一种热轧H型钢温度均匀性控制系统及其控制方法

摘要

本发明公开了一种热轧H型钢温度均匀性控制系统，在H型钢的上方设置两个热成像仪，在H型钢的下方也设置两个热成像仪，并与H型钢的上方的两个热成像仪以腹板为对称中心对称设置；在H型钢的两个翼缘外、处于H型钢的纵向与H型钢上下方热成像仪的同一位置，各设置一个热成像仪，其测温范围超出翼缘的两侧边缘。本发明还公开了该控制系统的控制方法。采用上述技术方案，实现对热轧H型钢轧制过程中全断面温度均匀性的控制，为改善热轧H型钢全断面组织性能均匀性、减少内应力、改善条形提供了有效的前期控制手段。

权利要求

1.一种热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，所述的H型钢（3）的腹板处于水平状态；在所述的H型钢（3）的上方设置两个上热成像仪，两个上热成像仪分别朝向两侧的翼缘与腹板；在H型钢（3）的横断面上，每个上热成像仪的测温范围均超出一侧的翼缘边缘和腹板的纵向中心；在所述的H型钢（3）的下方也设置两个下热成像仪，并与H型钢（3）的上方的两个上热成像仪以腹板为对称中心对称设置；在H型钢（3）的两个翼缘外、处于H型钢（3）的纵向与上热成像仪、下热成像仪的同一位置，分别设置左热成像仪和右热成像仪，其测温范围超出翼缘的两侧边缘；

所述的热成像仪均分布在轧机冷却装置的后方，即通过热成像仪获得经过冷却装置冷却后的H型钢（3）全断面的温度数据；

所述的控制系统设置远程计算机；每个所述的热成像仪均通过信号线路与远程计算机连接；所述的远程计算机还通过信号线路与冷却装置中的冷却液电子控制阀及冷却液喷射装置连接；

所述的远程计算机安装热轧H型钢全断面温度均匀性控制软件；

所述的控制方法通过热成像仪在轧制过程中对热轧H型钢（3）的全断面进行测温，并将温度分布信息传递给远程计算机；远程计算机利用热轧H型钢全断面温度均匀性控制软件分析H型钢（3）全断面温度分布情况，控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀及冷却液喷射装置，控制冷却装置的各项参数；通过对温度数据的分析，不断调整冷却装置的各项参数，从而实现对热轧H型钢（3）在轧制过程中的全断面温度均匀性控制；

其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：步骤1、通过热成像仪，对H型钢（3）轧件的全断面温度测量数据进行采集，并上传给远程计算机；

步骤2、对H型钢（3）轧件的生产特性参数进行收集并上传至控制系统的数据库；

步骤3、控制系统对数据库中大数据进行分析；

步骤4、根据大数据分析结果提出预干预解决方案；

步骤5、控制系统根据预干预解决方案进行预干预：控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀，对冷却装置进行预干预；

步骤6、控制过程的再跟踪及反馈循环。

2.按照权利要求1所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：所述的冷却装置的各项参数包括喷射角度、水流量、压力和喷射时间中的一项，或其中任意多项的组合。

3.按照权利要求1所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤1中，利用热成像仪作为H型钢（3）轧件温度测量工具，对从冷却装置出来的H型钢（3）轧件某一瞬态的各个表面进行拍照、分析，并将测量得到的数据上传至控制系统的数据库。

4.按照权利要求1所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤2中，H型钢（3）轧件的生产特性参数包括H型钢（3）的钢级、规格、道次信息。

5.按照权利要求1所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤3中，根据热成像仪测量分析的数据绘制温度分布曲线，利用控制系统的显示设备直观地观察H型钢（3）轧件全断面温度分布规律。

6.按照权利要求5所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤4中，利用步骤3中提供的温度分布曲线所表示的全断面温度分布规律以及对应H型钢（3）轧件的位置，结合工艺规范来制定预干预解决方案，制成配置表。

7.按照权利要求6所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤5中，所述的控制系统读取配置表参数，控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀，对冷却装置进行预干预。

8.按照权利要求6所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其特征在于：在所述步骤6中，采用配置表解决方案实施的H型钢（3）轧件将会有新标记，对新标记的H型钢（3）轧件全断面温度再次进行测量及数据上传，并进行新的数据分析；根据新的温度分布曲线及分布规律进行配置表优化，不断循环改进，直至达到温度均匀性预设区间要求。

