CN101837378A - 一种层流宽度可调式冷却装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍了一种层流宽度可调式冷却装置及控制方法，包括若干组喷管装置，每一组喷管装置包括：一集管，其中部设有进水管，集管上设有若干喷管，均布于集管上，所述每一组喷管装置还包括：一丝杆，轴向设置于集管中央；两活塞，分别设置在丝杆上，沿丝杆长度方向在集管中移动，且活塞的外径与集管的内径相配合。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

一种层流宽度可调式冷却装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种冷却装置，尤其涉及一种适用于冶金轧钢生产线的层流宽度可调式冷却装置。

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宽度可调式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，本发明提供了一种层流宽度可调式冷却装置，包括若干组喷管装置，每一组喷管装置包括：一集管，其中部设有进水管，集管上设有若干喷管，均布于集管上，其特征在于所述每一组喷管装置还包括：一丝杆，轴向设置于集管中央；两活塞，分别设置在丝杆上，沿丝杆长度方向在集管中移动，且活塞的外径与集管的内径相配合。

优选地，所述丝杆带有双头反向螺纹；所述两个活塞带有内螺纹，分别与丝杆的两段螺纹连接。

优选地，所述活塞侧面设有至少一条轴向的定位键，所述集管内壁设有至少一条轴向的定位槽，定位键与定位槽相匹配。

优选地，所述每一组喷管装置还包括：

一折叠套，套接在所述两活塞之间的丝杆上，所述折叠套的两端固定在所述两活塞的两相对面。

优选地，所述每一组喷管装置还包括：

两法兰，分别套接在所述丝杆上，所述法兰上设有若干螺纹孔，所述法兰的一侧通过螺钉与所述活塞固定，另一侧与所述折叠套固定。

优选地，还包括：两法兰，分别设置在所述集管内的两端且套接丝杆，所述法兰的中心孔轴向设有一定位键，所述丝杆上轴向设有一定位槽，所述定位键的一端与定位槽相啮合，另一端通过螺钉固定在法兰上，保证丝杆沿轴线方向运动。

优选地，所述活塞是圆形；所述定位键有两条，左右分布在活塞水平直径所对应的两侧面。

优选地，所述喷管设置在所述集管的底部，沿集管轴向排列在一直线上。

优选地，所述喷管设置在所述集管的顶部，分别交错排列、沿集管的两侧向下延伸。

一种层流宽度可调式冷却装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1.从上位PLC获取带钢宽度数据：即上位PLC将带钢的实际宽度数据传递给控制PLC；

2.计算层流冷却宽度：B＝H-Δx-C；其中层流冷却的宽度为B；带钢的实际宽度为H；遮挡宽度为Δx；修正值为C；该C为经验值，修正值C的取值范围为0-100mm，与带钢品种和厚度密切相关，同时又与所在层流冷却装置的特性密切相关，需在装置安装后调试确定。

3.确认活塞位置并计算活塞移动的方向和距离：控制PLC根据记忆的活塞位置，比较本次的活塞目标位置，计算活塞移动的方向和距离；

4.活塞移动到位：控制PLC根据活塞移动的方向和距离，确认操作侧和传动侧活塞的移动方向和距离，并调整到位；

5.电磁阀关闭：冷却过程结束后，电磁阀关闭，停止进水；

6.结束：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，还包括以下步骤：

在步骤4)和步骤5)之间还包括步骤4-1)：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5)；

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宽度可调式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；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为本发明的实施例1的结构示意图。

