（材料加工工程專業(yè)論文）熱軋帶鋼層流冷卻數(shù)學(xué)模型的研究及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用.pdfVIP

熱軋帶鋼層流冷卻數(shù)學(xué)模型的研究及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用 摘要 卷取溫度控制是熟軋帶鋼生產(chǎn)中非常重要的環(huán)節(jié)，控制精度直接影響到帶鋼 的最終組織性能。為了保證卷取溫度的控制精度，本文對(duì)卷取溫度控制模型、控 制策略和控制模式進(jìn)行了深入的研究與分析，在深入剖析意大利a n s a l d o i n d u s t r y 公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上，提出了改進(jìn)意見，并開發(fā)了國(guó)內(nèi)某熱 軋帶鋼廠卷取溫度控制程序。為了進(jìn)一步提高卷取溫度的精度，研究了b p 神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)在卷取溫度控制方面的應(yīng)用。通過(guò)對(duì)大量實(shí)際數(shù)據(jù)的分析處理，建立了基本 熱流密度的b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來(lái)優(yōu)化卷取溫度控制模型，提高卷取溫度控制模型 的預(yù)報(bào)精度。 主要研究工作和取得的成果如下： 1 通過(guò)閱讀大量有關(guān)熱軋帶鋼層流冷卻方面的資料，對(duì)層流冷卻數(shù)學(xué)模型 進(jìn)行深入的研究，分析其特點(diǎn)，選擇適合該廠的卷取濕度控制數(shù)學(xué)模型； 2 簡(jiǎn)要介紹層流冷卻的原理、特點(diǎn)、設(shè)備及模型的控制策略、冷卻方式等： 3 利用v i s u a lc + + 編程語(yǔ)言編寫層流冷卻預(yù)設(shè)定和再設(shè)定程序，并對(duì)數(shù)學(xué) 模型進(jìn)行了完善： 4 。建立b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)數(shù)學(xué)模型中重要參數(shù)一基本熱流密度進(jìn)行預(yù)報(bào)。 用基本熱流密度的b p 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報(bào)值代替其現(xiàn)有的線性模型，來(lái)提高 基本熱流密度的計(jì)算精度，以此來(lái)優(yōu)化卷取溫度控制模型，提高卷取溫 度控制精度。 5 ，針對(duì)數(shù)學(xué)模型和b p 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的方法，利用現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真。 關(guān)鍵詞；熱軋帶鋼；層流冷卻；數(shù)學(xué)模型：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：卷取溫度 - i i - 盔蘭冬主疊圭蘭竺笙耋壘呈! 三圣壘呈三 s t u d yo nm a t h e m a t i c a lm o d e l o f l a m i n a r c o o l i n gf o rh o ts t r i pm m a n d a p p l i c a t i o n o fa r t i f i c i a ln e u t r a ln e t w o r k a b s t r a c t 1 1 1 ec o i l i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o lp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nt h ec o u r s eo fh o t s t r i pm i l l t h ec o n t r o lp r e c i s i o ni n f l u e n c e st h ep e r f o r m a n c ea n dq u a l i t yo ft h ef m a l p r o d u c t sd i r e c t l y i no r d e rt oi m p r o v et h ep r e c i s i o no fc o i l i n gt e m p e r a t u r e ，t h ec o n t r o l m o d e l s ，c o n t r o ls t r a t e g i e so fc o i l i n gt e m p e r a t u r ea n dc o n t r o lm o d e so fl a m i n a rf l o w c o o l i n ga r ea n a l y z e da n dr e s e a r c h e d b a s e do na n a l y z i n gt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f a n s a l d oi n d u s t r yc o m p a n yt h ei m p r o v e dm e t h o di sp u tf o r w a r da n dt h e c o n t r o lp r o g r a mo f c o i l i n gt e m p e r a t u r ei nah o ts t r i pm i l li sd e v e l o p e d i na d d i t i o n ，t h e a p p l i c a t i o no fa r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r ki nc o i l i n gt e m p e r a t u r ec o n t r o li si n t r o d u c e df o r f u r t h e ri m p r o v i n gt h ep r e c i s i o no fc o i l i n gt e m p e r a t u r e ab pn e u r a ln e t w o r km o d e lo f b a s i ch e a t f l u xd e n s i t yi sb u i l tt oo p t i m i z et h em a t h e m a t i c a lm o d e lo fc o i l i n g t e m p e r a t u r eb ya n a l y z i n gam a s