專利名稱：：熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種冶金工業(yè)
技術(shù)領(lǐng)域：
的溫度監(jiān)測(cè)方法，特別涉及一種熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：隨著新型材料的不斷出現(xiàn)，汽車行業(yè)需要更輕便，但又能保證一定強(qiáng)度和韌性的鋼板。為了提高鋼材性能的辦法，除了加入合金以外，軋后控制冷卻技術(shù)對(duì)鋼材的性能起到至關(guān)重要的作用。因此，在熱軋層流冷卻過程中亟需一種具有高柔性，高精度的控制方法。為了能夠得到較高的控制精度，克服冷卻過程的擾動(dòng)，首先需要知道冷卻區(qū)內(nèi)板帶溫度。然而，在熱軋帶鋼的層流冷卻過程，由于水冷區(qū)內(nèi)冷卻水和蒸汽的存在，無法檢測(cè)冷卻過程冷卻區(qū)內(nèi)鋼板溫度的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。因此，如何監(jiān)測(cè)水冷區(qū)內(nèi)板帶溫度分布是一個(gè)亟待解決的問題。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，MukhopadhyayA.等在《JournalofMaterialsProcessingTechnology》(材料處理技術(shù))(2005年，第169期，164-172頁)，上發(fā)表的"Implementationofanon-linerun-outtablemodelinahotstripmill"(—種在線冷卻模型在熱軋帶鋼中的應(yīng)用)采用一維傳熱模型預(yù)測(cè)板帶溫度。然而，這種方法是一個(gè)前向的估計(jì)方法，模型沒有體現(xiàn)各帶點(diǎn)之間的關(guān)系，也沒有反饋矯正，模型精度要求嚴(yán)格。XieH.B等在《JournalofMaterialsProcessingTechnology))(材料處理技術(shù))(2006年，第177期，121_125頁)，上發(fā)表的"Predictionofcoilingtemperatureonrun-outtableofhotstripmillusingdatamining"(應(yīng)用數(shù)據(jù)挖掘預(yù)測(cè)熱軋帶鋼巻曲溫度)提出了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)板帶巻曲溫度，然而，這種方法不能預(yù)測(cè)板帶在水冷區(qū)內(nèi)的暫態(tài)溫度。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明采用精軋機(jī)出口到巻曲機(jī)前這一開口系的熱平衡方程預(yù)3測(cè)冷卻裝置各位置處的溫度分布，并采用巻曲溫度傳感器的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正模型預(yù)測(cè)得到的板帶溫度分布，作為最終監(jiān)測(cè)結(jié)果。本發(fā)明應(yīng)用簡(jiǎn)單，適用于多個(gè)鋼種。監(jiān)測(cè)結(jié)果為冷卻裝置固定位置處鋼板厚度方向的溫度分布，而不是固定帶點(diǎn)厚度方向的溫度分布，可直接用于冷卻過程的動(dòng)態(tài)控制，無需進(jìn)行轉(zhuǎn)換。另外，本發(fā)明通過反饋巻曲溫度矯正板帶溫度預(yù)測(cè)值，得到的板帶溫度，提高了監(jiān)測(cè)精度，對(duì)模型精度的要求降低。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明針對(duì)熱軋帶鋼層流冷卻過程，監(jiān)測(cè)從精軋機(jī)出口到巻曲溫度測(cè)量點(diǎn)之間各位置處板帶溫度分布。本發(fā)明利用板帶物性參數(shù)和冷卻裝置參數(shù)直接寫出狀態(tài)空間形式的板帶溫度模型初步預(yù)測(cè)板帶溫度分布；根據(jù)板帶上下表面巻曲溫度，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法對(duì)初步預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，得到板帶溫度監(jiān)測(cè)值。本發(fā)明方法包括如下步驟步驟一、將精軋機(jī)出口到巻取溫度檢測(cè)點(diǎn)和板帶上下表面為邊界的開口系劃分為多個(gè)單元格，每個(gè)單元格是能夠監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后設(shè)置板帶各單元格的初始溫度分布，為板帶溫度模型構(gòu)建提供初始板帶溫度分布。