段生火1210121083550連軋機(jī)熱軋帶鋼溫度優(yōu)化設(shè)計-1

1、<p>　　學(xué) 號: 1210121083 </p><p>　　畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計）</p><p>　　課 題 550連軋機(jī)熱軋帶鋼溫度控系統(tǒng) </p><p>　　的優(yōu)化設(shè)計 </p><p>　　學(xué)生姓名 段生火

2、 </p><p>　　院 別 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 2012級材料成型及控制工程2班 </p><p>　　指導(dǎo)教師 郭蓓蓓 </p><p>　　二 ○ 一 六 年 六 月</p><p><b&

3、gt;　　目 錄</b></p><p>　　摘 要........................................................................................................................................I</p><p>　　Abstract..

4、......................................................................................................................................II</p><p>　　第1章 緒論.......................................................

5、...........................................................................1</p><p>　　1.1 550連軋機(jī)熱軋帶鋼生產(chǎn)線簡介...........................................................................................1</p>

6、<p>　　1.2 熱軋帶鋼需要控制的溫度及意義.........................................................................................1</p><p>　　1.3本課題研究內(nèi)容..................................................................

7、....................................................2</p><p>　　第2章 熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝..........................................................................................................3</p><p>　　2.

8、1熱軋帶鋼近幾年的發(fā)展..........................................................................................................3</p><p>　　2.2熱軋帶鋼軋機(jī)工藝....................................................................

9、..............................................3</p><p>　　第3章 具體的溫度優(yōu)化的方法..................................................................................................5</p><p>　　3.1加熱爐的溫度優(yōu)化控制.

10、.........................................................................................................5</p><p>　　3.1.1加熱爐的溫度優(yōu)化的意義...........................................................................

11、........................5</p><p>　　3.1.2加熱爐的溫度優(yōu)化設(shè)計.......................................................................................................5</p><p>　　3.2終軋溫度的控制....................

12、..................................................................................................5</p><p>　　3.2.1終軋溫度優(yōu)化的意義及傳統(tǒng)的方法..............................................................................

13、.....6</p><p>　　3.2.2終軋溫度的控制優(yōu)化...........................................................................................................6</p><p>　　3.3冷卻均勻性的控制...................................

14、...............................................................................6</p><p>　　3.3.1帶鋼縱向溫度均勻性.......................................................................................................

15、....7</p><p>　　3.3.2微加、減速度來減少帶鋼溫度梯度...................................................................................7</p><p>　　3.3.3寬度方向均勻性分析...................................................

16、........................................................8</p><p>　　3.4卷取溫度的控制......................................................................................................................9</p>

17、<p>　　3.4.1控制卷曲溫度的意義...........................................................................................................9</p><p>　　3.4.2卷曲溫度的優(yōu)化設(shè)計.................................................

18、..........................................................9</p><p>　　3.5 前饋—反饋控制方法...........................................................................................................10</p><

19、p>　　3.6軋件的具體跟蹤....................................................................................................................10</p><p>　　3.7溫度返紅.......................................................

20、.........................................................................11</p><p>　　3.8控制的精度分析................................................................................................................

21、....13</p><p>　　總 結(jié)......................................................................................................................................14</p><p>　　參考文獻(xiàn)......................

22、................................................................................................................15</p><p>　　致 謝.............................................................................

23、.........................................................16</p><p><b>　　插圖清單</b></p><p>　　圖1-1 550mm熱連軋機(jī)組生產(chǎn)流程圖........................................................................

24、...............1</p><p>　　圖2-1 熱軋帶鋼軋機(jī)工藝流程圖...............................................................................................3</p><p>　　圖2-2 熱軋工藝流程圖..................................

25、.............................................................................4</p><p>　　圖3-1帶鋼的物理分段控制示意圖..........................................................................................10</p>

26、<p>　　圖3-2 層流冷卻前饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖.....................................................................................13</p><p>　　圖3-3 與PY302測溫儀器距離...............................................................

27、.................................14</p><p>　　圖3-4 沿帶鋼長度方向測量.....................................................................................................15</p><p>　　圖3-5 實測卷曲溫度與目標(biāo)卷曲溫度偏差..

28、...........................................................................16</p><p>　　550連軋機(jī)熱軋帶鋼溫度控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　自從中國改革開放以來，鋼鐵軋制技術(shù)一直在不停的進(jìn)步。

29、通過不斷的學(xué)習(xí)，引進(jìn)外國先進(jìn)技術(shù)，再加上一些自主創(chuàng)新，中國在不知不覺中也位列于軋制技術(shù)發(fā)達(dá)之列了。盡管如此，一些核心技術(shù)還是掌握在一些歐美發(fā)達(dá)國家手里，因此開發(fā)熱帶過程控制技術(shù)顯得尤為重要，尤其是溫度這一塊的控制。這對于熱軋帶鋼的發(fā)展顯得特別的有意義。同時對于國家而言競爭力的提高就是產(chǎn)品質(zhì)量的提高，那么產(chǎn)品性能的優(yōu)越更是質(zhì)量范疇的重中之重。所以，對于我們而言，如何才能對產(chǎn)品的各方面性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計控制，是我們值得重點去探索的話題，產(chǎn)品性

30、能的控制方法有很多，在這里的話我們從溫度這一塊去探討該如何通過控制溫度來控制金屬的性能，溫度的控制對于鋼的性能各方面有著至關(guān)重要的作用，要想能夠控制產(chǎn)品的組織與性能，所以我們必須嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程中的溫度，對于傳統(tǒng)的熱軋帶鋼生產(chǎn)過程主要包括扎前的準(zhǔn)備，加熱，粗軋，精軋，冷卻以及卷曲等工序。本文我們就以550連軋機(jī)熱軋帶鋼為例，對帶鋼的生產(chǎn)過程中溫度控制進(jìn)行優(yōu)化。</p><p>　　關(guān)鍵詞：熱軋；終軋溫度；冷卻；優(yōu)

31、化</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Since China's reform and opening up,Iron and steel rolling technology has been constantly progress。Through continuous learning, the introducti

