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1、安徽工业大学 毕业设计（论文）报告纸安徽工业大学毕业设计(论文)任务书课题名称层流冷却的策略和控制模型学 院 专业班级姓 名学 号毕业设计（论文）的主要内容:（1）根据课题内容，查阅搜索相关文献资料，并翻译不少于5000字的相关英文文献资料。（2）了解带钢热连轧的生产工艺，理解层流冷却系统的整体架构。（3）掌握层流冷却中用到的控制模型的原理。（4）掌握层流冷却中用到的控制策略的原理。（5）对完成的工作进行总结，按格式撰写毕业设计论文，准时参加答辩。起止时间：2012年2月25日至2012年6月5日共16周指 导 教 师签 字系 主 任签 字院 长签 字毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原
2、创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用
3、影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 摘要在带钢热连轧工艺中，卷取温度对带钢的金相组织影响很大，是决定成品带钢加工性能、力学性能和物理性能的重要工艺参数之一。为了保证带钢成品性能指标，同时使带钢顺利卷取并保持良好卷形，必须使带钢卷取温度控制在合理范围内。而热连轧带钢的实际卷取温度能否控制在要求的范围内 ,则主要取决于精轧机架后层流冷却控制系统。本文以某大型钢铁集团的带钢热连轧生产线为基础，设计了一套具有实际应用意义的层流冷却控制策略和控制模型。同时，设计并绘制了基于西门子WinCC的层流冷却控制画面。所有这些实
4、现了对整个系统的全自动控制。模拟测试结果表明，这些控制策略和控制模型功能完善、性能稳定、控制精度高。关键字：带钢热连轧 层流冷却 卷取温度控制 控制策略 控制模型AbstractBeing one of the important craft parameters, coiling temperature decides the machining performance, the mechanical performance and the physical performance of finished strip product, and has influence on strips
5、metallographic phase. In order to get high-quality product and good coil shape, the strip coiling temperature must be controlled at a proper range.Whether the actual coiling temperature of hot rolling strip can be controlled within the required range mainly depends on the laminar cooling control sys
6、tem after the finishing stands.In the paper, a set of control strategies and control models of the laminar cooling control system with practical application significance for a hot strip rolling production line of a large iron and steel enterprise is designed. At the same time, the control pictures f
7、or laminar cooling are designed and drawn with the software WinCC of Siemens. All of these achieve the automatic control of the whole system. Simulation test results show that the control strategies and control models have perfect function, stable performance and high control accuracy.Key Words: str
8、ip steel hot strip laminar cooling coiling temperature control control strategy control model 目录摘要IIAbstractIII目录IV1 绪论11.1研究背景及意义11.2研究现状21.3章节安排32 层流冷却系统简介52.1 层流冷却系统设备布置52.2 层流冷却系统的基本结构62.3 本章小结93 层流冷却的控制模型103.1 温降模型103.1.1 空冷区温降模型103.1.2 水冷区温降模型103.2 卷取温度预报模型113.2.1 传统卷取温度预报模型113.2.2 基于遗传神经网络的卷取