本步驟中，根據(jù)用戶所需要監(jiān)測(cè)的板帶溫度分布的密度，板帶幾何尺寸以及冷卻區(qū)噴嘴布局合理劃分以精軋機(jī)出口到巻取溫度檢測(cè)點(diǎn)和板帶上下表面為邊界的開口系。厚度方向根據(jù)板帶厚度均勻分為m層，長度方向分為n段，共mXn個(gè)單元格。在長度方向上要根據(jù)冷卻水噴嘴尺寸進(jìn)行劃分，使每組噴嘴覆蓋范圍為各段長度的整數(shù)倍，利于構(gòu)建板帶溫度模型，進(jìn)而預(yù)測(cè)板帶溫度。每個(gè)單元格即為監(jiān)測(cè)方法能夠監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，單元格大小決定了本發(fā)明的溫度分布監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)的溫度分布的密度。步驟二、根據(jù)按步驟一所述劃分的單元格，確定板帶溫度模型的階數(shù)為mXn，其中m是板帶在厚度方向上劃分的單元格數(shù)，n為板帶在長度方向上劃分的單元格數(shù)。將輸入的板帶各單元格溫度分布、板帶物性參數(shù)、表面換熱系數(shù)、巻曲速度、環(huán)境溫度、以及實(shí)測(cè)水流量、水溫帶入板帶溫度模型系數(shù)的計(jì)算公式，直接確定溫度模型系數(shù)，完成板帶溫度模型的構(gòu)建工作。在每個(gè)采樣周期根據(jù)環(huán)境變化重新構(gòu)建板帶溫度模型。步驟三、根據(jù)當(dāng)前板帶溫度分布，采用步驟二得到的板帶溫度模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻步驟一所述的開口系內(nèi)板帶的溫度分布，也就是步驟一所述各單元格的溫度，并將板帶溫度預(yù)測(cè)值輸出給板帶溫度修正調(diào)用。步驟四、根據(jù)步驟二得到的板帶溫度模型系數(shù)，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，計(jì)算反饋修正系數(shù)，并把反饋修正系數(shù)輸出供板帶溫度修正調(diào)用。本發(fā)明采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法確定反饋修正系數(shù)，對(duì)于高維系統(tǒng)其具有較好的收斂性，并可抑制噪聲，提高監(jiān)測(cè)精度。步驟五、用現(xiàn)場(chǎng)巻曲溫度傳感器采集得到的巻曲溫度實(shí)測(cè)值對(duì)得到的板帶溫度分布預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，即把巻曲溫度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之差和反饋修正系數(shù)相乘，然后與得到的溫度分布預(yù)測(cè)值相加，得到新的板帶溫度分布值，把這個(gè)修正后的溫度分布作為本發(fā)明監(jiān)測(cè)方法最終監(jiān)測(cè)到的板帶溫度分布值。所述板帶溫度模型在新的采樣時(shí)刻，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按步驟二到步驟五重新構(gòu)建，然后利用板帶溫度模型預(yù)測(cè)并修正下一時(shí)刻板帶溫度分布，得到新的時(shí)刻板帶溫度分布監(jiān)測(cè)值，這樣板帶溫度分布被連續(xù)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)冷卻區(qū)內(nèi)部的板帶溫度分布,適用鋼種范圍廣，且在知道板帶和裝置參數(shù)后可以直接寫出，便于應(yīng)用；本發(fā)明用巻曲溫度修正模型預(yù)測(cè)值，可以在不知道板帶初始溫度的前提下，重構(gòu)板帶溫度分布，使板帶溫度監(jiān)測(cè)值收斂到板帶溫度分布的實(shí)際值。同時(shí)起到了濾波和矯正的作用，提高了監(jiān)測(cè)的精度。本發(fā)明的監(jiān)測(cè)精度可以達(dá)到土12'C。因此，本發(fā)明可以以較高的精度監(jiān)測(cè)板帶在冷卻區(qū)內(nèi)的固定位置處的溫度，且適合多種鋼種，應(yīng)用方便。圖l是本發(fā)明一實(shí)施例中層流冷卻過程示意圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中層流冷卻過程從軋機(jī)到巻曲機(jī)間開口系的單元格劃分示意圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中層流冷卻過程監(jiān)測(cè)方法示意圖4是本發(fā)明一實(shí)施例中層流冷卻過程板帶導(dǎo)溫系數(shù)曲線；圖5是本發(fā)明一實(shí)施例中層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)結(jié)果；圖6是本發(fā)明一實(shí)施例中層流冷卻過程巻曲溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方5案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。