32、on of foreign advanced technology, coupled with some independent innovation, Chinese imperceptibly also position in advanced country,in spite of this,some core technology is still in the hands of some developed countries

33、 in Europe and America,So it is very important to develop the control technology of the tropical process,especially the control of the tem</p><p>　　Keywords:：Hot rolling；finishing temperature；burial；optimiza

34、tion </p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1 550連軋機(jī)熱軋帶鋼生產(chǎn)線簡介</p><p>　　550熱軋帶鋼連軋機(jī)在2011年年初的時候就已經(jīng)開始投產(chǎn)的，對于機(jī)組采用的是半連續(xù)式的布置，針對于粗軋機(jī)而言，我們采用的是三輥可逆軋機(jī)。為了能夠?qū)砹线M(jìn)行一個連續(xù)的軋制，在精軋區(qū)間有二立輥和八

35、平輥相結(jié)合。對來料進(jìn)行一個持續(xù)的軋制，先是帶鋼經(jīng)過精軋機(jī)組末機(jī)架，接著帶鋼會經(jīng)過三岔區(qū)、然后是平板鏈，最后一步才會進(jìn)入到立式卷取機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的卷取操作。在現(xiàn)代精軋的過程中，前面的四機(jī)架為短應(yīng)力軋機(jī)，后面四機(jī)架為相應(yīng)的四輥軋機(jī)，同時配置了相應(yīng)的液壓 AGC技術(shù)，目的是為了獲取高厚度高精度的優(yōu)質(zhì)窄帶鋼。</p><p>　　在熱軋廠鋼坯原料的主要規(guī)格有兩種： 150*150*6000; 165*280*6000。 產(chǎn)品

36、的系列可分為145，183，232三種。首先板坯經(jīng)過稱重以后進(jìn)入到加熱爐進(jìn)行加熱，根據(jù)生產(chǎn)品種以及工藝的差別，使得板坯加熱溫度在1100~1270℃之間， 板坯加熱完了以后，接下來會通過出爐輥道被送到三輥粗軋機(jī)從而進(jìn)行相應(yīng)的軋制。 對于板坯，先在三輥粗軋機(jī)上被軋制成相應(yīng)的5-7道，把板坯軋制成為25 m m 左右的厚度的中間坯， 緊接著我們將會使用相應(yīng)的升降臺把軋件從下的軋制線運到相應(yīng)的上軋制線上面。只有能夠通過三輥粗軋機(jī)軋制后出來的合

37、格中間坯，才會由中間輥道然后進(jìn)入到相應(yīng)的精軋區(qū)。同時為了控制寬帶，在精軋區(qū)我們設(shè)置兩架立輥（其中包含強(qiáng)力立輥1臺）。這當(dāng)中精軋機(jī)組設(shè)置包含了7個活套，統(tǒng)一都是電動自動化的。如此反復(fù)，中間坯變成成品要經(jīng)過8道次的連續(xù)的軋制。</p><p>　　就目前的生產(chǎn)線而言，我們對精軋機(jī)配有功能齊全的液壓厚度自動控制系統(tǒng)（AG C）。這對于控制代鋼的精度要求起著非常重要的作用。當(dāng)帶鋼從精軋機(jī)軋出后會先經(jīng)過送料輥、然后是夾送輥

38、、接著是扭轉(zhuǎn)導(dǎo)槽，接著會通過相應(yīng)的平板運輸鏈等一項項生產(chǎn)設(shè)備來一步步的進(jìn)入到立式卷取機(jī)進(jìn)行相應(yīng)最后的卷取。如下圖圖1-1，顯示的是整個生產(chǎn)的流水線。</p><p>　　圖1-1 550mm熱連軋機(jī)組生產(chǎn)工藝流程圖</p><p>　　1.2熱軋帶鋼需要控制的溫度及意義</p><p>　　對于熱軋帶鋼而言，其中最主要的就是如何控制扎后冷卻的速度和卷曲的溫度，能夠

39、準(zhǔn)確的估算出各個環(huán)節(jié)的溫度的變化對帶鋼各方面性能來說非常的重要， 首先對于熱軋帶鋼而言，帶鋼的終扎溫度可以直接決定軋機(jī)的負(fù)荷大小，還會對產(chǎn)品尺寸的精確度產(chǎn)生很大的影響，因此我們要想提高鋼鐵的最終質(zhì)量，就必須能夠準(zhǔn)確的控制熱軋帶鋼的過程中在不同位置上的溫度.為了能夠控制板坯的出爐溫度，我們得學(xué)會控制這個過程中加熱爐的溫度，還有終軋溫度和卷取溫度。很多時候?qū)τ诮K軋溫度能否很好的控制，主要還是會受到板坯溫度的高低以及均勻程度的直接影響。在另外

40、一方面，終軋溫度還會直接影響到軋制過程的順利進(jìn)行。對于鋼板組織和性能，對它影響最大的因素之一便是溫度，要想能夠控制帶鋼的組織和性能，我們就必須首先在生產(chǎn)中學(xué)會如何去控制溫度。尤其是對于窄帶鋼，由于本身尺寸較小，在軋制的過程中溫降肯定會更快，并且相對而言頭尾的溫差也會更大一些。在這兩年社會發(fā)展的過程中，帶鋼性能以及厚度各方面的要求都不合格的問題越來越突出。這其中很大的程度上是由于軋制溫度的不合理以及頭尾溫度不均勻所造成的。綜上所述，在軋制

41、過程中的學(xué)會控制溫度就真的是非常非常的重要。</p><p>　　對連軋機(jī)熱軋帶鋼的溫度控制其實最主要是對精軋機(jī)組溫度的控制，在這過程中我們不僅僅要求帶鋼頭部滿足相應(yīng)所需要的溫度。我們要保證的是整條帶鋼的溫度是均勻的，所以至少要保證整條帶鋼全長終軋溫度的均勻性。首先對于帶鋼頭部而言，我們會通過設(shè)定精軋出后的速度來保證終軋溫度，而對于整條帶鋼而言，要想控制溫度的均勻性，必須依靠準(zhǔn)確的控制機(jī)組的加速度和機(jī)架間的噴水量

