轧制自动控制8-板带钢冷却技术

1、RAL 板带钢冷却技术讲义板带钢冷却技术讲义板带钢冷却技术讲义板带钢冷却技术讲义2001120011年年1212月月主讲教师：胡贤磊RAL 对于热轧：加热温度、开轧温度、终轧温度和卷对于热轧：加热温度、开轧温度、终轧温度和卷曲温度直接影响产品性能；曲温度直接影响产品性能； 对于中厚板来说：加热温度、开轧温度、控温温对于中厚板来说：加热温度、开轧温度、控温温度、终轧温度和终冷温度直接影响产品性能；度、终轧温度和终冷温度直接影响产品性能； 温度对成品的金相组织、晶粒度、机械性能、焊温度对成品的金相组织、晶粒度、机械性能、焊接性能以及表面状态都有直接影响。（举例：表接性能以及表面状态都有直接影响。（

2、举例：表面红色铁皮现象、冷却造成的翘曲等现象）面红色铁皮现象、冷却造成的翘曲等现象） 温度是轧制过程最活跃的工艺参数，轧制力与温温度是轧制过程最活跃的工艺参数，轧制力与温度之间关系非常密切。度之间关系非常密切。温度控制的目的的意义RAL 轧制过程温度变化的基本规律 钢板在加热炉中进行加热（推钢式加热炉容易产生水印）。 轧制过程温度不断下降，对于中厚板产品，为了控制产品性能，常采取控温轧制；而热连轧通过机架间冷却水控制钢板终轧温度。 加速冷却：为了得到良好的晶相组织，需要控制产品的相变过程，层流冷却系统得到广泛应用。（层流介绍） 自然冷却或卷取：卷取相当于一种热处理，可改善钢板性能。 热轧过程的

3、温度变化范围比较大，其开轧温度一般在11001200之间，而终轧温度根据钢种不同有很大差别。带钢一般在800870之间，中厚板6501000之间。与带钢热连轧过程的温度变化不同的是：中厚板轧制过程由于轧件比较厚，轧件表面和中心温度差别比较大，但是其头尾的温度差异不太明显。RAL 温度模型介绍o 热辐射和对流 44100273100273asrTTqHHHH/8 . 058. 01/00asnnTThqanrrudhPGN4/154. 0anrrudhPGN3/115. 07510210rrPG107103102rrPG23vdTTgGasrKmWdPGharrn23/193/1/48. 924

4、/20052. 01004. 115. 015. 0层流 紊流 asrrTTqhRAL 薄板空冷温度变化RAL o高压水除鳞 高压水与钢板之间接触后会在钢板表面形成一个很薄的蒸汽膜，这种传热方式近似于半无限大平板的瞬态热传导。 coffwswktHtTTT2/12tTTxTqwsxw0wwstwTcHtTTdq2/102o 与轧辊接触产生的热传导 钢板与轧辊的接触弧长与轧辊的半径相比很小，则这两者之间的热传导问题可以简化成两个半无限体之间的热传导过程。 o 塑性功转变为热量引起的温升 1014mmRHTTtTEkksTcHHKdsKE10lncHHKkTkkcoffE1/ln温度模型介绍RAL

5、 实测表面温度与平均温度 图 4.5 不同厚度轧件平均温度与表面温度的差值随时间的变化 RAL 中厚板轧后冷却技术交流中厚板轧后冷却技术交流1、轧后冷却工艺简介、轧后冷却工艺简介2、轧后冷却技术的发展、轧后冷却技术的发展3、高效均匀的冷却技术、高效均匀的冷却技术4、控制系统及数学模型、控制系统及数学模型5、层流冷却系统的关键技术冷却均匀性控制、层流冷却系统的关键技术冷却均匀性控制6、控制策略、控制策略RAL 1 1、轧后冷却工艺对最终组织的影响、轧后冷却工艺对最终组织的影响初始奥氏体硬化奥氏体力学性能可以通过控制成分、轧制压下量和奥氏体晶粒尺寸改变冷却模式可以通过水流量控制和钢板厚度改变水冷空

