热轧带钢层流冷却过程模型概述

热轧层流冷却过程模型的研究一直为钢铁企业研究所 重视。轧后冷却过程是一个复杂的工业控制过程， 在冷却过 程中带钢不仅和冷却水发生热交换， 还和周围空气发生对流 换热， 此外还有带钢与辊道的热传导 、 带钢内部的热传导过 程等， 这些原因导致了带钢温度变化特性异常复杂， 很难建 立精确的层流冷却过程模型 。 二、 层流冷却过程模型的建立 层流冷却过程模型的研究成果大多从热力学第一定律
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Industrial & Science Tribune
2012.（11）.2
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 2 期
“橡皮土 ” 施工过程中 的识别和防治
□顾明华 李 勇
wenku.baidu.com【摘
“橡皮土” 要】 本文主要介绍了 的工程特性及其产生的机理 ， 并对黏土在压实过程中的最佳含水量和最大干密度的合理 控制提出建议， 最后探讨了防治措施 ， 可供工程技术人员设计 、 施工时参考。
产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 2 期
热轧带钢层流冷却过程模型研究概述
□片锦英 黄添慧
【摘
要】 层流冷却工艺是现代钢铁工业中通过轧后强制水冷来改善带钢的组织性能 ， 提高带钢质量和产量的过程 ， 其过程特 说明现有基于热 性异常复杂。本文对现有的热轧带钢层流冷却过程模型成果进行了归纳 。由于工况条件变化频繁 ， 需引入各种智能技术， 改善模型准确性。 力学第一定律的机理模型精度很难提高 ，
【关键词】 带钢质量； 层流冷却； 动态模型； 智能技术 【作者简介】 片锦英， 应天职业技术学院； 研究方向： 自动控制理论及其应用 黄添慧， 沈阳建筑大学； 研究方向： 过程控制建模及优化
一、 引言 热轧带钢是广泛应用于汽车 、 电机、 化工、 机械制造、 建 筑、 造船等部门的重要的工业原料 。 层流冷却工艺是现代钢 提高带 铁工业中通过轧后强制水冷来改善带钢的组织性能， 钢质量和产量的过程。 层流冷却控制系统通过控制喷水集 管阀门的开闭状态控制冷却水量， 使带钢从终轧机出口带钢 温度（ 800 ～ 900℃ ） 冷 却 到 工 艺 要 求 的 卷 取 温 度 （ 550 ～ 700℃ ） 。层流冷却是影响热轧带钢组织性能的关键工序之 一， 而冷却后的卷取温度是决定成品带钢加工性能 、 力学性 能的重要参数之一， 卷取温度过低或者过高都将降低带钢质 量。一个典型的热轧带钢集管层流冷却系统如图 1 所示。 离开终轧机的带钢在输出辊道加速运行进入强制水冷区域， 控制系统通过控制落在带钢表面的冷却水量， 使带钢冷却结 束后的卷取温度被控制在一定范围内， 被卷取机咬入卷取后 为成品。
出发， 建立机理模型， 主要有以下几个方面的成果： （ 一） 基于经验的代数公式和简化微分形式的温度模型 。 结合总热量平衡， 通过实验建立热平衡状态下的带钢冷却结 其本质是带钢 束后的卷取温度与冷却水量之间的经验公式， 温降和喷水集管控制阀门开启总数之间的简单代数公式； 宝 钢建立的模型在冷却区边界条件均匀条件下给出的， 假设从 带钢到环境的热传导都是相同的， 建立在无限大平板的热传 导方程基础上； 考虑了带钢的速度和温度对冷却速率的影 给出了描述带钢在冷却区温度变化的微分方程； 在考虑 响， 利用统计方法建立 带钢与冷却水之间形成蒸汽层的基础上， 了冷却过程的换热模型； 用代数解析形式来表示带钢厚度方 向的平均温度。 （ 二） 简化微分形式的温度模型与误差补偿模型相结合 的温度模型。