42、。就現(xiàn)在的水準(zhǔn)而言，我們大致上可以保持整帶溫度的均勻，終軋溫度也相應(yīng)的能夠控制在上下10 --15℃左右。在終軋的溫度確定的時候，我們就相當(dāng)于是去控制整個的冷卻速度。很多的時候伴隨著帶鋼軋制速度的提高，對于軋后冷卻的能力我們也必須相應(yīng)的去加強(qiáng)，特別是當(dāng)帶鋼厚度較厚時，在這個時候冷卻速度經(jīng)常會達(dá)不到我們實際的生產(chǎn)要求，如果在這個時候我們不去采取任何強(qiáng)化冷卻的措施，冷卻能力將會在很大程度上限制軋制速度的提高，除此之外，我們不僅很嚴(yán)格的去要求

43、帶鋼的冷卻速度，在實際生產(chǎn)中很多時候也要根據(jù)實際情況來變化，因為不僅僅是依板的厚度、鋼種以及板寬的不同會相應(yīng)的影響到冷卻速度，甚至是同一卷帶鋼，只要在軋制速度發(fā)生相應(yīng)的變化，它所需要的冷卻速度也肯定不同。因此對</p><p>　　1.3本課題研究內(nèi)容</p><p>　　本課題以550連軋機(jī)為例，研究熱軋帶鋼溫度的優(yōu)化設(shè)計，從加熱爐到精扎，到層流冷卻，到最后的卷曲，我們采用各種方法來優(yōu)化

44、溫度的控制，一方面能夠節(jié)約相應(yīng)的能源，更重要的是能夠更好的達(dá)到目標(biāo)鋼鐵的相應(yīng)屬性，能符合當(dāng)代社會的需要。</p><p>　　第2章 熱軋帶鋼生產(chǎn)工藝</p><p>　　2.1熱軋帶鋼近幾年的發(fā)展</p><p>　　其實在中國，熱軋帶鋼這一塊技術(shù)的起步相對比較晚，盡管近幾年我國鋼鐵產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常迅速， 但是在很多重點的技術(shù)上，熱軋帶鋼工藝這一塊仍然與國外發(fā)達(dá)國

45、家有很大差距，目前， 國外的窄帶鋼發(fā)展暫時呈現(xiàn)出了一個停滯的局面，因為不管是在產(chǎn)量還有質(zhì)量均偏低， 關(guān)于窄帶鋼這一塊的需求更多的時候我們是采用的是將寬帶縱切，但是這樣成本會大大偏高. 就我國目前情況而言，大部分的帶鋼都是從國外進(jìn)口而來，在供給量這一塊仍舊存在著很大的缺口。另外的話帶鋼帶來的利潤每年都有在增加，這其中的話就具有著很大的市場潛力，對于將來帶鋼的生產(chǎn)發(fā)展前景將是一片光明，但是我國目前在資源的配置和實際的生產(chǎn)過程中依然存在著很多

46、不合理的地方。正因為如此我們要充分去發(fā)揮窄帶鋼的優(yōu)勢，為了去提高產(chǎn)品的質(zhì)量，我們會去對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以及技術(shù)的改造。以能夠在這個基礎(chǔ)上開拓出新的符合生產(chǎn)的應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p>　　2.2熱軋帶鋼軋機(jī)工藝</p><p>　　在實際的生產(chǎn)中，對于熱軋帶鋼的生產(chǎn)線，很多時候熱軋帶鋼的生產(chǎn)工藝和工藝布置是緊密相聯(lián)的，下面我們將以550連軋機(jī)熱軋帶鋼的生產(chǎn)線為例給大家</p&g

47、t;<p>　　介紹一下整個熱軋帶鋼的大致生產(chǎn)工藝流程，如下面圖2.1所示。</p><p>　　圖2-1熱軋帶鋼軋機(jī)工藝流程圖</p><p>　　對于整個生產(chǎn)工藝流程，我們是先將連鑄坯存放于板坯庫里面，然后把板坯原料通過裝料輥道推送到相對應(yīng)的推鋼式加熱爐跟前，緊接著會通過推鋼機(jī)進(jìn)入到加熱爐，等到加熱至實際指定的溫度以后再出爐，然后的話板坯會經(jīng)過高壓水除鱗， 接著將由相對應(yīng)

48、的輥道送往軋機(jī)工作輥道會進(jìn)行第一步的粗軋，等到粗軋結(jié)束了以后，緊接著的話會進(jìn)入到相對應(yīng)的傳輸輥道，然后帶鋼會經(jīng)過飛剪切頭，接著為了能夠除磷，帶鋼會通過相應(yīng)的除鱗箱，最后轉(zhuǎn)入到精軋階段。生產(chǎn)過程中精軋機(jī)組的前兩架為相應(yīng)的除磷噴嘴裝置，目的是為了可以去除二次氧化鐵皮。帶鋼經(jīng)過精軋后，然后會通過機(jī)后的對應(yīng)的層流冷卻系統(tǒng)來進(jìn)行控制冷卻，緊接其后軋件將會進(jìn)入到卷取機(jī)進(jìn)行最后的卷取，接著再經(jīng)過一些簡單的工序后運到最后的成品庫。在這個過程中最典型的生

49、產(chǎn)工藝流程如下圖圖2-2所示。 </p><p>　　圖2-2 熱軋工藝流程圖</p><p>　　第3章 具體的溫度優(yōu)化的方法</p><p>　　3.1加熱爐的溫度優(yōu)化控制</p><p>　　3.1.1加熱爐的溫度優(yōu)化的意義 </p><p>　　對于加熱爐而言，它是整個熱軋帶鋼走的第一步，同

