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罩式炉退火工艺的最佳控制
摘要：对冷轧板质量以及设备生产率要求的不断提高，迫使冷轧板生产厂家对生产流程进行越来越严格的控制。1988年底在阿尔贝德公司确立的关于罩式炉退火工艺，特别是强对流退火工艺的研究项目，其目的也就是在于在缩短退火时间的同时，减少保护气体和能源的消耗，以及为用来加工库存钢卷的退货设备开发出一种最佳的控制规则。本文对此进行了介绍。
1 引言
在对确定退火工艺的物理过程进行研究时，轴向与径向热传递的配合常数间的关系，对于从气体到钢卷边缘，以及钢卷内部的热传导都具有决定性的意义。数据分析指出，为此必须确定有效的、宏观、可测的数值，这些数值与目前已知的数值有很大偏差。理论研究证实了径向热传递具有决定性作用的推测。
根据这个结论制定的控制规则只含有一个随机参数，该参数对那些不可预见的影响作了描述。这个参数对计算出的升温的影响在20'C以下，所以在这个区间内，最低温度对于任何一个炉子来说都可以作为调节温度的函数预测出来。最佳的调节曲线也可以在诸如带钢质量、分层管理标准等辅助条件确定之后，通过将所生产的全部钢卷尺寸关系逆转的方法预先计算出来。
2 目前工艺控制中的空白
退火设备的生产率主要取决于对最终产品的质量要求、生产过程中退火的工艺环节和退火参数调整之间关系的认识。目前生产率的提高主要是由设备的设计者来进行．如增加保护气体的循环介质量或用氢气生产工艺取代氮气生产工艺。由于对退火工艺的物理和化学过程及其相互作用的认识尚不完善，人们在严格的过程控制方面还没能够取得更大的实质性进展。所以过程控制或者是要具备很大的安全余地，或者是与生产工序在线连接。在第一种情况下是不必要的长加热时间，在第二种情况下安装传感器的设备投资却妨碍了费用的最优化。
此外，用户的愿望与厂家的要求分别属于两种不同的情况，它们对退火时间的要求完全相反。在工艺控制尚不能令人满意的情况下，为了保证质量和表面清洁度达到规定要求，需要较长的退火时间、较高的温度和消耗较多的保护气体。设备操作者将试图通过尽可能短的退火时间、尽可能高的装炉量和严格遵守对钢卷温度的规定来提高设备生产率。仅依据一些具有启发性的论据，并不能确定一个带有一定辅助条件的给定的炉子的最佳调节温度曲线。
从理论分析的角度来说，不仅是建立方程组的复杂性增加了理论分析的难度，而且退火过程中钢卷特性呈现出的多样性也加大了人们认识主要影响因素的难度。在阿尔贝德一杜德林根冷轧厂退火的钢卷包括重量在4～7t，宽度在800～1500iTlm的各种型号。
制约设备生产率提高的两个主要问题是：
只有确定了调节温度曲线才能避免“退火过度”和不必要的长时间“均热”．并且满足质量要求；在对厚度超过1．5ram的带钢进行退火时．带钢表面的净化程度不够
3 退火过程中的物理学
3．1随机影响因素
在日常工业生产中，生产条件并不总是同理想模拟状态相一致。一系列不可预见的因素将对钢卷温度产生影响。
连续的钢卷绕圈间的接触点的数量是未知的，它虽然不是主要的因素，但也影响热量在径向上的传递。
表面洁净度在局部上是不同的．并且在各个带卷之间也不相同。带钢表层覆盖物也会改变热传递：它会通过汽化吸收金属的热量，改变接触点数量．吸收带卷绕圈之间的辐射等，此外，汽化温度还对局部压力，即绕圈张力和带卷内的温度分布有很大依赖性。
在正常的生产操作中，炉内装料状态(带卷堆置高度．带卷尺寸等)常会经历短时期的变化。几乎伴随着每一个退火过程，通过对流器的保护气流都会以一种不可预见的方式发生着变化。这种变化又导致了带卷边缘上水平对流热传递的变化。
因此，控制模型中必须包含一个优先的自由参数。随机因素对温度的影响情况必须
通过测量来确定。只有区间极限可以通过理论计算推算出来。
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