CN101381806B - 一种带钢的冷却装置及其冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种带钢的冷却装置及其冷却控制方法。该冷却装置主要由冷却段由强力冷却区Q(Q1、Q2)、粗调冷却区C、精调冷却区J组成，强力冷却区Q(Q1、Q2)关闭部分集管后，可以作为粗调冷却区C使用，每个冷却区由若干冷却段构成，各冷却段长度相同，且均由上部层流冷却集管和下部喷射集管组成，各冷却段之间设有侧喷装置，以清除带钢表面积水；带钢冷却装置的冷却控制方法是通过计算机系统进行设定计算和前馈、反馈控制。本发明的带钢冷却装置可以灵活地实现多种模式的冷却，设备结构简单，可以实现多品种带钢对冷却控制的要求，满足热轧多相钢、超细晶粒钢等产品需求，可广泛用于热轧带钢的轧后冷却。

Description

一种带钢的冷却装置及其冷却控制方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种带钢的冷却装置及其冷却控制方法。

背景技术

精轧机组轧后冷却装置是热轧带钢生产的关键环节之一，它的作用是为了获得合适的带钢卷取温度，控制带钢的机械性能。冷却装置的能力、冷却强度、冷却速率、卷取温度及其控制精度等都直接影响到带钢的的质量和性能。

热轧带钢轧后冷却装置在其发展的历程中先后有喷射冷却、喷水冷却、喷雾冷却、层流冷却、水幕冷却等几种方式，其中层流冷却装置由于具有处理产品范围宽、流量范围调节宽、无流态破碎、冷却均匀、冷却水回收率高、设备维护小等优点，应用最为广泛，已经成为热轧带钢轧后冷却装置的标准配置。

目前大部分投入使用的普通层流冷却装置主要由粗调冷却区和精调冷却区组成，而各冷却区又由若干冷却段组成，粗调和精调冷却区每个冷却段的长度大致相等。粗调冷却区由10～18个冷却段组成，每个冷却段又分别由4～8根上部层流冷却集管和8～16根下部喷射集管组成，其每根上部层流冷却集管配置一个开闭控制阀，每两根下部喷射集管配置一个开闭控制阀。精调冷却区由2～3个冷却段组成，每个冷却段又分别由8～16根上部层流冷却集管和8～16根下部喷射集管组成，其每根上部层流冷却集管和下部喷射集管均配置一个开闭控制阀。这种普通层流冷却装置的主要缺点是：无法实现带钢的控制冷却，包括带钢冷却速率的调整、冷却模式多样化等方面。

同时，目前也有一种基于普通层流冷却装置而发明的热轧带钢层流冷却装置，与普通层流冷却装置的主要区别是：该冷却装置的冷却区由强冷组、主冷组和精冷组组成，其主冷组的配置与普通层流冷却的粗调冷却区相同，其精冷组的配置与普通层流冷却的精调冷却区相同。该装置强冷组与主冷组的主要区别是：强冷组的上部集管管径较大，且有两根进水管，当两根进水管均打开时，水量加大；当关闭一根进水管时，水量与主冷组相同。这种层流冷却装置通过改进主冷组的结构，能够实现部分热轧带钢品种的控制冷却，并通过各冷却组的组合实现冷却模式的多样化，但是其存在以下不足：强冷组的水量增加有限，无法实现部分钢种，(如热轧双相钢、热轧马氏体钢等)要求的快速冷却功能(冷却速率要求达80℃/s以上)；强冷组上部冷却集管和下部冷却集管水量相差较大，对规格较厚的带钢易形成上下表面冷却不均匀的问题；强冷组上部集管机构较复杂。