50、時的話它整個生產(chǎn)流程中消耗能源最多的一步。加熱爐的目的是能夠獲得想要的符合要求的鋼胚。在這個過程中，對于我們而言要盡量去減少加熱爐的不必要的能量損耗、還有減少鋼坯的相應(yīng)燒損，在實際的生產(chǎn)過程中，工作人員經(jīng)常會為了能夠減小加熱爐的控制精度較低對鋼坯加熱產(chǎn)生的影響，經(jīng)常的話會人為去相應(yīng)的提高鋼坯的出爐溫度以此來保證鋼坯表面的溫度分布情況，但是這樣就會忽略了加熱爐的各項能耗指標(biāo)以及鋼坯本身的相應(yīng)損耗。所以，對我們而言，為了使能源的消耗最少，不

51、僅僅要通過改造加熱爐的相關(guān)設(shè)備以此來提高整個設(shè)備的控制水平，更重要的是不斷去優(yōu)化鋼坯爐內(nèi)的相應(yīng)升溫曲線。這對于在達(dá)到軋鋼生產(chǎn)的總體產(chǎn)量的基礎(chǔ)上，既能夠提高產(chǎn)品的總體質(zhì)量、同時的話又能夠降低能源的消耗和金屬燒損率等有著非常重要的現(xiàn)實意義，這將是我們應(yīng)該共同努力的目標(biāo)。</p><p>　　3.1.2加熱爐的溫度優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　在我們無法改變加熱爐、軋機(jī)和其它固定設(shè)備的情況下。對

52、于鋼坯的種類、規(guī)格尺寸、軋制節(jié)奏參數(shù)都已經(jīng)確定時，對于爐內(nèi)的鋼坯加熱而言，這時肯定是存在且唯一的一條最佳的加熱曲線。為了控制變量，我們假設(shè)爐內(nèi)鋼坯通過每個爐段的速度是不變的，在這個時候的話被加熱的鋼坯的溫度與時間肯定會滿足一個相應(yīng)的函數(shù)關(guān)系，此時加熱爐的燃料消耗量便決定了相應(yīng)的溫度水平。隨著鋼坯的重量以及運行速度的變化，爐溫也會發(fā)生相應(yīng)的變化。我們可以得到相應(yīng)的預(yù)熱段和加熱段爐溫的分布如式(2.1)和式(2.2).對于其中的預(yù)熱段，有:

53、 </p><p><b>　　針對加熱段，有:</b></p><p>　　G1,G2 一一預(yù)熱段和各加熱段的燃料消耗量;</p><p>　　一一預(yù)熱段和各加熱段的空間位置函數(shù);</p><p>　　式(2.1)中的意義如下:</p><p><b>　　(2.3

54、)</b></p><p>　　上式中的表征了預(yù)熱段和各加熱段的相互影響程度，其中ml</p><p>　　量對名義值的正常偏差;m2為各加熱段內(nèi)鋼坯質(zhì)量對名義值的正常偏差;</p><p>　　數(shù)。為預(yù)熱段內(nèi)鋼坯質(zhì)</p><p>　　b, } bz是相關(guān)程度系數(shù)，</p><p><b>　　

55、(2.4)</b></p><p>　　參數(shù)在很大程度上面考慮到了鋼坯爐內(nèi)運動速度的相應(yīng)變化對爐溫相應(yīng)的要求，在式中v表示為鋼坯的名義推進(jìn)速度;b表示的是按照鋼坯質(zhì)量計算的推進(jìn)速度系數(shù)。</p><p>　　我們以某一速度、(t)通過加熱爐的N塊鋼坯序列。假設(shè)第i塊鋼坯的厚度S=，初始位置為</p><p>　　x, }r.}，則其在時刻t的位置x, O

56、由式(2.5)確定:</p><p>　　式中，為鋼坯在加熱爐內(nèi)的停留時間。</p><p>　　當(dāng)控制函數(shù)給定時，利用(2.1}一(2.5)式，就可求得第i塊鋼坯經(jīng)過加熱爐內(nèi)各段的溫度值</p><p>　　加熱段內(nèi)的鋼坯溫度:</p><p>　　預(yù)熱段內(nèi)的鋼坯溫度:</p><p>　　由上述可知，求解鋼坯在加熱

57、爐內(nèi)的最優(yōu)加熱溫度的問題歸結(jié)為求解下述泛函的極小值: 式中，f (G(t))是反映加熱爐燃料消耗量}的函數(shù)。</p><p>　　對于(2. 8)式的極值問題，我們可以采用變分法來求出。在泛函的極小值已經(jīng)確定時，相應(yīng)的計入到鋼坯平均溫</p><p>　　度以及的初始值和最終值。除此此外的話我們還應(yīng)該引入軋制工藝對鋼坯出爐溫度和斷面溫差的相應(yīng)要求:</p>&l

58、t;p>　　按照上述各式，對于給定工況條件下的鋼坯加熱(入爐鋼坯參數(shù)一定)，</p><p>　　就可以確定鋼坯經(jīng)過爐內(nèi)各段時的最佳溫度。</p><p>　　3.2終軋溫度的控制</p><p>　　3.2.1終軋溫度優(yōu)化的意義及傳統(tǒng)的方法</p><p>　　我們在控制帶鋼溫度的整個流程中，最重要的一步就是如何控制終軋溫度。對于終軋

59、溫度而言，在很多的時候它不僅僅會影響帶鋼厚度以及軋制力。其實針對于我們傳統(tǒng)的恒速軋制帶鋼而言，熱帶終軋溫度控制技術(shù)確實是非常的落后。 這個時候如果說僅僅依靠最基礎(chǔ)自動化的計算去控制整個復(fù)雜的通條終軋溫度確實是不現(xiàn)實的。在這個時候我們?yōu)榱巳タs小帶鋼的頭尾溫差，另一方面為了提高生產(chǎn)效率，當(dāng)帶鋼的頭部穿帶過后我們可以適當(dāng)去對帶鋼軋制的速度相應(yīng)的提高。在目前精軋機(jī)基本采用加速軋制的情況下，很多時候我們?yōu)榱四軌蚩刂平K軋溫度，我們會去把設(shè)定和反饋相

