PDF《博士学位论文公示材料》

―1― 博士学位论文公示材料 学生姓名 徐小青 学号

1210125 二级学科 材料学 导师姓名 张启富、刘常升 论文题目 带钢典型热处理过程工艺优化控制研究 论文关键词 带钢;

热处理工艺;

数学模型;

观测器;

参数优化;

优化控制策略;

论文摘要(中文) 应用模型化、智能化方法,对带钢热处理过程的温度制度进行优化制定,对带钢升温、降温过程 进行实时优化控制,将大幅提升带钢热处理的精准性,能够获得优良的产品性能.

由于这种精准热处 理方法可以达到冶金生产的减量化、定制化目标,因此在冶金领域取得了共识并开始用于带钢生产过 程.目前,通过工艺优化控制实现带钢精准热处理已经成为带钢生产过程中的重要技术和发展趋势. 受来料因素、装备能力以及检测装置等因素的影响,通过工艺优化控制实现带钢的精准热处理还 存在诸多问题.因此国家已在十三五期间,将该项技术列入重点研发方向.本文瞄准如何应用模型化、 智能化方法系统研究带钢热处理过程的工艺优化控制问题,该项研究对冶金工业的绿色化、智能化具 有重要意义. 针对带钢热处理过程,本研究在以下方面展开:一是系统地研究了带钢热镀锌连续退火过程中温 度制度的优化设定以及加热、冷却过程的温度控制问题;

二是考虑到带钢连续退火降温控制问题的非 典型性,研究了带钢热轧层流冷却过程的优化控制问题.重点研究内容为过程数学模型、温度观测器 构建以及优化控制策略.具体研究工作如下: (1) 建立了基于数据挖掘方法的连续退火工艺优化制定策略以及其可行性在线评估方法.首先 针对典型钢种进行退火工艺试验,确定连续退火温度制度;

然后通过采集生产过程实时数据以及实验 室检测数据,应用 IBK 算法进行退火温度制度的优化设定,应用神经元网络算法在线评估退火温度制 定结果.某厂实际应用与数据分析表明,该算法能够在考虑带钢微小差异以及目标性能的前提下,设 定最优退火工艺.本研究方法不仅仅用于退火温度设定,还可以用于其它热处理工艺制度的优化,如 冷却速率、终冷温度等. (2) 建立了基于温度观测器的退火温度优化控制策略.首先,建立了带钢加热过程忽略相变因 素的一维非稳态导热模型,并将不同炉段换热过程通过边界条件耦合到导热模型.在PH-NOF 段,利 用经验准数方程计算带钢与炉气之间的对流换热问题,利用假想面构造封闭空间,通过辐射换热网络 图法处理带钢与环境的辐射换热.在RTF 段,利用假想面等效黑度法结合辐射换热网络图法处理带钢 与环境的辐射换热.其次,建立了带钢加热过程温度观测器,并利用非线性最小二乘对温度观测器模 型参数进行修正.最后,在观测器的基础上,针对 PH-NOF 段采用燃气流量设定,针对 RTF 段采用炉 温设定的综合控制策略.经实际生产数据以及现场试验验证,温度观测器具有很高的精度,优化控制 策略能够精准控制带钢退火温度. (3) 建立了基于温度观测器的冷却路径控制方法.首先,针对冷却过程特点,建立了带钢冷却过程 考虑相变因素的焓法模型,并利用规则溶液亚典阵模型计算带钢热焓、C 扩散控制的相变模型计算奥 氏体相变.对于不同的冷却形式通过边界进行考虑,针对层流冷却以及喷气冷却特点,采用准数经验 公式进行换热计算.其次,在物理模型的基础上,建立带钢冷却过程的温度观测器以及观测器参数优 化方法.最后,在观测器的基础上,将冷却路径控制转换成带有约束的二次规划问题,通过求解带约 束的二次优化问题得到最佳控制率.经过实际生产数据以及模拟结果验证,观测器具有很高的精度, 优化控制算法具有实时性,能够实现复杂的冷却路径控制.层流冷却过程实际应用显示,该算法能够 精确控制卷取温度,同时也能实现冷却路径控制的目标. ―2― 论文摘要(英文) The accuracy of strip heat treatment can be greatly improved by optimizing the temperature profile of heat treatment and constantly controlling the temperature rise and drop by means of applying mathematical and intelligent model-based methodology, and the excellent product performance can be obtained as well. Heat treatment with high accuracy, due to its capability to fulfill alloy contents reduction and product customization in metallurgical processes, is well recognized in metallurgical industry and starts to be used in strip production process. At present, achieving accurate strip heat treatment by process optimization and control has become the critical technology and it'