数学模型在特种合金酸洗生产线控制中的应用

论文摘要

在钢铁冶金领域,酸洗是钢铁生产和钢铁表面处理时不可或缺的的工艺过程,是冷轧生产之前的关键工序,它的主要作用是借助机械和化学的作用,把从热连轧来的带钢钢卷表面氧化皮及污垢去掉,得到表面清洁的带钢。按照缩短酸洗时间、提高酸洗质量、减少废酸污染、发展低碳的趋势,本文从数学模型的角度提出控制酸洗浓度、温度、紊流、新酸量,使得酸洗达到更好的效果。宝钢股份特钢事业部于2010上半年建成投产的钛镍特种合金板带冷轧厂,其酸洗生产线采用热冷连续式酸洗机组（Hot & Cold continuous pickling line简称HCPL）,并选择混酸浅槽紊流酸洗工艺。酸洗槽的工艺段控制采用PID控制方式,投产后使用效果不是很理想。本文即针对这一现状,以解决现场实际问题为出发点,结合基于数学模型的控制思想,寻求一种适用于该工艺情况的控制方法。本文重点分析了酸洗生产线的酸液温度、浓度、紊流、带钢质量、酸液中酸和金属离子溶解度之间的相互关系,指出酸洗线工艺的复杂性,传统的单回路PID控制很难达到其控制要求。在控制思想上,研究了当前国内外先进控制技术和PID控制技术的理论和方法,分析了PID控制系统和模型控制系统在控制方面的优缺点,提出把数学模型和PID控制相结合的控制方法,综合PID控制具有算法简单、可靠性高和稳态误差小的优点和数学模型具有预计划性、稳定性好的优点,设计实现了基于数学模型的酸洗生产线控制系统,并在Siemens S7-400控制系统中,完成了具体的实现,有效解决了原酸洗生产线的控制稳定性不足等问题。生产实践表明,系统稳定可靠。在相应的工艺要求下,完全符合生产要求,大大提高了带钢酸洗质量,同时降低了用酸成本和工人的劳动强度,达到了预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题来源
• 1.3 课题的意义及国内外现状
• 1.4 论文的内容安排
• 第二章 热冷酸洗生产线的生产工艺流程
• 2.1 酸洗生产线的概述
• 2.1.1 半连续酸洗机组
• 2.1.2 连续塔式酸洗机组
• 2.1.3 连续卧式酸洗机组
• 2.2 紊流在卧式酸洗生产线中的应用
• 2.2.1 紊流酸洗的发展
• 2.2.2 紊流酸洗原理
• 2.2.3 紊流酸洗槽结构特点
• 2.2.4 紊流酸洗优点
• 2.3 酸洗工艺
• 2.3.1 电解酸洗工艺
• 2.3.2 硫酸酸洗工艺
• 2.3.3 混酸酸洗工艺
• 2.4 酸洗工艺段设备描述
• 2.4.1 酸洗入口部分
• 2.4.2 中性盐电解酸洗
• 2.4.3 硫酸酸洗段
• 2.4.4 中间漂洗和刷洗段
• 2.4.5 混酸酸洗段
• 2.4.6 喷淋酸洗段
• 2.4.7 带钢干燥
• 2.4.8 废气处理
• 2.4.9 酸洗工艺条件
• 2.5 本章小结
• 第三章 PID 概述与数学模型功能
• 3.1 PID 控制概述及原理
• 3.1.1 PID 控制概述
• 3.1.2 PID 控制算法
• 3.1.3 常规PID 参数的整定
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 数学模型应用
• 3.2.2 数学模型建立
• 3.2.3 数学模型的应用
• 3.3 酸洗过程数学模型功能
• 3.3.1 电解/硫酸酸洗
• 3.3.2 化学酸洗
• 3.3.3 生产顺序和钢卷数据接收
• 3.3.4 带钢跟踪
• 3.3.5 酸洗工艺计算
• 3.4 数学模型结合PID 控制
• 3.5 本章小节
• 第四章 酸洗数学模型的建立
• 4.1 引言
• 4.2 酸液循环加热系统分析
• 4.2.1 电解段加热模式
• 4.2.2 酸洗段加热模式
• 4.2.3 酸洗加热控制思想
• 4.3 紊流过程模型
• 4.3.1 紊流酸洗
• 4.3.2 紊流酸洗物理－化学模型建立
• 4.3.3 湍流模型
• 4.3.4 计算验证
• 4.3.5 酸洗槽结构模拟
• 4.4 酸洗工艺模型
• 4.4.1 模型参数
• 4.4.2 模型参数之间相互关系
• 4.4.3 模型参数局限性
• 4.5 本章小结
• 第五章 酸洗过程模型系统的实现
• 5.1 特钢酸洗生产线自动化系统概述
• 5.1.1 系统配置
• 5.1.2 自动化系统功能介绍
• 5.2 酸洗数学模型控制系统的设计与实现
• 5.2.1 酸洗模型中各个参数的检测
• 5.2.2 酸洗模型控制系统硬件设计
• 5.2.3 酸洗模型机与L2 的通讯
• 5.3 酸洗模型实现方式
• 5.3.1 模型体系
• 5.3.2 自适应模式
• 5.3.3 常规模式
• 5.3.4 模型公式
• 5.3.5 材料种类
• 5.3.6 模型参数表
• 5.3.7 酸洗生产线数据
• 5.3.8 实验室数据输入
• 5.3.9 酸洗喷淋控制
• 5.3.10 温度控制
• 5.4 酸洗模型控制策略
• 5.5 模型应用情况
• 5.6 模型产生的经济效益
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文