热轧带钢轧后冷却温度在线监测与控制

摘要

本文以鞍钢股份有限公司产品质量提升技改工程2150热轧超快冷系统控制技术与新工艺开发为背景，对轧后冷却温度控制模型、在线监测与控制系统的自适应功能、基于在线监测系统的前馈控制、轧后冷却反馈控制等内容进行了系统研究。所开发的热轧带钢在线监测与控制系统现场应用取得了良好效果。本文的主要研究内容和成果如下: (1)建立了高精度轧后冷却温度控制模型，该模型采用有限差分法对热传导方程进行求解。提出了一种新的节点划分方法，使得带钢厚度方向温度计算更加精确。给出了离散化热传导方程的边界条件以及材料的热物性能计算模型。 (2)针对轧后冷却区水汽、雾气等不良条件导致轧后冷却区温度难以测量这一工况条件，基于温度软测量技术，开发出了热轧带钢轧后冷却温度在线监测与控制系统，对轧后冷却区带钢的实时状态进行监控。根据在线监测与控制系统可以对有限差分温度模型进行自适应优化。该优化策略是基于有限差分温度模型开发出来的，对有限差分温度模型的发展具有深远的意义。 (3)针对大速度波动对轧后冷却温度控制的影响，基于在线监测与控制系统，提出了速度的前馈控制策略。该策略可以根据在线监测温度对卷取温度进行再计算，从而及时纠正温度偏差。提出了再计算点的位置包括粗调段和精调段，从而对速度波动进行两次纠正，将温度偏差减小到最小范围内。 (4)深入分析了常规PID反馈控制方法和带有Smith预估器的反馈控制方法的控制原理以及存在的不足。提出了基于卷内自学习的新型反馈控制策略。该反馈控制策略同样适用于超快冷段，因此，该策略可以在保证卷取温度计算精度的前提下，提高超快冷出口温度计算精度。 (5)将开发的热轧带钢轧后冷却温度在线监测与控制系统应用于实际生产，生产实践表明，单独层流冷却条件下，带钢卷取温度为±20℃范围内的分钢种命中率均高于系统改造前;复合冷却模式下，低成本Q345B卷取温度为±20℃范围内的命中率也到95％，高于改造前的90％;管线钢X70卷取温度CT达到±40℃范围之内的钢卷数目达到90％以上，高于改造前的75％。

目录

声明

摘要

第1章绪论

1．1研究背景、目的和意义

1．2轧后冷却技术发展概况

1．2．1层流冷却技术发展现状

1．2．2基于超快冷的新一代TMCP技术

1．2．3超快速冷却技术的发展现状

1．2．4轧后冷却控制系统的发展

1．3本论文主要研究内容

第2章轧后冷却温度控制模型的开发

2．1数学模型基础理论

2．1．1热传导

2．1．2对流换热

2．1．3辐射换热

2．2轧后冷却温度有限差分模型

2．2．1导热微分方程的推导

2．2．2导热微分方程的差分处理

2．2．3网格的划分方法

2．2．4热传导方程的离散化

2．2．5边界条件的处理

2．3材料热性能模型

2．3．1比热系数的确定

2．3．2导热系数的确定

2．4本章小结

第3章轧后冷却区温度的在线监测与控制

3．1软测量技术概述

3．2基于软测量技术的轧后冷却区温度在线监测

3．2．1轧后冷却区温度在线监测的必要性

3．2．2轧后冷却区温度在线监测系统的开发

3．3速度波动条件下的轧后冷却温度前馈控制策略

3．3．1速度波动对轧后冷却温度控制的影响

3．3．2基于温度在线监测系统的速度前馈控制策略

3．4本章小结

第4章轧后冷却反馈控制方法研究

4．1常规轧后冷却反馈控制概述

4．1．1 PID反馈控制原理

4．1．2常规轧后冷却反馈控制的应用及不足

4．2带有Smith预估器的轧后冷却控制原理

4．2．1 Smith预估器的补偿原理

4．2．2 Smith预估器在反馈控制过程中的应用原理

4．3新型轧后冷却反馈控制策略

4．3．1基于卷内自学习的反馈控制策略

4．3．2反馈控制过程的实现

4．4本章小结

第5章现场应用及效果

5．1产线布置概况

5．2轧后冷却控制系统概述

5．3现场应用效果

5．3．1单独层流冷却控温效果

5．3．2复合冷却模式下卷取温度控温效果

5．4本章小结

第6章结论

参考文献

致谢