摘要：宽厚板产品品种繁多，性能各异，广泛应用于船舶、桥梁、重工业、建筑等领域，在经济建设与国防建设中发挥着重要作用。本文详细分析了宽厚板冷却模型的研究与优化效果。
关键词：宽厚板；冷却模型；优化
近年来，随着我国固定资产投资(基础设施、技改和房地产)高速增长，促进了工业和建筑业等的蓬勃发展，宽厚板消费量随着钢材消费总量的增加，呈快速增长的态势，且品种、规格日渐繁多。因此，对宽厚板冷却模型进行研究与优化具有重要的现实意义。
一、宽厚板概述
宽厚板指的是钢种,也就是普碳钢,Q235等级别钢种；和低合金高强度钢的说法对等。宽厚板可以是中厚板，也可以是热轧卷的开平板。宽厚板已是国民经济发展的重要钢铁材料，是我国现代化建设中必不可少的钢铁产品。
二、MULPIC水冷区水阀校准及标定
MULPIC水冷区域中最多的设备是气动水阀，这些水阀直接对冷却水流量的大小起作用。所以保证阀门动作的准确性是对水冷控制最优因素研究的一项基本工作。
通过对现场反复测试，设计了上标定和下标定两种方式，即让水阀在正常空气压力和水流量压力条件下，按固定的阀开口度依次递增或递减，从而得到一系列有规律的数据，并将这些数据上传保存在程序中。在阀门校准和标定过程中，多次试验并记录了不同时刻的流量实测值和压力实测值，运用计算软件进一步得到程序中所需值。所需值即是数据模型中需要的压力与流量实时变化的一个对应参数，将其调用到程序计算模型，在钢板冷却过程中，只要外界因素不发生变化，阀门就可按照二级模型设定值根据水流大小调整开口度精确冷却，从而提高MULPIC冷却装置的冷却精度，得到良好的水冷板型。
三、对钢板进行分段跟踪，提高产品长度方向上的温度均匀性
为了保证控冷过程的及时性和可靠性，在钢坯出炉时进行预设定计算，终轧后根据实测终轧温度进行一次修正设定计算，根据进入水冷区时的实际开冷温度进行二次修正计算，钢坯出水冷区后根据实测的终冷温度对水冷模型进行自学习。钢坯冷却前的状态对长度方向的冷却均匀性有很大的影响，对钢板进行分段跟踪是为了减小或消除长度方向的异常温度波动对冷却均匀性的影响。
对钢板分段跟踪消除长度方向温度不均的原理是：将钢坯从头至尾沿长度方向分成若干物理段，根据物理段进行状态的跟踪外，还要判断钢坯处在轧线上的具体位置，即实现对钢坯物理段的分段跟踪，首先要保证钢坯在轧线上跟踪的准确。为了便于对钢坯跟踪，将整个轧线划分成4个逻辑区域：从钢坯出炉到进行最后一个道次轧制；从钢坯的最后一个道次轧制到钢坯头部抵达控冷区前的高温计为轧机出口区；从钢坯头部到达控冷设备前的高温计到钢坯尾部到达控冷设备后的高温计为冷却区域；从钢坯尾部离开控冷设备出口高温计到钢坯尾部到达高温计为出口区域。
1、预设定计算处的分段跟踪。钢坯出炉后，二级控制系统接收到钢坯出炉消息，建立该钢坯的数据档案，二级控制系统根据输入的成品钢坯长度，确定钢坯的物理段长度，划分出若干个跟踪物理段；根据钢坯的原始PDI数据进行控冷参数的预设定计算。
2、一次修正设定计算处的对钢板分段跟踪。钢坯在进行最后一个道次轧制时，钢坯头部抵达轧机后的高温计时控制系统根据计时器的值和钢坯的运行速度，计算出钢坯各物理段轧机后高温计的距离，扫描高温计将测得的钢坯各物理段的实际温度传给控制系统，并根据各物理段的实际温度进行控冷规程的一次修正计算，由一级控制系统调节阀的开口度。
3、二次修正设定计算处的对钢板分段跟踪。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆当钢坯头部到达mulpic入口高温计时，mulpic控制系统将钢坯跟踪权从轧机系统接收过来，进入mulpic冷却跟踪区，高温计将测得的钢坯各物理段的实际温度传给二级系统，进行对钢板分段跟踪物理段的实际温度的二次修正计算，控制系统根据计时器的值和钢坯的运行速度，计算出钢坯各物理段到轧机后高温计的距离，控制系统根据钢坯的实际位置，计算各集管下钢坯的物理段序号，并根据物理段序号及对应物理段集管的设定状态，确定当前控冷线集管的状态，一级控制系统根据这些执行控冷规程，保证阀门的开关状态及开度大小。