6、冷铁素体回火贝氏体通过控制组织控制性能优化品种板坯加热控制轧制回火马氏体（包括沉淀硬化）温度时间RAL 控制轧制控制轧制轧制参数的控制与优化轧制参数的控制与优化（奥氏体状态的控制）（奥氏体状态的控制）加热温度加热温度各个道次的轧制温度各个道次的轧制温度压下量压下量 控制冷却控制冷却冷却参数的控制与优化冷却参数的控制与优化（相变过程的控制）（相变过程的控制）需要需要的组的组织和织和性能性能开始冷却温度开始冷却温度终止冷却温度终止冷却温度冷却速度冷却速度冷却模式冷却模式控制轧制与控制冷却的功能控制轧制与控制冷却的功能RAL 控制轧制与控制冷却的关键点控制轧制与控制冷却的关键点关键点：关键点：“奥氏

7、体状态的控制奥氏体状态的控制”和进一步的和进一步的“由这种状由这种状态受到控制的奥氏体发生的相变的控制态受到控制的奥氏体发生的相变的控制”控轧：奥氏体状态的控制：晶粒尺寸、硬化状态；控轧：奥氏体状态的控制：晶粒尺寸、硬化状态；控冷：奥氏体相变条件的控制：开始温度（过冷度）、控冷：奥氏体相变条件的控制：开始温度（过冷度）、冷却速率、终止温度；冷却速率、终止温度；强化机制：传统的控制冷却是以卷取温度作为控制目标，强化机制：传统的控制冷却是以卷取温度作为控制目标，通过冷却速度控制实现细晶强化，配合微合金化技术实通过冷却速度控制实现细晶强化，配合微合金化技术实现析出强化。现析出强化。 RAL 2. 轧

8、后冷却技术的发展轧后冷却技术的发展新一代钢铁材料开发：超级钢、超细晶粒钢、相变强化新一代钢铁材料开发：超级钢、超细晶粒钢、相变强化机制机制社会发展要求：社会发展要求：4R原则，即减量化、再循环、再利用、原则，即减量化、再循环、再利用、再制造。再制造。TMCP技术发展：采用节约型的成分设计和减量化生产技术发展：采用节约型的成分设计和减量化生产方法，获得高附加值、可循环的钢铁产品。这种方法，获得高附加值、可循环的钢铁产品。这种TMCP技术就是以快冷技术为核心的新一代技术就是以快冷技术为核心的新一代TMCP技术。技术。强化机制：超细晶强化、相变强化、析出强化等综合强强化机制：超细晶强化、相变强化、析

9、出强化等综合强化手段化手段 RAL q 控制冷却系统小结：1)可以实现直接淬火的冷却装置有：2）控冷工艺和钢种永远是相互关联的RAL 高密集管层流冷却系统高密集管层流冷却系统RAL 管层流冷却设备的关键点（管层流冷却设备的关键点（1） 水流的性质：稳定的均匀的层流。这一点已经在实验室得到证实。现场是与辊道 平行布置的高位水箱（实际是粗管道），保证了每一个层流集管的状况与实验室是一样的。RAL 适当的足够的水压： 压力过高，水流喷溅，不沿板面流动，降低传热效果； 压力过低，击不破水膜，降低传热效果； 压力过低，降低阀门的响应特性；管层流冷却设备的关键点（管层流冷却设备的关键点（2）RAL 足够的

10、水量： 水系统的能力； 高位水箱的储水能力； 辊道运动速度可以部分补偿水冷能力的不足。管层流冷却设备的关键点（管层流冷却设备的关键点（3）RAL 水幕装置水幕装置RAL U形管喷头的结构形管喷头的结构RAL JFE Super-OLAC技术技术OLAC：1980年年NKK（现（现JFE）轧后冷却技术工业化；）轧后冷却技术工业化； NKK控制冷却技术的开发历程：控制冷却技术的开发历程：Super-OLAC推广：推广：1998年福山厚板厂年福山厚板厂 ；2003年年5月月仓敷厚板厂；仓敷厚板厂；2004年年6月京浜厂月京浜厂 RAL 可以以近似理论极限冷却速度，世界最高可以以近似理论极限冷却速度，

11、世界最高冷却速度（冷却速度（700/秒秒-板厚板厚3mm）对钢板实）对钢板实行全面、均匀的冷却行全面、均匀的冷却 该设备可以大幅度提高该设备可以大幅度提高冷却温度控制精度，冷却温度控制精度，从而提高钢材的质量（通过晶粒细化、均从而提高钢材的质量（通过晶粒细化、均匀化达到高强高韧化、焊接性稳定、加工匀化达到高强高韧化、焊接性稳定、加工性能提高）性能提高）JFE Super-OLAC技术优势技术优势RAL Super-OLAC与在线回火与在线回火HOPRAL JFE Super-OLAC技术应用技术应用与在线回火（感应加热）技术相结合，开发了一系列具与在线回火（感应加热）技术相结合，开发了一系列具

