【軋制自動化】熱連軋溫度控制講義

熱連軋溫度控制講義熱連軋溫度控制講義1

.1研究開發(fā)內(nèi)容熱連軋溫度控制主要包括以下4部分內(nèi)容：?

粗軋溫度模型?

精軋溫度模型?

卷取溫度設(shè)定及數(shù)據(jù)庫?

層流冷卻自動控制1

.2總體開發(fā)路線熱連軋全線溫度計算開發(fā)溫度計算模塊構(gòu)建溫度模擬平臺數(shù)據(jù)庫有限元法溫度場計算冷卻過程報表1

.3實施方法基本計算軟件模型空冷軋制模塊水冷模塊卷取模塊模塊出爐除鱗熱保卷溫箱罩粗軋精軋層冷卷取斷面溫度場階段溫降值軋件溫度模擬計算結(jié)果卷取溫度在線控制模型自學習實測卷取溫度外部條件前饋控制主冷區(qū)目標卷取溫度反饋控制精冷區(qū)...FDTCT...1號２號F1F7卷取機精軋機組CTC是一個以前饋為主，反饋為輔，不斷進行自學習的閉環(huán)控制系統(tǒng)FDT補償(修正設(shè)定)FB控制FDTCT速度補償(再設(shè)定)F1F7...主冷區(qū)精冷區(qū)CTS（預設(shè)定）CMLC（模型學習）CT模型目標軋線及適應(yīng)范圍說明目標軋線及適應(yīng)范圍說明適應(yīng)的鋼種普通碳素結(jié)構(gòu)鋼、優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、IF鋼、冷軋深沖鋼、高強度結(jié)構(gòu)鋼、高耐侯鋼、橋梁鋼、管線鋼（X70~X100）、壓力容器及鍋爐用鋼、汽車大梁鋼、家電板、熱軋雙相鋼、硅鋼、不銹鋼等。2

目標軋線及適應(yīng)范圍說明來料及產(chǎn)品規(guī)格（1）原料厚度：

150~300mm（2）產(chǎn)品厚度：

0.8~25.4mm（3）產(chǎn)品寬度：

650~2150mm（4）年產(chǎn)量：

最大550萬噸（5）粗軋水平軋機：最多2架，四輥/二輥（6）精軋末架速度：最大28m/s（7）精軋水平軋機：5

~7架，四輥3

全線溫度場模擬研究目標1、針對熱帶鋼連軋機組，建立熱軋帶鋼由加熱爐出口到層冷出口各環(huán)節(jié)溫度變化的數(shù)學模型；2、開發(fā)軋線溫度模擬計算平臺；3、利用現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行離線溫度計算。3.1

有限元溫度場求解方法有限元網(wǎng)格劃分3.1

有限元溫度場求解方法有限元計算過程計算有限元基本矩陣——Jmatrix（）Aircooling1()讀取除鱗前空冷原始數(shù)據(jù)，時間增量(dat)及該段總時間(time)，設(shè)i=0形成溫度剛度矩陣，變溫矩陣，系數(shù)矩陣，求解節(jié)點溫度{T}——Heat()節(jié)點溫度賦初值記錄本次計算結(jié)果——Export()溫度由攝氏度到K溫度轉(zhuǎn)換——Tk()求得節(jié)點溫度由K氏溫度到攝氏溫度的轉(zhuǎn)換——Tka1()網(wǎng)格劃分，節(jié)點編號，節(jié)點調(diào)查——codenum()否i=time/dat是s=s+time,計算結(jié)束3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型空冷換熱模型軋件的自由表面通過輻射和對流與空氣進行熱交換。熱軋鋼時，一般軋制溫度均超過800攝氏度，此時對流換熱與輻射相比很?。ㄐ∮?/100），可以忽略不計。根據(jù)Stefan-Boltzmann定律即可得到：=σε2+

+(T

T

)(T

T

)2ahra式中，σ為Stefan-Boltzmann常量；ε為物體表面黑度；T和

Ta分別為軋件溫度和環(huán)境溫度。3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型軋制過程接觸換熱模型接觸熱傳遞，其交換系數(shù)可按下式處理：hr

