中厚板控制冷卻數(shù)學模型的研究及應用.pdf

1、本文依托于國家經(jīng)貿(mào)委“十五”國家重大技術裝備研制項目“首鋼3500mm中厚板軋機核心軋制技術和關鍵設備研制”，以首鋼3500mm中厚板軋機的建設為背景，以中厚板廠的控制冷卻過程系統(tǒng)為研究對象，在比較和分析國內(nèi)外控制冷卻模型的基礎上，建立了以有限差分法為基礎的控制冷卻數(shù)學模型，分析了熱物性系數(shù)的變化規(guī)律，提出鋼板溫度的均勻控制策略，并結合首鋼中厚板廠控制冷卻系統(tǒng)的現(xiàn)場實際情況，開發(fā)了控制冷卻系統(tǒng)過程機程序。上述控制冷卻理論、策略和控制系統(tǒng)

2、已經(jīng)成功應用于首鋼3500mm中厚板軋機和南鋼2500中板軋機上，投入運行后，產(chǎn)品質量明顯提高。本文的主要研究內(nèi)容和取得的主要成果如下：(1)以隱式有限差分法為基礎構建了中厚板控制冷卻過程的數(shù)學模型框架。該系統(tǒng)是國內(nèi)中厚板控制冷卻領域完全依靠自己力量建立的比較完整的控冷過程模型設定系統(tǒng)，可以在實時狀態(tài)下完成模型設定計算、修正計算、自學習計算、過程跟蹤等重要功能，為我國中厚板廠控制冷卻系統(tǒng)的模型設計奠定了基礎。 (2)建立空冷和水

3、冷換熱系數(shù)模型。通過實測空冷溫降數(shù)據(jù)反推出黑度系數(shù)在0.7～0.85之間，由差分方法和Stefen-boltzman定律計算得到的鋼板平均空冷溫降偏差小于5℃，說明空冷換熱系數(shù)模型的選取具有較高的精度。差分模擬結果表明空冷時鋼板厚度方向上的溫度梯度隨厚度的增加而變大；返紅時，鋼板越薄，返紅時間越短，表面溫度上升的速率越大，中心和厚度上平均冷卻速率越大。水冷換熱系數(shù)對換熱過程有重要的影響。水流量增加，水冷換熱系數(shù)增大，但不成線形關系，而是

4、有一極限值；鋼板溫度增加，水冷換熱系數(shù)減小，但在不同的溫度區(qū)間其值大小相差甚遠；換熱系數(shù)隨水溫升高而變小，但水溫的變化對換熱系數(shù)的影響很小。 (3)針對模型中重要的熱物性參數(shù)比熱和熱傳導率隨溫度和含碳量變化而變化的規(guī)律和不同厚度規(guī)格鋼板的熱傳導規(guī)律，以插值法建立了以溫度和含碳量為自變量的權重系數(shù)模型，在此基礎上分析了比熱、熱傳導系數(shù)、換熱系數(shù)、水量、軋件溫度對厚度上溫度分布的影響。有限差分法模擬結果顯示，含碳量越高，熱量越易于傳

5、遞，厚度上溫度溫度梯度越大；導熱系數(shù)越大，熱量越容易傳導，軋件內(nèi)部的溫度差別較小；比熱系數(shù)越小，軋件內(nèi)部熱量傳遞得越容易；水量越大，厚度上溫度梯度越大；換熱系數(shù)越大，軋件表面和內(nèi)部的溫差越大。該分析結果為不同鋼種軋件厚度上的溫度均勻控制提供理論依據(jù)。 (4)軋件溫度的均勻性控制是保證產(chǎn)品質量的關鍵所在，本文提出了針對中厚板冷卻過程中寬度上溫度分布不均，建立邊部遮蔽模型，并于國內(nèi)首次實現(xiàn)了邊部凸度遮蔽的在線應用；針對中厚板冷卻過程

6、中厚度上的溫度分布特點，于國內(nèi)首次提出并實現(xiàn)了大集管—小集管—大集管的排列方式，以此實現(xiàn)冷卻過程對冷卻速度的要求，并降低厚度上的溫度梯度；針對中厚板冷卻過程中長度方向上存在局部溫度波動和頭尾低溫段，在控制上實施分段微跟蹤方法；針對鋼板縱向上的溫度梯度，建立加速度模型。 (5)結合首鋼中厚板廠的實際工況，開發(fā)出完整的中厚板控制冷卻過程機程序，實現(xiàn)了冷卻過程的在線全自動控制。上述工作成功地完成了國家經(jīng)貿(mào)委“十五”國家重大技術裝備研制