板帶鋼熱連軋高精度軋后冷卻控制的研究與應(yīng)用.pdf

1、熱連軋軋后冷卻的重要目的是為了改善鋼材最終的組織狀態(tài)，提高鋼材性能。本文結(jié)合常規(guī)軋后冷卻（層流冷卻）系統(tǒng)的優(yōu)化和新一代軋后冷卻（超快速冷卻+層流冷卻）系統(tǒng)的研發(fā)，對(duì)冷卻過程中的換熱機(jī)理，溫度場(chǎng)解析模型等理論模型以及帶鋼在各種冷卻策略下的溫度變化規(guī)律等工藝過程進(jìn)行系統(tǒng)研究。分析和研究軋制速度對(duì)軋后冷卻過程的影響，并設(shè)計(jì)升速軋制條件下軋后冷卻前饋控制算法;根據(jù)冷卻工藝的需要開發(fā)冷卻路徑控制策略，并應(yīng)用基于Smith預(yù)估器的反饋控制算法和基于

2、案例推理技術(shù)的長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)方法以提高軋后冷卻過程的溫度控制精度。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了軋后冷卻控制系統(tǒng)并應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中，取得良好控制效果。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)對(duì)軋后冷卻過程的理論模型進(jìn)行深入研究?？绽鋾r(shí)，帶鋼主要以輻射換熱和對(duì)流換熱的方式向環(huán)境散失熱量。基于斯蒂芬—波爾茨曼定律，推導(dǎo)出了輻射換熱的等效換熱系數(shù)（即輻射換熱系數(shù)）的計(jì)算公式;基于邊界層理論，認(rèn)為帶鋼空冷對(duì)流換熱過程為外掠等溫平板的換熱過程，推導(dǎo)出了空冷對(duì)流換熱系

3、數(shù)的計(jì)算公式?；谏淞鳑_擊換熱和沸騰換熱理論，深入研究和分析了超快速冷卻和層流冷卻的冷卻機(jī)理。根據(jù)軋后冷卻過程中導(dǎo)熱微分方程及其初始條件和邊界條件，利用有限差分實(shí)現(xiàn)對(duì)帶鋼內(nèi)部溫度場(chǎng)的解析計(jì)算。分別對(duì)層流冷卻過程、超快速冷卻過程以及二者復(fù)合冷卻過程中帶鋼溫度變化規(guī)律進(jìn)行了研究。分析了集管排布形式對(duì)帶鋼溫度變化的影響，獲得了各種冷卻策略下帶鋼溫度變化特點(diǎn)。
　　(2)研究熱連軋過程中軋制速度制度及其對(duì)軋后冷卻過程的影響，并設(shè)計(jì)高精度的

4、軋后冷卻前饋控制算法。為了提高產(chǎn)量和保證終軋溫度，現(xiàn)代熱連軋一般采用升速軋制工藝，給軋后冷卻的控制帶來一定難度。為了保證軋后冷卻的溫度控制精度，對(duì)帶鋼進(jìn)行分段控制，并對(duì)每個(gè)樣本段進(jìn)行精確設(shè)定和跟蹤。根據(jù)TVD(Time-Velocity-Distance)曲線，計(jì)算帶鋼樣本在各冷卻區(qū)（集管組）下的運(yùn)行速度和時(shí)間，并根據(jù)實(shí)測(cè)終軋溫度和厚度等參數(shù)對(duì)即將進(jìn)入冷卻區(qū)的樣本進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)定計(jì)算。如果預(yù)報(bào)帶鋼速度與實(shí)測(cè)速度偏差較大，則首先對(duì)TVD曲線進(jìn)

5、行修正，并修正帶鋼樣本在各冷卻區(qū)下的速度，然后采用修正后的速度對(duì)即將進(jìn)入冷卻區(qū)的樣本進(jìn)行動(dòng)態(tài)設(shè)定計(jì)算，同時(shí)對(duì)處于冷卻區(qū)的樣本進(jìn)行再設(shè)定計(jì)算，以補(bǔ)償由于軋制速度的變化對(duì)軋后冷卻溫度控制造成的影響。
　　(3)開發(fā)基于超快速冷卻的冷卻路徑控制策略并應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)中。根據(jù)冷卻工藝的需要，開發(fā)了以各個(gè)冷卻階段的終冷溫度和冷卻速度為控制目標(biāo)的冷卻路徑控制策略，并以雙相鋼的工業(yè)試制為例，實(shí)現(xiàn)了冷卻路徑控制策略的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，為新鋼種開發(fā)和冷卻工藝優(yōu)化

6、提供了強(qiáng)有力的技術(shù)手段。
　　(4)采用基于Smith預(yù)估器的反饋控制算法以提高反饋控制的精度。軋后冷卻控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的大滯后系統(tǒng)，基于PID控制器的常規(guī)反饋控制有時(shí)很難達(dá)到理想的控制效果。推導(dǎo)出了基于Smith預(yù)估器的反饋控制算法的顯式表達(dá)式，并應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)中。實(shí)際應(yīng)用表明，當(dāng)卷取溫度偏離目標(biāo)值時(shí)，基于Smith預(yù)估器的反饋控制能夠較快穩(wěn)定地將卷取溫度調(diào)節(jié)到要求的范圍內(nèi)，保證了剩余帶鋼的卷取溫度控制精度。
　　(5)采用

7、案例推理技術(shù)研究了軋后冷卻數(shù)學(xué)模型中的長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)系數(shù)的確定方法?；诂F(xiàn)場(chǎng)大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從如何有效利用經(jīng)驗(yàn)知識(shí)入手，通過案例構(gòu)造、案例檢索、案例重用或修正等案例推理技術(shù)對(duì)軋后冷卻模型中的長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)系數(shù)進(jìn)行決策?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，對(duì)于軋制較多的鋼種規(guī)格，該方法能夠顯著提高換規(guī)格后第一塊帶鋼的頭部溫度設(shè)定精度。
　　(6)建立軋后冷卻控制系統(tǒng)。介紹軋后冷卻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，以及基礎(chǔ)自動(dòng)化和過程自動(dòng)化控制系統(tǒng)的具體功能。針對(duì)基于C/S架構(gòu)模式的