=

k

/

πatt

=

?H

R

/va

=

k

/(

ρc)式中：

hr為軋輥和軋件接觸時的換熱系數(shù)，W/(m2?K)；k為軋件導熱率，kcal/s/mm/℃；α為軋件導溫系數(shù)，m2/s；t為

軋件與軋輥接觸時間，s；ΔH為壓下量，m；v為軋輥速度，m/s；R為

軋輥半徑，m。η3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型軋制過程塑性變形換熱模型帶鋼在軋制過程中，由于塑性變形產(chǎn)生的內(nèi)熱源強度為：

q

=

ησε式中：

η為塑性功轉(zhuǎn)化系數(shù)σε為材料等效應(yīng)力（變形抗力）為應(yīng)變速率

3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型軋制過程摩擦換熱模型

在軋制過程中因軋輥與軋件間的摩擦而產(chǎn)生的內(nèi)熱源強度

q

可由下式表示：

q

=

Aμp(φ)vr式中：

A為摩擦功轉(zhuǎn)化為軋件溫升熱的系數(shù)μ為摩擦系數(shù)；P(φ)為軋制壓力的法向分量vr軋輥與軋件的相對速度絕對值的平均值3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型有水參與軋件冷卻的過程包括：層流冷卻、高壓水除鱗、機架間冷卻等噴水冷卻過程。高壓水強制對流換熱模型107.2h

=

r

×

ω0.663×10?0.00147TSU

1.163×w對于高壓水除鱗和機架間冷卻等噴水冷卻過程，帶鋼表面溫度TSU、水壓以及水量密度ω對其熱交換系數(shù)hw(W/(m2?K))的影響較大.3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型層流冷卻換熱模型(2.5

?1.5

logT

)D

0.645

9.72

105ω

0.355

×hW

=×1.163W

(T

?

T

)P

P

suWL

C式中：ω為水流密度；D為集管噴嘴直徑；Tsu,TW分別是帶鋼表面溫度和水溫；P

和P

分別為軋線方向和軋線垂直方向的噴嘴距離。LC3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型熱物性參數(shù)模型鋼種層別表碳含量（%）鋼族編號0.02~0.0450#0.046~0.075

0.076~0.105

0.106~0.135

0.136~0.165

0.166~0.200

0.201~0.245

0.246~0.3001#2#3#4#5#6#7#碳含量（%）鋼族編號0.301~0.365

0.366~0.440

0.441~0.520

0.521~0.605

0.606~0.690

0.691~0.770

0.771~0.8608#

9#

10#

11#

12#

13#

14#3.2

軋線溫度計算數(shù)學模型熱物性參數(shù)模型-(比熱模型1

單位：kJ/kg.K)鋼種溫度℃0#1#2#3#4#5#6#7#0.11500.1150.1150.1150.1150.1150.1150.11525.27532537542547552557562567572577582587592597510251075112512750.1150.1320.1360.1410.1480.1570.1670.1780.1880.2030.2480.2140.1400.1420.1440.1470.1500.1520.1540.1600.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1670.1770.1890.2040.2600.2210.1470.1480.1470.1520.1540.1550.1560.1600.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1660.1770.1890.2050.2900.2290.1540.1550.1550.1570.1570.1580.1580.1590.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1660.1770.1890.2050.2900.2290.1540.1550.1550.1570.1570.1580.1580.1590.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1660.1770.1890.2050.3070.2290.1540.1550.1550.1570.1570.1580.1580.1590.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1680.1790.1880.2020.3250.2270.1540.1550.1550.1550.1550.1550.1570.1640.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1680.1790.1880.2020.3420.2270.1540.1550.1550.1550.1550.1550.1570.1640.1150.1330.1370.1420.1490.1570.1660.1760.1840.1960.3540.2200.1510.1530.1530.1530.1530.1540.1560.1643.2

軋線溫度計算數(shù)學模型熱物性參數(shù)模型-(比熱模型2

單位：kJ/kg.K)鋼種溫度℃8#9#10#11#12#13#14#0.11500.1150.1150.1150.1150.1150.11525.27532537542547552557562567572577582587592597510251075112512750.1150.1320.1360.1410.1480.1560.1640.1720.1810.1900.3360.2140.1490.1510.1520.1520.1520.1520.1550.1640.1150.1310.1350.1400.1470.1540.1610.1690.1770.1840.3780.2070.1460.1480.1500.1500.1500.1510.1540.1620.1150.1320.1360.1410.1480.1550.1620.1690.1760.1840.4020.1950.1460.1480.1500.1500.1510.1520.1550.1620.1150.1320.1360.1410.1480.1560.1630.1690.1750.1840.4260.1830.1460.1480.1500.1500.1520.1540.1560.1620.1150.1330.1370.1420.1490.1580.1640.1700.1740.1840.4490.1710.1450.1480.1500.1500.1520.1540.1560.1620.1150.1330.1370.1420.1490.1590.1650.1700.1730.1840.4730.1590.1450.1480.1490.1510.1530.1550.1570.1620.1150.1340.1380.1430.1500.1600.1660.1700.1720.1840.4970.1470.1450.1480.1490.1510.1540.1560.1580.1623.2