上述两种层流冷却装置对于轧后冷却没有特殊要求的钢种，是完全满足要求的。但是，随着控制轧制和控制冷却技术的发展，带钢在轧后输出辊道上的冷却过程在决定钢板性能方面也具有了重要意义，冷却控制不再仅仅控制卷取温度，而是控制包括从精轧到卷取之间的全部冷却过程，包括冷却速率和冷却模式。控制冷却技术具有提高产品的机械性能和加工性能，增强组织的分散度，获得复相组织、细化晶粒，降低生产成本等优点，因此近年来其在热轧带钢生产线上的推广和应用被提到了越来越重要的位置。

上述两种层流冷却装置并不能够实现控制冷却的功能，或者说控制冷却的功能不完善，无法从冷却模式、冷却速率等方面实现多品种带钢对冷却控制的要求，随着热轧多相钢、超细晶粒钢等产品需求的增多，迫切需要一种新型结构的带钢冷却装置。

发明内容

本发明的目的在于提出一种以普通层流冷却为基础的新型结构的热轧带钢轧后冷却装置及其控制方法。本发明可以实现多品种带钢对冷却控制的要求，满足热轧多相钢、超细晶粒钢等产品需求，可广泛用于热轧带钢的轧后冷却。

本发明的目的是这样实现的，一种带钢的冷却装置，冷却区由强力冷却区Q(Q1、Q2)、粗调冷却区C、精调冷却区J组成，其特征在于：每个冷却区由若干冷却段构成，各冷却段长度相同，且均由上部层流冷却集管和下部喷射集管组成，各冷却段之间设有侧喷装置，以清除带钢表面积水；其强力冷却区Q1和Q2的冷却段的每根上部层流冷却集管通过一个开闭控制阀控制，每两根下部喷射集管通过一个开闭控制阀和一个流量控制阀控制；其粗调冷却区C冷却段的每根上部层流冷却集管通过一个开闭控制阀控制，每两根下部喷射集管通过一个开闭控制阀控制；其精调冷却区J冷却段的每根上部层流冷却集管和每根下部喷射集管均通过一个开闭控制阀控制；整个冷却装置串接后，形成强力冷却区Q1+粗调冷却区C+强力冷却区Q2+精调冷却区J的组成形式。其中强力冷却段间隔关闭上集管及调整下集管水流量后，可以作为粗调冷却区使用。

在冷却装置的入口和出口分别设置有带钢温度检测装置。

整个冷却段约为12～20组，冷却区域的长度为80～120m，冷却水量为10000～22000m³/h。

强力冷却段的上部层流冷却集管的数量和总水量是粗调冷却段的2倍，下部喷射集管的总水量是粗调冷却段的1.2～2倍，集管开闭控制阀全部打开时，强力冷却段和可对带钢实现快速冷却，冷却速率最大达200℃/s；同时，通过间隔关闭强力冷却段的上部层流冷却集管以及通过流量控制阀调节强力冷却段的下部喷射集管，可以将强力冷却段变化为粗调冷却段。

强力冷却区冷却段的上部层流冷却集管数量为10～16根，集管数量和总的水流量均是粗调冷却段的2倍，且每根集管通过一个开闭控制阀控制；该冷却段的下部喷射集管数量为10～16根，且每两根集管通过一个开闭控制阀和一个流量控制阀控制。

粗调冷却区冷却段的上部集管数量为5～8根，且每根集管通过一个开闭控制阀控制；该冷却区的下部喷射集管数量为10～16根，且每两根集管通过一个开闭控制阀控制。

精调冷却区冷却段的上部集管数量为10～16根，且每根集管通过一个开闭控制阀控制；该冷却段的下部喷射集管数量为10～16根，且每根集管通过一个开闭控制阀控制。虽然该冷却区上下集管数量与强力冷却段相当，但是每根集管的水流量仅为强力冷却区的50％左右。