为了提高冷却过程模型的精度， 并可以描述更 多规格带钢产品， 文在宝钢模型基础上增加了一个层流冷却 过程模型偏差的补偿模型， 提高卷取温度的计算精度 。 （ 三） 基于多模型技术的温度模型。上述引入补偿模型的 混合模型适合用于带钢产品规格变化较小的情况， 当产品规 格变化范围较大时， 会导致神经网络的层数和节点数的增加， 使网络难以真正实现， 因此， 文提出采用多模型技术简化网络 结构， 使网络实现成为可能， 扩大了带钢规格的描述范围。 （ 四） 基于热传导机理的忽略厚度方向上的温度梯度的 动态温度模型。上述模型究其本质都是静态模型， 为了研究
【关键词】 橡皮土； 识别方法； 防治措施 【作者单位】 顾明华， 河北金秋建筑工程集团有限公司 ； 李勇， 河北北方绿野建筑设计有限公司
、 “橡皮土” 一 的定义 建筑地基的机械压实已有很长的历史， 并积累了丰富的 实践经验， 但对于部分高含水量的粘性土仍然难以压实， 甚 经过反复碾压或踩踏， 此 至还会出现土体结构破坏的现象， 。本文从 伏彼胀， 状如橡皮一样， 即形成了所谓的“橡皮土 ” “橡皮土” “橡皮土” 的工程特性入手， 分析 的形成机理及防治 措施。 、 “橡皮土” 二 的工程特性 “橡皮土” 是指因土含水量高于达到规定压实度所需要 的含水量而无法压实的粘性土体 。 碾压后踩上去有一种颤 动的感觉， 它一般具有如下特征： （ 1 ） 土体中含水量高于压实 所需含水量， 但低于液限， 比最佳含水量大 6 ～ 8 ； （ 2 ） 土体 已受到外力扰动， 在外力作用下， 土体中所含水分被揉进土 颗粒中， 封闭在密闭的固体空隙中， 很难排出； （ 3 ） 土体表面 固结， 甚至半硬化形成坚硬的土壳体； （ 4 ） 可承受一定荷载， 当作用荷载低于表层壳体的承载力时， 土体几乎无明显变 化。在施工初期， 不会出现橡皮土现象 。 随着施工的进行， 带钢厚度方向上的温度梯度 。鉴于此， 很多研究同时考虑时 间和厚度上的温度变化， 从带钢与冷却水之间的热交换及带 建立了二维动态带钢温度模型 。 钢内部的热传导机理出发， 例如文提出的二维微分方程： 1 H H H （ kx ） + （ k ） + Q = ρc p （ 1） x x x y y t y 为厚度方向， t 为冷却时间， 其中 x 为带钢运行方向， ρ、 c p 为热物性参数； 根据热力学第一定律和 Fourier 定律， 利用 有限差分工具， 文建立在厚度和时间上的带钢温度差分方 程， 为层流冷却过程的动态分析提供了有效工具 。 综上所述， 热轧带钢层流冷却过程模型的研究有长足的 发展， 分别进行了水冷、 空冷换热及带钢内部的热传导研究， 并且考虑厚度方向的温度偏差， 提出了二维动态模型， 描述 了带钢在冷却过程中温度变化过程 。 然而， 由于带钢处于运 行状态， 工况条件波动频繁， 导致现有基于热力学第一定律 的机理模型精度较低， 需要引入各种智能技术加以补偿， 从 而改善模型精度。
VT 脉冲计数器； TT 温度检测仪； DT 厚度检测仪
图1 热轧带钢层流冷却过程工艺流程图
文从热传 热轧带钢在层流冷却过程中温度的动态变化过程， 导机理出发， 建立了冷却过程带钢温度在时间上的一维线性 微分方程。前面叙述的一维动态带钢温度模型从带钢温度 与冷却水量的代数解析关系出发建立的模型， 其输出实际上 都是带钢厚度方向上的平均温度， 然而实际上， 带钢厚度方 向上存在温度梯度， 因此一些学者进行了进一步研究 。 （ 五） 基于热传导机理的考虑厚度方向上温度梯度的动 态温度模型。为了降低厚度方向上温度梯度造成的模型偏 文假设带钢厚度方向上的温度分布为一抛物线， 经过简 差， 化处理后， 建立了一维线性微分方程， 仍没有从根本上考虑