12、有优异性能的高品质中厚板材：有优异性能的高品质中厚板材： 造船用钢：大热量输入焊接用钢造船用钢：大热量输入焊接用钢 ； 桥梁用钢：海岸耐侯性钢；桥梁用钢：海岸耐侯性钢； 高层建筑用钢：建筑用高层建筑用钢：建筑用590N/mm2级钢板、级钢板、385N/mm2 高层建筑用钢；高层建筑用钢； 压力容器用钢：压力容器用钢： 610N/mm2级钢板；级钢板；管线用钢：例如世界强度最高的管线钢管线用钢：例如世界强度最高的管线钢CSA级级690（相（相当于当于X100级管线钢）级管线钢）RAL 中厚板轧后冷却技术发展趋势中厚板轧后冷却技术发展趋势在国内中厚板企业冶炼装备和轧机装备及技术日益提高，在国内中厚

13、板企业冶炼装备和轧机装备及技术日益提高，基本与钢铁技术发达国家如日本等基本无差距的背景下，基本与钢铁技术发达国家如日本等基本无差距的背景下，钢板轧后辅助工序及技术，尤其是控制钢板组织性能演钢板轧后辅助工序及技术，尤其是控制钢板组织性能演变的轧后冷却工序所需的高效冷却技术，已成为制约国变的轧后冷却工序所需的高效冷却技术，已成为制约国内中厚板企业生产高附加值高性能中厚板产品的问题关内中厚板企业生产高附加值高性能中厚板产品的问题关键所在键所在。轧后冷却技术发展：高冷却速率；冷却均匀性好轧后冷却技术发展：高冷却速率；冷却均匀性好RAL JFE Super-OLAC技术核心技术核心高冷却能力：比传统加速

14、冷却方法快高冷却能力：比传统加速冷却方法快25倍；倍；冷却均匀性：在中厚钢板冷却过程的全温度区域实现板冷却均匀性：在中厚钢板冷却过程的全温度区域实现板材的高效均匀冷却材的高效均匀冷却 ；冷却能力：冷却能力：RAL JFE Super-OLAC核心高冷速、均匀核心高冷速、均匀过渡沸腾区过渡沸腾区膜沸腾，低热交换核沸腾，高热交换RAL 3 均匀、高效冷却的基本原理均匀、高效冷却的基本原理 倾斜喷射；压力；较近距离；消除膜态沸腾，实现核倾斜喷射；压力；较近距离；消除膜态沸腾，实现核态沸腾；态沸腾；2 25 5倍的冷却效率倍的冷却效率RAL 局部换热区域描述1.射流冲击区 在水流下方和在水流下方和2

15、23 3倍水倍水流宽度的扩展区域内，形成流宽度的扩展区域内，形成具有层流流动特性的单相强具有层流流动特性的单相强制对流区域（区域制对流区域（区域）。）。流体直接冲击换热表面，使流体直接冲击换热表面，使流动边界层和热边界层大大流动边界层和热边界层大大减薄，从而大大提高热减薄，从而大大提高热/ /质传递效率，因此换热强度很高。质传递效率，因此换热强度很高。 表面形态 单相强制对流 核状/过渡沸腾区 膜状沸腾区 小液态聚集区 向环境辐射和对流散热 水柱 轧件 钢板表面局部换热区描述钢板表面局部换热区描述中厚板加速冷却过程的换热分析中厚板加速冷却过程的换热分析RAL 2.2.核态沸腾换热区核态沸腾换热

16、区 核态沸腾由于汽泡（沸腾）核态沸腾由于汽泡（沸腾）扰动剧烈，换热系数和热流密扰动剧烈，换热系数和热流密度急剧增大，换热能力很强。度急剧增大，换热能力很强。3.3.膜态沸腾换热区膜态沸腾换热区 沸腾强制对流区（区域沸腾强制对流区（区域），），热量传递须穿过热阻较大的汽热量传递须穿过热阻较大的汽膜导热，换热强度低。膜导热，换热强度低。 沸腾曲线示意图沸腾曲线示意图中厚板加速冷却过程的换热分析中厚板加速冷却过程的换热分析RAL 中厚板中厚板DQ的问题的问题作为控制冷却的极限结果，作为控制冷却的极限结果，DQ的作用早已为人们所认识。的作用早已为人们所认识。但是，其潜在的能力一直未得到发挥，原因在于直

