本文選題：板帶凸度　切入點(diǎn)：分段冷卻　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：熱軋鋁板帶的凸度是影響熱軋產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素,而在對(duì)其進(jìn)行理論研究與控制的過程中,軋輥熱效應(yīng)是必須要考慮的因素�，F(xiàn)有的熱軋板帶凸度控制裝置對(duì)軋機(jī)的基礎(chǔ)設(shè)備要求較高,且設(shè)備投入大,適用于先進(jìn)的鋁板帶熱軋機(jī),但即使熱軋機(jī)配有多種先進(jìn)的板形控制手段,也未能實(shí)現(xiàn)鋁板帶凸度的精確控制。此外,國(guó)內(nèi)熱軋鋁板帶企業(yè)多為中小型企業(yè),生產(chǎn)條件和軋機(jī)設(shè)備相對(duì)落后。因此,尋求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、高精度的熱軋鋁板帶凸度控制方法是十分必要的。本文在理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,提出一種間接式熱軋鋁板帶凸度自動(dòng)檢測(cè)和控制系統(tǒng),并應(yīng)用于二輥鋁板帶熱軋機(jī)上,實(shí)現(xiàn)了板帶凸度的檢測(cè)與控制。其主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)基于湍流射流理論,建立軋輥與冷卻液間流-熱耦合模型,在模型仿真分析的基礎(chǔ)上,優(yōu)化軋機(jī)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù),提高其冷卻性能。并在此基礎(chǔ)上,開發(fā)該軋機(jī)的分段冷卻系統(tǒng),包括先導(dǎo)型常閉電磁閥的設(shè)計(jì)以及分段冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后通過針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)對(duì)該冷卻系統(tǒng)的冷卻能力進(jìn)行驗(yàn)證。(2)對(duì)軋輥熱效應(yīng)進(jìn)行深入研究。利用有限元方法建立軋輥三維溫度場(chǎng)模型,分析軋制過程和軋制間歇期內(nèi)軋輥熱效應(yīng)的變化規(guī)律,以及冷卻液流量、軋制速度、冷卻液分布等因素的影響。在板帶與軋輥之間接觸換熱系數(shù)的計(jì)算中考慮了板帶變形熱和摩擦熱,基于有限元方法計(jì)算相應(yīng)軋制條件下二輥鋁板帶熱軋機(jī)軋輥與冷卻液間的對(duì)流換熱系數(shù),計(jì)算過程中軋輥溫度和板帶溫度均為在線實(shí)測(cè)值,最終得到更為精確的軋輥熱效應(yīng)分析結(jié)果。(3)利用紅外傳感器的測(cè)溫原理,考慮熱軋鋁板帶生產(chǎn)過程中冷卻液以及軋輥表面氧化鋁等外界因素對(duì)溫度測(cè)量結(jié)果的影響,研發(fā)了軋輥溫度在線測(cè)量系統(tǒng)和熱軋鋁板帶溫度在線測(cè)量系統(tǒng),包括機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)軋制過程中軋輥和板帶溫度的在線檢測(cè)。(4)基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論,并在軋輥測(cè)溫系統(tǒng)研發(fā)成功的基礎(chǔ)上,提出熱軋鋁板帶凸度的間接檢測(cè)方法。綜合考慮預(yù)測(cè)模型的收斂速度和預(yù)測(cè)精度,建立自適應(yīng)PSO-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并利用實(shí)際軋制過程中的軋制參數(shù)訓(xùn)練該網(wǎng)絡(luò)模型,從而得到熱軋鋁板帶凸度預(yù)測(cè)模型,最終實(shí)現(xiàn)根據(jù)軋輥溫度及相關(guān)軋制參數(shù)間接檢測(cè)板帶凸度的目的。(5)基于模糊控制理論,研發(fā)軋輥分段冷卻閉環(huán)模糊控制系統(tǒng),該系統(tǒng)以軋輥溫度預(yù)設(shè)定模型為目標(biāo),以軋輥測(cè)溫系統(tǒng)為反饋環(huán)節(jié),分段冷卻系統(tǒng)為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合熱軋鋁板帶凸度影響因素的理論分析,提出了熱軋鋁板帶凸度的間接控制方法,并將其應(yīng)用于實(shí)際的熱軋生產(chǎn)中,通過針對(duì)性的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了控制方法的有效性。
[Abstract]:The crown of hot rolled aluminum strip is the key factor to affect the quality of hot rolled products, and in the process of theoretical research and control, The hot effect of roll is the factor that must be considered. The existing hot strip crown control device requires high basic equipment of rolling mill, and it is suitable for advanced aluminum strip hot rolling mill. But even if hot rolling mill is equipped with many advanced flatness control methods, it can not realize the accurate control of aluminum strip crown. In addition, domestic hot rolling aluminum strip enterprises are mostly small and medium-sized enterprises, and the production conditions and rolling equipment are relatively backward. It is necessary to seek a simple, economical and high precision control method for the crown of hot rolled aluminum sheet and strip. Based on the theoretical and experimental research, an automatic detecting and controlling system for the crown of aluminum strip in indirect hot rolling is proposed in this paper. The main research contents are as follows: 1) based on the turbulent jet theory, the fluid-heat coupling model between roll and coolant is established, and based on the simulation analysis of the model, the flow and heat coupling model between roll and coolant is established. The structural parameters of the cooling system of the rolling mill are optimized to improve its cooling performance. On this basis, the segmented cooling system of the mill is developed. It includes the design of pilot type normally closed solenoid valve and the structural design of segmented cooling system. Finally, the cooling capacity of the cooling system is verified by field experiments. Three dimensional temperature field model of roll is established by finite element method. The variation law of roll thermal effect during rolling interval and cooling fluid flow rate and rolling speed are analyzed. In the calculation of contact heat transfer coefficient between strip and roll, deformation heat and friction heat of plate and strip are considered. Based on the finite element method, the convection heat transfer coefficient between the roll and the coolant of the two-roll aluminum strip hot rolling mill is calculated under the corresponding rolling conditions. The roll temperature and the strip temperature are measured on line in the process of calculation. Finally, a more accurate analysis result of roll thermal effect is obtained. The temperature measurement principle of infrared sensor is used to consider the influence of cooling fluid and aluminum oxide on the temperature measurement results in the process of hot rolling aluminum strip production. The on-line measuring system of roll temperature and the on-line temperature measurement system of hot rolled aluminum sheet and strip, including the design of mechanical structure and control system, are developed to realize the on-line measurement of roll and strip temperature in rolling process based on artificial neural network theory. On the basis of the research and development of roll temperature measuring system, an indirect testing method for the crown of hot rolled aluminum strip is proposed. Considering the convergence speed and precision of the prediction model, an adaptive PSO-BP neural network model is established. The neural network model is trained by the rolling parameters in the actual rolling process, and the prediction model of the crown of hot rolled aluminum sheet and strip is obtained. Finally, the goal of indirectly detecting the strip crown according to the roll temperature and the relative rolling parameters is realized based on the fuzzy control theory. The closed loop fuzzy control system for roll subsection cooling is developed. The system takes the roll temperature pre-setting model as the target, the roll temperature measurement system as the feedback link and the piecewise cooling system as the executing mechanism. Based on the theoretical analysis of the factors affecting the crown of hot rolled aluminum sheet and strip, the indirect control method of the crown of hot rolled aluminum sheet and strip is put forward, and it is applied to the actual hot rolling production. The effectiveness of the control method is verified by the targeted field experiments.
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG334.9

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本文編號(hào)：1659916