*CN103286143A*
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 103286143 A(43)申请公布日 2013.09.11
(12)发明专利申请
(21)申请号 201210044530.7(22)申请日 2012.02.27
(71)申请人宝山钢铁股份有限公司
地址201900 上海市宝山区富锦路885号(72)发明人王泽济 汪卫明 张永杰 周永
徐明红 王建刚(74)专利代理机构上海科琪专利代理有限责任
公司 31117
代理人伍贤喆 朱丽琴(51)Int.Cl.
B21B 37/74(2006.01)B21B 38/00(2006.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图2页权利要求书1页 说明书4页 附图2页
(54)发明名称
热轧板坯边部加热温度测量控制系统及方法(57)摘要
本发明涉及热轧板坯边部加热领域，尤其涉及一种板坯边部加热温度测量控制系统及方法。一种热轧板坯边部加热温度测量控制系统，包括温度传感器组、边部加热感应头、加热器电源、数据采集器、PLC和工业控制计算机。一种热轧板坯边部加热温度测量控制方法，根据来料中间坯参数计算和设置加热频率及初始工作功率、设定感应头出口中间坯目标控制温差ΔT；比较目标温差和实测出口温度差，判断是否需要进行功率补偿；再结合感应头入口温差数据得到功率补偿值，调整加热器电源的输出功率，完成控制。本发明根据加热前后中间坯的边部和中间温差，实时控制输出功率，消除由于边部加热器出入口环境带来的测量误差，使得控制精度大为提高，提高产品质量。
CN 103286143 ACN 103286143 A
权 利 要 求 书
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1.一种热轧板坯边部加热温度测量控制系统，其特征是：包括温度传感器组(2)、边部加热感应头(3)、加热器电源(4)、数据采集器(5)、PLC(6)和工业控制计算机(7)，所述温度传感器组(2)共有两个，两个温度传感器组(2)分别设置在边部加热感应头(3)的入口处和出口处；每个温度传感器组(2)内分别设置至少三个温度传感器，三个温度传感器位于中间坯(1)的同一横向截面上，其中一个温度传感器设置在中间坯(1)的横截面中心，另两个温度传感器对称设置在中间坯(1)的横截面两侧边部；所述温度传感器组(2)的输出端通过数据采集器(5)与PLC(6)相连，所述PLC(6)通过加热器电源(4)控制连接边部加热感应头(3)，所述工业控制计算机(7)与PLC(6)相连。
2.如权利要求1所述的热轧板坯边部加热温度测量控制系统，其特征是：所述的设置在中间坯(1)两侧边部的一对温度传感器距离中间坯(1)的边缘为20~50mm。
3.如权利要求1所述的热轧板坯边部加热温度测量控制系统，其特征是：所述的两个温度传感器组(2)与边部加热器(3)的感应加热头的距离为1500~5000mm。
4.一种热轧板坯边部加热温度测量控制方法，其特征是，包括以下步骤：步骤一、计算加热器电源功率、初始工作功率及设定目标控制温差ΔT，计算机控制系统(7)获取进入边部加热感应头(3)的中间坯(1)的各项加工参数，包括材料、温度、板宽、板厚、速度，通过加工参数计算得到加热器电源(4)的初始工作功率和工作频率，通过PLC(6)控制边部加热器电源（4）给边部加热感应头(3)供电，边部加热感应头（3）产生高频磁场，对通过的中间坯(1)的边部进行加热；
步骤二、通过设置在边部加热感应头(3)出入口处的两个温度传感器组(2)实时测量采集中间坯(1)的出入口温度数据，根据出口处的温度传感器组(2)采集得到的温度数据计算得到出口温度差ΔTexit，ΔTexit为位于边部加热感应头(3)出口处的温度传感器组(2)中设置在中间坯(1)中心的温度传感器与设置在中间坯(1)边部的温度传感器所测得的温度差；
步骤三、比较目标温差ΔT和出口温度差ΔTexit，并做出下列选择,1)当ΔTexit≤ΔT时，加热器电源(4)的输出功率不变，2)当ΔTexit＞ΔT时，根据入口处的温度传感器组(2)采集得到的温度数据计算得到入口温度差ΔTent，ΔTent为位于边部加热感应头(3)入口处的温度传感器组(2)中设置在中间坯(1)中心的温度传感器与设置在中间坯(1)边部的温度传感器所测得的温度差，通过入口温度差ΔTent和出口温度差ΔTexit，用公式(1)计算得到功率补偿值ΔP，PLC(6)根据功率补偿值ΔP调整加热器电源(4)的输出功率；