60、結(jié)合。</p><p>　　實際生產(chǎn)過程中的很多時候中間胚溫度會降低，我們?yōu)榱藴p少帶鋼在整個精軋區(qū)域的溫度的降低，將會適當(dāng)?shù)娜ヌ岣呦鄳?yīng)的軋制速度。有的時候我們甚至?xí)ネＶ辜铀?，比如在中間胚溫度下降時，遇到這種情況其實要想保持精軋出口溫度的均勻，我們僅僅需要依靠帶鋼自身的溫降。針對于如何控制帶鋼終軋溫度，我們目前的話有兩種方法，一是去控制帶鋼軋制的速度大小，二是和帶鋼通過調(diào)節(jié)機(jī)架間噴嘴狀態(tài)，很多時候當(dāng)方法一無法滿足

61、目標(biāo)軋制溫度的精度方面要求，這個時候?qū)詣愚D(zhuǎn)為兩種方法相結(jié)合。</p><p>　　3.2.2終軋溫度的控制優(yōu)化</p><p>　　很多時候在我們實際生產(chǎn)的過程當(dāng)中，要想能夠控制精軋機(jī)組溫度的穩(wěn)定，其實要求的不僅僅是帶鋼頭部能夠達(dá)到實際要求的溫度。更重要的是去保持整個帶鋼的全長終軋溫度保持相應(yīng)的一致，當(dāng)然也只有這樣我們才能保證整條帶鋼的機(jī)械性能以及相應(yīng)厚度的均勻性，只有這樣才能真正符合

62、社會生活中的需要。對于如何保證頭部的終軋溫度，一般來說我們都會通過正確設(shè)定精軋出口的速度，另外一方面我們?nèi)ヒ揽空_的控制機(jī)組加速度以及機(jī)架間的噴水量，以此達(dá)到能夠保證整帶的溫度均勻。對于目前軋制技術(shù)而言，已經(jīng)基本能夠控制終軋溫度精度在10--15℃上下，在整帶溫度均勻性上也基本達(dá)到。 帶坯從粗軋末架出口的溫度到精軋出口的溫度。這中間包括了兩個部分的溫降，第一部分是帶鋼在中間輥道上溫度的降低，第二部分是從精軋入-口到精軋出口的溫度降低，我

63、們可以通過下式來求出精軋入口的溫度，對于精軋的開軋溫度 </p><p><b>　　<3-1)</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　6—斯抵芬波茨常數(shù)，對于絕對黑體</p><p>　　:—材料的等價熱輻射率，可由實測的及<

64、/p><p>　　(即之絕對溫度）統(tǒng)計反算求得，表面不光潔時取大值;</p><p>　　τ :—在該段運輸過程中所需的時間;</p><p><b>　　一鋼的比熱， </b></p><p><b>　　鋼的比重， </b></p><p>　　—粗軋出口帶坯的厚度(

65、mm)及實測</p><p>　　粗軋出口絕對溫度 要求終軋溫度。在很多的情況下我們?yōu)榱舜_定終軋溫度與各相關(guān)因素的一個定量關(guān)系，當(dāng)然也可采用一些相關(guān)的理論公式來計算出假定軋制時金屬變形所產(chǎn)生的熱量和熱傳導(dǎo)所損失的熱量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)其實兩者互相近似的可以去抵消。對于機(jī)架間噴水冷卻和輻射冷卻其實我們可以把它們合并看成一個當(dāng)量冷卻系統(tǒng)，設(shè)相應(yīng)的等價傳熱系數(shù)為凡則由傳熱的基本公式版帶輻射面積為系數(shù)包括到</p>

66、<p><b>　　中)</b></p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　積分后，代入，則得</b></p><p><b>　　<3-2)</b></p><p>　　式中—金屬溫度及冷卻水溫度;</p

67、><p>　　—帶坯頭部的精軋入口溫度及出口溫度推算值;</p><p>　　—帶坯寬度、單位時間內(nèi)移送長度及精車L區(qū)間帶坯頭部移送時間;</p><p>　　L-一一精軋區(qū)間入口測溫儀到出口測溫儀的總距離，其中入口測溫儀至第一架的距離，考慮高壓水應(yīng)乘以系數(shù);</p><p>　　一出末架的帶鋼厚度及速度由上式即可求反算出為保證終軋溫度所需的精軋

68、出口速度</p><p><b>　　(3-3 )</b></p><p>　　由此可見，為了能夠去調(diào)整帶鋼的終軋溫度，我們可以去控制軋機(jī)的速度，在軋制的過程中因為帶坯頭部和尾部肯定是不可能同時進(jìn)入軋機(jī)，而且在生產(chǎn)中粗軋末機(jī)架的精軋入口速度一般都會相應(yīng)的小于出口速度，因此會導(dǎo)致尾部軋制溫度會比頭部低一些，所以為了減少尾部在軋制前的停留時間，我們經(jīng)常會采用“加速軋制”的

69、方法。主要是來減少熱量方面的損失，從而可以相應(yīng)的補(bǔ)償其溫降，保持其頭部和尾部溫度保持的一致性，另一方面速度的升高不僅僅會減少相應(yīng)的熱損失，而且塑性變形熱會相應(yīng)的得到增加。因此升速如果過快的時候也不符合生產(chǎn)的要求，這樣會造成帶鋼的溫度過高。所以說對于加速度的大小，我們是根據(jù)實驗來最終確定的。在正常的情況下我們?yōu)榱吮３纸K軋溫度的恒定，加速度基本保持在0.05～0.2 m / s2就可以了。在最近幾年發(fā)展過程中，人們開始漸漸去采用一些新的控制

70、方案，采用一些新的控制方法，比如之前是速度主要控制終軋的溫度，現(xiàn)在變成了相應(yīng)的機(jī)架間噴水量。同時的話在另外一方面我們?yōu)榱颂岣邘т摰囊粋€總體產(chǎn)量，會相應(yīng)的采用大的加速度。另一方面為了控制整個帶鋼全長終軋溫度的均勻性這一塊的話，我們會去改變機(jī)架間的噴水量。</p><p>　　3.3冷卻均勻性的控制</p><p>　　3.3.1帶鋼縱向溫度均勻性</p><p>　　

