CN101837379B - 一种层流宽度可偏调式冷却装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种层流宽度可偏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，集管上设有若干均匀分布的喷管和一进水管，所述每一组喷管装置还包括：两丝杆，分别沿集管的中心轴线设置于集管两端部，沿集管的中心轴线在集管中移动；两活塞，分别设置在各丝杆上的相临近的两端部，且活塞的外径与集管的内径相配合，所述活塞侧面轴向设置至少一定位键，与所述集管内壁轴向设置的至少一定位槽相啮合；两电机，分别驱动各丝杆；所述进水管设置在集管的中部。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

一种层流宽度可偏调式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，尤其涉及一种适用于冶金轧钢生产线的层流宽度可偏调式冷却装置及控制方法。

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宽度可偏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偏调式冷却装置，包括若干组喷管装置，每一组喷管装置包括：一集管，集管上设有若干均匀分布的喷管和一进水管，所述每一组喷管装置还包括：两丝杆，分别沿集管的中心轴线设置于集管两端部，沿集管的中心轴线在集管中移动；两活塞，分别设置在各丝杆上的相临近的两端部，且活塞的外径与集管的内径相配合，两电机，分别驱动各丝杆；所述进水管设置在集管的中部。

优选地，所述活塞侧面轴向设置至少一定位键，与所述集管内壁轴向设置的至少一定位槽相啮合。

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，还包括：

两大齿轮，分别设置在所述电机的输出端；

两小齿轮，分别与所述大齿轮相啮合，各小齿轮上设有内螺纹孔，与丝杆的外螺纹连接。

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。

优选地，还包括：两研磨层，分别通过螺钉固定在所述活塞的相对面上。

一种层流宽度可偏调式冷却装置控制方法，包括如下步骤：

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；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；

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，包括以下步骤：

在步骤4)和步骤5)之间还包括步骤4-A)：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。

优选地，包括以下步骤：

在步骤4)和步骤4-A)之间还包括步骤4-B)：判断带钢是否跑偏：

层流冷却装置开始工作时，对带钢位置进行判断是否跑偏，并根据判断结果进行相应的控制；

如果带钢跑偏：确认带钢跑偏的位置，即跑偏量ΔH；据此，控制PLC计算活塞的移动距离，控制程序驱动电机带动左右活塞移动到位；

如果带钢不跑偏：保持活塞的现有对中位置。

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偏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为本发明的结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为实施例1的结构示意图。

图4为本发明的控制方法的流程图。

附图标号：

[1]喷管装置    [2]集管    [3]喷管      [4]丝杆

[5]活塞        [6]电机    [7]大齿轮    [8]小齿轮

[9]进水管      [10]研磨层

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3所示，在钢铁企业的热轧连轧机生产线安装本发明的层流宽度可偏调式冷却装置，其包括若干组喷管装置1。

如1、2图所示，每一组喷管装置1包括一根集管2、若干喷管3、两丝杆4、两活塞5、两电机6、两大齿轮7、两小齿轮8、一进水管9以及两研磨层10。喷管3均布于集管2的顶部，分别交错排列、沿集管2的两侧向下延伸。一进水管9与集管2顶端的中部导通。两丝杆4分别沿集管2的中心轴线设置于集管2两端部的中央，沿集管2的中心轴线在集管2中移动。两活塞5分别通过螺丝固定在各丝杆4上的相临近的两端部，且活塞5的外径与集管2的内径相配合。活塞5侧面设有两条轴向的定位键，集管2内壁设有两条轴向的定位槽，定位键与定位槽相匹配。两法兰分别设置在集管内的两端且套接丝杆4，法兰的中心孔轴向设有一定位键，丝杆4上轴向设有一定位槽，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。两研磨层10分别通过螺钉固定在活塞5的相对面上。两电机6分别通过齿轮联动各丝杆4，本发明中的电机6采用伺服步进电机，更能够准确控制和反馈活塞的位置。两大齿轮7分别设置在电机6的输出端；两小齿轮8分别与大齿轮7相啮合，各小齿轮8上设有内螺纹孔，与丝杆4的外螺纹连接。所述固定在上喷集管端部的电机6，带动所述集管2内的丝杆4、活塞5沿集管2运动，通过移动两个活塞5，调节两个活塞5之间宽度，限定冷却水的出水位置，建立基本垂直于传送带材的带材通道的缝隙层流，并决定和改变所述流体通道的通道宽度区域，集管2内活塞5之间的相应区域内具有冷却水，活塞5之外的区域内的集管2就没有冷却水输出，以此实现控制冷却水宽度的目的。

本发明申请所述层流宽度可偏调式冷却装置的控制，通过对电机来控制活塞的位置，而且可以根据带钢在层流冷却辊道上的跑偏情况，单独调节一侧的电机，自动建立相应于带材通道宽度的缝隙层流，避免层流冷却宽度调节装置在带钢跑偏时不能够适应的弊端。

