1780mm热轧带钢层流冷却过程控制系统20051026

RAL东北大学东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室轧制技术及连轧自动化国家重点实验室WWW.RAL.NEU.EDU.CNRAL介介 绍绍 内内 容容1.设定系统概述设定系统概述2.设定系统组成设定系统组成3.控制回路控制回路4.冷却模式和策略冷却模式和策略5.设定计算设定计算6.数学模型数学模型RAL层流冷却过程设定系统概述层流冷却过程设定系统概述 根据带钢精轧出口的带钢温度、速度等数据和其它工艺设备参数带钢温度、速度等数据和其它工艺设备参数，经过预设定计算、修正设定计算和自学习计算，控制层流冷却设备的集管组态集管组态，实现对带钢的冷却模式、卷取温度和冷却速率冷却模式、卷取温度和冷却速率的控制，将带钢按预定路径预定路径冷却到工艺要求的卷取温度。主主 要要 设设 备备功功 能能输出辊道上部U形管和下部喷射管水冷侧喷集管 垂直喷射集管 空气吹扫装置残留水清扫主冷区和精冷区前馈和反馈RAL层流冷却过程设定系统组成层流冷却过程设定系统组成加热炉粗轧机精轧机地下卷取机宽度测量厚度测量凸度测量平直度测量温度测量温度测量（扫描）轧制力传感器压力传感器（活套）表面检测（包括在测宽仪中）底部飞剪HSBSSPR1E2R2BHFSBF1EF1F2F3F4F5F6F7CT板坯照相E1上部液压缸位移传感器顶帽传感器液压缸油压传感器计算准备处理预设定计算修正设定计算自学习计算RAL计算功能任务和数据流序号功能模块主 要 任 务1计算准备处理准备钢种组别、冷却模式、特殊控制模式以及各种参数数据2预设定计算设定带钢头部的冷却集管组态和宽度遮蔽量3修正设定计算修正与带钢各样本段对应的冷却集管组态4自学习计算对控制模型中的学习项进行修正，纠正模型预报偏差，以提高模型的预报精度，改善控制效果 RAL层冷的前馈、反馈控制回路层冷的前馈、反馈控制回路具备中间测温仪具备中间测温仪RAL层冷的前馈、反馈控制回路层冷的前馈、反馈控制回路 在这种情况下控制中间温度以及冷却速率，需要用到软测量手段。其思想方法是通过状态估计的方法对无法在线测量的参数进行在线估计，状态估计精度通常依赖于数学模型。不具备中间测温仪：具备中间测温仪：RAL冷却模式冷却模式模模 式式描描 述述1设定计算所使用的带钢终轧温度为带钢头部温度值，按常规冷却方法计算热输出辊道上的集管组态并输出 2 从带钢长度各分段点收集精轧出口温度值，按常规冷却方法计算并输出热输出辊道上对应带钢各段的集管组态，适用于精轧出口温度是变化的、有轧制加减速或恒速的工艺状况，其控制目标为卷取温度 3从带钢长度各分段点收集精轧出口温度值，按冷却速度控制方法计算并输出热输出辊道上对应带钢各段的集管组态。此种控制模式适用于精轧出口温度是变化的、有轧制加减速或恒速的工艺状况，其控制目标为冷却速度、中间目标温度和卷取温度 缺省模式RAL冷却策略冷却策略RAL冷却策略适用范围冷却策略适用范围冷却策略适用范围前段主冷适用于有抗拉强度级别要求的硬质钢产品以及IF钢。后段主冷适于要进一步加工的软质材料以及部分冷轧产品。按组的稀疏冷却适于具有中间温度（比如两个中间温度T1、T2）以及冷却速率要求的产品；适于双相钢、C_Mn钢、TRIP钢及需要涂镀的产品。按管的稀疏冷却适于需要涂镀的产品。两段冷却适于较薄的硬质带钢。RAL计算准备处理计算准备处理RAL预设定模块预设定模块功能:根据带钢精轧出口预报温度、速度、带钢厚度、卷取目标温度及冷却控制策略等确定带钢头部对应的初始集管组态。RAL修正设定计算修正设定计算功能：根据实测的各段的平均终轧温度、速度和厚度，利用与预设定计算相同的模型计算各个区段的特有组态，由跟踪系统启动修正设定计算并确定输出时刻 RAL带钢分段和样本微跟踪带钢分段和样本微跟踪修正设定计算按照分段长度周期进行，因而需要对带钢进行分段和进行样本微跟踪。RAL自学习计算自学习计算短期自学习:热流密度系数长期自学习:热流密度系数头部头部 中部中部 尾部尾部RAL水冷短期自学习AIRAIRTFDTRCT100ABNKAIRTKTAIRTBL K 学习系数瞬时值的计算学习系数瞬时值的计算 CALABNKWCALTKFDTRTKTK121AIRWCALiFDTR-T-CTRT(i)a vK P1avSav(1)newoldavffgug1niiavuun总空冷温降总空冷温降 每一组集管的空冷温降每一组集管的空冷温降 带钢离开每一组集管的温度带钢离开每一组集管的温度 学习系数瞬时值平均值计算学习系数瞬时值平均值计算 修正计算修正计算 热流密度系数的自学习热流密度系数的自学习 RAL头尾遮蔽处理功能头尾遮蔽处理功能功能：为了保证硬质材或厚板的头尾部的卷形良好和方便卷取，需要将带钢头尾部的温度提高，此功能称为头尾遮蔽处理。