本實(shí)施例應(yīng)用于熱軋帶鋼層流冷卻過程。如圖1所示，層流冷卻設(shè)備分為主冷區(qū)(46.8)，精冷區(qū)(15.6m)。共由12組噴嘴組成，各組噴嘴間距為5.2m。帶鋼精軋后溫度約為800-920°C，經(jīng)冷流冷卻設(shè)備被冷卻至510-680'C，最終由巻曲機(jī)巻曲成巻。板帶參數(shù)如下板帶上下表面的熱傳導(dǎo)系數(shù)為義00乂)=56.43—0.0363x氛》=56.43—0.0363xx0y為第i層，第y段的單元格的板帶溫度。單位為xl(^mVs?？绽鋼Q熱系數(shù)采用史提芬-泊爾茲曼公式，水冷換熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式為g是水流量。環(huán)境溫度25'C，冷卻水溫度為25'C。板帶厚度3.5mm。巻曲速度為10.5m/s，主冷區(qū)水流量為200m7(s.m2)，精冷區(qū)水流量為150mV(s.m2)。本實(shí)施例實(shí)施流程圖如圖3所示步驟一，根據(jù)板帶幾何尺寸以及冷卻區(qū)參數(shù)，劃分精軋機(jī)出口到巻取溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)和板帶上下表面為邊界的開口系。厚度方向分為5層，每層0.7mm;長度方向分為14段，每段5.2m。如圖2所示。設(shè)置板帶各單元格的初始溫度值A(chǔ)T。，令板帶各段溫度由軋機(jī)處86(TC依次遞減到巻曲溫度64(rC，厚度方向溫度相同。步驟二，按步驟一所述的方法劃分的單元格數(shù)，確定狀態(tài)空間形式的板帶溫度模型階數(shù)為14X5=70。特別的本實(shí)例中板帶溫度模型為其中x-[a^tx2T…a:/]t,a:,[Xux2j…,]T,C/"，2,…，")，、為第/層，第/段的單元格的溫度。>^)=[、("x^(Q]t是上下表面巻曲溫度。"(A:)-[/^("/^(*)、2("…/z"(W]T是上下表面的換熱系數(shù)向量，a:。是入口段的板帯溫度。F，(7，"和C為模型系數(shù)。+1)=F-jc(A:)+(.+"-jc。(A:)根據(jù)步驟二所述，根據(jù)當(dāng)前板帶各單元格溫度分布、板帶物性參數(shù)、表面換熱系數(shù)、巻曲速度、環(huán)境溫度、以及實(shí)測(cè)水流量、水溫按下面模型系數(shù)公式直接確定板帶溫度模型的系數(shù)F，G，2)和C。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>/^ei卿；y=W(2A/);"dXx,》/V;風(fēng)^)="(、)/;1(、)；v為巻曲速度；A/是段長；Ay是層厚；x①為水溫。第(/J)個(gè)單元格的導(dǎo)溫系數(shù)"(x,》可按圖4采用査表法得到。至此，完成了板帶溫度模型的構(gòu)建工作。步驟三，根據(jù)當(dāng)前板帶溫度分布，利用從步驟二中得到的板帶溫度模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻各單元格的溫度。步驟四、跟據(jù)得到的板帶溫度模型系數(shù)，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，計(jì)算反饋修正系數(shù)，并把反饋修正系數(shù)輸出供板帶溫度修正用。步驟五，用現(xiàn)場(chǎng)巻曲溫度傳感器采集得到巻曲溫度實(shí)測(cè)值，將巻曲溫度實(shí)測(cè)值與巻曲溫度預(yù)測(cè)值之差乘以反饋系數(shù)，然后把這個(gè)結(jié)果與步驟三中得到的溫度分布預(yù)測(cè)值相加，得到新的板帶溫度分布。完成板帶溫度修正工作。這個(gè)新得到的板帶溫度既為板帶溫度分布最終監(jiān)測(cè)值。在新的采樣時(shí)刻，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按步驟二到步驟五重新構(gòu)造板帶溫度模型，預(yù)測(cè)并修正下一時(shí)刻板帶溫度分布，得到新的時(shí)刻板帶溫度分布監(jiān)測(cè)值。這樣板帶溫度分布被連續(xù)監(jiān)測(cè)。本實(shí)施例監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖5所示。在不知到板帶初始溫度分布的情況下可以重構(gòu)板帶溫度分布，收斂到板帶溫度分布的實(shí)際值。