so fd a t a ，a n dt h ep r e d i c t i o np r e c i s i o no fc o i l i n g t e m p e r a t u r ei si m p r o v e d ， t h em a i n w o r ka n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： 1 b a s e do nc o r r e l a t i v et h e o r i e sa b o u tl a m i n a rc o o l i n gi nh o ts t r i pm i l l s ， m a t h e m a t i c a lm o d e l so fl a m i n a r c o o l i n g a r ef u r t h e rr e s e a r c h e d t h e a p p r o p r i a t e m a t h e m a t i c a lm o d e li s s e l e c t e dt oc o n t r o lt h e c o i l i n g t e m p e r a t u r e 2 t h ep r i n c i p l eo fl a m i n a rc o o l i n g ，e q u i p m e n t s ，c o n t r o ls t r a t e g i e sa n dc o o l i n g m o d e sa r ei n t r o d u c e d 3 t h ep r o g r a mo fs e tu ps e g m e n ta n dr e s e tu ps e g m e n ti nl a m i n a rc o o l i n ga r e a i sd e v e l o p e db yv i s u a lc + + a n dt h em a t h e m a t i c a lm o d e li sp e r f e c t e d 4 t h eb pn e u r a ln e t w o r ko f b a s i ch e a tf l u xd e n s i t yi nh o ts t r i pm i l li sb u i l t t h e p r e c i s i o no ft h eb a s i ch e a tf l u xd e n s i t yi sh i g h e rt h a nt h a to ft h eo r i g i n a l l i n e a rm o d e l t h ec o i l i n gt e m p e r a t u r em o d e li so p t i m i z e d a n dt h ep r e d i c t i o n p r e c i s i o no f c o i l i n gt e m p e r a t u r em o d e li si m p r o v e d f i t 耋些盔耋罌主耋竺壟耋 壘呈i ：墜三 5 t h em a t h e m a t i c a lm o d e la n db pn e u r a ln e t w o r ka r es i m u l a t e db yt h eo n l i n e d a t a k e yw o r d s ：h o ts t r i pm i l l ；l a m i n a rc o o l i n g ；m a t h e m a t i c a lm o d e l ；a r t i f i c i a ln e u r a l n e t w o r k ；c o i l i n gt e m p e r a t u r e - i v 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文聲明 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的。論文中取 得的研究成果除加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或 撰寫過(guò)的研究成果，也不包括本人為獲得其它學(xué)位而使用過(guò)的材料。 與我一同工作過(guò)的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明 確的說(shuō)明并表示謝意。 學(xué)位論文作者簽名：馬乃日砷 日 期：如d 占年) 目2 籮口 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者和指導(dǎo)教師完全了解東北大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué) 位論文的規(guī)定：即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的 復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人同意東北大學(xué)可以將學(xué) 位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索、交流。 ( 如作者和導(dǎo)師同意網(wǎng)上交流，請(qǐng)?jiān)谙路胶灻?；否則視為不同意。) 學(xué)位論文作者簽名： 簽字日期： 導(dǎo)師簽名： 簽字日期： 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 1 1 課題的研究背景 1 緒論 卷取溫度對(duì)帶鋼的會(huì)相組織影響很大，是決定成品帶鋼加工性能、力學(xué)性能、 物理性能的重要工藝參數(shù)之一。過(guò)高的卷取溫度，將會(huì)因卷取后的再結(jié)晶和緩 慢冷卻而產(chǎn)生粗晶組織及碳化物的積聚，導(dǎo)致力學(xué)性能變壞1 2j ，以及產(chǎn)生堅(jiān)硬的 氧化鐵皮使酸洗困難。但如果卷取溫度過(guò)低，一方面使卷取困難，且有殘余應(yīng) 力存在，容易松卷，影響成品帶卷的質(zhì)量；另一方面，卷取后也沒有足夠的溫度 使過(guò)飽和的碳氮化合物析出，影響軋材性能。因此，將帶鋼卷取溫度控制在由鋼 的內(nèi)部金帽組織所確定的范圍內(nèi)，是帶鋼質(zhì)量的關(guān)鍵控制措旄之一。 熱軋帶鋼卷取溫度的控制主要通過(guò)對(duì)精軋機(jī)后帶鋼冷卻系統(tǒng)的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)。 在實(shí)際生產(chǎn)中對(duì)冷卻系統(tǒng)的控制不僅決定了帶鋼全長(zhǎng)卷取溫度精度而且對(duì)帶鋼 頭部，特別是薄艦格帶鋼在輸出輥道上的運(yùn)行穩(wěn)定性也有較大的影響p l 。