CN101811144A - 一种层流水冷却装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种层流水冷却装置及控制方法，包括若干储水管，所述储水管的设置与带钢运行方向一致，所述储水管对称分布，储水管进水端各设有一水阀，各储水管身上设有若干等距离分布的冷却水管。本发明的控制方法包括以下步骤：(1)开始；(2)从上位PLC获取带钢宽度数据；(3)计算冷却水宽度；(4)控制单元发送开启指令至各水阀；(5)电磁阀根据开启指令控制水阀；(6)判断带钢是否甩尾；(7)层流水冷却装置停止工作；(8)结束层流冷却控制过程。本发明能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，调节冷却水在通道宽度方向上的区域，减少带钢边部的温降，确保带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性。

Description

一种层流水冷却装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种冶金领域的热轧层流冷却技术，尤其涉及一种热轧层流冷却装置及冷却控制的方法。

背景技术

钢铁企业的热轧连轧机生产线都要使用到层流冷却装置，其主要功能就是将精轧出口的带钢，根据卷取设定的目标温度进行快速冷却，以保证带钢的产品性能。

以热轧厂为例，其层流冷却装置共有76组冷却集管(对应上下为一组)。其中前68组为主冷段，后8组为精冷段。一般分为若干个冷却区，每个冷却区都有各自的主冷段和精冷段的冷却区串接而成，冷却区的主冷段又由若干组强冷集管组和若干组主冷集管组构成。层冷模型在计算所需打开集管阀组时，按照主冷段从前往后，精冷段从后往前规则进行设定。因此，根据终轧温度到卷取温度的设定温降，主冷段的前4组以及精冷段的后4组在每次设定都是需要打开的，因此基本上处于常开状态；每组集管的位置(距精轧最后机架)在基础自动化控制中都有数据，另外基础自动化对于带钢在层流辊道上的位置都需要进行跟踪。其冷却控制如下：

首先，过程机根据设定的终轧温度和卷取温度，通过层冷模型计算，确定主冷段和精冷段冷却集管的打开组数，并下发指令给精轧基础自动化对水阀进行控制。

其次，当带钢出精轧最后机架由精轧后测温仪测出带钢实际的终轧温度后，再对冷却集管的打开组数进行相应的调节。

最后，当层冷后的卷取测温仪测出带钢的实际卷取温度后，根据设定的卷取目标值动态对层流冷却集管打开组数进行调节，以保证带钢的卷取温度在设定范围内。每个阀组的冷却水量可控制带钢温度为5度。

热轧带钢板形一直是用户们特别关注的质量问题，板形质量优劣直接影响产品的使用，尤其是近年来随着钢铁工业的迅猛发展，带钢产品应用领域不断拓展，用户对其板形质量的要求也日益提高。

热轧生产线不断发展，生产品种、规格逐渐扩大，目前的产品结构与以前已经截然不同，以前以普碳钢为主，目前主要生产微合金钢和碳锰钢。现有的层流冷却系统，随着轧线轧制规格的不断拓展和用户对产品质量要求的不断提高，已经不能满足部分钢种生产的需要，尤其是一些含有合金元素的强度钢(如：BS600、BS700、B510L、S45C、SS400等)。这些强度钢在经过层流冷却区域以后，由于现有的层流冷却系统存在着水压不稳、水流分布不均匀等问题造成带钢的冷却不均，从而导致带钢出现一系列板形质量问题，在轧线生产过程中容易发现带钢由于冷却不均造成的C翘，和宽度方向冷却不均造成的板形变化，尤其边部温度降低较大会在后续冷却过程中产生带来双边浪趋势的内应力，给带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性都会带来很大影响。

为此，川崎制铁有限公司在中国申请专利《金属带材的冷却方法和装置》(申请公开日1987.12.16，专利公开号CN87100594)，其层流冷却装置采用由一对限定狭缝的平板部件组成的层流喷管，冷却水流过此狭缝形成一冷却水屏栅，为调节该喷管内的通道区域，该层流喷管的平板部件至少有一个在垂直于冷却水流动的方向上可以变形，至少有一个平板较好地响应冷却水压力，引起通道区域变化，从而调节冷却水通道区域。此方法采用对层流冷却集管边部遮挡的方法，对带钢边部温度降低较大问题提供了一个解决办法，但该方法也存在不足之处，显而易见，这种现有技术的缺点是：在生产较窄带钢时，大量冷却水白白浪费，不利于生产资源的节约。