圖6為運(yùn)行20秒的巻曲溫度與應(yīng)用監(jiān)測(cè)方法得到的溫度值。由圖可知，采用本發(fā)明所述的層流冷卻過程監(jiān)測(cè)方法，兼有濾波的作用，可以比較精確的監(jiān)測(cè)冷卻區(qū)內(nèi)板帶的溫度分布。本實(shí)例中，監(jiān)測(cè)板帶溫度與實(shí)測(cè)板帶溫度之差最大為l(TC。權(quán)利要求1、一種熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、將精軋機(jī)出口到卷取溫度檢測(cè)點(diǎn)和板帶上下表面為邊界的開口系劃分為多個(gè)單元格，每個(gè)單元格是能夠監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，然后設(shè)置板帶各單元格的初始溫度分布，為板帶溫度模型構(gòu)建提供初始板帶溫度分布；步驟二、根據(jù)按步驟一所述劃分的單元格，確定板帶溫度模型的階數(shù)為m×n，其中m是板帶在厚度方向上劃分的單元格數(shù)，n為板帶在長度方向上劃分的單元格數(shù)，將輸入的板帶各單元格溫度分布、板帶物性參數(shù)、表面換熱系數(shù)、卷曲速度、環(huán)境溫度、以及實(shí)測(cè)水流量、水溫帶入板帶溫度模型系數(shù)的計(jì)算公式，直接確定溫度模型系數(shù)，完成板帶溫度模型的構(gòu)建工作；步驟三、根據(jù)當(dāng)前板帶溫度分布，采用步驟二得到的板帶溫度模型預(yù)測(cè)下一時(shí)刻步驟一所述的各單元格的溫度，并將板帶溫度預(yù)測(cè)值輸出給板帶溫度修正調(diào)用；步驟四、根據(jù)步驟二得到的板帶溫度模型系數(shù)，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法，計(jì)算反饋修正系數(shù)，并把反饋修正系數(shù)輸出供板帶溫度修正調(diào)用；步驟五、用現(xiàn)場(chǎng)卷曲溫度傳感器采集得到的卷曲溫度實(shí)測(cè)值對(duì)得到的板帶溫度分布預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，即把卷曲溫度實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值之差和反饋修正系數(shù)相乘，然后與得到的溫度分布預(yù)測(cè)值相加，得到新的板帶溫度分布值，把這個(gè)修正后的溫度分布作為最終監(jiān)測(cè)到的板帶溫度分布值。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法，其特征是，步驟一中，把從精軋機(jī)到巻曲機(jī)之間的板帶在厚度方向上劃分為m層，長度方向上劃分為n段，共mXn個(gè)單元格，在長度方向上根據(jù)冷卻水噴嘴尺寸進(jìn)行劃分，使每組噴嘴覆蓋范圍為各段長度的整數(shù)倍。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法，其特SE是，所述板帶溫度模型在新的采樣時(shí)刻，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按步驟二到步驟五重新構(gòu)建，然后利用板帶溫度模型預(yù)測(cè)并修正下一時(shí)刻板帶溫度分布，得到新的時(shí)刻板帶溫度分布監(jiān)測(cè)值，這樣板帶溫度分布被連續(xù)監(jiān)測(cè)。全文摘要本發(fā)明涉及一種冶金工業(yè)領(lǐng)域的熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監(jiān)測(cè)方法。本發(fā)明針對(duì)熱軋帶鋼層流冷卻過程，監(jiān)測(cè)從精軋機(jī)出口到卷曲溫度測(cè)量點(diǎn)之間各位置處板帶溫度分布。本發(fā)明利用板帶物性參數(shù)和冷卻裝置參數(shù)直接寫出狀態(tài)空間形式的板帶溫度模型初步預(yù)測(cè)板帶帶溫度分布；根據(jù)板帶上下表面卷曲溫度，采用擴(kuò)展卡爾曼濾波方法對(duì)初步預(yù)測(cè)值進(jìn)行修正，得到板帶溫度監(jiān)測(cè)值。本發(fā)明應(yīng)用方便，且適合多種鋼種，可以提高板帶溫度分布的監(jiān)測(cè)精度，降低了對(duì)模型精度的要求。文檔編號(hào)B21B37/74GK101456038SQ20091004503公開日2009年6月17日申請(qǐng)日期2009年1月8日優(yōu)先權(quán)日2009年1月8日發(fā)明者席裕庚,檸李,李少遠(yuǎn),毅鄭申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)