基于超快速冷却的热轧带钢轧后冷却控制系统与策略研究

发布时间：2018-03-16 10:14

本文选题：热轧板带钢　切入点：轧后冷却　出处：《东北大学》2014年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：在社会倡导“绿色制造与制造绿色”的大背景下,以超快速冷却技术为核心的新一代TMCP技术应用到热轧板带钢生产中,可实现以减量化的成分设计生产性能优良的钢铁产品,实现节省资源和能源、降低生产成本、挖掘钢材潜力,形成系统完整的绿色制造工艺。本文以国家“十二五”科技支撑计划中“钢铁行业绿色生产工艺技术与应用示范”项目子课题“热轧板带钢新一代TMCP装备及工艺技术开发与应用”为背景,围绕钢铁产业关键共性技术“新一代TMCP工艺技术”,通过开发基于超快速冷却的热轧带钢轧后冷却控制系统,旨在加快突破钢铁产业核心关键技术。本文对基于超快速冷却的多目标温度计算模型、多目标温度的解耦控制策略、提高多目标温度控制精度策略、冷却介质高精度控制策略和升速轧制下温度高精度控制策略进行了系统研究,在此基础上,开发了具有自主知识产权的“基于超快速冷却的热轧带钢轧后冷却控制系统”并应用于现场生产,取得了良好效果。 (1)针对新增轧后超快冷的实际冷却工艺需求,建立了轧后多目标冷却控制系统。针对现场应用过程需求,对超快速冷却系统与层流冷却系统无缝衔接做了相关研究,提出超快冷柔性化控制模式；基于柔性化冷却模式对系统的要求,对多级控制系统结构特点的研究,优化设计了系统控制功能时序,实现了系统各功能之间合理分工协作。 (2)针对超快速冷却过程特点,推导了基于超快冷的轧后冷却多目标温度控制模型,创建了水冷换热系数自适应模型。首先,通过对轧后冷却换热过程的分析,推导了轧后冷却温度计算模型；其次,通过对影响水冷换热效率因素的研究,回归获取了超快速冷却段水冷换热系数模型以及层流冷却段水冷换热系数模型；之后,针对复杂的水冷换热过程,以消除温度计算偏差、提高系统自适应能力为宗旨,建立了水冷换热系数自适应模型,提高了水冷温度计算的稳定性、计算过程的收敛性以及轧后冷却多目标温度计算模型的准确性。 (3)采用专家系统PID与Fuzzy-PID控制策略,对冷却介质压力与流量进行解耦控制,该系统具有响应速度快、抗干扰能力强和稳定性好等特点。为了实现供水系统稳定性控制,提出轧线控制系统与泵站供水系统解耦控制策略；针对高压模式与低压模式冷却介质压力变化特性,采用专家系统调节PID控制参数的控制策略,实现了冷却介质压力的精度控制；针对不同类型冷却集管的流量变化特征,采用PID参数模糊自整定控制策略,实现各类型冷却集管流量的精度控制；针对冷却介质压力与流量的强耦合关系,采用冷却介质压力与流量解耦控制策略。在实际应用过程中解决了高压水控制过程中压力与流量、轧线水系统与泵站水系统强耦合的问题。 (4)通过对轧后冷却不同位置工艺温度控制特征的研究,开发了超快冷条件下多目标温度高精度控制策略。针对控制过程中UFCT与CT之间控制特点及工艺需求,开发了UFCT与CT解耦控制策略、多元计算策略；为实现UFCT精确控制,开发了卷内自学习控制策略；针对超快冷冷却速率高的特点,依据现场生产数据,对典型厚度规格的带钢在超快速冷却过程厚度方向的温度分布进行了研究；为消除超快速冷却过程对CT精度控制的影响,开发温度计算补偿策略；针对反馈控制滞后的问题,设计了带滞后补偿的温度PID反馈控制策略；通过对带钢长度方向多目标温度均匀性控制的研究,在带钢长度方向采用5点自学习策略、UFCT与CT自学习控制策略独立并存方案。系统实现了多目标温度的精确控制,提高了带钢长度方向温度均匀性、增强了系统自适应能力及系统运行稳定性。 (5)针对热轧带钢轧制过程速度变化不规则的特点,开发了带钢及样本TVD曲线的计算算法及在线循环修正策略,消除了速度波动对温度控制的影响。研究了带钢速度变化对带钢表面换热系数和带钢运行时间的影响；在研究不同长度的带钢在轧后冷却区运行过程中TVD曲线特征的基础上,提出了带钢整体TVD曲线运行制度算法、Sk段速度运行制度算法和样本速度计算策略；针对带钢运行速度不规则变化特征,提出带钢速度在线循环修正策略；上述速度运行制度算法、计算策略及修正策略实现了带钢样本在各微元冷却区运行历程的精确计算,并消除了速度波动对温度计算的影响。 (6)所建立的轧后冷却多目标控制系统,已应用于现场生产,实现了轧后冷却UFCT与CT的高精度控制；在此基础上开发的低合金普碳钢与低合金管线钢,很好的实现了主要合金元素的减量化生产,且在大批量生产过程中,系统运行稳定,控制效果良好。为企业提质增效与降本增效做出了突出贡献,为企业创造了良好的经济效益。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG334.9

【参考文献】