在实际使用中，本发明与PLC结合，上位PLC提供带钢宽度数据给控制PLC，控制PLC经计算后，通过变频器、编码器，驱动电机转动，带动丝杆，经传动装置，实现上喷遮挡装置中活塞的移动，从而实现上喷层流冷却的宽度控制。每一个上喷遮挡装置左右各有一台电机分别驱动相应活塞移动，左右电机分别由各自的变频器和编码器控制，可实现单边调节。根据带钢的品种和宽度，层流冷却上喷各组遮挡装置均通过上述宽度控制和单边调节实现整体的层流冷却的宽度控制。

如图4所示，本发明的控制方法的流程图中：

B-实际水流宽度；H-带钢宽度；Δx-带钢两侧需要遮挡的距离；H-带钢跑偏后需要调整的距离。

本发明的层流宽度可偏调式冷却装置采用如下控制步骤：

1)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)据带钢品种，计算宽度B＝H-Δx：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/2。例如，生产一种品种规格钢板的宽度为1200mm，其带钢两侧需要遮挡的距离为150mm，计算出层流冷却的宽度值B＝H-Δx＝1200mm-150mm＝1050mm，此时单边遮挡宽度就为75mm。

3)确认活塞位置并计算活塞移动的方向和距离：控制系统根据编码器记忆的活塞位置，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根据编码器记忆所计算的活塞移动方向和距离，确认左右活塞各自的移动方向和距离，并通过编码器控制电机将活塞移动到位；

5)判断带钢是否跑偏：层流冷却装置开始工作时，对带钢位置进行判断是否跑偏，并根据判断结果进行相应的控制。

a)带钢跑偏：确认带钢跑偏的位置，即跑偏量ΔH；据此，控制PLC计算活塞的移动距离，控制程序驱动电机带动左右活塞移动到位；

b)带钢不跑偏：保持活塞的现有对中位置。

6)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。

a)已甩尾：该种类型的带钢层流冷却结束；

b)未甩尾：继续工作直至甩尾。

7)电磁阀关闭：冷却过程结束后，电磁阀关闭，停止进水；

8)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 (4)

1.一种层流宽度可偏调式冷却装置，包括若干组喷管装置（1），每一组喷管装置（1）包括：一集管（2），若干均匀分布在集管（2）上的喷管（3）和一进水管（9），其特征在于所述每一组喷管装置（1）还包括：

两丝杆（4），分别沿集管（2）的中心轴线设置于集管（2）两端部，沿集管（2）的中心轴线在集管（2）中移动；

两活塞（5），分别设置在各丝杆（4）上的相临近的两端部，且活塞（5）的外径与集管（2）的内径相配合，所述活塞（5）侧面轴向设置至少一定位键，与所述集管（2）内壁轴向设置的至少一定位槽相啮合；

两电机（6），分别驱动各丝杆（4）；

所述进水管（9）设置在集管（2）的中部；

两法兰，分别设置在所述集管内的两端且套接丝杆（4），所述法兰的中心孔轴向设有一定位键，所述丝杆（4）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；

两研磨层（10），分别通过螺钉固定在所述两个活塞（5）相对的表面上。

2.如权利要求1所述的层流宽度可偏调式冷却装置，其特征在于还包括：

两大齿轮（7），分别设置在所述电机（6）的输出端；

两小齿轮（8），分别与所述大齿轮（7）相啮合，各小齿轮（8）上设有内螺纹孔，与丝杆（4）的外螺纹连接。

3.如权利要求2所述的层流宽度可偏调式冷却装置，其特征在于：所述喷管（3）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。

4.一种如权利要求1-3任意一项所述的层流宽度可偏调式冷却装置的控制方法，其特征在于包括如下步骤：

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-△x；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△x；

3)确认活塞（5）位置并计算活塞（5）移动的方向和距离：控制PLC根据记忆的活塞（5）位置，比较本次的活塞（5）目标位置，计算活塞（5）移动的方向和距离；

4)活塞（5）移动到位：控制PLC根据活塞（5）移动的方向和距离，确认操作侧和传动侧活塞（5）的移动方向和距离，并调整到位；

5)判断带钢是否跑偏：层流冷却装置开始工作时，对带钢位置进行判断是否跑偏，并根据判断结果进行相应的控制；如果带钢跑偏，确认带钢跑偏的位置，即跑偏量△H，据此，控制PLC计算活塞（5）的移动距离，控制程序驱动电机（6）带动左右活塞（5）移动到位；如果带钢不跑偏，保持活塞（5）的现有对中位置；

6)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7）；如果带钢未甩尾，则继续工作直至甩尾；

7)电磁阀关闭：冷却过程结束后，电磁阀关闭，停止进水；

8)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。

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