连续退火炉的数模优化设计开题报告

河北联合大学轻工学院 本科毕业设计开题报告 题目：

连续退火炉数模优化设计 学部：

信息科学与技术部

专业：

电气工程及其自动化 班级：

10q电气7 姓名：

杨小霞

学号：

201015390724

指导教师：

张靖轩

2014 年 3 月 25 日 一、选题背景

1.1题目来源

本题目是指导老师结合我省各大钢铁企业实际情况拟定的综合性设计题目，目的是综合训练并全面考核学生运用专业知识解决系统工程问题的能力，并且切实解决连续退火过程中钢材加热模型和退火炉散热模型的建立及炉温控制等实际问题，以提高我省钢材产品质量。 1.2 应用性

在带钢冷轧生产流程中，退火过程需要经过加热、保温和快速冷却等一系列复杂过程来控制带钢的金相组织，从而达到预订的性能指标。带钢连续退火炉克服了过去罩式退火炉生产效率偏低、热均匀性较差等不足，目前已被广泛应用于带钢热处理工艺。 1.3先进性

带钢连续退火炉从炉型上主要分为卧式和立式两种，其采用的热处理工艺也不同。卧式连续退火炉采用的是改良森吉米尔法，立式连续退火炉主要采用的是美钢联法。两者区别主要有两点：一是带钢表面残余油脂处理方式的不同，改良森吉米尔法采用的是明火加热的方式，使带钢表面的油脂通过高温发挥；而美钢联法是通过电解脱脂来除去带钢表面残余油脂。二是在还原炉内加热方式上，改良森吉米尔法采用直接加热法，而美钢联法采用的是全辐射管的间接加热方式。

而我们这次的课题主要是以冷轧硅钢带电辐射管加热连续退火炉为主要研究对象，通过对连续电加热退火炉散热模型和钢材加热模型的分析研究，展开对电加热连续退火炉热工性能和自动控制技术的研究，以期实现控温自动化、高控温精度、高控制品质的效果，为企业带来产品质量优异、降低能耗 1.4发展前景 1.国内发展

我国目前生产用的热处理设备大多还是箱式或井式电阻炉，90%以上系周期性作业，空气加热炉占热处理炉总数的70%以上，而可控气氛炉和真空热处理炉的比例只有5%左右。这些落后的热处理设备大都存在着炉温均匀性差，工件氧化、脱碳严重，设备的可靠性较差，配套仪表、元器件质量不过关，工艺过程控制水平低，产品质量不稳定，热效率低，能耗高等问题。因此，要对落后的热处理设备进行更新改造，努力提高电阻炉炉温的均匀性和其它工艺参数的控制精度，以保证和提高热处理工件的质量，并限期淘汰一批产品质量差、能耗高、污染严重的落后设备。要大力发展感应加热和无氧化加热技术，大幅度增加可控气氛炉和真空热处理炉的比例，逐步取代现有的箱式炉和井式炉，这是热处理行业技术改造的重点之一。在我国现实情况下，应大力开发和推广应用低真空多用炉，以提高产品质量，适应企业小批量、多品种的生产需要，这可能是一条适合我国国情、发展新型高效热处理设备的捷径。其它新型热处理设备，如离子热处理炉、流态粒子炉、激光热处理装置、电子束热处理装置等，也应积极开发应用。 2.国外发展

国外热处理炉的发展趋势为：

(1)以电能为热源的炉子增多，油和煤气为热源的热处理炉比例逐渐减少。 (2)对产品表面质量的要求更为严格，可控气氛热处理炉仍占重要地位。

(3)退火炉衬趋向使用轻质材料，在电阻炉上应用非金属炉用耐热构件和发热元件的比例逐渐增加。

(4)微机和可编程序控制器的发展加速了热处理自动化，并有与其它工序组成全自动热处理线的趋势。 二、设计方案 2.1主要内容

拟现场采集工艺参数，建立退火炉散热、钢材加热数学模型，从而在加热功率已知的情况下，

通过优化计算离线确定设定炉温。 2.2方法手段 一、准备阶段 在知道课题以后，首先根据参考老师提供的相关题目收集相关资料书籍，购买一个毕业设计专用笔记本，在电脑中建立毕业设计专用文件夹，以便日后查阅整理资料，为毕业设计做好充分的准备工作。 二、查阅资料