图2为图1中A-A面的剖面图。

图3为图2的局部放大图。

图4为本发明的折叠套的结构示意图。

图5为本发明的实施例2的结构示意图。

图6为图5中A′-A′面的剖面图。

图7为本发明的控制方法的流程图。

附图标号：

[1]喷管        [2]集管      [3]电机       [4]轴承

[5]丝杆        [6]活塞      [7]进水管     [8]加强板

[9]安装板      [10]定位键   [11]定位槽    [12]螺孔

[13]折叠套     [14]法兰     [15]螺钉

具体实施方式

下面结合附图1-7来具体介绍几种本发明的较佳实施例。

实施例1

如图1、2所示，本发明的层流宽度可调式冷却装置，包括若干组喷管装置，每一组喷管装置包括一集管2沿垂直带钢运行方向通过一对安装板9固定设置，并通过横向的加强板8增强喷管装置的稳定性。集管2的中部设有进水管7，集管2上设有若干喷管1，均布于各集管2上，喷管1设置在集管2的底部，沿集管2轴向排列在一直线上。丝杆5通过轴承4轴向设置于集管2中央，丝杆5带有双头反向螺纹。活塞6是圆形，活塞6的外径与集管2的内径相配合。两活塞6分别设置在丝杆5上，活塞6带有内螺纹，分别与丝杆5的两段螺纹连接，沿丝杆5长度方向在集管2中移动。

如图3所示，活塞6侧面设有两条轴向的定位键10，集管2内壁设有两条轴向的定位槽11，定位键10与定位槽11相匹配，定位键10左右分布在活塞6水平直径所对应的两侧面。

如图1、4所示，折叠套13套接在两活塞6之间的丝杆5上，折叠套13的两端固定在两活塞6的两对应面，防止两活塞6之间的丝杆5生锈。两法兰14分别套接在丝杆5上，法兰14上设有若干螺纹孔12，法兰14的一侧通过螺钉15与活塞6固定，另一侧与折叠套13固定。

实施例2

如图5、6所示，本发明的层流宽度可调式冷却装置，包括若干组喷管装置，每一组喷管装置包括一集管2沿垂直带钢运行方向通过一对安装板9固定设置，其中部设有进水管7，集管2上设有若干喷管1，均布于各集管2上，喷管1设置在集管2的顶部，分别交错排列、沿集管2的两侧向下延伸。丝杆5轴向设置于集管2中央，丝杆5带有双头反向螺纹。活塞6是圆形，活塞6的外径与集管2的内径相配合。两活塞6分别设置在丝杆5上，活塞6带有内螺纹，分别与丝杆5的两段螺纹连接，沿丝杆5长度方向在集管2中移动。

如图3所示，活塞6侧面设有两条轴向的定位键10，集管2内壁设有两条轴向的定位槽11，定位键10与定位槽11相匹配，定位键10左右分布在活塞6水平直径所对应的两侧面。

如图4所示，折叠套13套接在两活塞6之间的丝杆5上，折叠套13的两端固定在两活塞6的两对应面，防止两活塞6之间的丝杆5生锈。两法兰14分别套接在丝杆5上，法兰14上设有若干螺纹孔，法兰14的一侧通过螺钉15与活塞6固定，另一侧与折叠套13固定。

当电机3启动，带动丝杆5转动，使两个活塞6沿丝杆5反向移动，推挤集管中的水的位置，两个活塞6之间宽度，决定了改变所述流体通道的通道区域，这样就能实现对不同宽度带钢进行冷却的目的，同时保证了冷却水资源的有效利用。

如图7所示，本发明的层流宽度可调式冷却装置的控制方法，包括以下步骤：

1、从上位PLC获取带钢宽度数据：即上位PLC将带钢的实际宽度数据传递给控制PLC。

2、根据带钢品种，计算宽度B＝H-Δx-C：控制程序根据带钢的品种、厚度和实际宽度H，计算出层流冷却的宽度值B，此时单边遮挡宽度为(Δx+C)/2，由于带钢下表面温度与辊道面直接接触，温降较快，为保证带钢下表面温降速度和上表面一致，故边部遮挡宽度有一个修正值C，计算上表面时C为0；计算下表面时，设C为50mm。这里的C为经验值，与带钢品种和厚度密切相关，同时又与所在层流冷却装置的特性密切相关，需在装置安装后调试确定，同时对于带钢上表面的修正值C肯定小于下表面。例如，生产一种品种规格钢板的宽度为1200mm，使用本发明分别对齐上下表面使用冷却水进行层冷却。其带钢上部表面两侧需要遮挡的距离为150mm，计算出带钢上部表面层流冷却的宽度值B＝H-Δx＝1200mm-150mm＝1050mm，此时带钢上部表面单边遮挡宽度就为75mm；计算出带钢下表面层流冷却的宽度值B＝H-Δx-C＝1200mm-150mm-50mm＝1000mm，此时带钢下表面单边遮挡宽度就为100mm。

