层流冷却控制系统设计与仿真

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1、第一章前言(2)层流冷却装置设计层流冷却冷却装置对中厚板冷却过程的温度控制精度和温度均匀性控制都有重要影响。采层流冷却装置的合理设计是对控冷过程中温度均匀性的硬件保证。(3)冷却过程温度均匀性控制策略中厚板控制冷却过程中长度方向的温度不均匀主要是由钢板的头尾存在低温区、钢板纵向存在整体的温度梯度以及钢板纵向的温度异常波动等造成的；钢板横向的冷却不均匀是由于钢板边部的换热较其它部分更大，造成钢板边缘过冷；钢板厚度方向的冷却不均匀主要是钢板上下表面冷却不对称，以及由于水冷特性造成的钢板表面和中心间的温度梯度。(4)计算机控制系统为了使层流冷却系统能够根据现场生产条件的变化对控制量作出

2、适时的调整，实现对冷却过程的精确控制，层流冷却系统必须具有稳定性好、适时性强的计算机控制系统。通过合理设计计算机控制系统的结构，使系统能够根据轧线上钢板的实际状态不断地对控制量进行修正。1．5本章小结本章对层流冷却控制技术的研究背景、国内外发展的方法进行了探讨，简单介绍了在层流冷却控制技术发展道路上遇到的困难及技术难点进行了分析。近年来，随着工业界对板带的需求量的日益增长，对产品质量的要求也越来越苛刻。在此推动下，板带层流冷却系统的卷取温度的控制精度也取得了长足的进步，板带生产已由过去单纯追求大型化、高速化、连续化转向了注重节约能源和提高产品质量。在热轧厂板带层流冷却生产过程中，

3、研究卷取温度控制不仅可以提高板带产品质量，而且可以节约能源、生产双相钢、提高生产效率。结合国内外层流冷却系统建模方法，针对我国钢铁企业生产的实际情况，研究并建立适合我国国情的层流冷却过程的动态模型和先进的板带层流冷却控制技术有着十分重要的现实意义。5第二章层流冷却控制系统的数学模型2．1层流冷却工艺背景在一个热轧钢厂(图2．1)，钢水从炼钢炉出来经过连铸、粗轧、精轧，然后变成大约一千公尺带钢进入层流冷却区(CoolingSection，CS)，最后由卷取机卷取。图2-1热轧钢厂层流冷却结构示意图Fig．2-1Laminarcoolinghotrollingmillstructur

4、e带钢卷取温度(CoilingTemperature，CT)是热轧带钢质量的重要因素。因此CT的控制是热轧带钢制造一个主要的部分。CS包括冷床，带喷水口的冷却管。冷却辊道放置于终轧口与卷取机之间。通过控制喷水口的打开与关闭控制带钢的温度。了解上述的控制工作，决定一个适当的冷却模型和合理的算法是关键的。在最近几年，很多人已经提出一些模型和运算法则。VanDitzhuijzenG推导了一个组合的线性模型以适应不同的现象【161。HenrichL等给出了一个可调整冷却模型符合温度和柔性参数的具体要求f17】。GuoR介绍了一个用前馈一反馈并可追踪系统位置的控制算法【l引，但是二个重要的

5、因素：冷却的水和环境温度，在他的参考系统的反馈变量中未考虑。最近，一些改良的控制模型和算法已经被提出。LatzelS用在稳定理论的基础上应用了一个先进的控制方法【191。HsuY和wuc建立尤其以超窄带钢为基础的一个热力学模型【201。S．Saini等调查冷却的速率，材料的性能而提供了一些控制策略【2¨。JeongS提供了～种在线可训练的RBF网络来修正卷取温度【221，RBF网络被设计代替传统的以规则为基础的查询，输出的是热传输系数控制系统的结果。层流冷却系统的控制目标是：根据实测的板带终轧出口温度、速度、厚度和工艺所确定的冷却速度曲线的要求，确定相应的喷水区长度(阀门开启个数

6、)和喷水模式，使卷取温度尽可能地接近工艺所确定的目标卷取温度。层流冷却过程的控制量为：阀门个数、阀门位置、喷水模式等；边界条件为：精轧机出口处的板带厚度，速度、温度、冷却曲线及根据精轧机和卷取所要求的功率加速度、温度加速度，最大速度、功率减速度等；7江南大学硕士学位论文被控量是卷取温度。此外，还存在着不可控的随机干扰。显然，板带层流冷却过程控制是复杂工业过程控制问题。关键问题是在板带进入冷却区之前根据冷却曲线确定集管分布形式，并确定控制量的大d,(olJ喷水区长度一开阀个数)，为此要建立板带温度变化的动态模型。该模型应该能反映喷水区长度、板带终轧出口温度、速度及厚度等与板带温度之

7、间的关系。2．2国内外常用的数学模型当前，用户对带钢内部质量的要求越来越高，许多新钢种的开发，要求有更为精确的冷却控制；在热轧带钢层流冷却过程中，卷取目标温度是最重要的控制参数，因其影响着带钢最终组织和力学性能。为此，世界各国都在不断地改进卷取温度控制的数学模型和控制策略。我国热轧宽带钢轧机层流冷却数学模型主要来源于日本、德国、美国和意大利。下面对各种层流冷却数学模型进行简单介绍和分析：(1)意大利ANSALDOINDUSTRIA公司开发的数学模型该公司开发的数学模型在国内主要应