中厚板轧后冷却过程控制系统介绍

1、RAL中厚板轧后冷却过程控制系统东北大学：王丙兴 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 2010年8月轧制技术及连轧自动化国家重点实验室RAL第一部分 控制冷却思想简介第二部分 中厚板轧后冷却过程控制系统第三部分 过程控制系统中的数学模型 第四部分 高精度、均匀性控制方法RAL控制冷却思想简介RAL钢的强化机制晶界强化相变强化沉淀强化固溶强化位错强化亚晶强化RALRALRALRALRAL中厚板轧后冷却过程控制系统RAL 四辊精轧机 L1 层流冷却装置 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 喷射冷却装置 T-1 HMD-2 HMD-4 HMD热金属检测仪 T测温仪 冷却设备布置RALRAL冷却核心控制参数一元控制一元控制二元控制二元控制多元控制多元控制终冷温度终冷温度终冷温度终冷温度+冷却速度冷却速度多级温度路径控制多级温度路径控制=冷却模式RALRALRAL根据根据钢板的实测终轧温度钢板的实测终轧温度和厚度和厚度对对预设定计算预设定计算给出的给出的冷却规程冷却规程进行进行修正修正触发时刻：触发时刻：精轧机给出末精轧机给出末道次信号时刻，在钢板头道次信号时刻，在钢板头部经过精轧机后测温仪及部经过精轧机后测温仪及测厚仪之后测厚仪之后RAL 11nisn

3、ia if ifa iLLs(1)fg fgf短期自学习系数： 长期自学习系数： 冷却速度自学习： crmeacal/CRCR换热系数自学习： hrmeacal/TT RAL冷却控制系统中的数学模型RALPTTTTCqxxyyzz 根据傅立叶定律和能量守恒定律，经过数学推导，可得到具有内热源瞬态三维非稳态导热微分方程，表示为： (0,/2)2(0,/2)20(0,0)0(0,0)wwtdxtttcxwxtdytttcyhytxxtyy边界条件：边界条件： ,( )( , ,0) (0, 0, 0)i jf tt i jinjm 初始条件：初始条件：RALr3size757.72637.4 %N

4、b2.397.34 %0.378 GACRA相变开始温度： 相变转变量： F1F111expnXkTt0TPTHC dT1nnXXQHHXt相变潜热计算： 奥氏体比热容 5050.1PAcT铁素体比热容 2634220.9310.0021432.64 10PFcTTT平均比热容 %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 典型钢种的比热值曲线典型钢种的比热值曲线同样是用线性插值方法求得对应含碳量和任一时刻温度的比热值同样是用线性插值方法求得对应含碳量和任一时刻温度的比热值特点：将相变潜热考虑到平均比热中特点：将相变潜热考虑到平均比热中(可以对热传导偏微分方程简化可以对热传导偏微分方程简化)RAL4005006007008009001000202224262830323436384042heat conductivity (kcal/m h )steel plate temperature ( ) 0.06% C 0.08% C 0.23%

6、C 0.4% C Si-Mn用线性插值方法可求得对应含碳量和任一时刻温度的导热系数用线性插值方法可求得对应含碳量和任一时刻温度的导热系数特点：在差分某一节点范围内导热系数是常数特点：在差分某一节点范围内导热系数是常数(满足差分形式成立的条件满足差分形式成立的条件)典型钢种的导热系数值曲线典型钢种的导热系数值曲线RAL44()aqTT22()()aaaATTT T +根据斯蒂芬波尔茨曼定律：根据斯蒂芬波尔茨曼定律：a空冷换热系数；空冷换热系数； 式中，式中，A自学习系数；自学习系数；1钢板的黑度，钢板的黑度， ；斯蒂芬波尔茨曼常数；斯蒂芬波尔茨曼常数；T钢板表面温度；钢板表面温度；aT空气介质的

7、温度。空气介质的温度。确定空冷换热系数主要依赖于确定空冷换热系数主要依赖于 值的确定值的确定 参考牛顿冷却公式形式给出：参考牛顿冷却公式形式给出：RALbc TwwvwAafqe(1)(1)该模型主要考虑了水流密度和钢板表面温度的影响该模型主要考虑了水流密度和钢板表面温度的影响; ;(2)(2)根据实测温度数据用回归法确定根据实测温度数据用回归法确定a、b、c、fv 。式中，式中，Aw 自学习系数；自学习系数；qw水流密度；水流密度；T钢板表面温度；钢板表面温度；fv 速度修正系数；速度修正系数；a 按钢板规格确定的系数；按钢板规格确定的系数；b、c模型常数系数。模型常数系数。采用回归模型：采

8、用回归模型：RAL11111,1,1,1,22111222211,1,1,1,22221221kkkkkkkkiji jiji ji ji ji ji jkkkkkkkkiji jiji ji ji ji ji jttttttttaxyttttttttaxy交替方向隐式差分形式：交替方向隐式差分形式：(无条件稳定、追赶法求解无条件稳定、追赶法求解)RAL温度场有限元解析模型泛函 ：刚度矩阵：32222112d() d22PVSTTTTIkqCTVhTTSxyzt 123eeeeeTtKKTKpRAL有限单元网格划分非对称问题：对称问题：44331nod222iiiLnn44331nodiiiL

9、nn时间步长确定空冷基本时间步长：aird1000.0/3tL水冷基本时间步长：迭代时间步长：watd100.0/1tLCRwatdd1.0 10.00.0125ittiRAL冷却过程中的均匀性控制RAL高精度流量控制1015202530354050100150200250300 流量 , m3/h流量调节阀开口度 , % 下调 上调 下调拟合曲线 上调拟合曲线RAL加速冷却阶段上下水比控制1002003004005002.22.42.62.83.03.23.43.63.8 实测水比 水比趋势上下水量比水流密度 , l/(m2min)RAL凸型水量分布凸型水量分布边部遮蔽边部遮蔽(3000以上的宽板效果明显以上的宽板效果明显)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) 实际采用的遮蔽形式（连续使用集管时）实际采用的遮蔽形式（连续使用集管时） (d) 实际采用的遮蔽形式（间隔使用集管时）实际采用的遮蔽形式（间隔使用集管时） RAL加速冷却阶段横向均匀性控制策略0246810121416540560580600620640660680 温度 , 钢板宽度方向采样点 方案 A 未使用遮蔽装置 方案 B 使用遮蔽装置Bw570.9212.8500.12MHWq最优边部遮蔽量：最优边部遮蔽量：正弦凸度遮蔽方式：正