Введение к работе
Актуальность темы.
На широкополосных станах горячей прокатки (ШСГП) конечные основные физико-механические свойства стальной полосы формируются при ее охлаждении до заданной температуры смотки на отводящем рольганге стана установкой ускоренного охлаждения. Режимы охлаждения, формирующие данную температуру, в значительной степени зависят от алгоритмического обеспечения, заложенного в систему управления установкой. В этих алгоритмах широко используется математическое описание процессов охлаждения, основанное на результатах исследований условий теплообмена полосы.
Изучению тепловых процессов при водяном охлаждении металла посвящено значительное количество теоретических и экспериментальных работ. Предложены различные методики расчета коэффициентов теплообмена. Они, как правило, относятся к конкретному оборудованию и существенно зависят от его конструктивных особенностей.
В математическом описании процесса охлаждения используются теплофизические свойства металла, приведенные в справочниках для ограниченного числа марок стали. В публикациях по данной теме отсутствует универсальная зависимость эффективной теплоемкости, которая учитывала бы все превращения в сталях с различным содержанием углерода в диапазоне температур охлаждения полос на отводящем рольганге.
Изучению вопросов, касающихся проблем управления охлаждением горячекатаного листового проката, посвящено много работ отечественных и зарубежных авторов. Большой опыт накоплен в построении систем управления охлаждающими установками. Чаще всего используют системы, построенные на принципах управления по возмущениям и обратной связи. Разработанные алгоритмы относятся к конкретным охлаждающим установкам со свойственными им конструктивными особенностями и набором входных технологических параметров, таких как скорость прокатки, допустимые ширина и толщина полосы, расход воды и др. В опубликованных результатах исследований, как правило, не приводится механизм адаптации к неконтролируемым возмущающим воздействиям: погрешностям измерения параметров полосы, засорению охлаждающих сифонов и др. В разработанных алгоритмах не учитываются следующие факты: при прохождении переднего конца полосы происходит его переохлаждение, вызванное «биением» листа о ролики отводящего рольганга, а транспортировка заднего конца полосы производится с повышенной скоростью, что приводит к недостаточному его охлаждению. В результате этого наблюдается снижение доли металла, температура смотки которого находится в требуемом диапазоне.
Таким образом, разработка метода и алгоритма управления охлаждением, обеспечивающих повышение доли металла, температура смотки которого находится в заданном диапазоне, является актуальной научно-технической задачей.
Объект исследования: система управления охлаждением горячекатаного металла на установке ламинарного охлаждения (УЛО) ШСГП.
Предмет исследования: математические модели, методы и алгоритмы управления охлаждением горячекатаного металла на отводящем рольганге ШСГП.
Цель исследования: повышение доли металла, температура смотки которого находится в заданном диапазоне, путем разработки и внедрения алгоритма управления охлаждением полосы на отводящем рольганге ШСГП.
Для достижения поставленной цели сформулированы следующие основные задачи:
-
Анализ проблемы управления охлаждением полосы на отводящем рольганге широкополосного стана горячей прокатки.
-
Разработка тепловой модели процесса охлаждения стальной полосы на отводящем рольганге ШСГП, учитывающей особенности теплообмена полосы на УЛО и зависимость теплоемкости стали от температуры и содержания углерода.
-
Разработка метода управления УЛО, способного обеспечить повышение доли проката, охлажденного до требуемой температуры смотки с заданным диапазоном.
-
Разработка, экспериментальная проверка и внедрение алгоритма управления охлаждением на УЛО, обеспечивающего увеличение доли металла, температура смотки которого находится в заданном диапазоне.
Методы исследований
Работа выполнена на основе комплексных экспериментальных и теоретических исследований, математического моделирования с применением численных методов решения дифференциальных уравнений теплообмена. Для решения поставленных задач применялись аппарат математической статистики и основы теории алгоритмов. При работе использовалось следующее программное обеспечение: Microsoft Excel 2003, Mathcad 11, Borland Delphi 7.0, IbaAnalyzer (программный пакет диагностики технологических параметров процессов прокатки и охлаждения металла). Научная новизна
-
-
Разработана тепловая модель процесса охлаждения горячекатаного металла, в которой впервые учитываются полученные в результате исследований закономерности охлаждения полосы на УЛО и аналитическая зависимость истинной теплоемкости углеродистых сталей от температуры и концентрации углерода.
-
Разработана методика адаптации параметров тепловой модели, которая позволяет при управлении учитывать неконтролируемые возмущающие воздействия.
Разработан метод управления охлаждением горячекатаной полосы на отводящем рольганге ШСГП, в котором для стабилизации температурных режимов полосы при смотке учитываются особенности теплообмена полосы наУЛО.
Создан алгоритм управления УЛО, обеспечивающий повышение доли металла, температура смотки которого находится в заданном диапазоне. Алгоритм отличается от известных применением следующих подалгоритмов:
расчет компенсации переохлаждения переднего конца полосы;
расчет компенсации повышения температуры заднего конца полосы;
непрерывной адаптации параметров тепловой модели к текущим условиям охлаждения.
Практическая значимость
Имитационный режим работы алгоритма управления УЛО:
применяется для первичной адаптации параметров алгоритма к текущим условиям охлаждения;
рекомендуется использовать при обучении технологического персонала основам работы по управлению УЛО.
-
Созданное программное обеспечение управления УЛО позволяет получить на отводящем рольганге ШСГП требуемые температурные режимы охлаждения проката.
-
Результаты исследований внедрены в автоматический режим управления действующей установкой ламинарного охлаждения на отводящем рольганге стана 1700 JlLlLJ-I Череповецкого металлургического комбината ОАО «Северсталь». При управлении охлаждением по разработанному алгоритму доля металла, температура смотки которого находится в заданном диапазоне, выросла на 7.3%.
Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях: четвертой международной научно-технической конференции "Автоматизация и энергосбережение машиностроительного и металлургического производств, технология и надежность машин, приборов и оборудования " (г. Вологда, 2008 г.); Межвузовской конференции молодых ученых и аспирантов (г. Череповец, 2010 г.); всероссийской научно- практической конференции «Череповецкие научные чтения» (г. Череповец, 2011 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 статей, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК. Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, 4 разделов, заключения, списка литературы из 116 наименований и приложений. Общий объем работы - 172 страницы машинописного текста, включает в себя 67 рисунков, 19 таблиц и 5 страниц приложений.
Похожие диссертации на Математическое и алгоритмическое обеспечение управления охлаждением полосы на отводящем рольганге широкополосного стана горячей прокатки
-