軋線溫度計算數(shù)學模型熱物性參數(shù)模型-(導熱系數(shù)1

單位：Kcal/s/mm/℃)鋼種溫度℃0#1#2#3#4#5#6#7#015.597×10-614.402×10-613.113×10-611.7992×10-610.796×10-69.7932×10-68.694×10-67.906×10-66.807×10-66.592×10-67.094×10-67.571×10-615.597×10-614.402×10-613.113×10-611.7992×10-610.796×10-69.7932×10-68.694×10-67.906×10-66.807×10-66.592×10-67.094×10-67.571×10-615.597×10-614.402×10-613.113×10-611.7992×10-610.796×10-69.7932×10-68.694×10-67.906×10-66.807×10-66.592×10-67.094×10-67.571×10-615.597×10-614.402×10-613.113×10-611.7992×10-610.796×10-69.7932×10-68.694×10-67.906×10-66.807×10-66.592×10-67.094×10-67.571×10-614.530×10-613.670×10-612.643×10-611.536×10-610.597×10-69.666×10-68.630×10-67.802×10-66.608×10-66.560×10-67.094×10-67.571×10-613.463×10-612.937×10-612.173×10-611.274×10-610.398×10-65.538×10-68.567×10-67.700×10-66.409×10-66.529×10-67.094×10-67.571×10-612.396×10-612.205×10-611.703×10-611.011×10-610.199×10-69.411×10-68.503×10-67.595×10-66.210×10-66.497×10-67.094×10-67.571×10-612.396×10-612.205×10-611.703×10-611.011×10-610.199×10-69.411×10-68.503×10-67.595×10-66.210×10-66.497×10-67.094×10-67.571×10-61002003004005006007008001000120014003.2

軋線溫度計算數(shù)學模型熱物性參數(shù)模型-(導熱系數(shù)2

單位：Kcal/s/mm/℃)鋼種溫度℃8#9#10#11#12#13#14#012.396×10-612.157×10-611.608×10-610.951×10-610.104×10-612.396×10-612.109×10-611.512×10-610.891×10-610.008×10-612.396×10-612.109×10-611.512×10-610.891×10-610.008×10-612.151×10-611.960×10-611.333×10-610.640×10-69.781×10-611.906×10-611.811×10-611.154×10-610.390×10-69.554×10-612.662×10-611.661×10-610.975×10-610.139×10-69.327×10-611.417×10-611.512×10-610.796×10-69.888×10-69.100×10-61002003004005006009.256×10-68.300×10-67.392×10-66.055×10-66.449×10-67.094×10-67.571×10-69.100×10-68.097×10-67.189×10-65.900×10-66.401×10-67.094×10-67.571×10-69.100×10-68.097×10-67.189×10-65.900×10-66.401×10-67.094×10-67.571×10-68.927×10-68.025×10-67.189×10-66.876×10-66.401×10-67.118×10-67.595×10-68.754×10-67.954×10-67.189×10-65.852×10-66.401×10-67.142×10-67.619×10-68.580×10-67.882×10-67.189×10-65.828×10-66.401×10-67.165×10-67.643×10-68.407×10-67.810×10-67.189×10-65.804×10-66.401×10-67.189×10-67.667×10-67008001000120014003.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.3

溫度場計算平臺開發(fā)3.4

系統(tǒng)集成溫度離線計算平臺作為“熱連軋工藝及控制技術(shù)開發(fā)”項目中的一部分，在保持獨立性的同時也需要和項目中的其它部分進行連接，達到系統(tǒng)集成的目的。采取措施如下：

PDI數(shù)據(jù)既可以直接來源于ACCESS數(shù)據(jù)庫，又可以通過PDI參數(shù)接口文件獲得；

設(shè)備參數(shù)通過設(shè)備參數(shù)接口文件檢索而確定；

粗軋軋制規(guī)程、精軋軋制規(guī)程由規(guī)程接口文件獲得；

層冷規(guī)程由層流冷卻預設(shè)定模型直接提供。4

卷取溫度在線控制課題本課題研究目標開發(fā)出一套熱帶鋼連軋機卷取機組溫度預設(shè)定和自動控制的模型軟件，可根據(jù)不同的軋制策略完成卷取溫度的預設(shè)定計算和為滿足卷取溫度層流冷卻的工作制度及自動控制。4.1

卷取溫度控制系統(tǒng)及功能劃分卷取溫度控制系統(tǒng)的主要任務(wù)89.30mF712345678910

11

12

13

14151617FDTCTDC1DC2按照冷卻工藝的要求，通過對輸出輥道上下布置的集管開閉狀態(tài)的設(shè)定及控制以實現(xiàn)卷取溫度控制和冷卻速度控制。4.1

卷取溫度控制系統(tǒng)及功能劃分L2級卷取溫度控制系統(tǒng)的組成-冷卻數(shù)學模型-軋件溫度計算-自學習-反饋計算-數(shù)據(jù)處理HMI-數(shù)據(jù)信息顯示-功能操作-人工干預L1級-快速氣動開閉閥開關(guān)控制-平均值計算-層流冷卻系統(tǒng)邊部遮蔽位置控制-上集管液壓傾翻手動控制-層流冷卻系統(tǒng)的聯(lián)鎖控制4.1

