热轧带钢精轧过程控制系统与模型的研究

论文摘要

本文以天津荣程750mm中宽带AGC系统改造项目和唐山港陆1250mm热轧板形控制系统改造项目为背景,对热轧带钢精轧过程控制系统框架和功能、热轧带钢精轧过程温度预测、带钢头部厚度精度控制、板形和板凸度模型、板形控制策略和精轧机组负荷分配等内容进行了研究。开发了天津荣程750mm精轧过程控制系统软件和唐山港陆1250mm板形过程控制系统软件,现场应用取得了良好的效果。本文的主要研究内容及成果如下：（1）结合现场实际生产条件,建立了天津荣程750mm中宽带精轧过程控制系统框架和唐山港陆1250mm热轧板形控制系统框架。（2）建立了热轧带钢精轧温度计算模型,给出了精轧机组温度的预测方法。提出了一种分区补偿方法用于温度模型自学习,该方法按一定的分配系数将精轧机组出口温度预测值与实测值之间的偏差分配给各个冷却区段,温度偏差分配系数可以根据各机架轧制力进行调节。这种新型的温度模型自学习方法在保证终轧温度预测精度的同时,也提高了轧制力的预测精度。（3）从轧制力模型、辊缝位置模型和精轧穿带自适应模型三方面着手,来提高带钢头部厚度控制精度。考虑了残余应变和机架间张力对轧制力的影响,建立了高精度轧制力模型；采用影响函数法分析了轧件宽度对轧机弹跳的影响规律,在此基础上得到了轧机弹跳宽度补偿的回归模型,从而为分析轧件宽度对轧机弹跳的影响开辟了一条新途径；针对目前现场应用的大多数穿带自适应方法,只能消除上游机架出口厚度偏差,而未考虑由于材料变形抗力偏差所产生的厚差每一机架重复发生这一现状,提出了一种既能消除上游机架出口厚度偏差,亦能消除变形抗力偏差所产生的厚差的精轧穿带自适应方法。（4）建立了带钢热连轧机组板形和板凸度控制模型。提出了均载辊缝凸度的概念,采用影响函数法计算了不同条件下的均载辊缝凸度,通过对计算数据的数学分析,得到了均载辊缝凸度回归模型。引入了辊间空载辊缝凸度的概念,将影响空载辊缝形状的多个因素综合为两个因素,从而简化了均载辊缝凸度回归模型结构。（5）以带钢热连轧机组板形和板凸度模型为基础,提出了一种新型的板形控制策略,与目前普遍采用的板形控制策略相比,可以在不影响成品平直度的前提下,在一定的程度上提高目标板凸度的命中率。（6）系统分析了日本三菱为我国多套带钢热轧生产线提供的精轧负荷分配方法。在轧制力和功率负荷分配模式下,为实现给定的负荷分配系数,本文针对传统的Newton-Raphson法求解过程中出现的问题,给出了相应的改进措施,提出了一种改进算法；将遗传算法和变尺度BFGS算法结合起来,提出了一种变尺度混合遗传算法,用于热轧带钢精轧机组负荷分配系数优化,为负荷分配系数的确定提供了理论依据。本文的研究内容,面向热轧带钢精轧过程在线控制,具有很强的实用性。天津荣程750mm精轧过程控制系统和唐山港陆1250mm板形过程控制系统已经成功的应用于现场。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景、目的和意义
• 1.2 带钢热轧过程控制技术概述
• 1.2.1 带钢轧制过程数学模型的发展
• 1.2.2 热轧带钢终轧温度控制技术概述
• 1.2.3 热轧带钢厚度控制技术的发展
• 1.2.4 热轧带钢板形控制技术的发展
• 1.2.5 热轧带钢精轧负荷分配方法
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 热轧带钢精轧过程控制系统
• 2.1 荣程750mm中宽带精轧过程控制系统
• 2.1.1 工艺布置及生产工艺流程
• 2.1.2 精轧计算机控制系统结构
• 2.1.3 精轧过程控制系统功能
• 2.2 港陆1250mm热轧板形控制系统
• 2.2.1 工艺布置及生产工艺流程
• 2.2.2 精轧自动化系统结构
• 2.2.3 板形控制系统功能
• 2.3 本章小结
• 第3章 热轧带钢精轧过程温度预测