ΔP=ken×ΔTent-kex×ΔTexit (1)式中：ΔP为功率补偿值，ken为入口补偿系数，kex为出口补偿系数，两个补偿系数为经验参数，由试验取得；重复步骤二、三构成温度控制闭环系统，直到中间坯(1)的尾部离开边部加热感应头(3)，完成一块中间坯的边部加热温度控制。
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说 明 书
热轧板坯边部加热温度测量控制系统及方法
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技术领域
本发明涉及热轧板坯边部加热领域，尤其涉及一种热轧板坯边部加热温度测量控
制系统及方法。
[0001]
背景技术
在带钢热轧过程中，中间坯的温度逐渐降低，靠近中间坯边部，由于其表面受到的
辐射冷却要大于中部，因而边部冷却更快于本体。一般来说，距边50mm到钢板的边缘这一区域大约有50~100℃的明显温降。在精轧过程中，边部温度的降低会带来各自各样的问题，主要有：1）降低低碳钢和微合金钢的机械性能；2）增大不锈钢的轧制力，导致轧入氧化皮、表面缺陷和边裂；3）导致厚控困难并增加工作辊的磨损。[0003] 为了克服边部温降带来的上述问题，保证在进入精轧机组前获得宽度和厚度方向温度均匀的带坯，一般在精轧机之前布置边部加热器，对带坯边部约50~100mm范围内局部加热，使该区域升温30~80℃。
[0004] 目前先进的边部感应加热器的加热控制一般根据不同钢种的比热、比重等物理参数结合辊道的理论速度和要改善的目标温升，通过数学模型计算出需要控制的加热器驱动电源的参数，在将设定数据传送到控制加热器的PLC执行。因为不能测量边部加热后中间坯的真实温升，所以无法进行边部加热的反馈控制，投用效果也难以得到及时、准确的评价。
[0002]
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种热轧板坯边部加热温度测量控制系统及
方法，对加热器电源的输出功率控制时主要依据中间坯上同一截面的相对温度差，这样可以保证传感器环境的一致性，消除了由于边部加热器出入口环境带来的测量系统误差，使得控制精度大为提高，达到提高产品质量的目的。[0006] 本发明是这样实现的：一种热轧板坯边部加热温度测量控制系统，包括温度传感器组、边部加热感应头、加热器电源、数据采集器、PLC和工业控制计算机，所述温度传感器组共有两个，两个温度传感器组分别设置在边部加热器的入口处和出口处；每个温度传感器组内分别设置至少三个温度传感器，三个温度传感器位于中间坯的同一横截面上，其中一个温度传感器设置在中间坯的中心，另两个温度传感器对称设置在中间坯的两侧边部；所述温度传感器组的输出端通过数据采集器与PLC相连，所述PLC通过加热器电源控制连接边部加热感应头，所述工业控制计算机与PLC相连。[0007] 所述的感应头出、入口温度传感器组内两侧边部的一对温度传感器距离中间坯边缘离为20~50mm。
[0005]
所述的两个温度传感器组与边部加热器的感应加热头的距离为1500~5000mm。
[0009] 一种热轧板坯边部加热温度测量控制方法，包括以下步骤：
步骤一、计算加热器电源功率、初始工作功率及设定目标控制温差ΔT，计算机控制系
[0008]
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说 明 书
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统获取进入边部加热感应头的中间坯的各项加工参数，包括材料、温度、板宽、板厚、速度，通过加工参数计算得到加热器电源的初始工作功率和工作频率，通过PLC控制边部加热器电源给边部加热感应头供电，边部加热感应头产生高频磁场，对通过的中间坯的边部进行加热；