4、冷却区中的对钢板分段跟踪。钢坯完全处于冷却区中时，控制系统根据计时器的值和钢坯的运行速度，计算出钢坯各物理段到轧机后高温计的距离，并根据钢坯的实际位置，计算各集管下钢坯的物理段序号，再根据物理段序号及对应物理段集管的设定状态，确定当前控冷线集管的状态，并将参数传给一级系统，一级依此执行控冷规程。
5、冷却区后的对钢板分段跟踪。钢坯尾部到达控冷区后的高温计处时，钢坯进入冷却出口区，二级系统将一级传来的实测温度值进行自学习计算，修正下一支钢坯的预设定值；至此完成当前钢坯的对钢板分段跟踪。钢坯尾部离开矫直机前的高温计时，钢坯出冷却出口区。
由于控冷系统的阀门具有延迟性，在进行钢坯的对钢板分段跟踪时必须考虑到这一点，并在钢坯抵达下一位置之前提前给出控制结果。此外，为了控制的方便，钢坯物理段的划分不能太短，否则由于系统误差反而会影响控制效果。但是，物理段如果划分过大，就达不到对钢板分段跟踪的目的。结合宽厚板生产的实际，物理段的长度可定在1m左右。为了能对在冷却区中的钢坯进行及时的控制，钢坯进入冷却区后只进行集管开闭状态的调节，而不进行流量调节，一般是在控冷区的末段安排小流量集管进行微调控制，以消除钢坯长度方向的温度波动。
四、利用有限差分计算法，优化钢板热模型
1、钢板各阶段温度变化。钢板热模型用于建立冷却温度场模型，模拟冷却过程中各个阶段钢板中心线的温度变化，以实现对冷却温度的精确控制。
2、有限差分计算法。与钢板厚度方向相比，钢板长度方向和宽度方向上的热传导可忽略，也即是说，模型假设钢板厚度方向上相对于中间层面的温度是均匀的。使用有限差分法，把钢板厚度方向分为多个节。并对每个节，假设质量都集中在节点，可将热传导改为离散化形式。
采用有限差分计算法，依据各阶段的高温计实测值和传热系数等，进行温度场模拟计算，计算冷却各阶段的温度变化，为水量计算及前馈控制等计算等提供有效参数。例如，为精轧机出口高温计处的mulpic水量计算提供参数，以便提前激活水冠阀，稳定水流。
五、重新划分钢板厚度范围
在MULPIC数据库中有许多名称以MPPRT开头的表，将称这些表称之为PRT表。这些表包含了MULPIC二级模型计算时所需要的部分参数，对模型计算有相当大的影响。现有的PRT控制表的划分是根据钢种、厚度、开冷温度、终冷温度划分的自学习系数。在数据库PRT表中厚度划分范围为24.5mm到29.9mm。但在实际生产中有时目标30mm厚的钢板实际厚度为29.8mm，所以这造成了厚度为25mm和30mm两种规格的板子可能会用同一套系数进行计算，势必会对冷却控制精度造成较大的影响。根据这种情况对厚度划分范围进行调整，避免主要规格的自适应系数受到干扰使冷却控制精度大幅降低。
六、优化效果
系统自投运以来，能对宽厚板钢坯进行全自动控制冷却，控制冷却系统不仅能对钢坯的终冷温度和冷却速度进行精确控制，而且对钢坯长度方向的温度波动也可通过分段跟踪进行有效的抑制，从而提高了钢板的性能，进而带来了可观的经济和社会效益。
七、结语
加速冷却过程是提高宽厚板产品性能的重要措施，冷却均匀程度、终冷温度控制精度是决定产品机械性能和组织性能的关键要素。本文利用对钢板分段跟踪控制技术和有限差分计算法对MULPIC加速冷却控制系统进行优化，以提高厚板产品质量，从而更好的满足市场需求。
参考文献：
[1]杜平.基于MULPIC装置的宽厚板均匀冷却控制[J].轧钢，2014，29(06):7.
[2]王佑铭.钢材的控制轧制和控制冷却[M].北京:冶金工业出版社，2014:120-125.
论文作者:张淼
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/9
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