熱軋帶 鋼軋后冷卻方式主要采用層流冷卻方式，層流冷卻系統(tǒng)的控制思想是確定一個(gè)臨 界表面溫度，在i 發(fā)溫度以上采取密集噴水方式，使其快速冷卻達(dá)到臨界值；然后 采取稀疏噴水方式或空氣冷卻方式使帶鋼達(dá)到均勻冷卻；最后根據(jù)實(shí)測(cè)帶鋼溫度 進(jìn)行精調(diào)冷卻，使其達(dá)到卷取溫度的允許公差范圍1 4 j 。 目前卷取溫度控制主要靠傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來(lái)完成，而這些數(shù)學(xué)模型是根據(jù)生 產(chǎn)過(guò)程中各種現(xiàn)象的物理規(guī)律，應(yīng)用數(shù)學(xué)方程來(lái)描述生產(chǎn)過(guò)程中各參數(shù)間的靜態(tài) 和動(dòng)態(tài)關(guān)系。根據(jù)在線控制鮑實(shí)際情況，在線控制模型力求簡(jiǎn)單一些。在模型結(jié) 構(gòu)形式上采取一些簡(jiǎn)化措施，參數(shù)變量也盡量少。這就決定了數(shù)學(xué)模型的不完整 性，因而也不能對(duì)客觀對(duì)象提供精確的描述【5 】。雖然目前對(duì)卷取溫度的控制達(dá)到 了一定的精度，但是帶鋼實(shí)際冷卻過(guò)程是非常復(fù)雜的非線性過(guò)程，終軋溫度、帶 鋼厚度、速度、帶鋼換熱系數(shù)、冷卻區(qū)冷卻能力、水溫、水壓等都對(duì)卷取溫度產(chǎn) 生影響，所以難以用數(shù)學(xué)模型精確表達(dá)。本文以國(guó)內(nèi)某熱軋帶鋼廠為背景，利用 數(shù)學(xué)模型對(duì)層流冷卻過(guò)程進(jìn)行控制，在生產(chǎn)實(shí)際中對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。為了進(jìn)一步 提高卷取溫度的精度，本文還采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)預(yù)報(bào)實(shí)際生產(chǎn)中一些不確定因 素的影響。 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 1 2 國(guó)內(nèi)外控制冷卻技術(shù)的發(fā)展 隨著國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，鋼鐵市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，為了提高競(jìng)爭(zhēng)能 力，就必須提高鋼材的質(zhì)量。軋后冷卻是提高鋼材性能的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，因此各 個(gè)鋼廠紛紛安裝了控制冷卻裝置，來(lái)提高鋼材終冷溫度的精度，從而推動(dòng)了控制 冷卻技術(shù)的飛速發(fā)展。 1 2 1 國(guó)外控制冷卻技術(shù)的發(fā)展 國(guó)外控制冷卻技術(shù)發(fā)展的很早，2 0 世紀(jì)6 0 年代以前使用由噴嘴噴射的高壓 水冷卻，以后又發(fā)展為柱狀層流冷卻系統(tǒng)和水幕冷卻系統(tǒng)。自2 0 世紀(jì)6 0 年代第 一套層流冷卸系統(tǒng)應(yīng)用于英國(guó)錒林斯奧思4 3 2 m m ( 1 7 i n ) 窄帶鋼熱軋機(jī)以來(lái)，幾乎 每套熱帶鋼軋機(jī)輸出輥道上都裝有冷卻系統(tǒng)，但直到8 0 年代以前，其應(yīng)用只限 于1 6 m m 以下的板帶。8 0 年代初，只本首次提出并研制成功第一套中厚扳加速冷 卻裝置，在日本福山厚板廠投產(chǎn)。隨后，有關(guān)熱軋雙桐鋼的控制軋制( c r ) 和 控制冷上f 】( c c ) 的基本理論研究在r 本開展的非常迅速阻。2 0 世紀(jì)9 0 年代， 為了解決冷茸】設(shè)備存在的問(wèn)題，日本薄次對(duì)冷卻設(shè)備進(jìn)行改造【9 i 。改選后，卷取 溫度的精度得到了提高，到1 9 9 4 年，對(duì)于2 3 m m 厚、卷取溫度5 5 0 。c 的普通性 能鋼，卷取溫度精度達(dá)到要求的占9 5 以上，帶鋼寬度和長(zhǎng)度方向上的機(jī)械性能 均勻，減少了兩面的硬度差。與此同時(shí)，歐、美各國(guó)也相繼在現(xiàn)有設(shè)備改造、新 技術(shù)的引進(jìn)、全面生產(chǎn)跟蹤、管理系統(tǒng)自動(dòng)化等諸多方面做了大量的工作，例如， 德國(guó)西門子和美國(guó)g e 公司提出了控制冷卻的先進(jìn)數(shù)學(xué)模型，從而提高了精軋溫 度，改善了卷取溫度，改善了帶鋼全長(zhǎng)板形質(zhì)量。表是世界典型控制冷卻裝 置的介紹。 2 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 1 2 國(guó)內(nèi)外控制冷卻技術(shù)的發(fā)展 隨著國(guó)內(nèi)外鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，鋼鐵市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，為了提高競(jìng)爭(zhēng)能 力，就必須提高鋼材的質(zhì)量。軋后冷卻是提高鋼材性能的重要生產(chǎn)壞節(jié)，因此各 個(gè)鋼廠紛紛安裝了控制冷卻裝霞，來(lái)提高鋼材終冷溫度的精度，從而推動(dòng)了控制 冷卻技術(shù)的飛速發(fā)展。 1 2 1 國(guó)外控制冷卻技術(shù)的發(fā)展 國(guó)外控制冷卻技術(shù)發(fā)展的很早，2 0 世紀(jì)6 0 年代以前使用由噴嘴噴射的高壓 水冷卻，以后又發(fā)展為柱狀層流冷卻系統(tǒng)和水幕冷卻系統(tǒng)。自2 0 世紀(jì)6 0 年代第 一套層流冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于英國(guó)艄林斯奧思4 3 2 m m ( 1 7 i n ) 窄帶鋼熱軋機(jī)以米，幾乎 每套熱帶鋼軋機(jī)輸出輥道上都裝有冷卻系統(tǒng)，但直到8 ( ) 年代以前，其應(yīng)用只限 于1 6 m m 以下的板帶。8 0 年代初，同本首次提出并研制成功第一套中厚扳加速冷 卻裝置，在日本福山厚板廠投產(chǎn)。隨后，有關(guān)熱軋雙相鋼的控制軋制( c r ) 和 控制冷卻( c c ) 的基本理論研究，在同本開展的非常迅述1 6 4 j 。2 0 世紀(jì)9 0 年代， 為了解決冷卻故備存在的問(wèn)題，r 本再次對(duì)冷卻毆備進(jìn)行改造【9 l 。