熱軋帶鋼層流冷卻過程控制模型及智能調(diào)優(yōu).pdf

1、本文以攀枝花新鋼釩股份公司1450熱軋板廠三期改造為背景，以帶鋼層流冷卻過程控制模型為研究對象，從傳熱機理出發(fā)，建立了現(xiàn)場使用的層流冷卻過程控制模型。利用以有限差分法為基礎(chǔ)的控制冷卻數(shù)學(xué)模型，研究了冷卻過程中帶鋼厚度方向溫度變化過程，在模型參數(shù)智能調(diào)優(yōu)中，引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，對模型參數(shù)進(jìn)行回歸分析，并利用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)分析數(shù)學(xué)模型的預(yù)報偏差。自投產(chǎn)以來，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、可靠，控制精度高，產(chǎn)品性能有了顯著提高。本文的主要進(jìn)展如下：

2、(1)建立了攀鋼1450熱連軋機組新的層流冷卻控制系統(tǒng)。設(shè)計了控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、操作方式、層冷區(qū)的軋件跟蹤以及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流，加入了控制策略，其中包括組別分類、控制模式、冷卻策略，以及熱頭熱尾、學(xué)習(xí)系數(shù)的讀取、頭部特殊控制處理等，保證了整個系統(tǒng)功能的完善以及數(shù)據(jù)流的暢通。 (2)利用有限元模擬計算了帶鋼斷面溫度場，分析了帶鋼溫度在寬度方向的不均勻分布。通過研究帶鋼的冷卻過程，構(gòu)建了控制冷卻過程的數(shù)學(xué)模型結(jié)構(gòu)，建立了空冷和水冷的數(shù)學(xué)模

3、型?？紤]溫度和鋼種對冷卻過程溫度變化的影響，以熱焓為基礎(chǔ)建立帶鋼比熱模型，以插值法建立熱傳導(dǎo)率的權(quán)重系數(shù)模型，該模型以溫度和含碳量作為自變量?？梢栽趯崟r狀態(tài)下完成模型預(yù)設(shè)定計算、修正計算(設(shè)定計算和再計算)、自學(xué)習(xí)計算等重要功能。采用動態(tài)修正設(shè)定計算可以對帶鋼厚度、速度、溫度變化造成的溫度偏差進(jìn)行微調(diào)，及時地調(diào)整集管組態(tài)，從而提高卷取溫度控制精度。 (3)開發(fā)了帶鋼冷卻過程仿真軟件并進(jìn)行了仿真研究，采用差分格式建立了熱軋帶鋼控制

4、冷卻的一維非穩(wěn)態(tài)溫度場方程，該方程截斷誤差小且無條件穩(wěn)定。根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行仿真計算，計算結(jié)果與實際控制很接近，并得到了帶鋼厚度上的溫度分布，從數(shù)值仿真結(jié)果中得到水冷時帶鋼厚度方向上的溫度梯度隨厚度的增加而變大；空冷返紅時，帶鋼越薄，返紅時間越短，表面溫度上升的速率越大。在分析模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了返紅溫度、返紅時間與帶鋼厚度的定量關(guān)系，對于厚度為8.23mm的帶鋼，其返紅溫升可達(dá)到59℃，返紅時間可持續(xù)2.25s，而對于厚度為2.

5、0mm的帶鋼，其返紅溫升為18.5℃，返紅時間可持續(xù)0.42s。 (4)在智能調(diào)優(yōu)中引入數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，進(jìn)行異常數(shù)據(jù)的剔除等數(shù)據(jù)預(yù)處理。利用回歸方法，得到帶鋼層流冷卻中空冷回歸系數(shù)以及基本熱流密度修正系數(shù)，并用于在線計算。在數(shù)據(jù)挖掘的結(jié)果上建立了卷取溫度差值預(yù)報的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，BP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層次的方案為7-10-1。利用網(wǎng)絡(luò)模型，對訓(xùn)練樣本進(jìn)行了處理，網(wǎng)絡(luò)的預(yù)報值與實際溫差吻合較好。結(jié)果表明，采用BP網(wǎng)絡(luò)可以預(yù)測數(shù)學(xué)模型計算中的偏差。利

6、用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)學(xué)模型相結(jié)合的方法，可以提高卷取溫度的預(yù)報精度；提出智能糾偏的在線應(yīng)用新思想，可在線修正數(shù)學(xué)模型的偏差，為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的在線預(yù)報提供了一種可行的方案。 (5)成功地完成了攀鋼熱軋板廠層流冷卻三期改造項目，建立了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的成套帶鋼控制冷卻系統(tǒng)的模型和軟件，實現(xiàn)了帶鋼層流冷卻過程的自動控制。所開發(fā)的帶鋼控制冷卻過程模型和軟件己成功應(yīng)用于攀鋼1450熱軋板廠，自投入在線應(yīng)用以來，程序控制穩(wěn)定，設(shè)備運行良好，產(chǎn)品的