基于超快速冷卻的熱軋帶鋼軋后冷卻控制系統(tǒng)與策略研究.pdf

1、在社會(huì)倡導(dǎo)“綠色制造與制造綠色”的大背景下，以超快速冷卻技術(shù)為核心的新一代TMCP技術(shù)應(yīng)用到熱軋板帶鋼生產(chǎn)中，可實(shí)現(xiàn)以減量化的成分設(shè)計(jì)生產(chǎn)性能優(yōu)良的鋼鐵產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)節(jié)省資源和能源、降低生產(chǎn)成本、挖掘鋼材潛力，形成系統(tǒng)完整的綠色制造工藝。本文以國家“十二五”科技支撐計(jì)劃中“鋼鐵行業(yè)綠色生產(chǎn)工藝技術(shù)與應(yīng)用示范”項(xiàng)目子課題“熱軋板帶鋼新一代TMCP裝備及工藝技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用”為背景，圍繞鋼鐵產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)“新一代TMCP工藝技術(shù)”，通過開發(fā)基于

2、超快速冷卻的熱軋帶鋼軋后冷卻控制系統(tǒng)，旨在加快突破鋼鐵產(chǎn)業(yè)核心關(guān)鍵技術(shù)。本文對基于超快速冷卻的多目標(biāo)溫度計(jì)算模型、多目標(biāo)溫度的解耦控制策略、提高多目標(biāo)溫度控制精度策略、冷卻介質(zhì)高精度控制策略和升速軋制下溫度高精度控制策略進(jìn)行了系統(tǒng)研究，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“基于超快速冷卻的熱軋帶鋼軋后冷卻控制系統(tǒng)”并應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)，取得了良好效果。
　　(1)針對新增軋后超快冷的實(shí)際冷卻工藝需求，建立了軋后多目標(biāo)冷卻控制系統(tǒng)。針對

3、現(xiàn)場應(yīng)用過程需求，對超快速冷卻系統(tǒng)與層流冷卻系統(tǒng)無縫銜接做了相關(guān)研究，提出超快冷柔性化控制模式;基于柔性化冷卻模式對系統(tǒng)的要求，對多級控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的研究，優(yōu)化設(shè)計(jì)了系統(tǒng)控制功能時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)各功能之間合理分工協(xié)作。
　　(2)針對超快速冷卻過程特點(diǎn)，推導(dǎo)了基于超快冷的軋后冷卻多目標(biāo)溫度控制模型，創(chuàng)建了水冷換熱系數(shù)自適應(yīng)模型。首先，通過對軋后冷卻換熱過程的分析，推導(dǎo)了軋后冷卻溫度計(jì)算模型;其次，通過對影響水冷換熱效率因素的研究

4、，回歸獲取了超快速冷卻段水冷換熱系數(shù)模型以及層流冷卻段水冷換熱系數(shù)模型;之后，針對復(fù)雜的水冷換熱過程，以消除溫度計(jì)算偏差、提高系統(tǒng)自適應(yīng)能力為宗旨，建立了水冷換熱系數(shù)自適應(yīng)模型，提高了水冷溫度計(jì)算的穩(wěn)定性、計(jì)算過程的收斂性以及軋后冷卻多目標(biāo)溫度計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。
　　(3)采用專家系統(tǒng)PID與Fuzzy-PID控制策略，對冷卻介質(zhì)壓力與流量進(jìn)行解耦控制，該系統(tǒng)具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)供水系統(tǒng)穩(wěn)定性控制

5、，提出軋線控制系統(tǒng)與泵站供水系統(tǒng)解耦控制策略;針對高壓模式與低壓模式冷卻介質(zhì)壓力變化特性，采用專家系統(tǒng)調(diào)節(jié)PID控制參數(shù)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了冷卻介質(zhì)壓力的精度控制;針對不同類型冷卻集管的流量變化特征，采用PID參數(shù)模糊自整定控制策略，實(shí)現(xiàn)各類型冷卻集管流量的精度控制;針對冷卻介質(zhì)壓力與流量的強(qiáng)耦合關(guān)系，采用冷卻介質(zhì)壓力與流量解耦控制策略。在實(shí)際應(yīng)用過程中解決了高壓水控制過程中壓力與流量、軋線水系統(tǒng)與泵站水系統(tǒng)強(qiáng)耦合的問題。
　　(4

6、)通過對軋后冷卻不同位置工藝溫度控制特征的研究，開發(fā)了超快冷條件下多目標(biāo)溫度高精度控制策略。針對控制過程中UFCT與CT之間控制特點(diǎn)及工藝需求，開發(fā)了UFCT與CT解耦控制策略、多元計(jì)算策略;為實(shí)現(xiàn)UFCT精確控制，開發(fā)了卷內(nèi)自學(xué)習(xí)控制策略;針對超快冷冷卻速率高的特點(diǎn)，依據(jù)現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對典型厚度規(guī)格的帶鋼在超快速冷卻過程厚度方向的溫度分布進(jìn)行了研究;為消除超快速冷卻過程對CT精度控制的影響，開發(fā)溫度計(jì)算補(bǔ)償策略;針對反饋控制滯后的問題

7、，設(shè)計(jì)了帶滯后補(bǔ)償?shù)臏囟萈ID反饋控制策略;通過對帶鋼長度方向多目標(biāo)溫度均勻性控制的研究，在帶鋼長度方向采用5點(diǎn)自學(xué)習(xí)策略、UFCT與CT自學(xué)習(xí)控制策略獨(dú)立并存方案。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了多目標(biāo)溫度的精確控制，提高了帶鋼長度方向溫度均勻性、增強(qiáng)了系統(tǒng)自適應(yīng)能力及系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。
　　(5)針對熱軋帶鋼軋制過程速度變化不規(guī)則的特點(diǎn)，開發(fā)了帶鋼及樣本TVD曲線的計(jì)算算法及在線循環(huán)修正策略，消除了速度波動(dòng)對溫度控制的影響。研究了帶鋼速度變化對帶鋼表

8、面換熱系數(shù)和帶鋼運(yùn)行時(shí)間的影響;在研究不同長度的帶鋼在軋后冷卻區(qū)運(yùn)行過程中TVD曲線特征的基礎(chǔ)上，提出了帶鋼整體TVD曲線運(yùn)行制度算法、Sk段速度運(yùn)行制度算法和樣本速度計(jì)算策略;針對帶鋼運(yùn)行速度不規(guī)則變化特征，提出帶鋼速度在線循環(huán)修正策略;上述速度運(yùn)行制度算法、計(jì)算策略及修正策略實(shí)現(xiàn)了帶鋼樣本在各微元冷卻區(qū)運(yùn)行歷程的精確計(jì)算，并消除了速度波動(dòng)對溫度計(jì)算的影響。
　　(6)所建立的軋后冷卻多目標(biāo)控制系統(tǒng)，已應(yīng)用于現(xiàn)場生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了軋后