[发明专利]一种热轧带钢层流冷却过程控制装置与方法

说明书

技术领域：

本发明涉及轧钢辅助设备及计算机工业控制技术领域，特别是涉及一种热轧带钢层流冷却过程控制装置与方法。

背景技术：

在现有技术中，热轧带钢层流冷却过程控制已经成为高强度钢板生产过程控制的重要环节之一。为了确保热轧带钢的产品性能和产品质量的优良，精确的冷却工艺控制是基本保证。在热轧带钢层流冷却过程中，冷却速度控制、冷却均匀性控制以及卷取目标温度控制是最重要的参数，影响着板带产品最终的金相组织和性能。为此，建立层流冷却控制模型，分析板带的冷却速度和组织性能演变规律以及改进控制卷曲温度的数学模型和策略已成为热轧带钢产品的重要研究内容，国内外对此都有相应的研究工作。在层流冷却温度控制模型方面，国外的研究大致经历了以下几个阶段：初期研究、数学模型的研究、温度预报模型的研究、模型集成研究、开发专家系统和智能控制自动化等阶段。目前在国内层流冷却设备中常用的控制模型主要是温度控制模型，包括意大利ANSALDO INDUSTRIA公司基于传热学中的常物性、无内热源的一维非稳态导热微分方程模型、德国SIMENS公司基于牛顿冷却公式模型、美国GE公司采用有限差分法模型、日本新日铁公司基于在冷却水水阀数与带钢厚度、带钢速度、终轧温度、卷取温度之间构建非线性函数模型以及日本三菱公司基于史蒂芬-玻尔兹曼定律、傅立叶定律分别建立的空冷模型和水冷模型。但是上述的在线模型只是考虑了层流冷却过程中的温度变化，并不能预报在层流冷却过程中的组织演变规律以及最终产品的组织性能。目前在对于层流冷却过程的组织演变规律和组织性能预报，主要是通过相关的组织性能模型和经验公式进行离线预报。例如，东北大学的许云波和王国栋等人通过二维有限元方式分析计算了热轧过程控制轧制和控制冷却的温度和组织变化、赵刚等人发明的“一种预测热轧含Nb带钢组织及力学性能的方法”(CN200710052007.8)以及王利明等发明的“一种热轧过程带钢组织演变与性能预测的方法”(02109026.2)等等，都是通过经验模型或者有限元计算来对轧制和冷却过程的组织性能进行分析预报。但是所有这些模型都没有针对带钢沿板宽方向的温度和组织性能的不均匀性进行的分析计算，因此也就不能为生产带钢过程中合理采用边部遮挡工艺提供必要的依据；而且所有这些模型都是离线模型，没有与生产过程相结合，不能实时为生产过程的工艺设定和优化提供在线服务。

发明内容：

本发明的目的是针对带钢生产过程中沿板宽方向的温度分布和组织性能分布不均匀的问题，提出了利用有限元分析方法分析计算层流冷却过程中沿板宽方向的温度时间变化规律及温度分布和组织性能分布的均匀性问题，并通过定量分析设定边部遮挡工艺来改善带钢中心至边部的组织性能均匀性问题，同时在系统中利用网络传输技术将现场需求与预报系统相连接，能实现目标温度和目标性能的在线工艺设定和优化的热轧带钢层流冷却过程控制装置与方法。