17、接淬但是，其潜在的能力一直未得到发挥，原因在于直接淬火条件下冷却均匀性的问题一直没有的到解决，火条件下冷却均匀性的问题一直没有的到解决，DQ情况情况下板形控制一直困扰人们。下板形控制一直困扰人们。国内：宝钢国内：宝钢5mDQ、酒钢、酒钢ADCODQ采用的技术：采用的技术：日本厚板厂日本厚板厂DQ采用的冷却技术：采用的冷却技术： 喷射冷却层流冷却：新日铁喷射冷却层流冷却：新日铁-CLC;住友住友DAC; JFE-Super-OLACRAL 中厚板控冷设备冷却能力及效果与其所基于的换中厚板控冷设备冷却能力及效果与其所基于的换热机理有关。热机理有关。 冷却设备提高冷却效率、实现均匀冷却的关键：冷却设

18、备提高冷却效率、实现均匀冷却的关键： 集管喷嘴的合理设计及排布；集管喷嘴的合理设计及排布； 射流冲击换热区的合理配置；射流冲击换热区的合理配置； 冲击换热区面积的最大化；冲击换热区面积的最大化； 泡核沸腾换热。泡核沸腾换热。 提高中厚板换热能力的途径提高中厚板换热能力的途径RAL 新型控制冷却系统基本配置新型控制冷却系统基本配置？ m20 m？mNEW-ACC矫直机轧机方案方案1：水泵供水：水泵供水水量：水量：6000m3/h压力：压力：0.30.5MPa方案方案1：高位水箱供水：高位水箱供水水量：水量：40006000m3/h压力：压力：0.10.2MPaDQ+ACC均匀性均匀性高效率，高冷

19、速高效率，高冷速仪表和阀门仪表和阀门RAL 4.中厚板控制冷却系统中厚板控制冷却系统RAL 仪表配置仪表配置RAL 触发逻辑触发逻辑控冷过程机根据轧线上钢板的检测信息，根据宏跟踪数据区控冷过程机根据轧线上钢板的检测信息，根据宏跟踪数据区轧件的身份信息，结合钢板微跟踪段的信息触发相应的计算轧件的身份信息，结合钢板微跟踪段的信息触发相应的计算预设定计算、修正设定计算、模型自学习。预设定计算、修正设定计算、模型自学习。RAL 控制系统组成控制系统组成第第2级过程控制级：级过程控制级：通过数学模型进行设定计算，板坯跟踪，数据采集，模型自学习，打印报表，人机接口，历史数据存储，报警等；第第1级基础自动化

20、级：级基础自动化级：顺序控制，设备控制和质量控制，执行过程机的设定，保证板坯头部、尾部、边部与中间部分的温度一致。通过控制，使产品冷却速度及全长的温度达到要求的精度；第第0级数字级数字DC传动控制级：传动控制级：轨道的速度及加速度控制。 仪表：仪表：HMD、测温仪、流量计RAL 常规层流设备性能保证值常规层流设备性能保证值同板温度差220；异板温度差225； 控制冷却钢板厚度范围：660mm；控制冷却钢板宽度范围：15002600mm；控制冷却钢板最大长度：30000 mm；控制冷却开始温度范围：7001000；控制冷却终冷温度范围：450750；辊道速度调整范围：0.22 .0m/s； 注：

21、控冷区辊道速度应与控冷区前后辊道速度匹配。板形：矫直后成品板形满足或优于国家标准的1/2；一次性能合格率：99.5；冷却速率范围：1.550/s （视水温和板厚而定），对于20mm厚钢板，冷却速度最大为20/s；系统的计算机、PLC投入运行率99.5。 RAL 控制目标控制目标 终冷温度终冷温度冷却速度冷却速度各向冷却均各向冷却均匀匀控制参量控制参量集管流量集管流量集管开启数集管开启数目及位置目及位置辊道速度辊道速度辊道加速速辊道加速速边部遮蔽量边部遮蔽量及遮蔽位置及遮蔽位置水量比水量比冷却过程控制模型结构图冷却过程控制模型结构图RAL 冷却策略制定初始的冷却计划，为前馈控制模型提供初始化数据