卷取溫度控制系統(tǒng)及功能劃分卷取溫度控制系統(tǒng)的功能設(shè)計模型自學習實外部條件前饋控制目標卷取溫度反饋控制精冷區(qū)測卷取溫度...FDTCT主冷區(qū)1~19組集管...1號２號F1F7卷取機精軋機組CTC是一個以前饋為主，反饋為輔，不斷進行自學習的閉環(huán)控制系統(tǒng)4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計（一）分段冷卻將板帶從頭部到尾部進行物理分段，對每一段分別進行信號檢測，并根據(jù)目標溫度進行模型計算，求出各樣本的集管組態(tài)，對其實施分段控制4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計（二）熱頭熱尾工藝為使硬質(zhì)材、厚材的頭尾端卷取良好，可通過調(diào)整帶鋼頭尾部的目標卷取溫度，減少集管開啟根數(shù)實現(xiàn)帶鋼頭中尾各區(qū)段實際卷取溫度呈凹型。熱頭熱尾工藝參數(shù)：-熱頭熱尾長度-熱頭熱尾溫升4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計（三）學習點分段帶鋼頭部處于未建張區(qū)域、中部處于加速區(qū)域、尾部處于失張區(qū)域，三者所經(jīng)歷的冷卻條件是各不相同的。因此需要對帶鋼頭中尾分別進行自學習或采用不同的自學習系數(shù)進行計算。4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計常規(guī)冷卻控制模式FDTCTFDTCT........................以鐵素體和貝氏體為主的雙相鋼，及厚度小于1.7mm的碳素鋼和低級硅鋼以鐵素體和珠光體為主的普碳鋼和優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼前段主冷后段主冷FDTCTFDTCT..................按組稀疏冷卻按管稀疏冷卻以控制微合金元素的碳氮化物的析出為主的微合金化鋼4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計冷卻速度控制模式1000終軋8009008007001000終軋800終軋AFAFAFAPAP600600（APABAB600）400）400）終冷終冷200500400200AAMABM終冷時間

log(t)工藝參數(shù):時間

log(t)時間

log(t)-終軋溫度(開冷溫度)度)-目標卷取溫度(終冷溫-中間溫度T2-中間溫度T3-中間冷卻速度A1-中間冷卻速度A24.2

層冷CTC模型總體設(shè)計PDI、FSU

數(shù)據(jù)（五）模型外部接口CTC

L2操作工輸入人工干預輸出輸出結(jié)果模型參數(shù)數(shù)據(jù)層別表數(shù)據(jù)常數(shù)數(shù)據(jù)更新學習數(shù)據(jù)報表輸出層別數(shù)據(jù)讀取接口數(shù)據(jù)處理模塊網(wǎng)絡(luò)

I/O

數(shù)據(jù)軋件數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫設(shè)定結(jié)果數(shù)據(jù)層冷模型計算模塊模型分析CTC

L1實測冷卻數(shù)據(jù)冷卻設(shè)定數(shù)據(jù)4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計SYSCOM（系統(tǒng)公共數(shù)據(jù)區(qū)）SCT（系統(tǒng)常數(shù)表）TDT（六）模型數(shù)據(jù)流(軋件跟蹤數(shù)據(jù)表)……CTCCOM(層流冷卻數(shù)據(jù)區(qū))GIT(組別索引)SRTCOM軋件數(shù)據(jù)區(qū)GDT（組別數(shù)據(jù)表）PDI（軋件初始數(shù)據(jù)區(qū)）CMC（模型常數(shù)表）MCD(軋件實測數(shù)據(jù)和控制數(shù)據(jù)區(qū))CMT（層冷模型表）CRD(層冷卻設(shè)定計算數(shù)據(jù)區(qū))CAD(層冷自學習數(shù)據(jù)區(qū))FSC(精軋機設(shè)定數(shù)據(jù)區(qū)）RPT(報表數(shù)據(jù)區(qū))……PDB_DATA(軋件歷史數(shù)據(jù)區(qū))4.2

層冷CTC模型總體設(shè)計（七）模型內(nèi)部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)準備處理模塊通用子模塊軋件溫度計算模塊常規(guī)冷卻設(shè)定計算預設(shè)定計算模塊修正設(shè)定計算模塊反饋計算模塊集管的水冷溫降計算側(cè)噴冷卻溫降計算空冷溫降計算冷卻速度設(shè)定計算熱物性參數(shù)計算自學習計算模塊4.3

卷取溫度計算數(shù)學模型軋后冷卻傳熱4.3

卷取溫度計算數(shù)學模型基于

斯蒂芬-波爾茨曼定律的空冷計算模型2εσ

(T

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