发明人设想研制一种层流冷却装置及冷却方法，能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，减少带钢边部的温降，确保带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性；与现有的边部遮挡技术不同，在达到同样效果的同时，还能够避免冷却水资源的浪费，经联机检索，至今为止未见有相同或相似的专利技术。

发明内容

针对现有层流冷却系统存在着带钢宽度方向冷却分布不均匀的现象，本发明的目的在于提供一种层流水冷却装置及控制方法，能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，减少带钢边部的温降，确保带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性。

为了达到上述目的，本发明的一种层流水冷却装置，包括若干储水管，所述储水管的设置与带钢运行方向一致，所述储水管对称分布，储水管进水端各设有一水阀，各储水管身上设有若干冷却水管。

优选地，所述每一组对称分布的储水管由同一水阀控制。

优选地，所述冷却水管是若干组鹅颈管，鹅颈管分别螺旋连接在储水管上，鹅颈管的出口分别等距离排列在与带钢运行方向相垂直的直线上。

优选地，所述每组鹅颈管的前半组鹅颈管的出口分布在储水管的一侧，后半组鹅颈管的出口分布在储水管的另一侧。

优选地，所述每组鹅颈管的出口依据每组鹅颈管的中心对称分布。

优选地，一控制单元，分别连接各水阀，发送阀门开闭信号到各水阀。

优选地，所述储水管非均匀分布，所述边部储水管之间的距离较中部储水管之间的距离小。

优选地，所述储水管等距离分布。

一种层流水冷却装置的控制方法，于包括以下步骤：

步骤一、开始：调整好所述水阀开口大小，并确认水阀处于电磁阀的自动控制状态；

步骤二、从上位PLC获取带钢宽度数据：从上位PLC直接获取带钢宽度数据，并进行确认；

步骤三、计算冷却水宽度：根据带钢品种和规格，计算所需要冷却水宽度，冷却水宽度B＝H-ΔX，其中，H为带钢宽度数据，ΔX为冷却水宽度调整值，该ΔX冷却水宽度调整值为一个经验正值；

步骤四、所述控制单元发送开启指令至各水阀：所述控制单元根据冷却水开启宽度计算结果，发送开启指令至控制各水阀的电磁阀；

步骤五、电磁阀根据开启指令控制所述水阀：电磁阀根据接受到的开启指令，控制相应水阀的开启或保持关闭状态；

步骤六、层流水冷却装置停止工作：冷却过程结束后，电磁阀关闭，各所述储水管停止进水；

步骤七、由上位PLC提供的数据决定调整新的宽度或者结束层流冷却控制过程。

优选地，在步骤五和步骤六之间还包括步骤五-1：判断带钢是否甩尾：

层流冷却装置在工作过程中，对带钢是否甩尾进行跟踪，决定是否终止控制：

如果带钢已甩尾，则带钢层流冷却结束，执行步骤六；

如果带钢未甩尾，则继续工作直至甩尾。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：

本发明通过一种层流冷却装置及冷却方法的应用，能够根据带钢不同宽度的冷却工艺要求，对应建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，实现层流冷却区域在宽度上的相应变化，从而调节冷却水在通道宽度方向上的区域，减少带钢边部的温降，确保带钢的板形、机械性能、温度及相变在宽度方向的均匀性；另外，本发明技术与现有的边部遮挡技术不同，在达到同样效果的同时，能够避免冷却水资源的浪费。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为本发明的层流冷却水管分布示意图。