3、确认活塞6位置并计算活塞6移动的方向和距离：控制系统根据记忆的活塞6位置，比较本次的活塞6目标位置，计算活塞6移动的方向和距离。

4、活塞6移动到位：控制PLC根据活塞6移动的方向和距离，确认操作侧和传动侧活塞6的移动方向和距离，并调整到位；

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。

已甩尾：该种类型的带钢层流冷却结束，执行电磁阀关闭步骤；

未甩尾：继续工作直至甩尾。

5、电磁阀关闭：冷却过程结束后，电磁阀关闭，停止进水。

6、结束：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。

综上可知，本发明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。

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)

1.一种层流宽度可调式冷却装置，包括若干组喷管装置，每一组喷管装置包括：一集管(2)，其中部设有进水管(7)，集管(2)上设有若干喷管(1)，均布于集管(2)上，其特征在于所述每一组喷管装置还包括：

一丝杆(5)，轴向设置于集管(2)中央；

两活塞(6)，分别设置在丝杆(5)上，沿丝杆(5)长度方向在集管(2)中移动，且活塞(6)的外径与集管(2)的内径相配合。

2.如权利要求1所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于：所述丝杆(5)带有双头反向螺纹；所述两个活塞(6)带有内螺纹，分别与丝杆(5)的两段螺纹连接。

3.如权利要求2所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于：所述活塞(6)侧面设有至少一条轴向的定位键(10)，所述集管(2)内壁设有至少一条轴向的定位槽(11)，定位键(10)与定位槽(11)相匹配。

4.如权利要求3所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于所述每一组喷管装置还包括：

一折叠套(13)，套接在所述两活塞(6)之间的丝杆(5)上，所述折叠套(13)的两端固定在所述两活塞(6)的两相对面。

5.如权利要求4所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于所述每一组喷管装置还包括：

两法兰(14)，分别套接在所述丝杆(5)上，所述法兰(14)上设有若干螺纹孔，所述法兰(14)的一侧通过螺钉(15)与所述活塞(6)固定，另一侧与所述折叠套(13)固定。

6.如权利要求5所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于：所述活塞(6)是圆形；所述定位键(10)有两条，左右分布在活塞(6)水平直径所对应的两侧面。

7.如权利要求6所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于：所述喷管(1)设置在所述集管(2)的底部，沿集管(2)轴向排列在一直线上。

8.如权利要求6所述的层流宽度可调式冷却装置，其特征在于：所述喷管(1)设置在所述集管(2)的顶部，分别交错排列、沿集管(2)的两侧向下延伸。

9.一种如权利要求1、7、8中任意一项所述的层流宽度可调式冷却装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)从上位PLC获取带钢宽度数据：即上位PLC将带钢的实际宽度数据传递给控制PLC；

2)计算层流冷却宽度：B＝H-Δx-C；其中层流冷却的宽度为B；带钢的实际宽度为H；遮挡宽度为Δx；修正值为C，修正值C的取值范围为0-100mm；

3)确认活塞(6)位置并计算活塞(6)移动的方向和距离：控制PLC根据记忆的活塞(6)位置，比较本次的活塞(6)目标位置，计算活塞(6)移动的方向和距离；

4)活塞(6)移动到位：控制PLC根据活塞(6)移动的方向和距离，确认操作侧和传动侧活塞(6)的移动方向和距离，并调整到位；

5)电磁阀关闭：冷却过程结束后，电磁阀关闭，停止进水；

6)结束：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所述的层流宽度可调式冷却装置的控制方法，其特征在于：在步骤4)和步骤5)之间还包括步骤4-1)：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5)；

如果带钢未甩尾，则继续工作直至甩尾。

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