中厚板軋后冷卻過(guò)程控制系統(tǒng)介紹

中厚板軋后冷卻過(guò)程控制系統(tǒng)東北大學(xué)：王丙興軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2010年8月軋制技術(shù)及連軋自動(dòng)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要內(nèi)容第一部分控制冷卻思想簡(jiǎn)介第二部分中厚板軋后冷卻過(guò)程控制系統(tǒng)第三部分過(guò)程控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型第四部分高精度、均勻性控制方法第一部分控制冷卻思想簡(jiǎn)介控制冷卻思想簡(jiǎn)介鋼的強(qiáng)化機(jī)制晶界強(qiáng)化相變強(qiáng)化沉淀強(qiáng)化固溶強(qiáng)化位錯(cuò)強(qiáng)化亞晶強(qiáng)化控制冷卻作用—晶界強(qiáng)化控制冷卻作用—相變強(qiáng)化控制冷卻作用—相變強(qiáng)化控制冷卻作用—沉淀強(qiáng)化第二部分中厚板軋后冷卻過(guò)程控制系統(tǒng)中厚板軋后冷卻過(guò)程控制系統(tǒng)冷卻設(shè)備布置冷卻控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及數(shù)據(jù)流圖多階段冷卻過(guò)程控制系統(tǒng)冷卻核心控制參數(shù)一元控制二元控制多元控制終冷溫度終冷溫度+冷卻速度多級(jí)溫度路徑控制===冷卻模式系統(tǒng)時(shí)序觸發(fā)機(jī)制過(guò)程控制—預(yù)計(jì)算水流密度確定輥道速度確定集管狀態(tài)確定冷卻均勻性控制過(guò)程控制系統(tǒng)—在線計(jì)算根據(jù)鋼板的實(shí)測(cè)終軋溫度和厚度對(duì)預(yù)設(shè)定計(jì)算給出的冷卻規(guī)程進(jìn)行修正觸發(fā)時(shí)刻：精軋機(jī)給出末道次信號(hào)時(shí)刻，在鋼板頭部經(jīng)過(guò)精軋機(jī)后測(cè)溫儀及測(cè)厚儀之后過(guò)程控制系統(tǒng)—后計(jì)算短期自學(xué)習(xí)系數(shù)：長(zhǎng)期自學(xué)習(xí)系數(shù)：冷卻速度自學(xué)習(xí)：

換熱系數(shù)自學(xué)習(xí)：

第三部分冷卻控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型導(dǎo)熱微分方程根據(jù)傅立葉定律和能量守恒定律，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可得到具有內(nèi)熱源瞬態(tài)三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程，表示為：

邊界條件：

初始條件：相變潛熱計(jì)算相變開(kāi)始溫度：相變轉(zhuǎn)變量：相變潛熱計(jì)算：奧氏體比熱容

鐵素體比熱容

平均比熱容

比熱和熱傳導(dǎo)率曲線典型鋼種的比熱值曲線同樣是用線性插值方法求得對(duì)應(yīng)含碳量和任一時(shí)刻溫度的比熱值特點(diǎn)：將相變潛熱考慮到平均比熱中(可以對(duì)熱傳導(dǎo)偏微分方程簡(jiǎn)化)比熱和熱傳導(dǎo)率曲線用線性插值方法可求得對(duì)應(yīng)含碳量和任一時(shí)刻溫度的導(dǎo)熱系數(shù)特點(diǎn)：在差分某一節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)導(dǎo)熱系數(shù)是常數(shù)(滿足差分形式成立的條件)典型鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)值曲線根據(jù)斯蒂芬－波爾茨曼定律：－空冷換熱系數(shù)；式中，－自學(xué)習(xí)系數(shù)；－鋼板的黑度，；－斯蒂芬－波爾茨曼常數(shù)；－鋼板表面溫度；－空氣介質(zhì)的溫度。確定空冷換熱系數(shù)主要依賴于值的確定參考牛頓冷卻公式形式給出：(1)該模型主要考慮了水流密度和鋼板表面溫度的影響;(2)根據(jù)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)用回歸法確定a、b、c、fv。式中，Aw－自學(xué)習(xí)系數(shù)；

qw－水流密度；

T－鋼板表面溫度；

fv

－速度修正系數(shù)；

a－按鋼板規(guī)格確定的系數(shù)；

b、c－模型常數(shù)系數(shù)。采用回歸模型：交替方向隱式差分形式：(無(wú)條件穩(wěn)定、追趕法求解)溫度場(chǎng)有限元解析方法溫度場(chǎng)有限元解析模型泛函：剛度矩陣：溫度場(chǎng)有限元解析方法有限單元網(wǎng)格劃分非對(duì)稱問(wèn)題：對(duì)稱問(wèn)題：時(shí)間步長(zhǎng)確定空冷基本時(shí)間步長(zhǎng)：水冷基本時(shí)間步長(zhǎng)：迭代時(shí)間步長(zhǎng)：第四部分冷卻過(guò)程中的均勻性控制流體系統(tǒng)的高精度控制高精度流量控制加速冷卻階段上下水比控制鋼板厚度方向冷卻均勻性控制凸型水量分布邊部遮蔽(3000以上的寬板效果明顯)鋼板寬度方向冷卻均勻性控制(a)理想的遮蔽形式(b)局部使用集管的遮蔽形式

(c)實(shí)際采用的遮蔽形式（連續(xù)使用集管時(shí)）

(d)實(shí)際采用的遮蔽形式（間隔使用集管時(shí)）鋼板寬度方向冷卻均勻性控制加速冷卻階段橫向均勻性控制策略最優(yōu)邊部遮蔽量：

正弦凸度遮蔽方式：

鋼板寬度方向冷卻均勻性控制鋼板厚度方向冷卻均勻性控制輥道速度縱向溫度分布輥道微加速控制頭尾遮蔽控制頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模擬頭尾遮蔽模