本发明中，整个带钢冷却装置的构成为：强力冷却区+粗调冷却区+强力冷却区+精调冷却区。通过调整强力冷却区上部集管的开闭数量和其下部集管的水量，整个带钢冷却装置可以灵活地实现以下多种模式的冷却，以满足微合金化高强度钢、超细晶粒高强度钢、热轧双相钢(DP)、热轧相变诱导塑性钢(TRIP)、热轧马氏体钢(MS)等多品种生产工艺的需求：

a)强力冷却区+粗调冷却区+强力冷却区+精调冷却区

b)强力冷却区+粗调冷却区+精调冷却区

c)粗调冷却区+强力冷却区+精调冷却区

d)粗调冷却区+精调冷却区

本发明中，整个带钢冷却装置的冷却控制方法是由计算机系统通过计算设定，并具有反馈和前馈控制功能。控制的步骤如下：

(1)二级计算机的精轧机进行模型计算

(2)二级计算机的带钢冷却模型计算

(3)一级计算机带钢冷却计算

(4)通过程序命令控制相关的电气控制柜

(5)相关的开闭控制阀和流量控制阀动作

(6)相关的带钢冷却段开始喷水，结束设定计算过程，准备开始冷却带钢

(7)精轧机组出口的高温计2将检测得到的精轧机出口带钢温度反馈给一级计算机系统，并与设定终轧温度比较，如有偏差，则重复上述(1)～(6)，调整相关的冷却段控制阀开闭方案，以提高冷却的控制精度

(8)卷取机入口的高温计7将检测得到的带钢冷却装置出口带钢温度反馈给一级计算机系统，并与设定卷取温度比较，如有偏差，则调整相关的精调冷却段控制阀开闭方案，以提高冷却的控制精度

附图说明

附图1为本发明冷却装置系统构成示意图

附图2为本发明冷却装置强力冷却段装置结构示意图

附图3为本发明冷却装置粗调冷却段装置结构示意图

附图4为本发明冷却装置精调冷却段装置结构示意图

附图5为本发明冷却装置冷却控制方法

图中，件1是末架精轧机，件2、7是高温计，件3、5是强力冷却段，件4是粗调冷却段，件6是精调冷却段，件8是卷取机，件9是开闭控制阀，件10是上部层流冷却集管，件11是带钢输送辊道，件12是流量控制阀，件13是下部喷射集管，件14是下部喷射集管，件15是上部层流冷却集管，件Q(Q1、Q2)是强力冷却区，件C是粗调冷却区，件J是精调冷却区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例作进一步说明：

热轧带钢经精轧机组末架轧机1轧后由带钢输送辊道11送往冷却区，为了实现卷取温度前馈和反馈控制，提高热轧带钢的卷取温度精度，在冷却装置的入口和出口分别设置有带钢温度检测装置2和7，冷却后的带钢进入卷取机8。冷却区由强力冷却区Q(Q1、Q2)、粗调冷却区C和精调冷却区J组成，每个冷却区由若干冷却段构成。各冷却段长度相同，且均由上部层流冷却集管和下部喷射集管组成，各冷却段之间设有侧喷装置，以清除带钢表面积水。强力冷却区Q1由4段强力冷却段3构成，粗调冷却区由4段粗调冷却段4构成，强力冷却区Q2由5段强力冷却段5构成，精调冷却区J由2段精调冷却段6构成。在该具体实施例中，冷却装置由强力冷却段3+粗调冷却段4+强力冷却段5+精调冷却段6组成。

在该实施例中，各冷却段的长度相等，其中：强力冷却段3和5的每段由16根上部层流冷却集管10和16根下部喷射集管13组成；粗调冷却段4的每段由8根上部冷却集管10和16根下部喷射集管14组成；精调冷却段6的每段由16根上部层流冷却集管15和16根下部喷射集管14组成。整个冷却装置的长度、各种冷却段的数量和长度、每根集管的水流量以及各种冷却段的排列组合方式均应根据轧钢工艺要求并结合现场实际工艺平面布置条件进行确定。