改造后，卷取 溫度的精度得到丁提高，到1 9 9 4 年對(duì)于2 3 m m 厚、卷取溫度5 5 0 的醬通性 能鋼，卷取溫度精度達(dá)到要求的占9 5 以上，帶鋼寬度和長(zhǎng)度方向上的機(jī)械性能 均勻，減少了兩面的硬度差。與此同時(shí)，歐、美各國(guó)也相繼在現(xiàn)有設(shè)備改造、新 技術(shù)的引進(jìn)、全面生產(chǎn)跟蹤、管理系統(tǒng)自動(dòng)化等諸多方面做了大量的工作，例如， 德國(guó)西門子和美國(guó)o e 公司提出了控制冷卻的先進(jìn)數(shù)學(xué)模型，從麗提高了精軋溫 度，改善了卷取溫度，改善了帶鋼全長(zhǎng)板形質(zhì)量。表1 1 是世界典型控制冷卻裝 度，改善了卷取溫度，改善了帶鋼全長(zhǎng)板形質(zhì)量。表1 1 是世界典型控制冷卻裝 置的介紹。 2 - 表i i 世界典魁控制冷卻設(shè)備 ! ! ! 生! ：! ：! ! ! ! ! ! ! ! 竺! ! 竺! ! ! g ：! 竺竺! 竺：! 竺! = ! ! ! ! 親垃薔g 稱世基兒0 m 噴濾形式 距輔 鍘扳尺寸，m m z 箋扳；b 鬟芻枷萎差；釜警 i ? m 盤魯。l a c s 一。 a c cl 。4 。x 4 5 0 0 x 3 8 0 0 0 j ju a 蓮釜峨射 熘曩m 糨a 。c 。c ；端占a 。c c 。蹴淼粼式囂嚼射 沖制制 加占川j 蒂淼 杜枷j 昕 剮 比利葉 妃拉見兜 德r 司 迪車i = 擻廠 螗釉w 】曩扳廠 新n 蝕 八懦j 新n 銑 l f f n f 住虞盤屬 脆島j 曼內(nèi)炳嘎 米爾湃爾廠 意太和j 塔蘭托廠 奧制峨 林茨廠 k c l47 3 9 【c s36 3 00 頭慧謄骶? ：。 飯迪托制 仉刪 頭囂：蓑器- 。 a c ch o o x 4 6 5 0 x 4 2 0 0 。蕩篙麟峨射m 船遮艟 a c c 、d o 6 蝴x 3 4 0 0 x 3 0 0 0 0 m u l p i c28 1 203 2 6 x 2 7 0 0 x 6 0 0 0 0 m u l p i c 47 v3 00 m d c c3 曲2 80 c l c48 一1 55 c l c47 叫98 塒u f 止韙蘢噴射 l ：f 邊椰避艘 似，t 箍美麟 2 i c 2 0 ，c 4 5 0 d 0 0 x 3 b 0 0 0 盞囂怒噴時(shí) h 也邢迎船 2 im 時(shí)止托狀 一一” 連縷對(duì)十t 狀牲狀 m 1 1 _ r 。o 洫膳漉 鬣；：【5 3 囂“， 熱目矯t ) i k h 1 2 j ：地艘避船熱所 失j d 水t 牲制l b i i ： 舯a c 。c , 。器。連蚍麟刪刪謹(jǐn)燃制氣管 h 一5 0 0 0 0 0連續(xù)式是蓑噴射f 邊娜避蔽奄磐7 9 s d c o a c 1 4 1 7 。2 7 o acdac2 471 40d o 。茹1 5 0 “0 i 4 4 5 5 鼢0 0 x 5 0 0 0 5 0 0 0 0 0 連續(xù)a 蓮鑒峨射1 4 篙器秒 、 x 2 0 虬址誡。卜j 1 | f 避艘 m a c o s50 x 1 20a c c 4 0 徹2 7 0 0 0 連續(xù)代麟麟 a c p47 x 2 6 0a c c 6 3 8 x 4 7 40 x1 5 , 0a c c8 4 0 x 4 0 0 0 弱蓊“d c o 如一。 窨裂孚a d c o 46 刪2 3 a c c 、d o 5 1 5 0 x 5 0 0 0 連續(xù)建然麟 連續(xù)式蒜薹篡 討時(shí)式囂囂 氣水氣水 噴射噴射 f 邊鄢避艟船m 。 熱矯苴 l j b i l t 囂6 9 伯訾囂黔“i x ：。4 0 x 2 2 , 9伊。a c c ，, ?？?。連續(xù)式囂囂妻三豢薹黼瓣 1 2 2 國(guó)內(nèi)控制冷卻技術(shù)的發(fā)展 控制冷卻技術(shù)在我國(guó)帶鋼生產(chǎn)上己得到了成功應(yīng)用，寶鋼2 0 5 0 m m ( 德國(guó)日 進(jìn)) 和1 5 8 0 m m ( 日本引進(jìn)) 生產(chǎn)線上采用柱狀層流冷卻方式，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定， 卷取溫度精度高；武鋼1 7 0 0 m m 軋機(jī)的層流冷卻裝置是8 0 年代從日本引進(jìn)的， - 3 一 東北大肇碩士學(xué)住論文緒論 武鋼將控制冷卻模型改進(jìn)移植到新一代計(jì)算機(jī)中，不僅得到了本廠的實(shí)踐驗(yàn)證， 而且在太原、梅山鋼鐵集團(tuán)公司得到推廣【”1 。晟近兩年，攀鋼1 4 5 0 m m 熱軋廠 對(duì)原有的層流控制冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改造，進(jìn)一步提高了卷取溫度的控制精度。 1 2 3 各種冷卻裝置的比較 隨著控制冷卻技術(shù)的發(fā)展，為了滿足不同鋼種、不同組織性能的鋼材終冷溫 度的要求，產(chǎn)生了各種不同的冷卻裝置。例如：噴淋冷卻裝置、集管層流冷卻裝 置、水幕冷卻裝置、水一氣噴霧式冷卻裝置，最近幾年，隨之直接淬火技術(shù)的發(fā) 展，又產(chǎn)生了直接淬火冷卻裝罱。采用哪種冷卻方式應(yīng)報(bào)據(jù)具體工藝環(huán)境和限定 條件確定t h , 1 z l ，下面對(duì)各種裝罱進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。 1 2 3 1 噴淋冷卻裝置 冷卻水呈破斷狀，形成液滴束沖擊被冷卻的帶鋼。比高壓冷卻噴嘴冷卻均勻， 冷卻能力較強(qiáng)。但是需要較高的壓力、調(diào)節(jié)冷卻能力范圍小、對(duì)水質(zhì)的要求較商， 所以目i i i 應(yīng)用較少。 ( a ) 上下集管噴淋示意圖( b ) 噴嘴 圖1 1 噴淋冷卻裝置圖 f i g 1 1i n s u f f l a t i o nc o o l i n g e q u i p m e n t 1 2 3 2 管層流冷卻裝置 高密度管層流冷卻是在普通管層流冷卻的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行改造，利用其結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單，易于形成穩(wěn)定的層流狀態(tài)等優(yōu)點(diǎn)，增加u 形管的密度，并結(jié)合生產(chǎn)特點(diǎn)， 對(duì)其在寬度方向上的排列方式進(jìn)行調(diào)整，使其能對(duì)各種寬度的產(chǎn)品進(jìn)行均勻冷 卻，冷卻效果很好【口】。