说明书

一种热轧H型钢温度均匀性控制系统及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于轧钢生产工艺控制的技术领域。更具体地，本发明涉及一种热轧H型钢全断面温度均匀性控制系统。本发明还涉及该控制系统的控制方法。

背景技术

[0002] H型钢作为一种经济性断面型钢，现已被广泛应用于各类钢结构构件中。H型钢的使用可使结构减轻20～40％，节约金属5～15％，在国民经济建设中发挥着重要的作用。

[0003] H型钢由于其断面结构的复杂性，在轧制和冷却过程中其各部位的温度分布非常不均匀，翼缘与腹板的结合部位温度最高，向翼缘的端部逐渐降低，整个断面温差可达100
℃以上。这种温度不均匀的现象是客观存在的，并且这种现象强烈地影响到轧制过程的稳
定性，以及产品组织性能的均匀性和稳定性。

[0004] 据调研，几乎所有H型钢生产线实际轧制过程中的在线测温装置监测的是轧件翼缘外表面宽度方向上某一固定点沿轧件长度方向上的温度分布情况，而轧件全断面(特别
是宽度方向上)温度缺少测量和监控装置，缺少温度分布的数量表征，从而无法实现热轧H
型钢全断面温度均匀性控制。

[0005] 相关的现有技术文献检索结果：

[0006] 1、公开号为CN1018917960的专利文献，公开了一种钢坯加热温度均匀性的测量装置及方法。该测量装置包括：镜头、光栅、探测器和成像装置和计算机依次连接；温度记录
仪，在钢坯入炉之前安装在钢坯表面；热电偶，在钢坯入炉之前设置于钢坯中的测量孔底
部，测量孔上部填有耐火材料，热电偶与温度记录仪相连；在钢坯加热过程中，通过热电偶
测量钢坯内部温度，通过温度记录仪按照设定时间步长保存热电偶测量的温度数据；在钢
坯出炉后，通过镜头、光栅、探测器、成像装置获得钢坯的上表面温度图像和下表面温度图
像；通过计算机基于钢坯内部的温度数据、上表面温度图像及下表面温度图像分析获得钢
坯加热温度均匀性，解决了现有技术中钢坯加热温度均匀性评价准确性较差的技术问题。
但针对轧制过程中全断面的温度分布情况未做说明。

[0007] 2、公开号为CN110732559A的专利文献，公开了一种对热轧带钢中间坯宽度方向温度均匀性评价的方法，包括以下步骤：利用热成像仪对热轧过程中的中间坯进行测温，将所
拍摄的热成像图导入计算机；利用热成像分析软件对图像数据进行处理；利用Photoshop软
件对热成像图填充十字网格，将图像划分成多个方格，通过网格主要分析中间坯的边部温
降值以及边部温降区域的宽度值。通过本发明方法，可以准确、客观的反映带钢宽度方向的
边部温降数据以及发生温降的区域宽度数据，以解决现有钢坯加热过程中宽度方向的温度
均匀性评价问题，以及针对轧制过程中中间坯宽度方向的温度分布情况未做说明的问题。
该发明仅针对是热轧带钢，且只提供了一种温度均匀性评价方法，如何实际应用未提及。

[0008] 3、公开号为CN103056175A的专利文献，公开了一种热轧H型钢翼缘选择冷却控制方法，将冷却装置安装在H型钢轧机的对中装置上，调整冷却装置距离H型钢坯料的距离，在
H型钢坯料被轧机咬入前，热检测器检测到H型钢坯料头或尾的距离信号，并将距离信号传
递给远程计算机，远程计算机控制安装在冷却装置上的电子控制阀以控制冷却装置水冷却
喷嘴的打开、水冷却喷嘴喷出的冷却水的水流量和水压力，进而对H型钢翼缘进行选择喷水
冷却，该发明具有改善轧件的冷却均匀性，减少内应力，提高其综合力学性能的优点。不足
之处在于，该冷却装置安装在轧机对中装置上，成本高，维护难，且只能改善轧件翼缘外侧
的冷却均匀性，做不到轧件全断面冷却均匀性控制。