步骤二、通过设置在边部加热感应头出入口处的两个温度传感器组实时测量采集中间坯的出入口温度数据，根据出口处的温度传感器组采集得到的温度数据计算得到出口温度差ΔTexit，ΔTexit为位于边部加热感应头出口处的温度传感器组中设置在中间坯中心的温度传感器与设置在中间坯边部的温度传感器所测得的温度差；
步骤三、比较目标温差ΔT和出口温度差ΔTexit，并做出下列选择,1)当ΔTexit≤ΔT时，加热器电源的输出功率不变，2)当ΔTexit＞ΔT时，根据入口处的温度传感器组采集得到的温度数据计算得到入口温度差ΔTent，ΔTent为位于边部加热感应头入口处的温度传感器组中设置在中间坯中心的温度传感器与设置在中间坯边部的温度传感器所测得的温度差，通过入口温度差ΔTent和出口温度差ΔTexit，用公式(1)计算得到功率补偿值ΔP，PLC根据功率补偿值ΔP调整加热器电源的输出功率；
ΔP=ken×ΔTent-kex×ΔTexit (1)式中：ΔP为功率补偿值，ken为入口补偿系数，kex为出口补偿系数，两个补偿系数为经验参数，由试验取得；重复步骤二、三构成温度控制闭环系统，直到中间坯的尾部离开边部加热感应头)，完成一块中间坯的边部加热温度控制。
[0010] 本发明热轧板坯边部加热温度测量控制系统及加热控制方法根据加热前后中间坯的边部和中间温差，通过PLC实时控制加热器电源的输出功率，提高了边部加热的效果，对加热器电源的输出功率控制时主要依据中间坯上同一截面的相对温度差，而不是比较出入口边部的绝对温差来进行加热控制；这样可以保证传感器环境的一致性，消除了由于边部加热器出入口环境带来的测量系统误差，对于同样精度的温度传感器，采用本发明进行温度控制使得控制精度大为提高，达到提高产品质量的目的。附图说明
[0011] 图1为本发明热轧板坯边部加热温度测量控制系统的结构框图；
图2为本发明热轧板坯边部加热温度测量控制方法的控制流程图。[0012] 图中：1中间坯、2温度传感器组、3边部加热感应头、4加热器电源、5数据采集器、6PLC、7工业控制计算机。具体实施方式
[0013] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
[0014] 实施例1
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如图1所示，一种热轧板坯边部加热温度测量控制系统，包括温度传感器组2、边部加热感应头3、加热器电源4、数据采集器5、PLC6和工业控制计算机7，所述温度传感器组2共有两组，两个温度传感器组2分别设置在边部加热感应头3的入口处和出口处；每个温度传感器组2内分别设置至少三个温度传感器，三个温度传感器位于中间坯1的同一横截面上，其中一个温度传感器设置在中间坯1的中心，另两个温度传感器对称设置在中间坯1的两侧边部；所述温度传感器组2的输出端通过数据采集器5与PLC6相连，所述PLC控制器6通过加热器电源4控制连接边部加热感应头3，所述工业控制计算机7与PLC6相连。[0015] 在本实施例中，为了保证温度传感器组2能够准确的测得中间坯1的中部和边部温差，所述的每个温度传感器组2内设置在中间坯1的两侧边部的一对温度传感器距离中间坯1的边缘为20~50mm，在本实施例中，该距离选择25mm。[0016] 在本实施例中，为了防止边部加热感应头3的加热能力影响到温度传感器组2的测量精度或温度传感器组2离加热器过远，中间坯1发生温度变化使得测量结果不准确，所述的两个温度传感器组2与边部加热感应头3的距离为1500~5000mm，在本实施例中，两个温度传感器组2对称设置在距离边部加热感应头3出入口两端2000mm的位置。[0017] 如图2所示，一种热轧板坯边部加热温度测量控制方法，包括以下步骤：
步骤一、计算加热器电源功率、初始工作功率及设定目标控制温差ΔT，计算机控制系统7获取进入边部加热感应头3的中间坯1的各项加工参数，包括材料、温度、板宽、板厚、速度，通过加工参数计算得到加热器电源4的初始工作功率和工作频率，通过PLC6控制边部加热器电源4给边部加热感应头3供电，边部加热感应头3产生高频磁场，对通过的中间坯1的边部进行加热；