可以通过把带钢头尾端的目标温度在某一定区间范围提高来实现。预测：尾部速度及温度补偿值预测：尾部速度及温度补偿值RAL宽度遮蔽处理宽度遮蔽处理RAL常规冷却设定计算常规冷却设定计算第i组集管水冷温降第j组集管水冷温降一根集管的水冷温降精冷区单根集管的水冷温降空冷时温度空冷时温度目标卷取温度目标卷取温度带钢位置带钢位置CTCT点点FDTFDT点点温温度度FDTFDT第k组集管水冷温降最末组集管开启顺序：i 1TiFDT-TiTi 空冷集管（）各组集管后的带钢温度计算：RAL常规冷却修正设定计算常规冷却修正设定计算第i组集管水冷温降第j组集管水冷温降每根集管的水冷温降末集管中每根集管的水冷温降空冷时卷取温度空冷时卷取温度目标卷取温度目标卷取温度冷却区位置冷却区位置CT点FDT点温温度度FDTFDT：控制点到本次计算时刻已通过集管组的水控制点到本次计算时刻已通过集管组的水 冷温降累积值冷温降累积值：控制点由下一时刻开始的必要冷却量控制点由下一时刻开始的必要冷却量RAL冷却速度设定计算冷却速度设定计算 FDT 位位置置 P3 P1 P2 A（FDT 位位置置，FDT）D（P3，CTNOM）B（P1，T2*）T2AI R T2LAST T3AI R T4AI R T3AI Ri T3LASTi C（P2，T3*）F FD DT T 完完全全空空冷冷时时 C CT T 1、从、从FDT到到P1的冷却过程；的冷却过程；2、是从、是从P1到到P2的冷却过程；的冷却过程；3、是从、是从P2到目标卷取温度的冷却过程。到目标卷取温度的冷却过程。RAL高精度控冷数学模型高精度控冷数学模型 空冷温降模型 垂直喷射温降模型 水冷侧喷温降模型 热流密度系数模型 上集管热流密度模型 下集管热流密度模型 每组集管温降模型 相变和比热模型RAL空冷温降模型空冷温降模型AIRAIRBaHFb2PBAXc3331/1000()AIRAXCTTIMEKHFFDTKAIRAIRCTFDTCT 根据斯蒂芬玻尔茨曼定律，利用带钢散失的热量等于热焓量的变化这一热平衡关系推出：RAL垂直喷射温降模型垂直喷射温降模型210003600VSSTATUSVDVPWVQTVcHF变量意义单位HF带钢厚度mm带钢比重kg/m3Cp比热kJ/kgV带钢速度m/secQVD垂直喷射热流密度 kJ/m2hWVS垂直喷射宽度mVSTATUS垂直喷射状态ON：1 OFF：0TV垂直喷射温降RAL水冷侧喷温降模型变量意义单位HF带钢厚度mm带钢比重kg/m3Cp比热kJ/kgV带钢速度m/secQSD侧喷热流密度kJ/m2hLSD侧喷喷射宽度mNSD侧喷喷射个数TSD侧喷喷射温降10003600SDSDSDSDPlNQTVcHFRAL热流密度系数模型变量意义单位c0c8基本热流密度修正系数f1基本热流密度系数（学习系数）HF带钢厚度mmWF带钢宽度mV带钢速度m/sll0FDTCT的距离f0热流密度系数CT带钢终轧温度01012345678(0()WffccHF cWF cFDTcCTcTllcVcFDT CTcV RAL上集管热流密度模型上集管热流密度模型020(1 5.3717)DWNQffKaEVN 变变量量 意意义义 单单位位 f0 基本热流密度 f2 集管组热流密度修正系数 KW 水温修正系数 a 上个集管组喷水状况修正值 V 带钢速度 m/sec N 计算对象集管数 N0 实际安装的集管数 QD 集管组热流密度 kJ/m2h RAL下集管热流密度模型下集管热流密度模型,02,0DWNQffKaN变变量量 意意义义 单单位位 f0 基本热流密度 f2，集管组热流密度修正系数 KW 水温修正系数 a，上个集管组喷水状况修正值 V 带钢速度 m/sec N 计算对象集管数 N0，实际安装的集管数 QD，下集管组热流密度 kJ/m2h RAL每组集管温降模型每组集管温降模型1000()3600BNKDXDPlTQVcHF 变变量量 意意义义 单单位位 HF 带钢厚度 mm 比重 kg/m3 Cp 比热 k J/kg V 带钢速度 m/sec QXD 集管组热流密度 k J/m2h lBNK 集管组的长度 m TD 层流冷却每组温降 RAL相变和比热模型相变和比热模型RALWWW.RAL.NEU.EDU.CN