[0009] 4、公开号为CN102755999A的专利文献，公开了一种热轧H型钢的机架间冷却装置，该冷却装置包含多个温度传感器，该温度传感器分别设置在H型钢生产线的各道次，用于检
测H型钢在所述各道次的温度，流量控制单元根据每个所述温度传感器的温度，控制所述各
电磁阀的开度。该冷却装置可以得到如下效果：在线整体结构设计合理，安装和维修方便，
使用效果好，尤其在精轧全过程中，对粗、中、精每道次轧制的前、后均可根据设计者要求进
行合理控温，使H型钢产品残余应力大幅度降低，大幅度提高H型钢的成材率，可以提高产品
性能。不足之处在于，只能实现轧件翼缘外侧的控温，且精度不高，做不到轧件全断面的温
度控制以及残余应力的降低。

发明内容

[0010] 本发明提供一种热轧H型钢温度均匀性控制系统，其目的是实现对热轧H型钢全断面的温度均匀性进行控制。

[0011] 为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0012] 本发明的热轧H型钢温度均匀性控制系统，所述的H型钢的腹板处于水平状态，在所述的H型钢的上方设置两个热成像仪，两个热成像仪分别朝向两侧的翼缘与腹板；在H型
钢的横断面上，每个热成像仪的测温范围均超出一侧的翼缘边缘和腹板的纵向中心；在所
述的H型钢的下方也设置两个热成像仪，并与H型钢的上方的两个热成像仪以腹板为对称中
心对称设置；在H型钢的两个翼缘外、处于H型钢的纵向与H型钢上下方热成像仪的同一位
置，各设置一个热成像仪，其测温范围超出翼缘的两侧边缘。

[0013] 所述的热成像仪分布在轧机冷却装置的后方，即通过热成像仪获得经过冷却装置冷却后的H型钢全断面的温度数据。

[0014] 所述的控制系统设置远程计算机；每个所述的热成像仪均通过信号线路与远程计算机连接；所述的远程计算机还通过信号线路与冷却装置中的冷却液电子控制阀及冷却液
喷射装置连接；

[0015] 所述的远程计算机安装热轧H型钢全断面温度均匀性控制软件。

[0016] 为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其技术方案是：

[0017] 所述的控制方法通过热成像仪在轧制过程中对热轧H型钢的全断面进行测温，并将温度分布信息传递给远程计算机；远程计算机利用热轧H型钢温度均匀性控制软件分析H
型钢全断面温度分布情况，控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀及冷却液喷射装
置，控制冷却装置的各项参数；通过对温度数据的分析，不断调整冷却装置的各项参数，从
而实现对热轧H型钢在轧制过程中的全断面温度均匀性控制。

[0018] 所述的冷却装置的各项参数包括喷射角度、水流量、压力和喷射时间中的一项，或其中任意多项的组合。

[0019] 所述的控制方法包括以下步骤：

[0020] 步骤1、通过热成像仪，对H型钢轧件的全断面温度测量数据进行采集，并上传给远程计算机；

[0021] 步骤2、对H型钢轧件的生产特性参数进行收集并上传至控制系统的数据库；

[0022] 步骤3、控制系统对数据库中大数据进行分析；

[0023] 步骤4、根据大数据分析结果提出预干预解决方案；

[0024] 步骤5、控制系统根据预干预解决方案进行预干预；

[0025] 步骤6、控制过程的再跟踪及反馈循环。

[0026] 在所述步骤1中，利用热成像仪作为H型钢轧件温度测量工具，对从冷却装置出来的H型钢轧件某一瞬态的各个表面进行拍照、分析，并将测量得到的数据上传至控制系统的
数据库。

[0027] 在所述步骤2中，H型钢轧件生产特性参数包括H型钢的钢级、规格、道次信息。

[0028] 在所述步骤3中，根据热成像仪测量分析的数据绘制温度曲线，利用控制系统的显示设备直观地观察H型钢轧件全断面温度分布规律。

[0029] 在所述步骤4中，利用步骤3中提供的温度分布曲线所表示的温度分布规律以及对应H型钢轧件的位置，结合工艺规范来制定解决方案，制成配置表。

[0030] 在所述步骤5中，所述的控制系统读取配置表参数，控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀，对冷却装置进行预干预。

[0031] 在所述步骤6中，采用配置表解决方案实施的H型钢轧件将会有新标记，对新标记的H型钢轧件全断面温度再次进行测量及数据上传，并进行新的数据分析；根据新的温度曲
线及分布规律进行配置表优化，不断循环改进，直至达到温度均匀性预设区间要求。