• 3.1 精轧温度模型的建立
• 3.1.1 空冷换热模型
• 3.1.2 水冷换热模型
• 3.1.3 变形区换热模型
• 3.2 轧件热物理性能参数
• 3.2.1 轧件热传导率模型
• 3.2.2 轧件的比热模型
• 3.3 精轧机组温度的预测
• 3.3.1 轧件热辐射率的确定
• 3.3.2 轧件表面温度与平均温度的转换
• 3.3.3 精轧机组入口温度的计算
• 3.3.4 各机架咬钢温度的计算
• 3.4 温度模型自学习方法的研究
• 3.4.1 一种目前常用的温度自学习方法
• 3.4.2 分区补偿温度模型自学习方法
• 3.5 提高带钢头部终轧温度命中率的研究
• 3.5.1 终轧温度影响因素的分析
• 3.5.2 终轧温度设定策略的研究
• 3.6 本章小结
• 第4章 提高精轧厚度设定精度的研究
• 4.1 热轧带钢轧制力模型
• 4.1.1 应力状态影响系数模型
• 4.1.2 变形抗力模型
• 4.1.3 变形抗力与温度解耦计算
• 4.1.4 残余应变对轧制力的影响
• 4.1.5 机架间张力对轧制力的影响
• 4.1.6 轧辊弹性压扁半径对轧制力的影响
• 4.2 热轧带钢轧机辊缝位置模型
• 4.2.1 轧机弹跳曲线的测量与处理
• 4.2.2 轧件宽度对轧机弹跳的影响
• 4.2.3 轧辊热膨胀对辊缝位置的影响
• 4.2.4 支撑辊轴承油膜厚度的计算
• 4.3 轧制力和辊缝位置模型的自学习
• 4.3.1 辊缝位置模型自学习方法
• 4.3.2 轧制力模型自学习方法
• 4.4 精轧穿带自适应技术的研究
• 4.5 本章小结
• 第5章 热轧带钢板形和板凸度控制
• 5.1 板形和板凸度的基本概念
• 5.1.1 平直度及其表示方法
• 5.1.2 板凸度和比例凸度
• 5.1.3 带钢边部减薄
• 5.2 板形和板凸度模型的建立
• 5.2.1 单机架板形和板凸度模型
• 5.2.2 均载辊缝凸度的回归模型
• 5.2.3 带钢热连轧机组板形和板凸度模型
• 5.2.4 带钢临界翘曲极限模型
• 5.3 板形控制策略的研究
• 5.3.1 目前普遍采用的板形控制策略
• 5.3.2 一种新型的板形控制策略
• 5.4 本章小结
• 第6章 精轧负荷分配方法的研究
• 6.1 传统的Newton-Raphson法及其求解缺陷
• 6.1.1 传统的Newton-Raphson法在负荷分配中的应用
• 6.1.2 传统的Newton-Raphson法的求解缺陷
• 6.2 Newton-Raphson法的改进
• 6.2.1 牛顿下山法简介
• 6.2.2 系数矩阵奇异时的处理
• 6.2.3 机架出口带钢厚度异常时的处理
• 6.2.4 机架出口带钢厚度初始值的确定
• 6.2.5 迭代计算收敛判据
• 6.2.6 负荷分配计算流程
• 6.2.7 算法改进前后计算分析比较
• 6.3 基于变尺度混合遗传算法的负荷分配系数优化
• 6.3.1 遗传算法与变尺度BFGS优化算法
• 6.3.2 目标函数的建立及约束条件
• 6.3.3 变尺度混合遗传算法优化求解步骤
• 6.3.4 优化计算实例
• 6.4 本章小结
• 第7章 现场应用
• 7.1 荣程750mm精轧过程控制系统的现场应用
• 7.1.1 轧机主要设备参数
• 7.1.2 轧制规程的现场应用
• 7.1.3 温度模型的应用效果
• 7.1.4 轧制力模型的应用效果
• 7.1.5 头部厚度设定精度
• 7.1.6 目前存在的问题
• 7.2 港陆1250mm热轧板形控制系统的现场应用
• 7.2.1 轧机设备参数
• 7.2.2 板形及板凸度模型应用效果
• 7.2.3 目前存在的问题
• 7.3 本章小结
• 第8章 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间完成的工作
• 致谢
• 作者简介