71、在正常的情況下，板帶的頭部和尾部終軋溫度會相應(yīng)的偏低，而中部溫度相應(yīng)偏高.在很多的時候由于時間這一塊肯定會有所延遲，而板帶的頭部又不能進(jìn)行相應(yīng)的反饋控制，而且尾部的反饋能力也確實是非常的弱，這樣的話將會導(dǎo)致卷取溫度曲線呈現(xiàn)一個兩頭低中間高的狀態(tài).對于同一塊板帶而言此時的溫差確實是太大，如果這樣的話將直接對帶鋼的力學(xué)性能和板帶的形狀造成很大的影響，降低成材率。我們?yōu)榱四軌虮ＷC帶剛縱向溫度的一個整體均勻性，針對這整條帶鋼的控制，我們采用的是

72、沿著長度的方向按照既定的樣本對長度實施一個分段控制的方法，如下圖3.1所示.</p><p>　　圖3-1帶鋼的物理分段控制示意圖</p><p>　　我們首先對板帶從頭部到尾部進(jìn)行相應(yīng)的物理分段。與此同時的話為了能夠用于模型的相關(guān)計算和實現(xiàn)冷卻的控制，我們將會分別去檢測每一段的信號，然后我們會根據(jù)目標(biāo)溫度的偏差進(jìn)行分別的模型計算，這樣我們就可以求出噴水模式以及集管的組成方式。</p

73、><p>　　3.3.2微加、減速度來減少帶鋼溫度梯度 </p><p>　　實際生產(chǎn)過程中，在板帶縱向方向上除了頭尾兩端以外，正常情況下溫度的遞減變化如圖（a)所示。為了能夠保證縱向上溫度的均勻性，我們需要逆向來變化控制相應(yīng)的目標(biāo)終冷溫度，這就是所謂的漸進(jìn)冷卻，同時為了能夠去實現(xiàn)縱向溫度的均勻一致。很多時候會去相應(yīng)的調(diào)整輥道速度，我們采用如圖(b)所示的輥道速度形式. </p>

74、<p>　　3.3.3寬度方向均勻性分析</p><p>　　在生產(chǎn)過程中，就針對板帶寬度方向這一塊而言，在冷卻之前的相關(guān)溫度分布一般是呈略中凸形，對于邊部而言的話溫度會相對偏低。與此同時冷卻水又會從邊部流出來，緊接著回落到鋼板的兩邊，這樣的話就會增加了板帶寬度方向溫度的不均勻性。在相應(yīng)熱軋的過程中，由于邊部減薄的存在，會相應(yīng)的導(dǎo)致帶鋼邊部和相應(yīng)中部的冷卻條件有差別。造成帶鋼兩邊的強(qiáng)度明顯高于中間，而

75、溫度卻明顯低于中間溫度。這樣的話將會對我們展開后續(xù)工序帶來非常不良的影響。另外在實際生產(chǎn)中由于邊部冷卻不均將極易造成板形的缺陷.我們?yōu)榱吮３謱挾确较虻木鶆蛐裕梢匀ゲ捎眠叢空诒蔚姆椒?。然后依靠上部集管采用橫向不均勻的水量分布來調(diào)節(jié)相應(yīng)的橫向溫度均勻性，比如我們可以利用集管直徑變化或者是間距的變化.這個時候會形成一個中凸形的水量分布，用這種方法也可以控制溫度的均勻性。</p><p>　　3. 4卷取溫度的控制&l

76、t;/p><p>　　3.4.1控制卷曲溫度的意義</p><p>　　在精軋溫度無法改變的時候，如果把卷取溫度相應(yīng)地去提高，就會導(dǎo)致再結(jié)晶晶粒變大,抗拉強(qiáng)度和屈服極限相應(yīng)降低.。我們在實際的熱軋帶鋼的生產(chǎn)過程中，控制好卷取溫度確實也是非常的重要。它不僅會影響到材料的相應(yīng)的延伸性能，還會直接影響到軋件的強(qiáng)度和硬度。在實際的操作過程中我們很多的時候主要是通過控制精軋機(jī)后的層流冷卻從而來控制熱軋帶

77、鋼的卷取溫度。所以說要想控制整條帶鋼卷取溫度的精準(zhǔn)度，我們必須控制好相應(yīng)的冷卻系統(tǒng)。在很多的時候針對帶鋼頭部而言，尤其是對于薄規(guī)格帶鋼將會很大程度上影響在輸出輥道上運行的整個的一個穩(wěn)定性。</p><p>　　3.4.2卷曲溫度的優(yōu)化設(shè)計</p><p>　　實際生產(chǎn)中，帶鋼在正式進(jìn)入到卷取機(jī)之前，因組織等方面有所要求，所以一定要讓它能夠迅速的冷卻到實際所需溫度。一般情況下從精軋機(jī)到卷取機(jī)

78、這之間運輸輥道的長度為一百米左右，而就目前的熱連軋機(jī)出口速度一般為20~30 m / s，為了讓帶鋼能夠在5~15 S內(nèi)可以由850℃快速冷卻至600℃左右，一定要對帶鋼進(jìn)行強(qiáng)制性冷卻，所以在運輸輥道的70~80 m附近我們會設(shè)有相應(yīng)的噴水裝置。在實際生產(chǎn)過程中我們經(jīng)常采用空冷的方式，這個方法在很多時候確實是不符合生產(chǎn)的要求，特別是在一些快節(jié)奏的生產(chǎn)過程中將會造成很多的質(zhì)量問題，比如產(chǎn)品的性能達(dá)不到實際的要求，軋后還會再生氧化鐵皮等。對

