硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 （工程硕士） 论文题目论文题目 宝钢线材浊循环水宝钢线材浊循环水 pH 值控制研究值控制研究 作者姓名作者姓名 龚仕祥龚仕祥 指导教师指导教师 陈章位陈章位 教授教授 学科学科(专业专业) 机械机械工程工程 所在学院所在学院 机械机械工程学工程学系系 提交日期提交日期 2008 年年 12 月月 29 日日 A Dissertation submitted to Zhejiang University in partial fulfillment of the requirements for the degree of Master of Engineering The study of pH control for direct water in Baosteels wire plant Candidate: shixiang gong Supervisor: zhangwei chen Zhejiang University, Hangzhou, P. R. China, 310027 June, 2008 浙江大学硕士学位论文 i 摘摘 要要 在冶金行业的热轧过程中，浊循环水作为冷却介质，对生产过程的稳定、 产品质量、轧辊（辊环）消耗有较大的影响。特别是在高速线材的生产过程中， 大量地使用了碳化钨辊环，由于碳化钨辊环的特殊的制造工艺，决定了其对浊 循环水的 pH 值的敏感性。控制浊循环水的 pH 值对于提高碳化钨辊环的寿命、 稳定线材的生产具有十分重要的意义。 本文从统计学和控制工程二方面着手，提出了大容量循环水系统的控制方 法。首先分析浊循环水的输入、输出物质成份，用统计学中的方差显著性检验 方法，对造成浊循环水的 pH 值的波动因素进行了分析，初步得出浓缩池中碱 式氯化铝的投加是影响浊循环水 pH 值的关键因素这一结论。随后根据统计得 出的结论，用流程知识对统计结论进行了分析，验证了浊循环水 pH 值波动的 关键因素。根据造成 pH 值波动的关键因素，用工艺调整的方式对浊循环水的 pH 值进行了预控制，提高的浊循环水的 pH 值，减少了波动范围。 在进一步的 pH 值控制中， 采用无模型自适应控制器对过程的 pH 值进行了 控制。由于浊循环水的 pH 值的波动，有很大一部分原因是由于浓缩池的溢流 水的 pH 值的波动引起的， 因此设计了一个串级控制的无模型自适应控制方案， 采用了内部控制回路和外部控制回路。其中，内部控制回路控制浓缩池中由于 碱式氯化铝造成的溢流水的 pH 值的波动，减少了碱式氯化铝投加对浊循环水 pH 值的影响。外部控制回路控制浊循环水系统中主泵池的水的 pH 值。在串级 控制中， 为避免出现过调， 即在调节过程中出现 pH 值高于要求值而被迫添加酸 液的情况， 在二个 pH 控制过程中采用了阶梯设定方法。 通过串级无模型自适应 浙江大学硕士学位论文 ii 控制方案，最终使浊循环水的 pH 值控制在 8.30.1 的水平。 通过浊循环水 pH 值的控制， 线材碳化钨的吨钢消耗降低了 7.5%,取得了十 分显著的经济效益。 关键词关键词：pHpH 值，统计，控制，方差检验，无模型自适应值，统计，控制，方差检验，无模型自适应控制，串级控制控制，串级控制 浙江大学硕士学位论文 iii Abstract In the process of the hot mill，direct water is important cooling medium. It impacts the stability of production process 、 product quality and roll consumption. Especially in the process of the High-speed wire rod , WC roll ring is used generally. Due to the special manufacturing process, it is very sensitive to the pH of the direct water. pH control for direct water is very important to improve roll life and stable production of wire rod. Through statistical and control engineering, the dissertation put forward a method to control the pH of direct water system. Through analyzing the input and output material in the direct water system, the dissertation analyze the fluctuation factor of the pH in the direct water system. Using the methods of variance significance test, combining with the process knowledge , find that the key factor influencing the pH of direct water is the basic aluminum chloride which add in the concentrated pool. According to the conclusions, the pH of direct water is pre-controled by adjusting the using of the basic aluminum chloride. According to the Pre-control, pH of water is raised, and the fluctuation Range is reduced. The next, the model-free adaptive controller is used to control the pH of water. A cascade control program is designed. Internal control loop is used to control the pH of concentrated pool overflow water, that reduce the influence of adding the basic aluminum chloride in concentrated pool. External loop is used to control the pH of direct water in pump pool, and finally, pH of the 浙江大学硕士学位论文 iv direct water is controlled to 8.30.1. Through the pH control in the direct water system, the WC roll ringer consumption is reduced 7.5%. Keywords: pH, Statistics,control, Variance Test, Model-free adaptive control, Cascade Control 浙江大学硕士学位论文 v 目目 录录 摘摘 要要 . I ABSTRACT . III 第第 1 章章 绪论绪论. 1 1.11.1 引言 . 1 1.21.2 PH 过程特性 . 1 1.31.3 PH 控制的发展概括 . 5 1.41.4 课题研究的背景及意义 . 8 1.51.5 研究内容 . 9 1.5.1 基于统计的pH值预控制 . 9 1.5.2 无模型自适应pH控制 .10 1.5.3 论文难点及预期成果 .10 第第 2 章章 PH 值控制方法的研究值控制方法的研究 .12 2.2.1 1 基于统计的基于统计的PH 值预控制值预控制.12 2.1.1 假设检验 .12 2.1.2 单因素的方差分析 .