在冷却段长度相等的情况下：强力冷却段3和5上部层流冷却集管10的数量是粗调冷却段4的2倍，但两者单个集管的管径相同，且均为一个开闭控制阀9控制一根集管。也就是说：当强力冷却段3和5的上部层流冷却集管10全部开启时，其总水量是同等长度的粗调冷却段4上部集管总水量的2倍；当强力冷却段3和5间隔关闭一半上部层流冷却集管10时，其开启的上部层流冷却集管10的数量和总水量与同等长度的粗调冷却段4的上部层流冷却集管10相同，可以作为粗调冷却段使用。

在冷却段长度相等的情况下：强力冷却段3和5下部喷射集管13的数量与粗调冷却段4相同，不同之处在于其下部喷射集管13的最大水量约为粗调冷却段4的1.2～2倍，且每两根下部喷射集管13通过一个开闭控制阀9和一个流量控制阀12控制。也就是说：当强力冷却段3和5的下部喷射集管13完全开启时，其总水量是同等长度的粗调冷却段4下部喷射集管14水量的1.2～2倍；当强力冷却段3和5的下部喷射集管13通过流量控制阀12调节流量时，可以使得其下部喷射集管13的水量与同等长度的粗调冷却段4下部喷射集管14的水量相同，可以作为粗调冷却段使用。

本发明中，在冷却段长度相等的情况下：精调冷却段6上部层流冷却集管15和下部喷射集管14的数量与强力冷却段3和5相同，不同之处在于其上部层流冷却集管15的水量为强力冷却段3和5的上部集管10的50％，下部喷射集管14的水量为强力冷却段3和5的下部喷射集管13的50～83％(即与粗调冷却段4的下部集管14的水量相同)，且上、下部的每根集管均通过一个开闭控制阀9控制。

带钢冷却水的循环过程为：冷却水与带钢直接接触，不仅水温升高并含有少量的氧化铁皮和油，冷却回水经轧制线铁皮沟流入层流铁皮坑。铁皮坑内的一部分水(约50％)加压送高速过滤器，过滤后的水利用余压上冷却塔，冷却后的水与其余50％未经过滤和冷却的水混合，然后由泵组加压送带钢冷却装置循环使用。冷却后的部分水由侧喷泵组加压供冷却装置各冷却段间的侧喷装置使用。带钢冷却装置用水要求水压稳定，为减小供水设备能力，在向带钢冷却装置供水系统中可设置一座峰值调节水箱。

整个带钢冷却装置的冷却控制方法是由计算机通过计算设定，并有反馈和前馈控制功能。控制的步骤如下：

(1)二级计算机的精轧机进行模型计算

(2)二级计算机的带钢冷却模型计算

(3)一级计算机带钢冷却计算

(4)通过程序命令控制相关的电气控制柜

(5)相关的开闭控制阀和流量控制阀动作

(6)相关的带钢冷却段开始喷水，结束设定计算过程，准备开始冷却带钢

(7)精轧机组1出口的高温计2将检测得到的精轧机出口带钢温度(FDT)反馈给一级计算机系统，并与设定终轧温度比较，如有偏差，则重复上述(1)～(6)，调整相关的冷却段控制阀开闭方案，以提高冷却的控制精度

(8)卷取机8入口的高温计7将检测得到的带钢冷却装置出口带钢温度(CT)反馈给一级计算机系统，并与设定卷取温度比较，如有偏差，则调整相关的精调冷却段控制阀开闭方案，以提高冷却的控制精度

本发明的冷却装置用于热轧带钢轧制后的冷却，由于可以十分容易地组合成具备多种型式的冷却模式，且通过计算机系统控制，因此适用于多种品种的生产。

a)普通冷却模式

在轧钢工艺要求带钢冷却方式为普通冷却模式的情况下，通过间隔关闭各强力冷却段3和5的一半上部层流冷却集管10，并将各强力冷却段3的下部喷射集管13的流量调整为与粗调冷却段4的下部喷射集管14相当，使得整个带钢冷却装置变化为由粗调冷却段4+精调冷却段6组成。至于粗调冷却段4和精调冷却段6开闭的段数和开闭的集管数量，将由计算机系统根据带钢的厚度规格、终轧温度、轧制速度、卷取温度等参数，自动确定。普通冷却模式一般适用于普通碳素结构钢(如Q195、Q235等)、优质碳素结构钢(如08、10等)等品种的生产。