79、此我們相應(yīng)的去改進(jìn)了卷曲溫度控制硬件和系統(tǒng)。首先我們?yōu)榱颂岣呖刂凭?，把粗調(diào)區(qū)改為精調(diào)，對層流冷卻裝置進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，同時為了能夠?qū)⒖刂浦芷谶M(jìn)一步縮短(1s)，我們會在原來的控制系統(tǒng)上，會增加 1臺計算機(jī)專門來 用于層流冷卻的相應(yīng)控制。為了能夠控制產(chǎn)品的性能，滿足實際生產(chǎn)的需要，這就需要一個班組所有人的共同去努力。</p><p>　　3.5 前饋—反饋控制方法</p><p>　　我們對

80、于前饋的計算，是通過空冷和水冷預(yù)測的模型為基礎(chǔ)來進(jìn)行的相應(yīng)運算，然后我們再根據(jù)卷曲溫度的差別，在第一步的時候我們可以算出從精軋的出口到帶鋼的空冷降溫階段，能得到水冷的冷卻量。接著我們以集管組為單位，而且在很大程度上可以令帶鋼在前一集管組出口的溫度就等于其后進(jìn)入后一集管組的入口的溫度，可以通過反復(fù)的利用水冷預(yù)測的模型進(jìn)行相對應(yīng)的計算。具體的結(jié)構(gòu)圖如圖3-2所示，當(dāng)發(fā)生過冷卻的時候，可以從后往前逐個的從集管組中。為了控制單個的集管，我們?nèi)p

81、少集管數(shù)其最小控制單位，在這個時候最優(yōu)前饋控制量目標(biāo)的對應(yīng) 函數(shù)為 m in( T- Tn)。對于這個函數(shù)表示的是相應(yīng)的卷曲溫度的計算值 T與目標(biāo)值Tn的最小差值。同時我們會去為了彌補(bǔ)前饋控制的一些不足，去提高控制的精度，控統(tǒng)的設(shè)計中也有反饋的控制。在帶鋼的某一段出了精軋機(jī)組之后，我們根據(jù)實際測量的一些速度，厚度，還有溫度以此來計算該段的閥門的開啟狀況。在該段穿過熱輸出軌道的過程中，為了可以得到其在前饋控制中計算的所需要的冷卻，我們需要

82、動態(tài)控制閥門的開關(guān)，以此來得到其在前饋控制中計算的所需要的冷卻。最后在快抵達(dá)卷曲高溫計的時候，我們可以根據(jù)實際落到</p><p>　　圖3-2層流冷卻前饋控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　3.6軋件的具體跟蹤</p><p>　　在熱軋的過程中，我們通過跟蹤檢測器發(fā)出的信號，根據(jù)信號的改變，用計算機(jī)來判斷軋件所在的位置： 其次我們可以完成相對應(yīng)的設(shè)定或是設(shè)備的控

83、制，以此來提高產(chǎn)品相對應(yīng)的控制精確度，特別是啟動層流冷卻相對應(yīng)的進(jìn)程和一些相關(guān)數(shù)據(jù)的管理程序，目的是為了能夠及時的去下發(fā)集管噴水的組態(tài)。其實歸根到底，在帶鋼的整個冷卻系統(tǒng)中，位置跟蹤其實才是最重要的。我們只有真正達(dá)到對帶鋼進(jìn)行精確的微跟蹤，才可以去按照帶鋼段所設(shè)定的組態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的噴水冷卻。只有這樣才可以控制精確度，中間關(guān)鍵就是要記住軋件的組態(tài)和相應(yīng)的位置.第一我們可以采用延時下發(fā)的方法。同時我們?yōu)榱舜_保每一次下發(fā)到基礎(chǔ)自動化的集管的組態(tài)

84、確實是樣本的實際組態(tài)，我們需要每時每刻去控制樣本集管組態(tài)的相應(yīng)計算出來的結(jié)果。這中間不要存在誤差。另外當(dāng)在精軋出口帶鋼的速度發(fā)生較大變化的時候，為使下發(fā)到基礎(chǔ)自動化的組態(tài)符合幾個樣本組態(tài)的組合，而不是單純的一個，此時我們可以采用集管編輯法。以此來達(dá)到軟件的微跟蹤的目的，從而可以消除掉速度這一塊的變化帶來的影響。</p><p><b>　　3.7溫度返紅</b></p><

85、;p>　　很多的時候，我們在熱軋帶鋼冷卻過程中，會出現(xiàn)所謂的表面返紅現(xiàn)象,這是因為在驟冷后表面與中心存在溫差導(dǎo)致軋件內(nèi)部的熱量向表面?zhèn)鬟f。首先我們會對不同規(guī)格的軋件在經(jīng)歷不同冷卻條件下的返紅情況進(jìn)行各種模擬，然后可以通過分析鋼板表面返紅的各種情況。最后確定發(fā)生返紅的邊界條件，從而我們可以得到在不同條件下返紅引起的溫升量和相應(yīng)的返紅時間的相應(yīng)關(guān)系.圖3-3表示的是帶鋼溫降的相應(yīng)模擬曲線.在圖中上面為帶鋼中心溫度曲線。下面是相應(yīng)的帶鋼

86、表面溫度曲線.從圖中我們可以看出，當(dāng)帶鋼進(jìn)入到冷卻區(qū)間時，它的表面溫度會下降的非常快，緊接著心部溫度也會相應(yīng)的降低，這樣的話就會慢慢加大表面溫度和中心溫度的溫度差。在空冷這一段區(qū)間的話，溫度將會迅速的回復(fù).在這個過程中表面與心部溫差先是由小慢慢變大，緊接著又會由大逐漸變小。在后期的空冷階段，這時內(nèi)部熱流相對較大，而表面的熱流卻很小。這個時候帶鋼會發(fā)生快速返溫的現(xiàn)象，相應(yīng)的會造成帶鋼內(nèi)外溫度基本上趨于一致.從實驗還可以看出，當(dāng)我們在增大厚

