加热炉数学模型优化控制系统

●项目简介

在轧钢生产过程中，钢材的温度水平和温度分布是影响产品的质量和产量以及生产过程消耗的重要因素，而钢材的温度与加热炉的加热过程和轧线生产情况直接相关。因此研究钢材在加热炉内的加热过程和轧制过程中的温度变化，准确控制钢材的温度，对整个轧钢生产过程的优化具有重要意义。

所谓加热炉数学模型，实际上是加热炉热过程的数学描述，它描述加热炉炉内发生的热过程的基本规律和热状态，确定炉内热过程参数间的定量关系。在线控制数学模型的作用在于根据可测参量（如炉温、燃料量、产量等）计算出不可测的参量（如金属温度及其分布），并依此计算来确定优化的操作制度（炉温制度或供热制度）。

在保证产量和质量的前提下，根据加热炉数学模型，以降低燃耗、减少氧化烧损为目标，通过离线优化计算，可以得到适应产量变化、钢材尺寸和材质等变化的最优炉温制度和钢材升温曲线，为在线控制提供依据。

在加热炉数学模型和离线优化计算的基础上，建立加热炉在线优化控制系统，包括物料跟踪模块、温度跟踪模块、最佳炉温动态设定模块、反馈控制模块、燃烧控制模块、待轧及故障处理模块以及网络通讯模块和数据库管理系统等，控制系统的总体结构如图所示。

该项目已成功应用于宝山钢铁股份有限公司钢管分公司环形加热炉和荒管再加热炉的计算机控制中，并获“宝钢重大科技进步成果三等奖”和“冶金科学技术三等奖”。

●应用范围

该项目可以应用于加热炉的计算机控制中，特别适用于冶金企业的连续式加热炉计算机控制中。

●经济效益及市场分析

在宝山钢铁股份有限公司钢管分公司环形加热炉和荒管再加热炉的计算机控制中，通过本项目的实施，实现了环形加热炉和荒管再加热炉的数学模型优化控制，减轻了操作人员的劳动强度，提高了炉子的控制精度。两套系统投入运行后，加热炉生产情况稳定，加热质量有明显改善，燃耗和氧化烧损显著降低（环形加热炉燃耗和氧化烧损分别降低6％和8％，荒管再加热炉燃耗和氧化烧损分别降低6％和4％），带来明显的经济效益。根据现场统计和评审，环形加热炉和荒管再加热炉优化控制系统的年直接经济效益分别为455.8万元和155.65万元。

目前我国各大钢铁企业有多套加热炉计算机控制系统正在上马，该项目的投入将有助于提高企业的计算机控制水平，并带来显著的经济效益。

常压多功能无约束中厚板淬火控冷系统

●项目简介

由北京科技大学机械和信息两学院与太原钢铁公司联合开发的常压多功能无约束中厚板淬火控冷系统已在太钢不锈热轧厂一次投产成功，使原热处理淬火线月产量增加一倍，生产稳定。据近8个月统计，已完成4万吨的不锈钢固溶处理，1Cr18Ni9Ti一次性合格率提高13.34%，0Cr18Ni9一次性合格率提高2.5%，16MnR一次性合格率提高29%，不锈钢一次性能合格率稳定在98%以上。由于具备淬火和控冷两种功能，扩大了热轧厂的品种，填补了热轧厂调质钢生产的空白。该系统具有以下特点：

（1） 采用流射沸腾强化机理，冷却速率高。目前使用的冷却速率，对板厚20mm不锈钢可达45℃/s以上，对板厚40mm不锈钢可达22℃/s以上。，

（2） 与目前我国进口的压力淬火机和辊式淬火机不同，该系统利用“流场、温度场、应力场和组织场的耦合和解耦”、“计算机仿真”和“物理模拟”技术，实现无约束连续淬火板形平直度控制。淬火后板形不平直度符合或高于工艺要求，能顺利通过后面的矫直机和抛丸机。

l 采用“强适应钢板横向冷却曲线”，保证横向板形平直。

l 采用“一对一模拟控制技术”，保证良好上下水比。

l 采用“阻尼反抑制”和“多级均匀阻尼技术”，保证每个喷嘴的下水均匀。

l 采用“多集管水源稳定技术”，保证每一时刻水流的稳定。

l 采用“全场变形控制技术”，保证钢板纵向平直。

(3)用高低位水箱储能、计算机在线跟踪控制、干净水直接溢流回收无泄漏和大型复杂系统水流动态控制集成技术，使瞬间供水量达到900m3/h水系统的5～6倍，满足淬火控冷要求，大大节省投资（外国淬火机制造商认为必须建设4000m3/h的水系统才能满足要求）

(4)采用人工智能控制目标温度预报和控冷模型优化技术。

(5)建成了用于工业生产兼具强、弱冷系统和淬火控冷两种功能的常化线炉后常压(0.1MPa)热处理系统。

2001年12月17日经山西省科委组织鉴定，本系统为国内外首创，处国际领先水平。

●应用范围

可用于中厚钢板常化线炉后淬火控冷，也可用于轧后加速冷却和直接淬火上（即ACC+DQ）。

●经济效益及市场分析

据太钢使用情况，其成本仅为进口的四分之一或更低，效益如前所述，年效益千万元以上。

高速高精轧制工艺和控制技术

●项目简介

由北京科技大学机械和信息两学院与东北轻合金加工厂联合开发的高速高精轧制工艺和控制技术已经在东北轻合金加工厂1350mm粗中和中精两台铝箔机组上成功应用多年。比国内同类型轧机(无板形仪)的轧制速度普遍水平高50％左右，达到1，2道次为600～700m/min；3，4道次为750～900m/min；5道次达800－1100m/min；6道次达450～600m/min。成卷铝箔厚差85％以上在±3％以内，90％以上在±5％以内。成品率可达80％以上、铝箔表面没有振痕，在线板形良好。经有色金属总公司鉴定，达同类产品国际先进水平，获两个部级二等奖。该技术特点如下：

(1) 铝箔轧制采用张力AGC模糊控制；

(2) 成功研制和应用全密封张力传感器（获国家专利），实现张力直接闭环。张力传感器价格为进口的1/10；

(3) 采用电涡流传感技术测定铝箔前后滑；

(4) 研制并应用了“基于专家经验的工艺参数预设定和二次优化设定”；

(5) 采用基于消除二助浪及强适应板形控制的支撑辊辊型；

(6) 进行轧机整机动态振动分析，用“变形区摩擦技术控制铝箔振痕”；

(7) 研制出能满足铝箔高速轧制，能降低轧制力，生产双零六铝箔的轧制油添加剂；

(8) 进行上下位机综合改造，具有全液压AGC，张力AGC和速度AGC综合控制能力。

●应用范围

可以单项或多项技术形式在铝带箔轧机或其他金属材料的带箔轧机上应用。

经济效益及市场分析：

通过提高产量、降低废次品率和减少设备损耗、节能，自行开发软件，上述项目财务证明效益为4364万元。

四辊精密冷轧机

●项目简介

由北京科技大学机械和信息两学院与上海冶金设备总厂联合开发的四辊精密冷轧机已经在生产上成功应用多年。对厚度0.1mm的带钢，厚差在±4μm以内。主传动稳速精度