22、。冷却策略制定初始的冷却计划，为前馈控制模型提供初始化数据。模型在其提供的初始值基础上进行计算，减少了计算量。模型在其提供的初始值基础上进行计算，减少了计算量。冷却数学模型是前馈控制模型的核心，通过反复调用冷却数学模冷却数学模型是前馈控制模型的核心，通过反复调用冷却数学模型进行温降计算，给出实现目标的冷却规程。型进行温降计算，给出实现目标的冷却规程。 数学模型及冷却策略的作用数学模型及冷却策略的作用前馈控制模型前馈控制模型预设定预设定修正设定修正设定确定层别参数确定层别参数层别层别冷却策略冷却策略冷却数学模型冷却数学模型冷却数学模型冷却数学模型（控制参量初始值）（控制参量初始值）（空冷、水冷温

23、降计算）（空冷、水冷温降计算）（空冷、水冷温降计算）（空冷、水冷温降计算）RAL 交替方向隐式差分数学模型交替方向隐式差分数学模型二维偏微分方程二维偏微分方程2222tttQaxyc(导热系数为常数导热系数为常数)简化形式简化形式2222tttaxy(相变潜热计入比热中相变潜热计入比热中)11111,1,1,1,22111222211,1,1,1,22221221kkkkkkkkiji 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、求解方便）（

24、无条件稳定、求解方便）RAL 初始条件、边界条件和物性参量的确定初始条件、边界条件和物性参量的确定(0,/2)2(0,/2)20(0,0)0(0,0)wwtdxtttcxwxtdytttcyhytxxtyy边界条件：边界条件： ( , ,0)( )(0, 0, 0)t i jf tinjm 初始条件：初始条件：111,22,22,1,221,2221222212kknjnjknjwkki mi mki mwaattxxcxttcxaattyycyttcy差分差分形式形式求解差分方程需确定的量求解差分方程需确定的量:初始条件：初始条件： 终轧时刻作为冷却的开始时刻，此时钢板断面温度作为初始温度场

25、终轧时刻作为冷却的开始时刻，此时钢板断面温度作为初始温度场边界条件：边界条件： 确定不同时刻对应的表面对流换热系数确定不同时刻对应的表面对流换热系数(空冷空冷、水冷、水冷)三个物性参量：三个物性参量： 钢板密度、导热系数、比热钢板密度、导热系数、比热RAL 空冷表面对流换热系数的确定空冷表面对流换热系数的确定 44()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空气介质的温度。

26、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：RAL 水冷表面对流换热系数的确定水冷表面对流换热系数的确定 bc 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试凑法确定根据实测温度数据用回归试凑法确定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

27、的系数；b、c模型常数系数。模型常数系数。采用回归模型：采用回归模型：RAL 导导 热热 系系 数数 的的 确确 定定 4005006007008009001000202224262830323436384042heat conductivity (kcal/m h )steel plate temperature ( ) 0.06% C 0.08% C 0.23% 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

28、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RAL 比比 热热 的的 确确 定定 300400500600700800900100011000.100.120.140.160.180.200.220.240.260.280.300.320.340.360.380.40specific heat (kcal/kg )steel plate temperature ( ) 0.06% C 0.08% C 0.23% C 0.4% C Si-Mn400500600700800900100011000.100.120.140.160.180.200.220.240

29、.260.280.300.320.340.360.380.40specific heat (kcal/kg )steel plate temperature ( ) 0.06% 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（取温度上限值连线）（取温度上限值连线）碳碳 钢：在钢：在700-750700-750区间比热值变大，对应相变过程区间比热值变大，对应相变过程Si-MnSi-Mn钢：在钢：在750-800750-800区间比热值变大，对应相变过程区间比热值变大，对应相变过程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

30、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)RAL 冷却均匀性控制冷却均匀性控制 终冷温度终冷温度 冷却数学模型的精度冷却数学模型的精度 冷却设备的冷却能力冷却设备的冷却能力冷却速度冷却速度控制策略控制策略 调整集管排布组合方式、喷水流量、钢板运行速度调整集管排布组合方式、喷水流量、钢板运行速度成品的各向冷却均匀成品的各向冷却均匀控制策略控制策略 纵纵 向：头尾特殊控制向：头尾特殊控制/ /分段跟踪控制分段跟踪控制/ /加速度控制加速度控制 横横 向：改变边部遮蔽量及位