查阅资料了解连续退火炉的钢材加热和退火炉散热的完整工艺过程，考虑影响炉子运行状态的各种因素，一一查看并排除不重要的影响因素。并建立文档，将查阅的相关资料内容整理总结到文档中，以便日后的查阅使用。 三、实地考察

如果条件允许的话，要到周边大型钢铁企业实地考察并参观连续退火炉的整个工艺过程，对整个钢材加热和退火炉散热过程进行观看并与工作人员进行沟通，切实了解整个过程的影响因素及其优缺点。将参观所获得的心得体会和了解到的相关知识整理记录到专用笔记本中。 四、对比分析

根据查阅的资料和实地考察所获得的资料进行对比分析，将连续退火炉的各种热处理方式也进行对比分析，找出可优化因素，并拟定优化方案。 五、整理总结

将优化方案整理总结成完整，初步确立钢材加热和退火炉散热的数学模型，并计算优化控制的炉内温度。 六、反思确认

将完整的设计进行二次确认，反思其中的各种影响因素，并给出相关解决办法及原因，以便毕业论文的整理。 2.3 预期达到的目标

希望通过我们设计的连续退火炉在钢材加热和退火炉散热过程中能够精准的确定和控制炉内温度，使我省乃至我国钢铁企业生产精品钢材比重增加，从根本上完成我国由粗加工向精加工转变，由低端产品向高端产品转变，从而切实提高综合竞争力和市场影响力。减少单位能耗与产出比例，完成节能减排任务艰巨，提高钢材产品的质量，从而提高企业的生产效率和经济效益。同时以期实现控温自动化、高控温精度、高控制品质的效果，为企业带来产品质量优异、降低能耗的同时，为我省乃至我国整个钢铁行业的热处理设备及其控制方法探求新路。

三、进度安排

第1-3周：选题，做好毕业设计相关准备工作，查阅整理所需相关资料，掌握毕业设计必备的辅助知识；

第4-5周：将资料按环节分类整理在相关文件夹和笔记本中，然后做开题报告； 第6周：将文件夹和笔记本中的资料汇总，制定初步设计方案； 第7-8周：将初步设计方案整理完善。

第9周：将设计方案中遇到的问题整理出来，与毕业设计老师共同商量解决办法，并完成中期报告；

第10-14周：整理文档和笔记本中所记录的资料，打印毕业设计资料，完成毕业论文，让指导老师评阅；

第15-16周：精炼语言，检查格式，准备进行毕业答辩。 四、参考文献

[1]周钢，卧式连续退火炉工艺设备和模糊控制的研究现状及发展趋势，2010-08-17.

[2]林丽君,李书臣,王宏楠,邓淑贤.罩式退火炉温控系统的神经网络PID预测控制[J].河南科技大学学报,2007,28(5):1-4.

[3]董砚,张靖轩,王睿,孙鹤旭.冷轧薄板闪光对焊机电源控制系统[J].焊接技术,2009,38(11):50-53.

[4]王兆安,黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社[M].2000.

[5]彭华良，魏学良，邱先锋.有源电力滤波器电流控制策略研究[J].电力电子技术，2008,48（11）：8-9,31.

[6] 韩继征.唐钢冷轧薄板工程介绍[J].轧钢，2004，25(03)：25-26. [7]吴兴文、陈先咏，《工业炉》，炉温控制系统新研究，1998-02.

[8]王雄，与朝晖，徐用懋，连续退火炉在线优化控制[J]；计算机仿真；1999-04.

[9] FEM analysis of large thermo-deflection of strips being processed in a continuous annealing furnace; 《Journal of University of Science and Technology Beijing》，2001-06期.

[10] Modeling of Strip Temperature in Rapid Cooling Section of Vertical Continuous Annealing Furnace；Journal of Iron and Steel Research(International)；2011-11期. [11]杨永森，《热处理电阻炉的现状与发展趋势》，《工业加热》1990年第02期. [12]孟祥和等，新型高效退火炉[J],工业炉，1996,(4):17-20. [13]于立军，新型热处理炉[J]，工业炉，2002,23（3）：42-44.

[14]何建锋，冷轧板连续退火技术及应用，上海冶金，2004,50-53.

[15]李强[1];温治[1];豆瑞锋[1];程淑明[2];邹航[2];董斌[2].连续热镀锌退火炉内热过程数学模型及其分析.工业加热.2007.23-26

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