b)前部快速冷却模式

在轧钢工艺要求带钢冷却方式为前部快速冷却模式的情况下，通过间隔关闭各强力冷却段5的一半上部层流冷却集管10，并将该部分强力冷却段5的下部集管13的流量调整为与粗调冷却段4的下部集管14相当，使得整个带钢冷却装置变化为由强力冷却段3+粗调冷却段4+精调冷却段6组成，且强力冷却段3的水量较大，冷却速率最大可达200℃/s。至于各冷却段开闭的段数和开闭的集管数量，将由计算机系统根据带钢的厚度规格、终轧温度、轧制速度、卷取温度、快速冷却速率等参数，自动确定。前部快速冷却模式一般适用于微合金化高强度钢(如低合金高强度钢、管线钢、超细晶粒高强度钢等)等品种的生产。

c)分段冷却十快速冷却模式

在轧钢工艺要求带钢冷却方式为分段冷却十快速冷却模式的情况下，通过关闭粗调冷却段4的集管，使得整个带钢冷却装置变化为由强力冷却段3+空冷段+强力冷却段5+精调冷却段6组成，且强力冷却段3和5的水量较大，冷却速率最大可达200℃/s。至于各冷却段开闭的段数和开闭的集管数量，将由计算机系统根据带钢的厚度规格、终轧温度、轧制速度、卷取温度、快速冷却速率等参数，自动确定。分段冷却+快速冷却模式一般适用于热轧多相钢(如热轧双相钢、热轧相变诱导塑性钢、热轧马氏体钢)等的品种的生产。

Claims (4)

1.一种带钢的冷却装置，冷却区由强力冷却区Q(Q1、Q2)、粗调冷却区C、精调冷却区J组成，其特征在于：每个冷却区由若干冷却段构成，各冷却段长度相同，且均由上部层流冷却集管和下部喷射集管组成，各冷却段之间设有侧喷装置，以清除带钢表面积水；

其强力冷却区Q1和Q2的冷却段(3)和(5)的每根上部层流冷却集管(10)通过一个开闭控制阀(9)控制，每两根下部喷射集管(13)通过一个开闭控制阀(9)和一个流量控制阀(12)控制；其粗调冷却区C冷却段(4)的每根上部层流冷却集管(10)通过一个开闭控制阀(9)控制，每两根下部喷射集管(14)通过一个开闭控制阀(9)控制；其精调冷却区J冷却段(6)的每根上部层流冷却集管(15)和每根下部喷射集管(14)均通过一个开闭控制阀(9)控制；整个冷却装置串接后，形成强力冷却区Q1+粗调冷却区C+强力冷却区Q2+精调冷却区J的组成形式。

2.根据权利要求1所述的带钢冷却装置，其特征在于：在冷却装置的入口和出口分别设置有带钢温度检测装置(2)和(7)。

3.根据权利要求1或2所述的带钢冷却装置，其特征在于：整个冷却段为12～20组，冷却区域的长度为80～120m，冷却水量为10000～22000m³/h。

4.根据权利要求1或2所述的带钢冷却装置，其特征在于：强力冷却段(3)和(5)的上部层流冷却集管(10)的数量和总水量是粗调冷却段(4)的2倍，下部喷射集管(13)的总水量是粗调冷却段(4)的1.2～2倍，集管开闭控制阀全部打开时，强力冷却段(3)和(5)可对带钢实现快速冷却，冷却速率最大达200℃/s；同时，通过间隔关闭强力冷却段(3)和(5)的上部层流冷却集管(10)以及通过流量控制阀(12)调节强力冷却段(3)和(5)的下部喷射集管(13)，可以将强力冷却段(3)和(5)变化为粗调冷却段(4)。

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