31、置向：改变边部遮蔽量及位置 上下面：改变水量比上下面：改变水量比 制定初始的冷却控制策略，给出相应控制参量合理初制定初始的冷却控制策略，给出相应控制参量合理初始值，始值，模型在此初始值基础上进行计算给出合适的冷却规模型在此初始值基础上进行计算给出合适的冷却规程，可减少迭代次数，从而减少计算时间。程，可减少迭代次数，从而减少计算时间。RAL -10123456789101112131415680690700710720730740750760770780790800810820830840850860870880temperature()the length of the plate(m) af

32、tercooling up-surface temperature Lognitudinal temperature grads beforecooling temperature Lognitudinal temperature grads048121620242832364044660680700720740760780800820840860880900920 temperature()the length of the plate(m) aftercooling up-surface temperature Lognitudinal temperature grads beforeco

33、oling temperature Lognitudinal temperature grads采用策略前的实测曲线采用策略前的实测曲线(40mm)采用策略前的实测曲线采用策略前的实测曲线(12mm)纵向非均匀性特点纵向非均匀性特点 RAL 横向横向 边部遮蔽示意图边部遮蔽示意图 (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 上下面上下面 调节水量比调节水量比 单根集管冷却区域上

34、下表面温降示意图单根集管冷却区域上下表面温降示意图 下集管比上集管的水量要大下集管比上集管的水量要大水量变化，水量比值也变化水量变化，水量比值也变化RAL 温度场模型提高计算精度翘曲分析合理上下换热系数系统设计前馈控制系统模型设定自适应控制装置优化设计供水平衡流量均匀稳定合理控制策略制订温度均匀性控制分析温度均匀性控制分析RAL 冷却过程翘曲简要分析 分析认为，在冷却初始阶段钢板大部分未发生相变，因此钢板产生翘曲的主要影响因素是热应力的作用，钢板朝强冷侧产生收缩；相变发生后，强冷侧相变膨胀的影响逐渐增大，钢板翘曲量减小，最终向反方向产生了翘曲，反向翘曲的极值为；相变结束后，热应力成为影响钢板翘

35、曲的主要因素，随着钢板上下部分的温差增大翘曲量也不断增大；随着冷却过程的进行，钢板上下部分的温差逐渐缩小，钢板的翘曲也逐渐减小。RAL 应力失稳分析基于弹塑性理论，当热应力和组织应力之和大于临界屈曲应力，钢板发生变形，产生板形缺陷。从应力曲线可以看出，只有将热应力和组织应力之和控制在屈曲临界以内，才能避免翘曲现象的发生。根据热应力和弹性不稳定理论，计算出了厚度、宽度和长度方向的临界屈服应力，如表3.2所示。分析可知钢板是否产生变形取决于以下因素：（1）温差，即冷却过程中钢板冷却越不均匀，钢板内部温度梯度越大，就越容易产生板形缺陷；（2）厚宽比，即越薄的钢板，厚度和宽度的比值越小，越容易产生板形

36、缺陷；（3）屈曲压力系数，通常钢板头尾以及钢板边部屈曲压力系数远小于中心部分，所以钢板边部比中心更容易产生板形缺陷。RAL 层流系统参数对控冷均匀性的影响层流系统参数对控冷均匀性的影响控冷均匀性水循环系统稳定集管喷水均匀水循环平衡数学模型泵流量优化水力数学模型RAL 冷却过程温度均匀性控制冷却过程温度均匀性控制温度均匀性控制策略长度方向宽度方向厚度方向现象温度异常波动整体温度梯度措施措施微跟踪控制辊道微加速控制现象边部过冷措施边部遮蔽控制现象中心和表面的温度梯度上下表面冷却不对称措施措施稀疏冷却控制上下水量比控制RAL 钢板长度方向温度均匀性控制钢板长度方向温度均匀性控制微跟踪控制 温 度 异 常 波 动 1 2 3 4 5 6 钢 板 物 理 分 段 微跟踪控制思路：微跟踪控制思路：(A) 普通控制(B) 微跟踪控制RAL