图2为本发明的层流冷却装置上的鹅颈管分布示意图。

图3为图2的A-A剖视图。

图4为本发明的控制流程方框图。

附图标号：

[1]储水管     [2]储水管     [3]储水管     [4]储水管

[5]储水管     [6]储水管     [7]储水管     [8]控制单元

[81]水阀      [82]水阀      [83]水阀      [84]水阀

[11]鹅颈管    [12]鹅颈管    [13]鹅颈管    [14]鹅颈管

[15]鹅颈管    [16]鹅颈管    [17]鹅颈管    [18]鹅颈管

[19]鹅颈管

具体实施方式

下面结合附图1-4来具体介绍一种本发明的较佳实施例。

如图1所示，在带钢前进方向上纵向安装本发明，等间距分布储水管1-7，将中央的储水管4由一个水阀81控制，靠近中央储水管4外侧的储水管3、5同时由一个水阀82控制，靠近储水管3、5外侧的储水管2、6同时由一个水阀83控制，靠近储水管2、6外侧的储水管1、7同时由一个水阀84控制。一控制单元8，分别连接各水阀81-84，控制各水阀开闭。

如图2、3所示，每一条储水管1-7两侧螺旋连接若干组鹅颈管，每组鹅颈管等距离分布，每组中的鹅颈管11-19的出口分别等距离排列在与带钢运行方向相垂直的直线上。并且，每组中的鹅颈管11-19的前半段鹅颈管11-14的出口分布在储水管1的一侧，后半段鹅颈管16-19分布在储水管1的另一侧。每组鹅颈管11-19的各相邻出口之间的间距相等。

如图4所示，在生产过程中，本发明的控制流程包括以下步骤：

步骤一、开始：调整好水阀开口大小，并确认水阀处于电磁阀的自动控制状态；

步骤二、从上位PLC获取带钢宽度数据：从上位PLC直接获取带钢宽度数据，并进行确认；

步骤三、计算冷却水宽度：根据带钢品种和规格，计算所需要冷却水宽度，冷却水宽度B＝H-ΔX，其中，H为带钢宽度数据，ΔX为冷却水宽度调整值，该ΔX冷却水宽度调整值为一个经验正值，ΔX是根据带钢品种和规格来确定的，并通过实际应用进行优化，即冷却水宽度B要小于带钢的宽度值。

本实施例中，带钢宽度B为1250mm，某带钢品种和规格的ΔX冷却水宽度调整值为250mm，则冷却水宽度B＝H-ΔX＝1250mm-250mm＝1000mm，即冷却水宽度就为1000mm，且该冷却水宽度1000mm有相应的控制水阀对应实现。

步骤四、控制单元发送开启指令至各水阀：控制单元根据冷却水开启宽度计算结果，发送开启指令至控制各水阀的电磁阀；

步骤五、电磁阀根据开启指令控制水阀：电磁阀根据接受到的开启指令，控制相应水阀的开启或保持关闭状态；

步骤六、判断带钢是否甩尾：层流冷却装置在工作过程中，对带钢是否甩尾进行跟踪，决定是否终止控制：

如果带钢已甩尾，则带钢层流冷却结束，执行步骤七；

如果带钢未甩尾，则继续工作直至甩尾；

步骤七、层流水冷却装置停止工作：冷却过程结束后，电磁阀关闭，各所述储水管停止进水；

步骤八、由上位PLC提供的数据决定调整新的宽度或者结束层流冷却控制过程。

例如，通过上述控制方法，储水管1-7的冷却水控制可以分为4级控制并形成4种冷却宽度：

第一级冷却宽度：储水管4由一个独立水阀控制产生第一级冷却宽度(最窄冷却宽度)；

第二级冷却宽度：储水管3、5也由一个独立水阀控制同步开启，并与储水管4一起开启冷却水构成第二级冷却宽度；

第三级冷却宽度：储水管2、6也由一个独立水阀控制同步开启，并与储水管4和储水管3、5一起开启冷却水构成第三级冷却宽度；

第四级冷却宽度：储水管1、7也由一个独立水阀控制同步开启，并与储水管4，储水管3、5，储水管2、6，一起开启冷却水构成第四级冷却宽度。

另外，如果要在以上4级控制的基础上增加冷却宽度控制细分的能力，只要增加相应的水阀与储水管数量，就可以在原有宽度范围内增加更多的宽度控制区域。

而且，本发明技术除了在以上4级控制的基础上增加冷却宽度控制细分的能力，还可以在宽度控制范围上采用非均匀分布，储水管采用非均匀分布，储水管之间的距离从中间到两边依次递增。将层流冷却中部的宽度控制范围大一点，提高层流冷却边部冷却宽度调节控制细分的能力，即将层流冷却边部的宽度调节控制范围小一点，使得每个边部宽度控制区域逐步小于中间的区域，从而增强带钢边部温度的控制能力。