由于其單根上集管密度增加，使冷卻能力提高：通過(guò)增加 側(cè)噴裝置和控制集管組數(shù)可以使帶鋼在各集管間形成自回火區(qū)，從而控制帶鋼的 組織性能及表面質(zhì)量：噴嘴采用直徑大于l o m o a 的圓管，不易堵塞，便于維修和 - 4 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文l 緒論 管理。圖1 2 是u 型管層流冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)圖f 1 4 l 。通過(guò)對(duì)普通管層流、高密度管層流 和水幕冷卻進(jìn)行比較得知，高密度管層流的冷卻能力與水幕冷卻相當(dāng)，而其設(shè)備 結(jié)構(gòu)、設(shè)備維護(hù)及投資卻比較低【1 5 】。 幽1 2u 型層流噴頭水冷系統(tǒng) f i g i 2 w a t e rc o o l i n gs y s t e mo f u l a m i n a j e t 1 2 3 3 水幕冷卻裝置 為了克服柱狀層流冷卻沿鋼板橫向冷卻不均勻的特點(diǎn)，2 0 世紀(jì)7 0 年代出現(xiàn) 了水幕冷卻形式，它保持了柱狀層流冷卻的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了橫向冷卻均勻，冷卻能 力大大提高，從前縮短了冷卻區(qū)長(zhǎng)度，而且設(shè)備簡(jiǎn)單。因其噴水裝置的出水c i 為 橫向條幕狀，噴出的水呈幕簾狀，故稱之為水幕冷卻。水幕冷卻設(shè)備如圖1 3 所 示【l l 】，水流從一狹長(zhǎng)縫狀流道流出，一由于表面張力、邊端部的附流作用、速度分 布變化等，水流易產(chǎn)生橫向縮頸現(xiàn)象。解決的措旌有：在出水口兩端增加引流裝 置，按水流速度變化規(guī)律改變流水道截面：流水道入口加分流隔板，使水流流量 分布和速度分布在出口處保持一致，形成等寬幕狀水流【l “。 - 5 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 一上部充水卡苘2 一上部水幕3 一f 部充水槽4 一輥?zhàn)? - - 帶鋼 幽l3 上下水幕安裝示意圖 f i g 1 3d i a g r a mo f w a t e rc u r t a i ni n s t a l l a t i o n 當(dāng)前，水幕的主要控制形式有兩種：一種為出口縫隙保持不變，通過(guò)改變水 的壓力使水流量變化，但這種調(diào)節(jié)的幅度是很有限的；另外一種是保持水頭不變 改變出水口的丌口度和縫隙寬度，這種方式有利于形成穩(wěn)定的層流。除了上述的 水幕裝筒之外，還有另外一種如圖1 4 所示的可調(diào)水幕。該水幕利用分段斜楔控 制出水口的縫隙寬度 = l = i 提升或下降斜楔控制出水口的丌口度【l “。在控制上主要 采取同時(shí)冷卻和通過(guò)冷卻兩種方式。但同時(shí)冷卻會(huì)造成局部積水，導(dǎo)致冷上不均 勻，使帶鋼局部硬度增加。 圈膨 圖1 4 分段斜楔式可調(diào)水幕結(jié)構(gòu)示意圖 f i g 1 4 d i a g r a mo f s e g m e n t e d i n c l i n e d w e d g e a d j u s t a b l e w a t e r c u r t a i n 1 2 3 4 水一氣噴霧式冷卻裝置 水一氣噴霧式冷卻裝置是2 0 世紀(jì)8 0 年代法國(guó)b e r t i n 公司開發(fā)研制的專利 技術(shù)，又稱a d c o ( a d j u s t a b l ec o o l i n g ) 快冷裝置，d a v y - c l e c i m 公司具有獨(dú)家許 可證，目前世界上共有四套a d c o 冷卻裝置，分別建在法國(guó)g t s 廠( 1 9 8 9 年) ， 韓國(guó)浦項(xiàng)p o s c 0 2 # 厚板廠( 1 9 8 9 年) ，美國(guó)e s c o 公司( 1 9 9 5 年5 月) 和酒鋼 2 8 0 0 m m 板f - ( 1 9 9 5 年底) 【1 6 1 。 6 東北大學(xué)碩士學(xué)位論塞1 緒論 幽1 5 水一氣噴霧器的上f 噴射組什 f i g 15j e tu n i t so f w a t e r - a i rs p r a y e r 水一氣噴霧冷卻系統(tǒng)是以模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，一般由4 7 個(gè)組件組成，每個(gè) 組件包括4 5 個(gè)噴嘴，上、下對(duì)稱，如圖1 5 所示。其噴嘴是由連續(xù)的線性狹縫 組成中問(wèn)的一條用于噴水，兩側(cè)的用于噴射空。e 。噴嘴憤出恒定的低壓水和空 t ，空氣將水霧化為許多小液滴，將它們均勻地i 噴射到锏表面上。水流量在很大 范 e i 內(nèi)可淵節(jié)。噴水的狹縫有足夠?qū)? 6 r a m ) ，可避免出現(xiàn)阻塞問(wèn)題。每個(gè)組件還 配有氣水分離器和蒸汽收集裝援，同時(shí)在邊部設(shè)有遮蔽系統(tǒng)。 1 2 3 5 直接淬火裝置 直接淬火是在加速冷卻的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的另一種冷卻方式它比加速冷卻 方式的水流量密度高而且冷卻溫度區(qū)域?qū)?。所謂直接淬火是通過(guò)在軋制線上快速 冷卻軋制后的熱鋼板使其生成淬火組織，其強(qiáng)度可超過(guò)6 0 0 m p a 。與離線淬火相 比，這種工藝具有如下特點(diǎn)：一、節(jié)省工序：二、提高了淬透性，可減少得到同 一強(qiáng)度的合金元素含量：三、由于采取這種措旌可降低碳當(dāng)量以提高焊接性能， 因此它和加速冷卻一樣，在高強(qiáng)度鋼板的生產(chǎn)過(guò)程中，作為必要的生產(chǎn)工序而占 有主要地位【1 7 】。由于冷卻速度和冷卻溫度區(qū)域等條件的不同，加速冷卻設(shè)備和直 接淬火設(shè)備一般是分開設(shè)置的。其次，為了在冷卻過(guò)程中控制帶鋼的變形，直接 淬火設(shè)備需要和離線淬火設(shè)備一樣設(shè)置與輸送輥對(duì)應(yīng)的上部約束輥。 日本神戶鋼鐵公司繼1 9 8 3 年4 月成功地應(yīng)用加速冷卻工藝之后，又于1 9 8 5 年1 2 月對(duì)原有設(shè)備進(jìn)行了改造，實(shí)現(xiàn)了從加速冷卻到直接淬火的全面冷卻。其 設(shè)備設(shè)置概況如圖1 6 所示，使用直接淬火和加速冷卻時(shí)的設(shè)備技術(shù)條件如表1 - 2 所示。直接淬火時(shí)采用l 4 號(hào)冷卻區(qū)，加速冷卻時(shí)采用2 9 號(hào)冷卻區(qū)。該設(shè)備 除在窄縫噴射噴嘴的前后設(shè)置分水輥之外，未設(shè)置確保鋼板平直度的約束輥。