中厚板軋后冷卻過程控制系統(tǒng)介紹

1、RAL中厚板軋后冷卻過程控制系統(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RAL第一部分 控制冷卻思想簡(jiǎn)介第二部分 中厚板軋后冷卻過程控制系統(tǒng)第三部分 過程控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型 第四部分 高精度、均勻性控制方法RAL控制冷卻思想簡(jiǎn)介RAL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RALRALRALRALRAL中厚板軋后冷卻過程控制系統(tǒng)RAL 四輥精軋機(jī) L1 層流冷卻裝置 HMD-1 T-3 T-5 1 1 1 1 10 11 12 15 16 17 18 19 10 13 14 L4 T-2 L3 1 L2 1 1

2、 1 1 HMD-3 T-4 噴射冷卻裝置 T-1 HMD-2 HMD-4 HMD熱金屬檢測(cè)儀 T測(cè)溫儀 冷卻設(shè)備布置RALRAL冷卻核心控制參數(shù)一元控制一元控制二元控制二元控制多元控制多元控制終冷溫度終冷溫度終冷溫度終冷溫度+冷卻速度冷卻速度多級(jí)溫度路徑控制多級(jí)溫度路徑控制=冷卻模式RALRALRAL根據(jù)根據(jù)鋼板的實(shí)測(cè)終軋溫度鋼板的實(shí)測(cè)終軋溫度和厚度和厚度對(duì)對(duì)預(yù)設(shè)定計(jì)算預(yù)設(shè)定計(jì)算給出的給出的冷卻規(guī)程冷卻規(guī)程進(jìn)行進(jìn)行修正修正觸發(fā)時(shí)刻：觸發(fā)時(shí)刻：精軋機(jī)給出末精軋機(jī)給出末道次信號(hào)時(shí)刻，在鋼板頭道次信號(hào)時(shí)刻，在鋼板頭部經(jīng)過精軋機(jī)后測(cè)溫儀及部經(jīng)過精軋機(jī)后測(cè)溫儀及測(cè)厚儀之后測(cè)厚儀之后RAL 11nisn

3、ia if ifa iLLs(1)fg fgf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)： crmeacal/CRCR換熱系數(shù)自學(xué)習(xí)： hrmeacal/TT RAL冷卻控制系統(tǒng)中的數(shù)學(xué)模型RALPTTTTCqxxyyzz 根據(jù)傅立葉定律和能量守恒定律，經(jīng)過數(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： (0,/2)2(0,/2)20(0,0)0(0,0)wwtdxtttcxwxtdytttcyhytxxtyy邊界條件：邊界條件： ,( )( , ,0) (0, 0, 0)i jf tt i jinjm 初始條件：初始條件：RALr3size757.72637.4 %N

4、b2.397.34 %0.378 GACRA相變開始溫度： 相變轉(zhuǎn)變量： F1F111expnXkTt0TPTHC dT1nnXXQHHXt相變潛熱計(jì)算： 奧氏體比熱容 5050.1PAcT鐵素體比熱容 2634220.9310.0021432.64 10PFcTTT平均比熱容 %PpApFccAcFRAL300400500600700800900100011000.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.300.320.340.360.380.40specific heat (kcal/kg )steel plate temperature ( ) 0

5、.06% C 0.08% C 0.23% C 0.4% C Si-Mn 典型鋼種的比熱值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)化可以對(duì)熱傳導(dǎo)偏微分方程簡(jiǎn)化)RAL4005006007008009001000202224262830323436384042heat conductivity (kcal/m h )steel plate temperature ( ) 0.06% C 0.08% C 0.23%

6、C 0.4% C Si-Mn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)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)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)值曲線典型鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)值曲線RAL44()aqTT22()()aaaATTT T +根據(jù)斯蒂芬波爾茨曼定律：根據(jù)斯蒂芬波爾茨曼定律：a空冷換熱系數(shù)；空冷換熱系數(shù)； 式中，式中，A自學(xué)習(xí)系數(shù)；自學(xué)習(xí)系數(shù)；1鋼板的黑度，鋼板的黑度， ；斯蒂芬波爾茨曼常數(shù)；斯蒂芬波爾茨曼常數(shù)；T鋼板表面溫度；鋼板表面溫度；aT空氣介質(zhì)的

7、溫度?？諝饨橘|(zhì)的溫度。確定空冷換熱系數(shù)主要依賴于確定空冷換熱系數(shù)主要依賴于 值的確定值的確定 參考牛頓冷卻公式形式給出：參考牛頓冷卻公式形式給出：RALbc TwwvwAafqe(1)(1)該模型主要考慮了水流密度和鋼板表面溫度的影響該模型主要考慮了水流密度和鋼板表面溫度的影響; ;(2)(2)根據(jù)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)用回歸法確定根據(jù)實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)用回歸法確定a、b、c、fv 。式中，式中，Aw 自學(xué)習(xí)系數(shù)；自學(xué)習(xí)系數(shù)；qw水流密度；水流密度；T鋼板表面溫度；鋼板表面溫度；fv 速度修正系數(shù)；速度修正系數(shù)；a 按鋼板規(guī)格確定的系數(shù)；按鋼板規(guī)格確定的系數(shù)；b、c模型常數(shù)系數(shù)。模型常數(shù)系數(shù)。采用回歸模型：采

8、用回歸模型：RAL11111,1,1,1,22111222211,1,1,1,22221221kkkkkkkkiji jiji ji ji ji ji jkkkkkkkkiji jiji ji ji ji ji jttttttttaxyttttttttaxy交替方向隱式差分形式：交替方向隱式差分形式：(無條件穩(wěn)定、追趕法求解無條件穩(wěn)定、追趕法求解)RAL溫度場(chǎng)有限元解析模型泛函 ：剛度矩陣：32222112d() d22PVSTTTTIkqCTVh TTSxyzt 123eeeeeTtKKTKpRAL有限單元網(wǎng)格劃分非對(duì)稱問題：對(duì)稱問題：44331nod222iiiLnn44331nodiii

9、Lnn時(shí)間步長(zhǎng)確定空冷基本時(shí)間步長(zhǎng)：aird1000.0/3tL水冷基本時(shí)間步長(zhǎng)：迭代時(shí)間步長(zhǎng)：watd100.0/1tLCRwatdd1.0 10.00.0125ittiRAL冷卻過程中的均勻性控制RAL高精度流量控制1015202530354050100150200250300 流量 , m3/h流量調(diào)節(jié)閥開口度 , % 下調(diào) 上調(diào) 下調(diào)擬合曲線 上調(diào)擬合曲線RAL加速冷卻階段上下水比控制1002003004005002.22.42.62.83.03.23.43.63.8 實(shí)測(cè)水比 水比趨勢(shì)上下水量比水流密度 , l/(m2min)RAL凸型水量分布凸型水量分布邊部遮蔽邊部遮蔽(3000以上的寬板效果明顯以上的寬板效果明顯)RAL(a) 理想的遮蔽形式理想的遮蔽形式 (b) 局部使用集管的遮蔽形式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)）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)）實(shí)際采用的遮蔽形式（間隔使用集管時(shí)） RAL加速冷卻階段橫向均勻性控制策略0246810121416540560580600620640660680 溫度 , 鋼板寬度方向采樣點(diǎn) 方案 A 未使用遮蔽裝置 方案 B 使用遮蔽裝置Bw570.9212.8500.12MHWq最優(yōu)邊部遮蔽量：最優(yōu)邊部遮蔽量：正弦凸度遮蔽方式：正