步骤二、通过设置在边部加热感应头3出入口处的两个温度传感器组2实时测量采集中间坯1的出入口温度数据，根据出口处的温度传感器组2采集得到的温度数据计算得到出口温度差ΔTexit，ΔTexit为位于边部加热感应头出口处的温度传感器组中设置在中间坯中心的温度传感器与设置在中间坯边部的温度传感器所测得的温度差；由于两个温度传感器组2之间有一定距离，中间坯1同一截面通过出入口传感器组2存在时间差，因此两个温度传感器组2采集的中间坯1同一截面温度数据并不同步。换言之，边部加热感应头3出入口温度传感器组2同步测量采集的温度数据并不是中间坯1同一截面加热前后的温度，不能完全反应中间坯1边部加热前后的温度变化。考虑到中间坯1的长度（一般有几十米长）和移动速度（70m/min),可以认为在没有边部加热的情况下，中间坯1纵向（中间坯运行方向）温度分布几乎是均匀一致的。基于以上分析和实际生产情况，可以忽略温度测量时间差。
[0018] 步骤三、比较目标温差ΔT和出口温度差ΔTexit，并做出下列选择,
1)当ΔTexit≤ΔT时，加热器电源4的输出功率不变，2)当ΔTexit＞ΔT时，根据入口处的温度传感器组2采集得到的温度数据计算得到入口温度差ΔTent，ΔTent为位于边部加热感应头3入口处的温度传感器组2中设置在中间坯1中心的温度传感器与设置在中间坯1边部的温度传感器所测得的温度差，通过入口温度差ΔTent和出口温度差ΔTexit，用公式(1)计算得到功率补偿值ΔP，PLC6根据功率补偿值ΔP调整加热器电源4的输出功率；
ΔP=ken×ΔTent-kex×ΔTexit (1)
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式中：ΔP为功率补偿值，ken为入口补偿系数，kex为出口补偿系数，两个补偿系数为经验参数，由试验取得；重复步骤二、三构成温度控制闭环系统，控制系统7根据出口处的温度传感器组2的信号判断中间坯1的尾部已经通过了感应头3，板坯加热完成，完成一块中间坯3的边部加热温度控制。
实施例2
下面介绍一个中间坯边部加热的具体实施例，所有计算控制数据均为单边加热，另一边对称或单独控制
一块厚度为40mm、长度为60m、运行速度为1.5m/s的普通碳钢材质的中间坯1，边部加热感应头3入口处温度传感器组2测得的截面温度是：中间坯1中心温度为1050℃，距离边缘25mm处的温度是950℃。为了保证中间坯1横向温度的一致性，需要对其进行边部加热，使中间坯1边部距离25mm处的温度升高100℃，要求经过加热后的中间坯1的横向温差ΔT控制10℃以内，具体加热计算数据及控制过程如下。[0020] 第一步，根据中间坯1的厚度、材质、运行速度、入口温差、温升值，确定加热器电源4的频率为320Hz、单边功率1500kW。PLC6根据设定值控制加热器电源4给感应头3通电，开始对经过的中间坯1进行加热。[0021] 第二步，测量边部加热感应头3入口和出口温度并计算入口温差和出口温差。入口温度传感器组2测得未经加热的中间坯1的截面温度值为：中心1050℃、边部950℃，计算得到入口温差ΔTent=1050-1030=20℃；出口温度传感器组2测得经过加热后的中间坯1的截面温度值为：中心1050℃、边部1030℃，计算得到出口温差ΔTexit=1050-1030=20℃；
第三步，比较ΔTexit和ΔT的大小。因为ΔTexit=20℃＞10℃=ΔT，所以需要对加热器电源4的功率设定进行补偿，补偿值为△P，△P的计算依据公式（1）。[0022] 本实施例中，公式（1）的系数取值为ken=kex=3kW/℃；
根据公式（1），得到△P=ken×ΔTent-kex×ΔTexit=3×100-3×20=240kW。PLC6根据功率补偿值ΔP调整加热器电源4的输出功率为1740kW,改变边部加热感应头3的供电功率。[0023] 重复第二步，测量计算得到入口温差ΔTent不变；出口温度传感器组2测得的中间坯1的截面温度值为：中心1050℃、边部1045℃，出口温差ΔTexit=5℃＜10℃=ΔT，保持感应加热电源4功率不变。[0024] 第四步，控制系统7根据出口处的温度传感器组2的信号判断中间坯1的尾部已经通过了加热感应头3，此处有两个选择：
（1）出口温度传感器组2中的三个温度传感器的测量值没有大的波动，回到第二步；出口温度传感器组2中的所有温度传感器测量值都低于600℃，说明中间坯1的尾部已经通过了感应头，板坯加热完成，完成一块中间坯的边部加热温度控制。
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