專利名稱：：熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法
技術領域：
：本發明涉及一種冶金工業
技術領域：
的溫度監測方法，特別涉及一種熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法。
背景技術：
：隨著新型材料的不斷出現，汽車行業需要更輕便，但又能保證一定強度和韌性的鋼板。為了提高鋼材性能的辦法，除了加入合金以外，軋后控制冷卻技術對鋼材的性能起到至關重要的作用。因此，在熱軋層流冷卻過程中亟需一種具有高柔性，高精度的控制方法。為了能夠得到較高的控制精度，克服冷卻過程的擾動，首先需要知道冷卻區內板帶溫度。然而，在熱軋帶鋼的層流冷卻過程，由于水冷區內冷卻水和蒸汽的存在，無法檢測冷卻過程冷卻區內鋼板溫度的實時數據。因此，如何監測水冷區內板帶溫度分布是一個亟待解決的問題。經對現有技術文獻的檢索發現，MukhopadhyayA.等在《JournalofMaterialsProcessingTechnology》(材料處理技術)(2005年，第169期，164-172頁)，上發表的"Implementationofanon-linerun-outtablemodelinahotstripmill"(—種在線冷卻模型在熱軋帶鋼中的應用)采用一維傳熱模型預測板帶溫度。然而，這種方法是一個前向的估計方法，模型沒有體現各帶點之間的關系，也沒有反饋矯正，模型精度要求嚴格。XieH.B等在《JournalofMaterialsProcessingTechnology))(材料處理技術)(2006年，第177期，121_125頁)，上發表的"Predictionofcoilingtemperatureonrun-outtableofhotstripmillusingdatamining"(應用數據挖掘預測熱軋帶鋼巻曲溫度)提出了采用神經網絡預測板帶巻曲溫度，然而，這種方法不能預測板帶在水冷區內的暫態溫度。
發明內容本發明針對上述現有技術的不足，提出了一種熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法。本發明采用精軋機出口到巻曲機前這一開口系的熱平衡方程預3測冷卻裝置各位置處的溫度分布，并采用巻曲溫度傳感器的實測數據修正模型預測得到的板帶溫度分布，作為最終監測結果。本發明應用簡單，適用于多個鋼種。監測結果為冷卻裝置固定位置處鋼板厚度方向的溫度分布，而不是固定帶點厚度方向的溫度分布，可直接用于冷卻過程的動態控制，無需進行轉換。另外，本發明通過反饋巻曲溫度矯正板帶溫度預測值，得到的板帶溫度，提高了監測精度，對模型精度的要求降低。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明針對熱軋帶鋼層流冷卻過程，監測從精軋機出口到巻曲溫度測量點之間各位置處板帶溫度分布。本發明利用板帶物性參數和冷卻裝置參數直接寫出狀態空間形式的板帶溫度模型初步預測板帶溫度分布；根據板帶上下表面巻曲溫度，采用擴展卡爾曼濾波方法對初步預測值進行修正，得到板帶溫度監測值。本發明方法包括如下步驟步驟一、將精軋機出口到巻取溫度檢測點和板帶上下表面為邊界的開口系劃分為多個單元格，每個單元格是能夠監測的監測點，然后設置板帶各單元格的初始溫度分布，為板帶溫度模型構建提供初始板帶溫度分布。本步驟中，根據用戶所需要監測的板帶溫度分布的密度，板帶幾何尺寸以及冷卻區噴嘴布局合理劃分以精軋機出口到巻取溫度檢測點和板帶上下表面為邊界的開口系。厚度方向根據板帶厚度均勻分為m層，長度方向分為n段，共mXn個單元格。在長度方向上要根據冷卻水噴嘴尺寸進行劃分，使每組噴嘴覆蓋范圍為各段長度的整數倍，利于構建板帶溫度模型，進而預測板帶溫度。每個單元格即為監測方法能夠監測的監測點，單元格大小決定了本發明的溫度分布監測方法監測的溫度分布的密度。步驟二、根據按步驟一所述劃分的單元格，確定板帶溫度模型的階數為mXn，其中m是板帶在厚度方向上劃分的單元格數，n為板帶在長度方向上劃分的單元格數。將輸入的板帶各單元格溫度分布、板帶物性參數、表面換熱系數、巻曲速度、環境溫度、以及實測水流量、水溫帶入板帶溫度模型系數的計算公式，直接確定溫度模型系數，完成板帶溫度模型的構建工作。