中厚板控制冷卻過(guò)程溫度均勻性的研究.pdf

1、本文依托于國(guó)家經(jīng)貿(mào)委“十五”國(guó)家重大技術(shù)裝備研制項(xiàng)目“首鋼3500mm中厚板軋機(jī)核心軋制技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備研制”，以首鋼3500mm中厚板軋機(jī)控制冷卻系統(tǒng)改造項(xiàng)目為背景，以中厚板控制冷卻過(guò)程的溫度均勻性為研究對(duì)象，在控制冷卻過(guò)程溫度場(chǎng)模型的建立、不均勻冷卻對(duì)板形的影響、均勻冷卻的控制策略和控制冷卻計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面開(kāi)展研究工作。所開(kāi)發(fā)的控制冷卻模型、策略和控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于首鋼3500mm中厚板軋機(jī)，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，產(chǎn)品質(zhì)量和性能明

2、顯提高。本文的主要研究?jī)?nèi)容和主要成果如下： (1)通過(guò)比較溫度場(chǎng)理論模型的分析解和數(shù)值解后，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件建立了以Crank-Nicolson差分格式為基礎(chǔ)的中厚板控制冷卻溫度場(chǎng)在線模型；通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)研究建立了冷卻過(guò)程的換熱系數(shù)模型，提出了控制冷卻時(shí)鋼板比熱系數(shù)、熱傳導(dǎo)率、相變潛熱和平均溫度的處理方法。 (2)對(duì)不均勻冷卻造成的鋼板板形變化進(jìn)行了分析。建立了控制冷卻過(guò)程的溫度相變耦合預(yù)報(bào)模型，利用熱彈塑性分析法研

3、究冷卻過(guò)程應(yīng)力和應(yīng)變及冷卻不均時(shí)的鋼板翹曲規(guī)律；分析和計(jì)算了鋼板冷卻過(guò)程的失穩(wěn)臨界應(yīng)力。中厚板控制冷卻時(shí)，如果上下表面冷卻不對(duì)稱(chēng)，鋼板會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象，翹曲的撓度不僅與溫度有關(guān)而且與鋼板內(nèi)部組織的變化也有很大關(guān)系。通過(guò)觀察冷卻過(guò)程的鋼板翹曲變形行為，可以初步修正鋼板上下表面的冷卻水流量，減小鋼板厚度方向的不均勻冷卻程度。 (3)分析了層流冷卻水循環(huán)系統(tǒng)和冷卻設(shè)備對(duì)控冷均勻性的影響。建立了水系統(tǒng)平衡的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)水系統(tǒng)平衡數(shù)學(xué)模型

4、，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的水泵工作流量進(jìn)行了優(yōu)化；建立了層流冷卻系統(tǒng)的水力模型，根據(jù)水力模型對(duì)保持均勻冷卻時(shí)的高位水箱的高度和尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)；為了使鋼板橫向冷卻均勻，根據(jù)水力模型對(duì)集管進(jìn)行了設(shè)計(jì)，分析表明采用三級(jí)阻尼集管設(shè)計(jì)集管橫向的噴嘴流量相對(duì)偏差可以控制在3％以?xún)?nèi)。 (4)制訂了采用過(guò)程機(jī)對(duì)控制冷卻過(guò)程鋼板進(jìn)行溫度均勻性控制的·Ⅰ·策略。針對(duì)鋼板冷卻過(guò)程中出現(xiàn)的長(zhǎng)度方向冷卻不均的現(xiàn)象，對(duì)冷卻節(jié)奏進(jìn)行控制，減小水箱水位波動(dòng)對(duì)冷卻均勻性的

5、影響；采用鋼板微跟蹤控制技術(shù)，減小鋼板縱向溫度異常波動(dòng)對(duì)控冷均勻性的影響；采用輥道微加速控制，消除鋼板長(zhǎng)度方向的整體溫度梯度；針對(duì)鋼板冷卻過(guò)程中，鋼板邊部過(guò)冷造成的橫向冷卻不均勻現(xiàn)象，開(kāi)發(fā)了邊部遮蔽數(shù)學(xué)模型，并用于過(guò)程控制；為了保持鋼板上下表面冷卻對(duì)稱(chēng)，建立了下集管和上集管的水量比模型；為了減小鋼板內(nèi)部溫度梯度，根據(jù)工藝要求制訂了集管稀疏冷卻和密集冷卻策略；采用大集管和小集管搭配使用，利用“變粒度”控制進(jìn)一步減小鋼板厚度方向的溫度梯度。

6、 (5)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的工藝設(shè)備布置和檢測(cè)儀表配備情況，基于控冷均勻性和控制的需要，設(shè)計(jì)了計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)狀態(tài)下模型設(shè)定計(jì)算、修正計(jì)算、自學(xué)習(xí)計(jì)算、過(guò)程跟蹤、模擬冷卻和質(zhì)量報(bào)表等功能；開(kāi)發(fā)了水冷換熱系數(shù)、空冷黑度系數(shù)、上下水量比和邊部遮蔽的自學(xué)習(xí)模型，并用于在線控制。實(shí)現(xiàn)了中厚板控制冷卻過(guò)程的全自動(dòng)精確控制。 本文所開(kāi)發(fā)的中厚板控制冷卻過(guò)程控制軟件已成功應(yīng)用于首鋼中厚板廠，對(duì)我國(guó)中厚板控制冷卻水平的提高