显而易见，当所需冷却的带钢宽度在三条储水管所对应的宽度之内时，将带钢置于中部，控制单元8发送发开指令并打开水阀81、82，此时，储水管3、4、5开始冷却带钢；三条冷却管上的鹅颈管11-19开始喷水，形成了一个以储水管3、4、5所对应宽度区域为范围的冷却区域。此时，其他的冷却管1、2、6、7不工作，他们所对应的区域没有喷出冷却水，与现有技术相比节约了冷却水。

当所需冷却的带钢宽度在7条储水管所对应的宽度之内时，将带钢置于中部，控制单元8发送发开指令并打开水阀81-84，此时，储水管1-7全部开始冷却带钢；七条冷却管上的鹅颈管11-19开始喷水，形成了一个以储水管1-7所对应宽度区域为范围的冷却区域。本发明完全适应不同宽度的带钢冷却的需要。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种层流水冷却装置，包括若干储水管(1-7)，其特征在于：所述储水管(1-7)的设置与带钢运行方向一致，所述储水管(1-7)对称分布，储水管(1-7)进水端各设有一水阀(81-84)，各储水管(1-7)身上设有若干冷却水管。

2.如权利要求1所述的层流水冷却装置，其特征在于：所述每一组对称分布的储水管由同一水阀控制。

3.如权利要求1或2所述的层流水冷却装置，其特征在于：所述冷却水管是若干组鹅颈管(11-19)，鹅颈管(11-19)分别螺旋连接在储水管(1-7)上，鹅颈管(11-19)的出口分别等距离排列在与带钢运行方向相垂直的直线上。

4.如权利要求3所述的层流水冷却装置，其特征在于：所述每组鹅颈管(11-19)的前半组鹅颈管(11-14)的出口分布在储水管(1)的一侧，后半组鹅颈管(16-19)的出口分布在储水管(1)的另一侧。

5.如权利要求4所述的层流水冷却装置，其特征在于：所述每组鹅颈管(11-19)的出口依据每组鹅颈管(11-19)的中心对称分布。

6.如权利要求5所述的层流水冷却装置，其特征在于还包括：一控制单元(8)，分别连接各水阀(81-84)，发送阀门开闭信号到各水阀(81-84)。

7.如权利要求4-6中任意一项所述的层流水冷却装置，其特征在于：所述储水管(1-7)非均匀分布，所述边部储水管之间的距离较中部储水管之间的距离小。

8.如权利要求4-6中任意一项所述的层流水冷却装置，其特征在于：所述储水管(1-7)等距离分布。

9.一种如权利要求7所述的层流水冷却装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、开始：调整好所述水阀(81-84)开口大小，并确认水阀(81-84)处于电磁阀的自动控制状态；

步骤二、从上位PLC获取带钢宽度数据：从上位PLC直接获取带钢宽度数据，并进行确认；

步骤三、计算冷却水宽度：根据带钢品种和规格，计算所需要冷却水宽度，冷却水宽度B＝H-ΔX，其中，H为带钢宽度数据，ΔX为冷却水宽度调整值，该ΔX冷却水宽度调整值为一个经验正值；

步骤四、所述控制单元(8)发送开启指令至各水阀(81-84)：所述控制单元(8)根据冷却水开启宽度计算结果，发送开启指令至控制各水阀(81-84)的电磁阀；

步骤五、电磁阀根据开启指令控制所述水阀(81-84)：电磁阀根据接受到的开启指令，控制相应水阀(81-84)的开启或保持关闭状态；

步骤六、层流水冷却装置停止工作：冷却过程结束后，电磁阀关闭，各所述储水管(1-7)停止进水；

步骤七、由上位PLC提供的数据决定调整新的宽度或者结束层流冷却控制过程。

10.如权利要求9所述的层流水冷却装置的控制方法，其特征在于：在步骤五和步骤六之间还包括步骤五-1：判断带钢是否甩尾：

层流冷却装置在工作过程中，对带钢是否甩尾进行跟踪，决定是否终止控制：

如果带钢已甩尾，则带钢层流冷却结束，执行步骤六；

如果带钢未甩尾，则继续工作直至甩尾。

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