在每個采樣周期根據環境變化重新構建板帶溫度模型。步驟三、根據當前板帶溫度分布，采用步驟二得到的板帶溫度模型預測下一時刻步驟一所述的開口系內板帶的溫度分布，也就是步驟一所述各單元格的溫度，并將板帶溫度預測值輸出給板帶溫度修正調用。步驟四、根據步驟二得到的板帶溫度模型系數，采用擴展卡爾曼濾波方法，計算反饋修正系數，并把反饋修正系數輸出供板帶溫度修正調用。本發明采用擴展卡爾曼濾波方法確定反饋修正系數，對于高維系統其具有較好的收斂性，并可抑制噪聲，提高監測精度。步驟五、用現場巻曲溫度傳感器采集得到的巻曲溫度實測值對得到的板帶溫度分布預測值進行修正，即把巻曲溫度實測值與預測值之差和反饋修正系數相乘，然后與得到的溫度分布預測值相加，得到新的板帶溫度分布值，把這個修正后的溫度分布作為本發明監測方法最終監測到的板帶溫度分布值。所述板帶溫度模型在新的采樣時刻，根據實測數據，按步驟二到步驟五重新構建，然后利用板帶溫度模型預測并修正下一時刻板帶溫度分布，得到新的時刻板帶溫度分布監測值，這樣板帶溫度分布被連續監測。本發明可實時監測冷卻區內部的板帶溫度分布,適用鋼種范圍廣，且在知道板帶和裝置參數后可以直接寫出，便于應用；本發明用巻曲溫度修正模型預測值，可以在不知道板帶初始溫度的前提下，重構板帶溫度分布，使板帶溫度監測值收斂到板帶溫度分布的實際值。同時起到了濾波和矯正的作用，提高了監測的精度。本發明的監測精度可以達到土12'C。因此，本發明可以以較高的精度監測板帶在冷卻區內的固定位置處的溫度，且適合多種鋼種，應用方便。圖l是本發明一實施例中層流冷卻過程示意圖2是本發明一實施例中層流冷卻過程從軋機到巻曲機間開口系的單元格劃分示意圖3是本發明一實施例中層流冷卻過程監測方法示意圖4是本發明一實施例中層流冷卻過程板帶導溫系數曲線；圖5是本發明一實施例中層流冷卻過程板帶溫度監測方法監測結果；圖6是本發明一實施例中層流冷卻過程巻曲溫度監測結果與實測值。具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方5案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。本實施例應用于熱軋帶鋼層流冷卻過程。如圖1所示，層流冷卻設備分為主冷區(46.8)，精冷區(15.6m)。共由12組噴嘴組成，各組噴嘴間距為5.2m。帶鋼精軋后溫度約為800-920°C，經冷流冷卻設備被冷卻至510-680'C，最終由巻曲機巻曲成巻。板帶參數如下板帶上下表面的熱傳導系數為義00乂)=56.43—0.0363x氛》=56.43—0.0363xx0y為第i層，第y段的單元格的板帶溫度。單位為xl(^mVs。空冷換熱系數采用史提芬-泊爾茲曼公式，水冷換熱系數經驗公式為g是水流量。環境溫度25'C，冷卻水溫度為25'C。板帶厚度3.5mm。巻曲速度為10.5m/s，主冷區水流量為200m7(s.m2)，精冷區水流量為150mV(s.m2)。本實施例實施流程圖如圖3所示步驟一，根據板帶幾何尺寸以及冷卻區參數，劃分精軋機出口到巻取溫度監測點和板帶上下表面為邊界的開口系。厚度方向分為5層，每層0.7mm;長度方向分為14段，每段5.2m。如圖2所示。設置板帶各單元格的初始溫度值AT。，令板帶各段溫度由軋機處86(TC依次遞減到巻曲溫度64(rC，厚度方向溫度相同。步驟二，按步驟一所述的方法劃分的單元格數，確定狀態空間形式的板帶溫度模型階數為14X5=70。特別的本實例中板帶溫度模型為其中x-[a^tx2T…a:/]t,a:,[Xux2j…,]T,C/"，2,…，")，、為第/層，第/段的單元格的溫度。>^)=[、("x^(Q]t是上下表面巻曲溫度。"(A:)-[/^("/^(*)、2("…/z"(W]T是上下表面的換熱系數向量，a:。是入口段的板帯溫度。F，(7，"和C為模型系數。+1)=F-jc(A:)+(.+"-jc。(A:)根據步驟二所述，根據當前板帶各單元格溫度分布、板帶物性參數、表面換熱系數、巻曲速度、環境溫度、以及實測水流量、水溫按下面模型系數公式直接確定板帶溫度模型的系數F，G，2)和C。