87、度和冷卻速度時，水冷后的心表溫差會相應(yīng)的得到增加，同時返紅溫升量也會相應(yīng)增大，造成返紅時間的增長，我們對溫度返紅的研究在實際生產(chǎn)過程中也</p><p>　　圖3-3 與PY302測溫儀器距離</p><p>　　3.8控制的精度分析</p><p>　　如下面圖3-4可以看出，我們通過去比較新舊控制系統(tǒng)的不同控制效果，在采用相應(yīng)的冷卻策略后，確實同板的溫差有了相應(yīng)

88、的減少，基本上同板溫差控制在上下10℃右.然后下面的圖3-5顯示的是實際卷曲溫度與目標(biāo)卷取溫度，從圖中可以看出，我們基本可以把目標(biāo)值與實測值的溫差控制在15℃之內(nèi)，從而在很大程度上提高了控制精確度。</p><p>　　圖3-4沿帶鋼長度方向測量點</p><p>　　圖3-5實測卷曲溫度與目標(biāo)卷曲溫度偏差/℃</p><p><b>　　總結(jié)</b

89、></p><p>　　大學(xué)時光過的真的是非常的快，轉(zhuǎn)眼間大學(xué)就要結(jié)束了，有時候想想感覺自己好像才剛剛進(jìn)入大學(xué)，沒想到就要離開大學(xué)了，作為大學(xué)最后一項作業(yè)畢業(yè)設(shè)計，我們每個人都應(yīng)該認(rèn)真對待，為自己的大學(xué)最后交上一份完美的答卷。對于從最開始的畢業(yè)課題的確定到查閱資料，詢問老師，然后開始寫開題報告，到現(xiàn)在的整個設(shè)計的完成，這中間確實感覺到自己對自己所學(xué)的知識又有了一個大致的梳理和總結(jié)，同時的話讓我對自己的專業(yè)有

90、了更深一步的理解，雖然過程中也遇到了一些困難，但是通過老師和自己主動的去學(xué)習(xí)一個個難題都慢慢攻克，最后完成了這份畢業(yè)設(shè)計。</p><p>　　本文以550連軋機(jī)熱軋帶鋼為例，從加熱爐到終軋，然后到相應(yīng)的層流冷卻，再到最后的卷曲， 從這幾個非常重要的環(huán)節(jié)進(jìn)行相應(yīng)的溫度優(yōu)化設(shè)計，從而一方面降低了能源的浪費，另一方面主要是能夠生產(chǎn)出符合要求的鋼鐵，盡最大可能去減少資源這一塊的損失。除此之外針對現(xiàn)有的基礎(chǔ)模型，我們還提

91、出了相應(yīng)的優(yōu)化層流冷卻策略，并把它用在了實踐之中.同時為了盡可能的反映出帶鋼實際的冷卻過程。系統(tǒng)對于層流冷卻階段的帶鋼會不斷的跟蹤以及相對應(yīng)的自適應(yīng)去修正，然后把所得到的自適應(yīng)系數(shù)以鋼種的不同分類存放起來， 接著傳遞給后面軋制的帶鋼以便在層流冷卻中使用。 在實際生產(chǎn)情況中， 首先在保證可以不增加設(shè)備及硬件投入的基礎(chǔ)上，為了能夠提高卷曲溫度的控制精度，我們主要是通過不斷的優(yōu)化、改進(jìn)以及完善卷取溫度控制數(shù)學(xué)模型。雖然就中國目前的水平而言還存

92、在一些問題需要我們今后去慢慢的改進(jìn)，但是技術(shù)永遠(yuǎn)都是在不斷更新的，我們也只有去不斷的學(xué)習(xí)最新的理念以及知識，才能夠在技術(shù)控制這一塊越做越好。希望將來在熱軋溫度技術(shù)控制這一塊越做越好，為國家做出更大的貢獻(xiàn)。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]張國民.板帶熱軋過程多參數(shù)禍合數(shù)值模擬【D]，燕山大學(xué)，2004.-</p>

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94、<p>　　[5]顧元憲.計算力學(xué)及其軟件的應(yīng)用和發(fā)展—走向21世紀(jì)的中國力學(xué)【M]，北京:清華大學(xué)出版社，1996 35-38. </p><p>　　[6]王歇成.有限元法【M]，北京:清華大學(xué)出版社，2003, 320-324.</p><p>　　[7]王助成，邵敏.有限元法基本原理及數(shù)值方法【M], 2版，北京:清華大學(xué)出版社，1997, 35-38.</p&

95、gt;<p>　　[8].崔俊之，梁俊.現(xiàn)代有限元軟件方法【M]，北京:國防工業(yè)出版社，1995, 35-41.</p><p>　　[9]金建銘.電磁場有限元法【M]，王建國譯，西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1998, 1126.</p><p>　　[10]戶川集人.振動分析的有限元法【M]，殷萌龍，陳學(xué)源譯，北京:地震出版社，1985, 63-68.</p>

96、<p>　　[11] A. Watson, Additions to Nickel Solutions, Nickel Development Institute (1989). [12] J. Materials Science of Coating and Substrates, Noyes Publications (1993). </p><p>　　[13] J.W. Judy, Mag

97、netic Masters Report, Department of EECS, University of California, Berkeley, 1994. (cap′. 3). </p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在整個論文的完成過程中都是在導(dǎo)師郭老師的精心指導(dǎo)下完成的，導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，對于研究精益求精的

98、態(tài)度，都深深的感觸到了我，老師也不停的激勵著我。從最開始課題的選擇到最后項目的完成，老師一直都是不厭其煩的給我細(xì)心的指導(dǎo)，還給了我各方面不懈的支持。最后在此謹(jǐn)向郭老師致以誠摯的謝意。當(dāng)然還有本組的其他的同學(xué)給出的很多幫助以及指導(dǎo)，在此也要跟你們說一聲謝謝了。最后還要感謝自己的室友宋道磊，董樂，多謝大家對我的指導(dǎo)與幫助，還有大學(xué)4年生活上的陪伴與照顧，謝謝大家，遇到大家真好。大家能夠相識在一起就是緣分，畢業(yè)了，臨走之前只想跟他們道一聲珍重