，實現整體合理安裝；(3)建立配套的軟件系統(tǒng)，形成線材在斯太爾摩線上的標準冷卻曲線和實際冷卻曲線；(4)運用神經網絡技術建立斯太爾摩最佳冷卻曲線預測模型和斯太爾摩線風機風量設定預測模型；(5)導出各臺風機的風量設定值；(6)消除實際冷卻曲線和標準冷卻曲線間的差異。本發(fā)明建立了斯太爾摩動態(tài)閉環(huán)式冷卻控制系統(tǒng)，消除了化學成分和環(huán)境溫度波動對強度的不良影響，可優(yōu)化各類線材產品的組織性能，實現對線材產品組織性能的精確控制。
文檔編號B21B45/02GK102151704SQ20101011028
公開日2011年8月17日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權日2010年2月11日
發(fā)明者朱興安 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司