[0032] 本发明采用上述技术方案，实现对热轧H型钢轧制过程中全断面温度均匀性的控制，为改善热轧H型钢全断面组织性能均匀性、减少内应力、改善条形提供了有效的前期控
制手段；还可以准确、客观地反映H型钢全断面温度分布情况，以解决现有H型钢轧制过程中
轧件全断面温度分布情况无法得到直观反映的问题，可有效的指导实际生产，意义重大；在
后续轧制同一钢种、同一规格产品时数据可以直接调用，节约了再次调控的时间。

附图说明

[0033] 附图所示内容及图中的标记简要说明如下：

[0034] 图1为本发明的温度控制系统的结构示意图；

[0035] 图2为本发明的模型控制流程图。

[0036] 图中标记为：

[0037] 1、左侧热成像仪，2、上热成像仪，3、H型钢，4、下热成像仪，5、测温范围，6、右热成像仪。

具体实施方式

[0038] 下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理
解。

[0039] 如图1所示的本发明的结构，为一种热轧H型钢全断面温度均匀性控制系统，所述的H型钢3的腹板处于水平状态。本发明针对的是热轧H型钢在轧制过程中全断面的温度均
匀性控制方法，包含了温度均匀性表针和后续的应用。

[0040] 为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现对热轧H型钢全断面的温度均匀性进行控制的发明目的，本发明采取的技术方案为：

[0041] 如图1所示，本发明的热轧H型钢温度均匀性控制系统，在所述的H型钢3的上方设置两个热成像仪2，两个热成像仪2分别朝向两侧的翼缘与腹板；在H型钢3的横断面上，每个
热成像仪2的测温范围5均超出一侧的翼缘边缘和腹板的纵向中心；

[0042] 在所述的H型钢3的下方也设置两个热成像仪4，并与H型钢3的上方的两个热成像仪2以腹板为对称中心对称设置；

[0043] 在H型钢3的两个翼缘外、处于H型钢3的纵向与H型钢3上下方热成像仪2、热成像仪4的同一位置，各设置一个热成像仪1和热成像仪6，其测温范围5超出翼缘的两侧边缘。

[0044] 这样，所述的H型钢3的所有表面都能被热成像仪的测温范围5所覆盖，使得温度数据的采集更加全面，对温度的分布的状况反映更加真实，进而有针对性地采取温度控制技
术措施。

[0045] 热成像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形，反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得红外热成像图。这种热成像图与物体表面
的热分布相对应。

[0046] 所述的热成像仪分布在轧机冷却装置的后方，即通过热成像仪获得经过冷却装置冷却后的H型钢3全断面的温度数据。

[0047] 所述的控制系统设置远程计算机；每个所述的热成像仪均通过信号线路与远程计算机连接；所述的远程计算机还通过信号线路与冷却装置中的冷却液电子控制阀及冷却液
喷射装置连接；

[0048] 在热成像仪获得红外热成像图后，再将获得的热成像图导入计算机，利用专门的分析软件便可以获得所拍摄图像任意位置的温度数据。

[0049] 所述的远程计算机安装热轧H型钢全断面温度均匀性控制软件。

[0050] 本发明利用热成像仪、远程计算机以及冷却装置上的电子控制阀来实现热轧H型钢轧制过程中全断面温度均匀性的控制。具体是：通过在冷却装置后增加热成像仪装置，对
热轧H型钢轧制过程全断面某一瞬态进行测温、分析，利用软件分析H型钢全断面温度分布
情况，并将温度分布信息传递给远程计算机进行大数据分析；远程计算机根据大数据分析
结果，控制安装在冷却装置上的电子控制阀，控制冷却水的喷射角度、水流量、压力和喷射
时间；通过多次数据分析调整，循环改进，从而实现对热轧H型钢轧制过程中全断面温度均
匀性的控制，为改善热轧H型钢全断面组织性能均匀性、减少内应力、改善条形提供一种有
效的前期控制手段。

[0051] 还可以准确、客观的反映H型钢全断面温度分布情况，以解决现有H型钢轧制过程中轧件全断面温度分布情况不能直观反映的问题。

[0052] 操作者可以调取轧件全断面任意部位的瞬时温度，针对轧制过程中有控温要求的轧制工艺(如正火轧制、QST等)进行提前干预，并对干预后产生的效果再次进行监测并反馈
给计算机，进而重新统计数据，循环式改进，以提升温度控制准确率和效率，可有效的指导
实际生产，意义重大。