至 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 于冷卻噴嘴。在設(shè)備最前端的上下部位采用窄縫噴射噴嘴：其次，在窄縫噴射噴 嘴的后面分別在上下部設(shè)置適用于不同水流量密度范圍的3 種管式層流噴嘴和 傾斜噴霧噴嘴。 i 生l1 6 直接淬火敬器簡(jiǎn)圖 f i g 1 6d i a g r a mo f d i r e c tq u e n c h i n ge q u i p m e n t s 表1 2k c l 敬備基本技術(shù)規(guī)格 t a b l ei2t e c h n i c a ls p e c i a t i o no f d i r e c tq u e n c h i n g e q u i p m e n t s 東北大擘碩士學(xué)位論文l 緒論 1 3 層流冷卻數(shù)學(xué)模型 在現(xiàn)代化的熱軋帶鋼生產(chǎn)過(guò)程中，衡量產(chǎn)品質(zhì)量的因素除了板厚、板寬和板 形之外，另一個(gè)重要的因素就是產(chǎn)品的機(jī)械加工性能。軋后控制冷卻電稱為卷取 溫度控制，是決定帶鋼最終組織結(jié)構(gòu)和相變比例的重要參數(shù)。隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品要 求的不斷提高，卷取溫度控制變得越來(lái)越重要。由于卷取溫度控制具有測(cè)溫點(diǎn)少、 模型的非線性等特點(diǎn)，而且與帶鋼材質(zhì)、速度、厚度上的溫度分句等眾多因素密 切相關(guān)，冷卻速度、卷取溫度和集管開啟順序等直接影響帶鋼的組織性能。因此 采用精確的卷取溫度控制數(shù)學(xué)模型是不可能的。目前世界各國(guó)都在不斷改進(jìn)卷取 溫度控制的數(shù)學(xué)模型和控制策略以滿足市場(chǎng)需求。下面介紹并分析幾種在我國(guó)實(shí) 際使用的卷取溫度控制的數(shù)學(xué)模型及模型中1 莩在的問(wèn)題。 1 3 1 數(shù)學(xué)模型介紹 1 3 1 i 意大利a n s a l d oi n d u s t r y 公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型 該公司丌發(fā)的數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于攀鋼熱軋廠”i 。 1 具體模型 a n s a l d o 公司的數(shù)學(xué)模型是基于傳熱學(xué)中的常物性、無(wú)內(nèi)熱源的一維非穩(wěn) 念導(dǎo)熱微分方程( 或傅立葉微分方程k 唧i d t = 五d ( i d t ) ( i - 1 ) 式中： 肛一鋼的密度，k g m 3 ； c 。一鋼的比熱，j ( k g k ) ： a 一導(dǎo)熱系數(shù)，w ( m k ) ； r 一帶鋼溫度，； 毒一時(shí)間，s ； x 一帶鋼截面溫度分布的法線方向。 若考慮到帶鋼截面溫度分布的對(duì)稱性和邊界條件，假定溫度分布沿帶鋼厚 度方向呈拋物線型，在溫度變化不大的情況下，上述微分方程的解可轉(zhuǎn)換為下 列時(shí)間與溫度的關(guān)系式： ，= 壺h 蟹， c m ， 9 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文i 緒論 k ：衛(wèi)墮： 1 七8u c p h 2 口：旦生 6 旯 a 水= b x 0 2 7 7 ( 1 0 6 0 一r ) 阡0 ?！?口中= 以+ j 口( 瓦+ 瓦) ( 巧+ 囈) h 。= 2 1 5x ( 7 一l ) 。” 式中：f 一冷卻時(shí)間，s ： n 初始帶鋼溫度，： k 比例因子； ( 1 - 3 1 ( 1 4 ) ( 1 - 5 ) ( 1 6 ) ( 1 7 ) l 一介質(zhì)( 空氣或水) 溫度，； 7 1 一終了帶鋼溫度，： j 【，一帶鋼厚度，m ： a 一綜合換熱系數(shù)w ( m 2 目： b 自學(xué)習(xí)因子： 一單位水流量，l ( m 2 - m i n ) ； 風(fēng)一對(duì)流熱交換系數(shù)，w ( m 2 k ) ： 仃一史蒂芬一波爾茲曼常數(shù)，w ( m 2 k 4 ) ： 占一帶鋼熱輻射系數(shù)： n 帶鋼絕對(duì)溫度，k ： 7 0 一介質(zhì)絕對(duì)溫度，k 。 2 模型特點(diǎn) a n s a l d o 公司的空冷模型和水冷模型是非常類似的，不同之處在于應(yīng)用不 同的綜合換熱系數(shù)。模型比較簡(jiǎn)單，但是對(duì)流熱交換系數(shù)確定比較粗糙，它不但 與溫度有關(guān)還和帶鋼運(yùn)行速度、帶鋼厚度等參數(shù)有關(guān)，因此卷取溫度控制精度比 較低。 1 3 1 2 德國(guó)西門子( s i m e n s ) 公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型 該公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)應(yīng)用于鞍鋼熱軋廠、本鋼1 7 0 0 m m 熱連軋和寶 鋼2 0 5 0 m 熱連, l 4 , 1 9 , 2 0 j 。 1 具體模型 1 0 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 s i m e n s 公司的冷卻模型主要考慮冷卻水與帶鋼表面以對(duì)流換熱形式的熱 量傳遞，不考慮帶鋼內(nèi)部沿厚度方向的熱傳導(dǎo)，忽略帶鋼的熱輻射，其具體形 式如下： t 22 t w + ( t l t x , ) e x p ( 。伽t ) ( 1 8 ) 式中：p 為模型自學(xué)習(xí)修正系數(shù)；p 為時(shí)間常數(shù)。時(shí)間常數(shù)由下式確定：p = 曇q ： 其中，日為帶鋼的導(dǎo)溫系數(shù)；q 為局部頻率，由一超越方程確定 嘲= 翥描 ( 1 9 ) 式中： 為帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)：q 1 為帶鋼的上表面換熱系數(shù)；c 【2 為帶鋼的下表面 換熱系數(shù)。 一般p 可按下式確定： p ： 南+ 甜憾 ( i - t 0 ) 式中：( 一帶鋼的導(dǎo)溫系數(shù)： h 一帶鋼厚度； 一帶鋼的導(dǎo)熱系數(shù)： d ，鞏一帶鋼上下表面的熱交換系數(shù)： f 一水溫、水壓和帶鋼速度綜合修征系數(shù)： k ，恐一模型參數(shù)。 