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>/^ei卿；y=W(2A/);"dXx,》/V;風^)="(、)/;1(、)；v為巻曲速度；A/是段長；Ay是層厚；x①為水溫。第(/J)個單元格的導溫系數"(x,》可按圖4采用査表法得到。至此，完成了板帶溫度模型的構建工作。步驟三，根據當前板帶溫度分布，利用從步驟二中得到的板帶溫度模型預測下一時刻各單元格的溫度。步驟四、跟據得到的板帶溫度模型系數，采用擴展卡爾曼濾波方法，計算反饋修正系數，并把反饋修正系數輸出供板帶溫度修正用。步驟五，用現場巻曲溫度傳感器采集得到巻曲溫度實測值，將巻曲溫度實測值與巻曲溫度預測值之差乘以反饋系數，然后把這個結果與步驟三中得到的溫度分布預測值相加，得到新的板帶溫度分布。完成板帶溫度修正工作。這個新得到的板帶溫度既為板帶溫度分布最終監測值。在新的采樣時刻，根據實測數據，按步驟二到步驟五重新構造板帶溫度模型，預測并修正下一時刻板帶溫度分布，得到新的時刻板帶溫度分布監測值。這樣板帶溫度分布被連續監測。本實施例監測結果如圖5所示。在不知到板帶初始溫度分布的情況下可以重構板帶溫度分布，收斂到板帶溫度分布的實際值。圖6為運行20秒的巻曲溫度與應用監測方法得到的溫度值。由圖可知，采用本發明所述的層流冷卻過程監測方法，兼有濾波的作用，可以比較精確的監測冷卻區內板帶的溫度分布。本實例中，監測板帶溫度與實測板帶溫度之差最大為l(TC。權利要求1、一種熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、將精軋機出口到卷取溫度檢測點和板帶上下表面為邊界的開口系劃分為多個單元格，每個單元格是能夠監測的監測點，然后設置板帶各單元格的初始溫度分布，為板帶溫度模型構建提供初始板帶溫度分布；步驟二、根據按步驟一所述劃分的單元格，確定板帶溫度模型的階數為m×n，其中m是板帶在厚度方向上劃分的單元格數，n為板帶在長度方向上劃分的單元格數，將輸入的板帶各單元格溫度分布、板帶物性參數、表面換熱系數、卷曲速度、環境溫度、以及實測水流量、水溫帶入板帶溫度模型系數的計算公式，直接確定溫度模型系數，完成板帶溫度模型的構建工作；步驟三、根據當前板帶溫度分布，采用步驟二得到的板帶溫度模型預測下一時刻步驟一所述的各單元格的溫度，并將板帶溫度預測值輸出給板帶溫度修正調用；步驟四、根據步驟二得到的板帶溫度模型系數，采用擴展卡爾曼濾波方法，計算反饋修正系數，并把反饋修正系數輸出供板帶溫度修正調用；步驟五、用現場卷曲溫度傳感器采集得到的卷曲溫度實測值對得到的板帶溫度分布預測值進行修正，即把卷曲溫度實測值與預測值之差和反饋修正系數相乘，然后與得到的溫度分布預測值相加，得到新的板帶溫度分布值，把這個修正后的溫度分布作為最終監測到的板帶溫度分布值。2、根據權利要求1所述的熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法，其特征是，步驟一中，把從精軋機到巻曲機之間的板帶在厚度方向上劃分為m層，長度方向上劃分為n段，共mXn個單元格，在長度方向上根據冷卻水噴嘴尺寸進行劃分，使每組噴嘴覆蓋范圍為各段長度的整數倍。3、根據權利要求1所述的熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法，其特SE是，所述板帶溫度模型在新的采樣時刻，根據實測數據，按步驟二到步驟五重新構建，然后利用板帶溫度模型預測并修正下一時刻板帶溫度分布，得到新的時刻板帶溫度分布監測值，這樣板帶溫度分布被連續監測。全文摘要本發明涉及一種冶金工業領域的熱軋帶鋼層流冷卻過程板帶溫度監測方法。本發明針對熱軋帶鋼層流冷卻過程，監測從精軋機出口到卷曲溫度測量點之間各位置處板帶溫度分布。本發明利用板帶物性參數和冷卻裝置參數直接寫出狀態空間形式的板帶溫度模型初步預測板帶帶溫度分布；根據板帶上下表面卷曲溫度，采用擴展卡爾曼濾波方法對初步預測值進行修正，得到板帶溫度監測值。本發明應用方便，且適合多種鋼種，可以提高板帶溫度分布的監測精度，降低了對模型精度的要求。文檔編號B21B37/74GK101456038SQ20091004503公開日2009年6月17日申請日期2009年1月8日優先權日2009年1月8日發明者席裕庚,檸李,李少遠,毅鄭申請人:上海交通大學