9、温度预报模型123.3 预设定模型163.4 前馈控制模型183.5 反馈控制模型193.6 自学习模型203.6.1 短期自学习213.6.2 长期自学习213.7 数据库模型223.8 本章小结224 层流冷却的控制策略244.1 冷却策略244.1.1 上下开阀的起始位置244.1.2 冷却方向244.1.3 集管稀疏模式254.1.4 头尾特殊处理254.1.5 临界温度的确定254.2 带钢分段控制264.3 冷却区分段控制264.4 冷却速度控制264.5 侧喷和吹扫控制284.6 上下集管水比的配置284.7 本章小结295 实验部分30结论38参考文献39致谢40 - II -
10、1 绪论钢铁是现代社会最重要的原材料，其产量和质量是一个国家发达程度和经济实力的重要标志。世界钢铁协会2010年发布的报告显示，2010年全球粗钢产量达到14.14亿吨，创下全球粗钢产量的新纪录。其中，中国以6.267亿吨位居全球第一位，占全球钢产量的44.3%。随着中国城市化进程的加速，交通、能源等基础设施的大规模建设，以及制造业尤其是汽车、家电等产业的快速发展，钢材需求将会大量增加1。近年来，随着社会的发展和科学技术的进步，低合金高强度、高韧性并具有良好的焊接性能的钢材已经在社会上得到了广泛的应用。各行各业对热轧带钢质量、品种、性能的要求越来越高。我国虽然是钢铁产量大国，但是高附加值、高技
11、术含量的产品所占比例非常低，产品结构非常不合理，钢铁市场正遭受国际化的严峻挑战。调整产品结构、提高技术含量、增加产品附加值将是我国钢铁行业走向世界的必经之路2。在带钢热连轧工艺中，卷取温度对带钢的金相组织影响很大，是决定成品带钢加工性能、力学性能和物理性能的重要工艺参数之一3。过高的卷取温度，将会因卷取后的再结晶和缓慢冷却而产生粗结晶组织及碳化物的积聚，导致力学性能变坏，以及产生坚硬的氧化铁皮，使酸洗困难。如果卷取温度过低，一方面是卷取困难，且有残余应力存在，容易松卷，影响成品带卷的质量；另一方面，卷取后也没有足够的温度使过饱和的碳氮化合物析出，影响钢材性能。因此，将带钢卷取温度控制在由钢的内
12、部金相组织所确定的范围内，是带钢质量的一项关键控制措施。层流冷却系统位于带钢热连轧生产线的精轧机与卷取机之间，是控制卷取温度的一种方式，其目的是将带钢从终轧后的温度冷却到相变后的卷取温度。该技术不经能大大缩短带钢的冷却时间，大幅提高产量，更重要的是它能够控制冷却速度，改变带钢的金属组织结构，在不降低韧性的情况下，提高钢材强度，减少板带的不平整度以及残余应力，从而明显地提高带钢质量，为企业带来显著的经济效益。1.1 研究背景及意义层流冷却是控制带钢卷取温度，获得理想轧材组织和性能的一种有效方法，在目前的带钢热连轧厂中得到了广泛的应用。一般而言，常用的控制方法有：高压喷嘴冷却、板湍流冷却、喷淋冷却
13、、雾化冷却、水幕冷却、层流冷却等。各种冷却方式都有其各自的优缺点，几种冷却方式的优缺点如表1-14。采用哪种冷却方式应根据具体工艺环境和限定条件确定。表1-1 几种冷却方式的优缺点冷却方式优点缺点高压喷嘴冷却水流不间断呈紊流状态喷到带钢表面；穿透性好，适用于水汽膜较厚的环境。用水量大，飞溅严重，冷却不均匀；对水质要求较高，喷嘴易堵塞；水的利用率低。板湍流冷却轧后钢板直接进入水中进行淬火和快速冷却，冷却速度可达30/s。冷却速度调节范围小，耗水量较大。喷淋冷却水流以液漓群的方式冲击钢板，比高压喷嘴冷却更均匀，冷却能力较强。需要较高的压力，调节冷却能力范围小，对水质要求较高。雾化冷却用加压的空气使
14、水流成雾状冷却钢板，冷却均匀，冷却速度调节范围大，可实现单独风冷、弱水冷和强水冷。线路复杂，噪音较大，车间内雾气较大设备易受腐蚀。水幕冷却水流保持层流状态，冷却速度快，冷却区距离短，对水质要求不高，易维护。可调节冷却速度范围较小层流冷却水流以恒定低压的柱状水流冲击钢板，形成核沸腾，冷却能力强，冷却均匀。冷却区距离长，对水质要求较高，喷嘴易堵塞，维护量大。当前世界上采用的控制冷却设备主要为水幕冷却系统和柱状层流冷却系统。这两种冷却方式都可以依据带钢的速度和厚度进行水量调节，以达到需要的冷却速率，使带钢全长均匀冷却。虽然水幕冷却具有最强的冷却能力，但据西德克虏伯公司对层流、水幕和喷射3种冷却方式的对比实验表明，层流冷却方式的冷却均匀性最高，而冷却强度只比水幕冷却稍低，因此层流冷却是多数带钢热连轧生产线的主要冷却方式。由此可见，研究层流冷却卷取温度的优化控制即研究层流冷却的策略及控制模型对于提高产品质量，降低废品率，增加企业的经济效益有着非常重要的现实意义。另一方面，层流冷却控制系统主要由国外开发，