2 模型特點(diǎn) s i m e n s 公司的冷卻模型比較簡(jiǎn)單，沒有考慮帶鋼與環(huán)境溫度的熱輻射，也 沒有考慮水溫、帶鋼運(yùn)行速度、終軋溫度和卷取溫度對(duì)模型參數(shù)的影響，而且模 型中的時(shí)間常數(shù)p 描述的是帶鋼表面溫度，對(duì)于厚規(guī)格帶鋼控制效果不理想，因 此模型的精度受到限制。 1 3 1 3 美國(guó)g e 公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型 美國(guó)g e 公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)應(yīng)用于本鋼1 7 0 0 m m 熱連軋。 1 具體模型 g e 公司的數(shù)學(xué)模型綜合了熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射，采用有限差分法( 節(jié)點(diǎn)是 沿厚度方向劃分) ，對(duì)每一節(jié)點(diǎn)而言，根據(jù)能量守恒定律，輻射、對(duì)流和傳導(dǎo)熱 流量之和等于節(jié)點(diǎn)能量的變化率，即： 圭蘭苧主罌主主蘭壘耋 ! 釜耋 q2 云 ( 1 _ 1 1 ) 假設(shè)密度和比熱均勻，且能量的變化率與節(jié)點(diǎn)溫度變化率成比例，則： x o , 2 臚一魯f f 1 _ 1 2 1 整體方程表示如下： f z o , t = c p q k 餌( i - 1 3 ) 其中，缸：對(duì)應(yīng)第i 節(jié)點(diǎn)的總的時(shí)間段： r i o 、i i l ：分別是對(duì)應(yīng)第j 節(jié)點(diǎn)的仞始時(shí)刻和終了時(shí)刻 將上式變化成有限差分形式，可得到求短時(shí)間節(jié)點(diǎn)溫度變化量： 巧：獎(jiǎng)，( z - 1 4 ) 。p c 。f 對(duì)每一節(jié)點(diǎn)的熱流量值，以熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射2 l - - 種形式分別求出，具體 見下面的介紹。 1 ) 熱傳導(dǎo)有限差分模型 采用有限差分法計(jì)算傳導(dǎo)過(guò)程進(jìn)行的內(nèi)部熱量傳遞，公式如下： q ：絲趙互型( 1 - 1 5 ) 其中： q f ：從第i 點(diǎn)到第i + l 點(diǎn)的熱流量比率； 旯 ：熱傳導(dǎo)系數(shù)； 4 - ：從第i 點(diǎn)到第i + 1 點(diǎn)的面積： 1 ， ：第i 點(diǎn)的溫度； d ：第i 點(diǎn)到第i + l 點(diǎn)的距離。 2 ) 熟輻射公式 帶鍋的熱輻射損失的熱量是由于其上、下表面將熱輻射到周圍的環(huán)境，用下 面的s t e f a n b o l t z m a r m 公式計(jì)算： 一= s ，一仃( 焉一一一島) ( 1 - 1 6 ) 其中： s ：帶鋼的輻射系數(shù)： 矗刪：環(huán)境溫度； 瓦珂：帶鋼的表面溫度。 3 ) 對(duì)流冷卻公式 一1 2 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文i 緒論 采用噴水對(duì)流冷卻引起的帶鋼熱損失，用牛頓的對(duì)流公式模型計(jì)算： q p = 一 ( l ，一瓦) ( 1 - 1 7 ) 其中，島：帶鋼表面的熱流量比率： h：對(duì)流熱傳遞系數(shù)； a ，。：冷卻液覆蓋的表面積： 瓦州：帶鋼的表面溫度； 死：冷卻液的表面溫度。 2 模型特點(diǎn) g e 公司的模型只考慮了帶鋼厚度方向上的熱傳導(dǎo)，溫度計(jì)算基于一維熱傳 導(dǎo)方程：另外在計(jì)算對(duì)流冷卻過(guò)程中的熱損失時(shí)，假設(shè)在邊界層處沒有能量?jī)?chǔ)存， 來(lái)自帶鋼內(nèi)部的熱損失全部傳給了冷卻液。 1 3 1 4 日本新日鐵公司開發(fā)的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型 新日鐵公司開發(fā)的統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于武鋼熱軋廠。 1 具體模型 冷卻水水閥數(shù)與各主要影響因素之間的關(guān)系方程描述如下： n2f ( h ，v ，& 軋，五林) ( 卜1 8 ) ， 式中：，_ 非線性函數(shù)； h 一帶鋼厚度； 礦一帶鋼速度： 1 終軋一終軋溫度； 標(biāo)一目標(biāo)卷取溫度。 對(duì)上式按照不同厚度規(guī)格的帶鋼分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，獲得一組近似的數(shù)學(xué)模型。 從數(shù)學(xué)的角度來(lái)講，就是應(yīng)用增量公式對(duì)非線性函數(shù)線性化，得到一組線性模型。 新日鐵公司就是按上述原理形成如下統(tǒng)計(jì)模型的： = 卜e 、( v - 咖 a l ( f d r r 一例- ( c 咧警j “( 1 - 1 9 ) 式中，c t ：目標(biāo)卷取溫度，。1 ；c t r ：實(shí)際卷取溫度，： f d t r ：精軋機(jī)出口實(shí)際溫度，；f d t o ：f d t 的初始溫度值，； 胛：目標(biāo)卷取厚度，1 1 2 1 1 1 ；n 帶鋼實(shí)際運(yùn)行速度，1 1 1 s ； k ：軋制基準(zhǔn)速度，根據(jù)帶鋼厚度查表選取； - 1 3 東北走學(xué)碩士學(xué)位論文 p ，：根據(jù)預(yù)測(cè)的精軋機(jī)出口參數(shù)( 巧，f d t o ， 設(shè)定的冷卻水段數(shù)，它 是根據(jù)帶鋼厚度h f 按下式計(jì)算的：p ，= a x 肛h b 。，a 和b 用插值法從存 取表中獲得； 屆：速度影響系數(shù)，也是根據(jù)帶鋼厚度用插值法按下式r , - - - c 。刪一+ d i ，c 和d i 用插值法從存取表中獲得： q 。：常數(shù)，相當(dāng)于一段冷卻水所帶走的熱量： 口1 ：帶鋼在精軋機(jī)出口側(cè)的溫度變化對(duì)卷取溫度的影響系數(shù)； a 2 ：由冷卻水溫度變化及硅含量所決定的系數(shù)。 2 模型特點(diǎn) 新同鐵公司的冷卻模型使用的效果主要取決于帶鋼厚度艦格和速度級(jí)別的 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)以及對(duì)控制參數(shù)的學(xué)習(xí)，對(duì)于厚規(guī)格的帶鋼很難保證較高的精度 2 2 i ， 1 3 a 5 日本三菱電器公司開發(fā)的數(shù)學(xué)模型 同本三菱電器公司的數(shù)學(xué)模型在國(guó)內(nèi)主要應(yīng)用于寶鋼1 5 8 0 m m 熱連軋23 1 。 