铝热连轧机温度控制

方胜兵

（重庆西南铝机电设备工程有限公司，重庆401326）

0 前言

热粗轧+多机架热精轧是目前最适合大规模生产高精度铝板带材的生产方式，而高精铝板带材在后续加工对材料的力学、组织性能要求很高，市场对热轧铝板带材的质量要求也日趋严格。热连轧机在轧制过程中对带材温度控制也至关重要。

铝热连轧温度控制是一个复杂的过程，影响因素包括合金、厚度、轧制速度、压下率、铸锭加热温度以及乳液等。通常采用轧制速度、乳液流量及铸锭开轧温度作为终轧温度的控制量。

1 终轧温度控制

1.1 控制模型

铝热连轧终轧温度的简化数学模型如式（1）所示。

式中：TFC为精轧出口终轧温度；hc为精轧入口带材厚度；h0为精轧出口厚度；v4为精轧F4出口速度；q、p为冷却乳液的流量、压力。

根据冷却的热传导基本方程，可得到穿带速度模型如式（2）所示。

式中：VT为穿带速度；Li为机架间距；TS0为带材初始温度；TS为带材温度；TC为乳液温度；αF为当量热传导系数。

根据式（2）和秒流量方程就可得到各机架的轧制速度，从而满足终轧温度控制要求。

1.2 控制方式

热连轧终轧温度控制包括头部温度和带材全长终轧温度控制两部分。通常采用控制轧制速度和带材冷却系统（SCS）控制精轧机乳液流量两种方法来控制终轧温度【1】。

图1 系统控制框图

1.3 反馈控制

终轧温度反馈控制是通过比较带材温度目标值和精轧机出口实测值的偏差，经过PI运算，计算出相应的F4机架速度，达到控制带材全长终轧温度的目的。控制原理框图如图2所示。

图2 反馈控制原理框图

2 温度传感器

在铝热连轧带材终轧温度控制系统中，实测的温度既作为温度控制系统中的实际值反馈，同时也为温度控制模型的自主学习提供依据，多采用非接触式测温。某热连轧生产线选用英国LAND公司AST系列固定式红外测温仪，测量热连轧生产过程中的铝带材实际温度。

3 温度自适应控制

目前温度自动控制采用带有自适应环节的预设定控制。带材咬入机架辊缝之前，预设定控制基本环节在对来料温度及合金的一定假设下，根据温度控制目标，选择控制策略并计算预设定值输出给轧机温度控制机构。在轧制过程中温度闭环反馈控制环节将会调控改变各控制机构的设定值。二级模型将在线的温度控制机构的实际值和温度实测值反馈到自适应环节，对预设定值计算模型中的可调参数和对轧机入口带材温度的估算值进行修正，在下次轧制同样规格合金带材时，自适应控制模型能给出满足温度控制目标的预设定值。

4 温度控制关键因素

温度控制中的关键环节包括红外测温仪和PLC控制器参数。红外测温仪温度测量的偏差，以及控制软件部份参数未细分等因素，会导致终轧温度控制偏差。

4.1 红外测温仪

物体辐射率ε是影响红外测温精度的关键。因此，在测量过程中，首先要准确设定物体的辐射率。AST红外测温仪中热辐射率ε是通过内部计算而得，其计算值的准确度与信号处理器中的4个优化因子的设定值有关。ε影响参数如表2所示。

表2 ε影响参数

H6和H7由传感器固有特性决定，通过设定H4和H5值保证测温准确度。AST红外测温仪的优化过程，即得出最佳的H4、H5，从而得到热辐射率ε最优值的过程。

根据测量值的分析，采用线性回归分析的方法对H4和H5值的最优拟合，利用最小二乘法公式对H4和H5值实现在线优化。

精轧出口红外测温仪（FDT）：

150mm剪入口红外测温仪（RDT）：

式中：T为热电偶实测值；T1，T2：根据最小二乘法，可得如下算式：

为保证温度测量准确，以下因素也是关键：（1）缩短现场测量传感器与主控室内电缆之间的距离，减少信号衰减；（2）选择干扰小的背景厂房照明；（3）将冷却水源由普通循环水改为冷冻水，减少测温仪因处于高温环境而缩短寿命和信号漂移；（4）改善和确保空气吹扫的质量。

4.2 PLC控制参数

必须根据合金种类，逐步优化PI控制器的参数KIT和KP，得出对应于每种合金最优的KIT和KP。

限定DV$FDTCP调节范围为轧制速度的±25%，减少速度变化对板型和张力的影响。增加用于终轧温度前馈控制功能选择使用的软件开关，选择使用前馈控制，提高控制的稳定性。针对3104制罐料等对终轧温度高的要求，优化精轧设定计算模型。

5 结束语

基于高精度数学模型的热轧温度控制系统已成为高精铝板带热轧带材生产必不可少的组成部分，它集成了轧制理论、自动控制和生产经验及各种先进的检测技术和控制技术。