[0053] 在后续轧制同一钢种、同一规格产品时数据可以直接调用，节约了再次调节的时间。

[0054] 如图2所示，为了实现与上述技术方案相同的发明目的，本发明还提供了以上所述的热轧H型钢温度均匀性控制系统的控制方法，其技术方案是：

[0055] 所述的控制方法通过热成像仪在轧制过程中对热轧H型钢3的全断面进行测温，并将温度分布信息传递给远程计算机；远程计算机利用热轧H型钢3温度均匀性控制软件分析
H型钢3全断面温度分布情况，控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀及冷却液喷射装
置，控制冷却装置的各项参数；通过对温度数据的分析，不断调整冷却装置的各项参数，从
而实现对热轧H型钢3在轧制过程中的全断面温度均匀性控制。

[0056] 所述的冷却装置的各项参数包括喷射角度、水流量、压力和喷射时间中的一项，或其中任意多项的组合。

[0057] 所述的控制方法包括以下步骤：

[0058] 步骤1、通过热成像仪，对H型钢3轧件的全断面温度测量数据进行采集，并上传给远程计算机；

[0059] 步骤2、对H型钢3轧件的生产特性参数进行收集并上传至控制系统的数据库；

[0060] 步骤3、控制系统对数据库中大数据进行分析；

[0061] 步骤4、根据大数据分析结果提出预干预解决方案；

[0062] 步骤5、控制系统根据预干预解决方案进行预干预；

[0063] 步骤6、控制过程的再跟踪及反馈循环。

[0064] 上述所有步骤的前提是要明确热轧H型钢3的全断面温度均匀性的评价准则，即温度区间的设定。

[0065] 进一步地：

[0066] 在所述步骤1中，利用热成像仪作为H型钢3轧件温度测量工具，对从冷却装置出来的H型钢3轧件某一瞬态的各个表面进行拍照、分析，并将测量得到的数据上传至控制系统
的数据库。

[0067] 在所述步骤2中，H型钢3轧件生产特性参数包括H型钢3的钢级、规格、道次信息。

[0068] 在所述步骤3中，根据热成像仪测量分析的数据绘制温度曲线，利用控制系统的显示设备直观地观察H型钢3轧件全断面温度分布规律。

[0069] 温度曲线的横坐标与轧件全断面的位置相对应，精度为10mm，起点为H型钢3轧件腹板上表面中心位置，向右依次对应轧件OS侧(操作侧)腹板上表面与侧翼过渡处的内弧R
角、OS侧翼缘上端部、OS侧翼缘平面、OS侧腹板下表面与侧翼过渡处的内弧R角、H型钢3轧件
腹板下表面、DS侧(驱动侧)腹板下表面与侧翼过渡处的内弧R角、DS侧翼缘平面、DS侧翼缘
上端部、DS侧腹板上表面与侧翼过渡处的内弧R角、最后回到H型钢3轧件腹板上表面中心位
置，形成一个闭环，为后续预干预措施提供参考；同时温度曲线与轧件生产特性参数相对
应。

[0070] 在所述步骤4中，利用步骤3中提供的温度分布曲线所表示的温度分布规律以及对应H型钢3轧件的位置，结合工艺规范来制定解决方案，制成配置表。

[0071] 配置表可通过人工修改来作为系统模型的补充，配置参数主要是对应道次冷却水喷射角度、水流量、水压力、喷射时间进行设定。

[0072] 在所述步骤5中，所述的控制系统读取配置表参数，控制安装在冷却装置上的冷却液电子控制阀，对冷却装置进行预干预。

[0073] 在所述步骤6中，采用配置表解决方案实施的H型钢3轧件将会有新标记，对新标记的H型钢3轧件全断面温度再次进行测量及数据上传，并进行新的数据分析；根据新的温度
曲线及分布规律进行配置表优化，不断循环改进，直至达到温度均匀性预设区间要求。

[0074] 采用配置表解决方案实施的轧件将会有新标记，对新标记的轧件全断面温度再次进行测量及数据上传，并进行新的数据分析，根据新的温度曲线及分布规律进行配置表优
化，不断循环改进，直至达到温度均匀性预设区间要求。

[0075] 上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改
进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。