数学模型在特种合金酸洗生产线控制中的应用

摘要

在钢铁冶金领域，酸洗是钢铁生产和钢铁表面处理时不可或缺的的工艺过程，是冷轧生产之前的关键工序，它的主要作用是借助机械和化学的作用，把从热连轧来的带钢钢卷表面氧化皮及污垢去掉，得到表面清洁的带钢。按照缩短酸洗时间、提高酸洗质量、减少废酸污染、发展低碳的趋势，本文从数学模型的角度提出控制酸洗浓度、温度、紊流、新酸量，使得酸洗达到更好的效果。
　　宝钢股份特钢事业部于2010上半年建成投产的钛镍特种合金板带冷轧厂，其酸洗生产线采用热冷连续式酸洗机组(Hot&Cold continuous pickling line简称HCPL)，并选择混酸浅槽紊流酸洗工艺。酸洗槽的工艺段控制采用PID控制方式，投产后使用效果不是很理想。本文即针对这一现状，以解决现场实际问题为出发点，结合基于数学模型的控制思想，寻求一种适用于该工艺情况的控制方法。
　　本文重点分析了酸洗生产线的酸液温度、浓度、紊流、带钢质量、酸液中酸和金属离子溶解度之间的相互关系，指出酸洗线工艺的复杂性，传统的单回路PID控制很难达到其控制要求。在控制思想上，研究了当前国内外先进控制技术和PID控制技术的理论和方法，分析了PID控制系统和模型控制系统在控制方面的优缺点，提出把数学模型和PID控制相结合的控制方法，综合PID控制具有算法简单、可靠性高和稳态误差小的优点和数学模型具有预计划性、稳定性好的优点，设计实现了基于数学模型的酸洗生产线控制系统，并在Siemens S7-400控制系统中，完成了具体的实现，有效解决了原酸洗生产线的控制稳定性不足等问题。
　　生产实践表明，系统稳定可靠。在相应的工艺要求下，完全符合生产要求，大大提高了带钢酸洗质量，同时降低了用酸成本和工人的劳动强度，达到了预期的效果。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题来源

1.3 课题的意义及国内外现状

1.4 论文的内容安排

第二章 热冷酸洗生产线的生产工艺流程

2.1 酸洗生产线的概述

2.2 紊流在卧式酸洗生产线中的应用

2.3 酸洗工艺

2.4 酸洗工艺段设备描述

2.5 本章小结

第三章 PID概述与数学模型功能

3.1 PID控制概述及原理

3.2 数学模型

3.3 酸洗过程数学模型功能

3.4 数学模型结合PID控制

3.5 本章小节

第四章 酸洗数学模型的建立

4.1 引言

4.2 酸液循环加热系统分析

4.3 紊流过程模型

4.4 酸洗工艺模型

4.5 本章小结

第五章 酸洗过程模型系统的实现

5.1 特钢酸洗生产线自动化系统概述

5.2 酸洗数学模型控制系统的设计与实现

5.3 酸洗模型实现方式

5.4 酸洗模型控制策略

5.5 模型应用情况

5.6 模型产生的经济效益

第六章 结束语

参考文献

致谢

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