中厚板控制冷卻過程溫度均勻性的研究.pdf

1、本文依托于國家經(jīng)貿(mào)委“十五”國家重大技術(shù)裝備研制項目“首鋼3500mm中厚板軋機核心軋制技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備研制”，以首鋼3500mm中厚板軋機控制冷卻系統(tǒng)改造項目為背景，以中厚板控制冷卻過程的溫度均勻性為研究對象，在控制冷卻過程溫度場模型的建立、不均勻冷卻對板形的影響、均勻冷卻的控制策略和控制冷卻計算機控制系統(tǒng)設(shè)計方面開展研究工作。所開發(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，系統(tǒng)投入運行后，產(chǎn)品質(zhì)量和性能明

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

3、究冷卻過程應(yīng)力和應(yīng)變及冷卻不均時的鋼板翹曲規(guī)律；分析和計算了鋼板冷卻過程的失穩(wěn)臨界應(yīng)力。中厚板控制冷卻時，如果上下表面冷卻不對稱，鋼板會產(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。通過觀察冷卻過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、，對生產(chǎn)過程中的水泵工作流量進行了優(yōu)化；建立了層流冷卻系統(tǒng)的水力模型，根據(jù)水力模型對保持均勻冷卻時的高位水箱的高度和尺寸進行了設(shè)計；為了使鋼板橫向冷卻均勻，根據(jù)水力模型對集管進行了設(shè)計，分析表明采用三級阻尼集管設(shè)計集管橫向的噴嘴流量相對偏差可以控制在3％以內(nèi)。 (4)制訂了采用過程機對控制冷卻過程鋼板進行溫度均勻性控制的·Ⅰ·策略。針對鋼板冷卻過程中出現(xiàn)的長度方向冷卻不均的現(xiàn)象，對冷卻節(jié)奏進行控制，減小水箱水位波動對冷卻均勻性的

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對控冷均勻性的影響；采用輥道微加速控制，消除鋼板長度方向的整體溫度梯度；針對鋼板冷卻過程中，鋼板邊部過冷造成的橫向冷卻不均勻現(xiàn)象，開發(fā)了邊部遮蔽數(shù)學(xué)模型，并用于過程控制；為了保持鋼板上下表面冷卻對稱，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”控制進一步減小鋼板厚度方向的溫度梯度。

6、 (5)針對現(xiàn)場的工藝設(shè)備布置和檢測儀表配備情況，基于控冷均勻性和控制的需要，設(shè)計了計算機控制系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)具備實時狀態(tài)下模型設(shè)定計算、修正計算、自學(xué)習(xí)計算、過程跟蹤、模擬冷卻和質(zhì)量報表等功能；開發(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。實現(xiàn)了中厚板控制冷卻過程的全自動精確控制。 本文所開發(fā)的中厚板控制冷卻過程控制軟件已成功應(yīng)用于首鋼中厚板廠，對我國中厚板控制冷卻水平的提高