[發(fā)明專利]一種層流冷卻溫度控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310600841.1
• 申請日: 2013-11-25
• 公開（公告）號: CN103611734A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李曦;李雙宏;楊杰;唐亮
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: B21B37/74
• 分類號: B21B37/74
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于鋼鐵工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種層流冷卻溫度控制方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

鋼鐵工業(yè)是支持國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代鋼鐵工業(yè)的發(fā)展水平是一個(gè)國家技術(shù)進(jìn)步和綜合國力的重要體現(xiàn)。對于熱軋帶鋼，其性能不僅取決于熱軋工藝，更決定于軋制之后的控制冷卻技術(shù)。熱卷取溫度能否控制在要求范圍之內(nèi)，則主要取決于對精軋機(jī)后熱帶鋼冷卻系統(tǒng)的控制。

通常卷取溫度隨鋼種變化而變化，即使相同鋼種，如果碳等微量元素的含量不同，卷取溫度也有不同的要求。多數(shù)鋼種的卷取溫度在670℃以下，約為570℃～650℃。通常，熱帶鋼從精軋機(jī)組出來的終軋溫度約為800℃～900℃，而大部份熱軋鋼生產(chǎn)線的輸出輥道都在幾十到一百多米，帶鋼在此段輥道上的運(yùn)行時(shí)間一般為幾秒到幾十秒之間。在如此短的時(shí)間內(nèi)要使帶鋼溫度降低200℃～350℃，僅靠帶鋼在輸出輥道上的自然冷卻是不可能的，必須要在輸出輥道上設(shè)置高效率冷卻的噴水裝置，對帶鋼上下表面噴水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，并對噴水量進(jìn)行準(zhǔn)確控制，以滿足卷取溫度的控制要求。

第一，影響熱軋帶鋼層流冷卻溫度的因素眾多，主要鋼板的尺寸、水流的沖擊速度、冷卻水的溫度，以及鋼板的初冷溫度和運(yùn)行速度等等；第二，測量高溫鋼板表面溫度以及內(nèi)部溫度均非常困難；第三，各區(qū)段的溫度模型的精度有限，達(dá)不到實(shí)時(shí)控制的要求；第四，用來控制鋼板卷曲溫度的常用手段包括帶鋼運(yùn)行加速度和機(jī)架間噴淋的水量和水壓，它們對鋼板卷曲溫度的影響都有很大的滯后，因此進(jìn)一步提高了控制目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的難度。

國內(nèi)的研究基本采用基于溫度模型的開環(huán)控制方法，其控制設(shè)計(jì)完全基于冷卻模型來實(shí)現(xiàn)，控制精度很大程度依賴于冷卻模型的精度。冷卻模型的建立是基于固體邊界條件約束與現(xiàn)場海量生產(chǎn)數(shù)據(jù)完成的。國外學(xué)者和技術(shù)人員研究在各種約束條件下得到的冷卻模型，在國內(nèi)鋼廠由于難以滿足這些約束條件范圍從而實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。另外，溫度模型對于新出現(xiàn)的工況適應(yīng)能力和抗擾動能力較差，因此基于溫度模型的開環(huán)控制系統(tǒng)難以滿足高精度的帶鋼卷取溫度控制要求。

基于靜態(tài)開環(huán)控制系統(tǒng)的局限性，國外學(xué)者又相繼引入了動態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其有較高的控制精度提升。美國INDIANA港2134mm熱帶鋼廠引入了該控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用了前饋、反饋和自適應(yīng)聯(lián)合控制方式，以溫度預(yù)測模型為基礎(chǔ)，采用前饋控制補(bǔ)償邊界條件的波動，反饋控制減少實(shí)際卷取溫度與目標(biāo)卷取溫度的偏差，自適應(yīng)控制自動修正溫度預(yù)測模型的關(guān)鍵參數(shù)。通過引入動態(tài)閉環(huán)控制系統(tǒng)，熱軋帶鋼層流冷卻卷取溫度CT命中率較靜態(tài)開環(huán)控制有較大提高。

此外國內(nèi)外學(xué)者將智能技術(shù)引入帶鋼軋制控冷領(lǐng)域，這使得帶鋼控冷技術(shù)迸發(fā)出新的活力。文獻(xiàn)“Chai?T?Y,Wang?X?B.Application?of?RBF?neural?networks?in?control?system?of?the?slab?accelerating?cooling?process.Acta?Automatica?Sinica,2000,26(2):219-225”采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與優(yōu)化控制技術(shù)相結(jié)合的方法。先建立帶鋼溫度與各輸入變量的RBF網(wǎng)絡(luò)模型，再用該模型反求每幕流量的修正量，通過對象逆模型的學(xué)習(xí)得到被控對象的控制器。但該方法難以描述冷卻過程物理特性，難以適應(yīng)工況變化較大的情況。

文獻(xiàn)“基于案例推理的熱軋層流冷卻過程建模與控制研究:[博士學(xué)位論文].沈陽:東北大學(xué),2005”利用專家知識建立基于案例庫的專家控制系統(tǒng)，采用專家推理對冷卻區(qū)集管開啟數(shù)進(jìn)行預(yù)設(shè)定，模型輸入為帶鋼硬度等級、厚度、終軋出口溫度、帶鋼頭部速度和冷卻水溫等工況條件，輸出為開啟集管總數(shù)設(shè)定值。針對輸入案例特征運(yùn)用案例檢索、重用、修正與存儲的方法，最終得到與之相匹配的集管開啟總數(shù)設(shè)定值，但是數(shù)據(jù)庫的建立需要海量的數(shù)據(jù)，需要不斷的進(jìn)行優(yōu)化，而且專家?guī)斓臋z索、重用、修正過程需要很長時(shí)間，響應(yīng)速度比較慢不便于實(shí)時(shí)進(jìn)行操作。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的控制方法的不足，本發(fā)明公開了一種層流冷卻溫度的控制方法及系統(tǒng)，在鋼板的冷卻過程中基于速度進(jìn)行補(bǔ)償不斷修正閥門的數(shù)量；對溫度偏差進(jìn)行分段利用，能夠?qū)恿骼鋮s過程中速度、入口溫度的波動有抑制作用，也針對層流冷卻終冷溫度的效果進(jìn)行反饋保證后續(xù)鋼板能夠得到合理的冷卻。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鋼板的實(shí)時(shí)控制，能夠針對不同厚度的鋼板采用不同的運(yùn)行速度，并能實(shí)現(xiàn)中間溫度的控制和冷卻速率的控制。

一種熱軋帶鋼層流冷卻溫度控制方法，包括以下步驟：

冷卻前鋼板的基本信息確定步驟：