中厚板轧后冷却过程控制系统介绍

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主要内容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、均匀性控制方法第一部分控制冷却思想简介控制冷却思想简介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控制冷却作用—晶界强化控制冷却作用—相变强化控制冷却作用—相变强化控制冷却作用—沉淀强化第二部分中厚板轧后冷却过程控制系统中厚板轧后冷却过程控制系统冷却设备布置冷却控制系统结构及数据流图多阶段冷却过程控制系统冷却核心控制参数一元控制二元控制多元控制终冷温度终冷温度+冷却速度多级温度路径控制===冷却模式系统时序触发机制过程控制—预计算水流密度确定辊道速度确定集管状态确定冷却均匀性控制过程控制系统—在线计算根据钢板的实测终轧温度和厚度对预设定计算给出的冷却规程进行修正触发时刻：精轧机给出末道次信号时刻，在钢板头部经过精轧机后测温仪及测厚仪之后过程控制系统—后计算短期自学习系数：长期自学习系数：冷却速度自学习：

换热系数自学习：

第三部分冷却控制系统中的数学模型导热微分方程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：

边界条件：

初始条件：相变潜热计算相变开始温度：相变转变量：相变潜热计算：奥氏体比热容

铁素体比热容

平均比热容

比热和热传导率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)比热和热传导率曲线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(满足差分形式成立的条件)典型钢种的导热系数值曲线根据斯蒂芬－波尔茨曼定律：－空冷换热系数；式中，－自学习系数；－钢板的黑度，；－斯蒂芬－波尔茨曼常数；－钢板表面温度；－空气介质的温度。确定空冷换热系数主要依赖于值的确定参考牛顿冷却公式形式给出：(1)该模型主要考虑了水流密度和钢板表面温度的影响;(2)根据实测温度数据用回归法确定a、b、c、fv。式中，Aw－自学习系数；

qw－水流密度；

T－钢板表面温度；

fv

－速度修正系数；

a－按钢板规格确定的系数；

b、c－模型常数系数。采用回归模型：交替方向隐式差分形式：(无条件稳定、追赶法求解)温度场有限元解析方法温度场有限元解析模型泛函：刚度矩阵：温度场有限元解析方法有限单元网格划分非对称问题：对称问题：时间步长确定空冷基本时间步长：水冷基本时间步长：迭代时间步长：第四部分冷却过程中的均匀性控制流体系统的高精度控制高精度流量控制加速冷却阶段上下水比控制钢板厚度方向冷却均匀性控制凸型水量分布边部遮蔽(3000以上的宽板效果明显)钢板宽度方向冷却均匀性控制(a)理想的遮蔽形式(b)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）

(d)实际采用的遮蔽形式（间隔使用集管时）钢板宽度方向冷却均匀性控制加速冷却阶段横向均匀性控制策略最优边部遮蔽量：

正弦凸度遮蔽方式：

钢板宽度方向冷却均匀性控制钢板厚度方向冷却均匀性控制辊道速度纵向温度分布辊道微加速控制头尾遮蔽控制头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模拟头尾遮蔽模