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)，對冷卻過程中的換熱機理，溫度場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)律等工藝過程進行系統(tǒng)研究。分析和研究軋制速度對軋后冷卻過程的影響，并設(shè)計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)的長期自學習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)場生產(chǎn)中，取得良好控制效果。主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)對軋后冷卻過程的理論模型進行深入研究?？绽鋾r，帶鋼主要以輻射換熱和對流換熱的方式向環(huán)境散失熱量?；谒沟俜摇柎穆?，推導出了輻射換熱的等效換熱系數(shù)（即輻射換熱系數(shù)）的計算公式;基于邊界層理論，認為帶鋼空冷對流換熱過程為外掠等溫平板的換熱過程，推導出了空冷對流換熱系

3、數(shù)的計算公式?；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理。根據(jù)軋后冷卻過程中導熱微分方程及其初始條件和邊界條件，利用有限差分實現(xiàn)對帶鋼內(nèi)部溫度場的解析計算。分別對層流冷卻過程、超快速冷卻過程以及二者復合冷卻過程中帶鋼溫度變化規(guī)律進行了研究。分析了集管排布形式對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。
　　(2)研究熱連軋過程中軋制速度制度及其對軋后冷卻過程的影響，并設(shè)計高精度的

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，對帶鋼進行分段控制，并對每個樣本段進行精確設(shè)定和跟蹤。根據(jù)TVD(Time-Velocity-Distance)曲線，計算帶鋼樣本在各冷卻區(qū)（集管組）下的運行速度和時間，并根據(jù)實測終軋溫度和厚度等參數(shù)對即將進入冷卻區(qū)的樣本進行動態(tài)設(shè)定計算。如果預(yù)報帶鋼速度與實測速度偏差較大，則首先對TVD曲線進

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即將進入冷卻區(qū)的樣本進行動態(tài)設(shè)定計算，同時對處于冷卻區(qū)的樣本進行再設(shè)定計算，以補償由于軋制速度的變化對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)場中。根據(jù)冷卻工藝的需要，開發(fā)了以各個冷卻階段的終冷溫度和冷卻速度為控制目標的冷卻路徑控制策略，并以雙相鋼的工業(yè)試制為例，實現(xiàn)了冷卻路徑控制策略的現(xiàn)場應(yīng)用，為新鋼種開發(fā)和冷卻工藝優(yōu)化

6、提供了強有力的技術(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)反饋控制有時很難達到理想的控制效果。推導出了基于Smith預(yù)估器的反饋控制算法的顯式表達式，并應(yīng)用在現(xiàn)場中。實際應(yīng)用表明，當卷取溫度偏離目標值時，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)學模型中的長期自學習系數(shù)的確定方法。基于現(xiàn)場大量生產(chǎn)數(shù)據(jù)，從如何有效利用經(jīng)驗知識入手，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)對軋后冷卻模型中的長期自學習系數(shù)進行決策?，F(xiàn)場應(yīng)用表明，對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)自動化和過程自動化控制系統(tǒng)的具體功能。針對基于C/S架構(gòu)模式的