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1、第26卷第2期东北大学学报(自然科学版)Vol.26,No.22005年2月JournalofNortheasternUniversity(NaturalScience)Feb.2005文章编号:1005-3026(2005)02-0129-04中厚板轧后冷却的过程控制龚彩军,于明,蔡晓辉,王国栋(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁沈阳110004)摘要:中厚板终轧后只能靠前馈模型控制钢板的冷却过程,普通的温度模型计算存在较大误差,针对这一问题,推导了中厚板控制冷却过程的差分模型·结合首钢中
2、板厂控制冷却系统的改造,通过采用两次修正计算和自学习修正计算,从系统上保证了温度控制的精度·提出了热交换系数的计算方法·针对中厚板控制冷却特点,给出了层流冷却过程控制模型的自学习算法·通过采用自学习算法,进一步提高了模型的控制精度·控制冷却系统在首钢顺利投产,系统终冷温度控制合格率在96.5%以上·关键词:中厚板;层流冷却;过程控制;自学习;算法中图分类号:TG335文献标识码:A将控制轧制与控制冷却结合在一起的热机械的过程控制·控制处理工艺(TMCP技术)是目前正在大力推[1～3]1控制冷却系统广的轧制
3、技术·中厚板在控制冷却的过程中由于钢板比较短,而且要对集管水量、集管开闭状采用高密集管层流冷却方式对轧制后的钢板[4]态和辊道速度等进行在线控制,因此,除了需进行控制冷却,此种冷却方式调节范围广,具有很要设备及时响应外,还需要精确的控制冷却数学强的冷却能力,而且能保证钢板的上下表面及整[5]模型,最大可能地发挥层流冷却系统的功能·个冷却区域冷却均匀·表1是层流冷却系统的设本文结合首钢中厚板厂控制冷却系统的改造,从备参数·系统架构和模型精度方面探讨了中厚板轧后冷却表1控制冷却系统设备参数表Table1Equ
4、ipmentparametersoflaminarcoolingcontrolsystem3-1集管组数集管间距/m上集管直径/mm下集管直径/mm最大水量/(m·h)侧喷吹扫1～9组131～9组1628组110～21组810～21组1280004组2组22～28组1322～28组16层流冷却系统的控制目的是按照要求的冷却速度,保证钢板在冷却后的返红温度在目标范围之内,控制参量为集管开闭的数量、流量、边部遮蔽量、上下水量比以及通板速度、辊道加速度等·图1是控制冷却系统结构图·根据工艺布置特点,将钢板轧后的
5、冷却过程分为三个阶段:钢板终轧后到层流冷却设备前的空冷阶段;层流冷却阶段;水冷后到矫直前的返红阶段·为了保证控冷过程的及时性和可靠性,在钢板出炉时进行预设定计图1层流冷却系统控制结构图Fig.1Controlstructureoflaminarcoolingsystem算,终轧后根据实测终轧温度进行一次修正设定收稿日期:2004-05-13基金项目:国家“十五”重大技术装备研制项目(ZZ0113A010202)·作者简介:龚彩军(1978-),男,湖北天门人,东北大学博士研究生;王国栋(1942-),男,
6、辽宁大连人,东北大学教授,博士生导师·130东北大学学报(自然科学版)第26卷计算,根据进入水冷时的实际开冷温度进行二次式中,Φ(T)为钢板断面初始温度分布;h为钢板修正计算,钢板出水冷区后根据实测的终冷温度厚度;B为钢板半层宽度·对水冷模型进行自学习·式(4a)为钢板冷却的初始条件,式(4b)和式(4c)为钢板厚度和宽度方向上的边界换热条件,2控制冷却设定模型式(4d)为钢板中心的绝热条件·在空冷过程中钢2.1空冷模型板边界的换热主要是辐射传热,根据Stefan-[8]首钢控制冷却的空冷包括两个阶段:终
7、轧后Bolzmann定律,有:44到入层流冷却前的空冷过程和层流冷却后到矫直q=σε(T-Ta)·(5)前的空冷过程·准确计算层流冷却前的空冷温降式中,q是热流密度;σ是常数;ε是钢板表面辐是对层流冷却过程进行控制的基础,因此空冷模射率;T是钢板表面温度;Ta是环境温度·型的精度在一定程度上影响着水冷的控制精度·在钢板空冷时间确定的情况下(根据空冷段通常的解析模型计算的是钢板某一断面沿厚度方辊道长度和辊道速度求得),联立方程(3),(4)和向的平均温度,而中厚板沿厚度方向上的温度梯(5)即可计算出钢板空冷
8、后的温度场·[6]度比较大,因此这种解析模型很难描述钢板的2.2水冷模型冷却过程·随着计算机技术的日益发展,数值解析层流冷却数学模型也是根据热传导差分方程[7]法得到了越来越广泛的应用·中厚板轧制时长(2)和边界条件(3)确定的·边界条件式(4b)和式度远大于宽度和厚度,因此控制冷却数学模型采[9](4c)中的钢板边界换热主要是对流换热,根据用差分方程描述钢板厚度和宽度方向上的温度[10]牛顿冷却定律有:场,用过程机对温度场进