1 具體模型 1 ) 甚于斯蒂芬一波爾茨曼定律的空冷模型 假設(shè)帶鋼為薄十才按輻射考慮的空冷微分方程為： 2 e , ：r ( r4 一c ) d t = p c h d t 死，所以可忽略，從而上式可簡(jiǎn)化為： 魯：一2 旦出。 ( 1 _ 2 1 ) r p c h 、。 假設(shè)在t ，到t 2 時(shí)間內(nèi)，帶鋼溫度由t , j 降至z 0 ，則積分可得： r1 弘b 鬻化一，t ，j 3 m 2 z ， 上面的空冷溫降計(jì)算式是在帶鋼為薄材的條件下得出的，實(shí)際上，因帶鋼 在厚度方向上存在熱傳導(dǎo)，故需要進(jìn)行厚度修正。假設(shè)帶鋼表面發(fā)射率與厚度 成線性關(guān)系，修正后的空冷模型為： ，j 妒睜等也訓(xùn) 3 m z s ， 一1 4 一 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 其中b = x h + 瓦，和虬，可通過(guò)回歸分析獲得。 2 ) 基于傅罩葉定律的水冷模型和側(cè)噴模型 假設(shè)帶鋼為薄材，在水冷時(shí)，帶鋼在長(zhǎng)度和寬度方向上傳熱條件比較一致， 故可認(rèn)為長(zhǎng)度和寬度方向上溫度分布比較均勻。按零維非穩(wěn)念問(wèn)題考慮，如果 帶鋼兩個(gè)表面與冷卻水之倒換熱的總熱流密度為q ，則帶鋼換熱微分方程式可 表示為： q a t = p c h d t ， 在粗凋區(qū)或精調(diào)區(qū)的每組噴水裝置的長(zhǎng)度范圍內(nèi) 間為出t ，至t 2 ，積分可得水冷溫降： t ：蘭( t 2 - - t i ) , o c n 由上式可知，層流冷上1 】水冷模型的原理比較簡(jiǎn)單 卻水之問(wèn)的換熱熱流密度的確定卸非常復(fù)雜。 空冷模型： b ：d m x h f + b h 2 8 盯 a x = ：= ：= c po y c 乙，= ( 1 - 2 4 ) 如果q 恒定，經(jīng)歷的時(shí) ( 1 2 5 ) 但式中的帶鋼表面與冷 ( 1 2 6 ) ( 1 2 7 ) 一芷fz - 2 8 ) 式中，b ：軋件熱輻射系數(shù)；o ：波爾茨曼常數(shù)w ( m 2 k 4 ) y ：密度k g m 3c p ：比熱k j k g c ： h f ：帶鋼厚度r a i n ；肋兀精軋機(jī)出口溫度； t i m e ：f d t 到c t 所用的時(shí)間s ；c r o ，：空冷后的溫度。 由式( 1 2 8 ) 可求得空冷后的帶鋼溫度為c l ，。 水冷模型： 1 1 水溫修正系數(shù)計(jì)算 島= l 一2 0 e 一3 x 乃 式中：瓦：冷卻水溫度；民：水溫修正系數(shù)。 2 ) 基本熱流密度二計(jì)算 一1 5 一 ( 1 ：2 9 ) f o = 彳x ( c 口+ c lx 總f + 島x w f + 島x f d t + c 4 x c t + c s 乃+ c 。v + c t x ( f d t c t ) 塢?；?1 3 式中c o c s ：基本熱流密度修正系數(shù)； f ：基本熱流密度系數(shù)( 學(xué)習(xí)系數(shù)) ； ：= z ，丸， 即熱流密度長(zhǎng)期學(xué)習(xí)系數(shù)與短期學(xué)習(xí)系數(shù)的乘積； 胛：帶鋼厚度i n r f l ； w f ：帶鋼寬度m m ； f d t ：帶鋼終軋溫度； c t ：目標(biāo)卷取溫度： v ：帶鋼速度m s e c ； ：f d t c t 的距離1 1 2 ： 五：基本熱流密度k j ( m 2 h ) 。 3 1 上集管組熱流密度 ， q ，= 五正k r “爭(zhēng)。( 1 5 3 7 1 e 一7 。y ) ( 1 3 1 ) 下集管組熱流密度 紼1 = 五五x k 口等( 1 - 3 2 ) 0 式中： 五：基本熱流密度；五、 ：上下集管組熱流密度修正系數(shù)； k 0 ：水溫修正系數(shù)：口、d 。：上下集管組噴水狀況修正值； n 帶鋼速度m s e e ；q d ，q o “上下集管組熱流密度k j ( m 2 h ) ； 、：上下集管組內(nèi)設(shè)定的集管根數(shù)； 0 、0 1 ：上下集管組內(nèi)實(shí)際安裝的集管根數(shù)。 4 ) 本組集管內(nèi)的熱流密度如 = 鳊+ q d 。 ( 1 - 3 3 ) 式中， 鳊：上集管組熱流密度： q d ：下集管組熱流密度： 如：集管組熱流密度a 知道每組集管的熱流密度以后，就可以算出每組集管的水冷溫降。 2 模型特點(diǎn) 一1 6 - 東北大學(xué)碩士學(xué)位論文緒論 潑模型考慮了帶鋼與環(huán)境溫度的輻射換熱、帶鋼與冷卻水之間的熱傳導(dǎo)以 及側(cè)噴水對(duì)帶錒的影響，對(duì)各種影響對(duì)流換熱的因素考慮地較全面。該模型可 以滿足較高控制精度的要求，是一種較先進(jìn)的卷取濕度控制模型，遺憾地是需 要對(duì)許多參數(shù)進(jìn)行回歸，按照厚度層別等做成一系列控制參數(shù)表。 上面介紹了國(guó)內(nèi)引進(jìn)的專利數(shù)學(xué)模型，同時(shí)在我國(guó)熱軋行業(yè)還存在由國(guó)內(nèi) 學(xué)者丌發(fā)的數(shù)學(xué)模型，例如太鋼1 5 4 9 m m 熱連軋模型。對(duì)前述的幾種模型稍加 分析即可知，它們?cè)诶碚撋匣旧隙际且恢碌?，最大的不同在于?duì)流換熱系數(shù) 的確定上。由于對(duì)流換熱系數(shù)與軋件( 溫度、速度、厚度、材質(zhì)和表面質(zhì)量等) 、 冷卻介質(zhì)( 冷卻方式、水溫、水質(zhì)和噴水強(qiáng)度等) 以及冷卻設(shè)備的鈽置等都有 密切的關(guān)系，故很難有一個(gè)統(tǒng)一的關(guān)系式。 1 3 2 模型中存在的問(wèn)題 在實(shí)際生產(chǎn)中，存在著帶鋼卷取溫度基本上是頭尾低，中川高：換規(guī)格后 第一塊鋼的命中精度較低以及厚規(guī)格帶鋼控制精度電較低這三大普遍現(xiàn)象。具 體原因如下所述： 1 ) 層流冷卻數(shù)學(xué)模型都是基于忽略帶鋼內(nèi)部熱傳導(dǎo)的一維熱交換方程推 導(dǎo)而來(lái)。雖然也有文獻(xiàn)介紹采用二維數(shù)學(xué)模型，但對(duì)過(guò)程控制計(jì)算機(jī) 的計(jì)算能力要求較高。由于數(shù)學(xué)模型高度簡(jiǎn)化，計(jì)算中產(chǎn)生誤差，使 預(yù)測(cè)卷溫和實(shí)測(cè)卷耿溫度偏差較大降低了控制精度。 2 ) 采樣周期較大，采樣控制系統(tǒng)對(duì)高頻噪聲干擾抑制能力就會(huì)變差，影 響控制效果，降低控制精度。 3 ) 帶鋼厚度分級(jí)不合理，使溫度補(bǔ)償不合理，造成控制精度降低。 4 )