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数学模型在特种合金酸洗生产线控制中的应用

作　者: 窦晓尧
导　师: 王豪；郑嘉范
学　校: 上海交通大学
专　业: 控制工程
关键词: 数学模型酸洗控制
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 32次
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内容摘要

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。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-15
  1.1 课题背景  11-12
  1.2 课题来源  12-13
  1.3 课题的意义及国内外现状  13-14
  1.4 论文的内容安排  14-15
第二章热冷酸洗生产线的生产工艺流程  15-27
  2.1 酸洗生产线的概述  15-16
    2.1.1 半连续酸洗机组  15
    2.1.2 连续塔式酸洗机组  15-16
    2.1.3 连续卧式酸洗机组  16
  2.2 紊流在卧式酸洗生产线中的应用  16-20
    2.2.1 紊流酸洗的发展  16-17
    2.2.2 紊流酸洗原理  17-19
    2.2.3 紊流酸洗槽结构特点  19-20
    2.2.4 紊流酸洗优点  20
  2.3 酸洗工艺  20-21
    2.3.1 电解酸洗工艺  20-21
    2.3.2 硫酸酸洗工艺  21
    2.3.3 混酸酸洗工艺  21
  2.4 酸洗工艺段设备描述  21-26
    2.4.1 酸洗入口部分  22-23
    2.4.2 中性盐电解酸洗  23-24
    2.4.3 硫酸酸洗段  24
    2.4.4 中间漂洗和刷洗段  24
    2.4.5 混酸酸洗段  24-25
    2.4.6 喷淋酸洗段  25
    2.4.7 带钢干燥  25-26
    2.4.8 废气处理  26
    2.4.9 酸洗工艺条件  26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 PID 概述与数学模型功能  27-36
  3.1 PID 控制概述及原理  27-29
    3.1.1 PID 控制概述  27-28
    3.1.2 PID 控制算法  28
    3.1.3 常规PID 参数的整定  28-29
  3.2 数学模型  29-30
    3.2.1 数学模型应用  29
    3.2.2 数学模型建立  29-30
    3.2.3 数学模型的应用  30
  3.3 酸洗过程数学模型功能  30-35
    3.3.1 电解/硫酸酸洗  31-32
    3.3.2 化学酸洗  32-34
    3.3.3 生产顺序和钢卷数据接收  34
    3.3.4 带钢跟踪  34-35
    3.3.5 酸洗工艺计算  35
  3.4 数学模型结合PID 控制  35
  3.5 本章小节  35-36
第四章酸洗数学模型的建立  36-49
  4.1 引言  36-37
  4.2 酸液循环加热系统分析  37-38
    4.2.1 电解段加热模式  37
    4.2.2 酸洗段加热模式  37
    4.2.3 酸洗加热控制思想  37-38
  4.3 紊流过程模型  38-42
    4.3.1 紊流酸洗  38
    4.3.2 紊流酸洗物理－化学模型建立  38-39
    4.3.3 湍流模型  39-40
    4.3.4 计算验证  40
    4.3.5 酸洗槽结构模拟  40-42
  4.4 酸洗工艺模型  42-47
    4.4.1 模型参数  42-44
    4.4.2 模型参数之间相互关系  44-45
    4.4.3 模型参数局限性  45-47
  4.5 本章小结  47-49
第五章酸洗过程模型系统的实现  49-70
  5.1 特钢酸洗生产线自动化系统概述  49-51
    5.1.1 系统配置  49-50
    5.1.2 自动化系统功能介绍  50-51
  5.2 酸洗数学模型控制系统的设计与实现  51-53
    5.2.1 酸洗模型中各个参数的检测  51
    5.2.2 酸洗模型控制系统硬件设计  51-52
    5.2.3 酸洗模型机与L2 的通讯  52-53
  5.3 酸洗模型实现方式  53-66
    5.3.1 模型体系  53-54
    5.3.2 自适应模式  54
    5.3.3 常规模式  54-56
    5.3.4 模型公式  56-57
    5.3.5 材料种类  57
    5.3.6 模型参数表  57-58
    5.3.7 酸洗生产线数据  58-59
    5.3.8 实验室数据输入  59-60
    5.3.9 酸洗喷淋控制  60-65
    5.3.10 温度控制  65-66
  5.4 酸洗模型控制策略  66-68
  5.5 模型应用情况  68-69
  5.6 模型产生的经济效益  69-70
第六章结束语  70-71
参考文献  71-73
致谢  73-74
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  74

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