CN103143570A - 一种轧辊冷却系统及其冷却控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轧辊冷却系统及其冷却控制方法，轧辊冷却系统采用外部冷却和内部冷却相结合的系统，轧辊冷却控制方法通过一系列仪表设备组成的反馈-控制回路和轧辊冷却控制模型组成的闭环控制系统来实现。使用该方法可以检测反馈计算轧辊表面和内部的温度，并通过闭环控制系统对轧辊表面各区域单独控制，可以有效控制轧辊径向以及轧辊表面周向和轴向的热凸度，减少热冲击，根据现场应用统计有效提高轧辊使用寿命一倍以上。控制模型简洁，设定和调整方便，可以精确控制轧辊表面气雾冷却喷射量，保证轧机位置连铸坯表面质量不受轧机冷却剂影响。

Description

一种轧辊冷却系统及其冷却控制方法

技术领域

本发明涉及一种轧辊冷却系统及其冷却控制方法，尤其涉及一种应用在连铸环境中的低速高温大压下轧制的轧辊的冷却系统及其冷却控制方法。

背景技术

轧辊的冷却技术对轧辊的磨损、热裂纹及剥落有重要影响。目前还没有出现应用于连铸环境中的大轧辊冷却控制技术。2010年3月9日提交的发明专利申请CN102189102A及2010年12月3日提交的实用新型专利CN202021199U等公开了一种液芯大压下轧机，该轧机的轧辊的工况条件极端恶劣，轧辊寿命是制约技术发展和降低成本的关键，如何对这种轧辊的温度进行精确控制目前还属于空白。连铸环境不同于普通轧钢环境，若对轧辊辊面直接喷水冷却会带来连铸坯各种质量缺陷。而相关技术领域比如铝铸轧辊虽然也采用了一些冷却方法，但大多是开环粗放模式，未对轧辊温度曲线进行精确闭环控制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种将外部冷却系统和内部冷却系统有机结合起来的轧辊冷却系统和对内部冷却系统和外部冷却系统分别进行闭环控制的轧辊冷却控制方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种轧辊冷却系统，包括用于冷却双轧辊的外部冷却系统和内部冷却系统、以及轧辊冷却控制模块，其中：

外部冷却系统包括用来向轧辊喷淋冷却剂的多个喷嘴，多个喷嘴按照喷淋轧辊区域的不同划分为束，每个喷嘴束都被轧辊冷却控制模块单独控制，轧辊冷却控制模块用于根据检测到的轧辊表面每一区域的温度来控制输送到相应喷嘴束的冷却剂流量；

内部冷却系统包括用于冷却双轧辊内部的内冷回路，轧辊冷却控制模块还用于根据检测到的内冷回路上的冷却剂温度和流量数据算出轧辊内冷行星孔内壁表面温度并控制内冷回路上的冷却剂流量。

对于上述轧辊冷却系统，外部冷却系统还包括连接到各喷嘴束上的各冷却剂输送管道、设置在各冷却剂输送管道上的电磁阀和流量计、以及设置在轧辊表面上的多个辊面温度检测元件。

对于上述轧辊冷却系统，多个辊面温度检测元件的布置方式为每个轧辊表面布置四个辊面温度检测元件，其中两个位于轧辊入口侧而且另外两个位于轧辊出口侧，位于轧辊入口侧的一个辊面温度检测元件和位于轧辊出口侧的一个辊面温度检测元件位于轧辊中心并沿着轧辊中心线对称布置而且另外两个辊面温度检测元件位于距离轧辊中心左移W/2-50的位置并沿着轧辊中心线对称布置，其中W为连铸坯的宽度，单位为毫米。

对于上述轧辊冷却系统，内部冷却系统还包括设置在内冷回路入口的电磁阀和第一测温元件、以及设置在内冷回路出口的流量计和第二测温元件。

对于上述轧辊冷却系统，轧辊冷却控制模块包括分别用于控制轧辊外部冷却系统和内部冷却系统的外冷控制单元和内冷控制单元、与外冷控制单元相连的外冷控制数据运算单元、与内冷控制单元相连的内冷控制数据运算单元、以及分别连接外冷控制数据运算单元和内冷控制数据运算单元的轧辊冷却控制模型存储器。

对于上述轧辊冷却系统，多个喷嘴为在双轧辊周围布置的四组喷嘴，其中两组位于上轧辊的出口侧和入口侧，另外两组位于下轧辊的出口侧和入口侧。

对于上述轧辊冷却系统，内冷回路包括轧辊内冷行星孔和旋转接头，其中，轧辊内冷行星孔包括具有第一环形空腔和第二环形空腔的轧辊芯部、轧辊内部距离其外侧壁一定厚度位置周向均布的偶数个行星孔、将轧辊芯部的第一环形空腔与设在轧辊直径两极上相对应的两个行星孔分别相连的两个径向入孔、连接相邻行星孔相同孔端的端面周向通道、以及将轧辊芯部的第二环形空腔与设在轧辊直径两极上相对应的两个行星孔分别相连的两个径向出孔。

一种轧辊冷却控制方法，包括如下步骤：

第一步，确定轧辊表面各区域对应的温度设定值以及轧辊内冷行星孔内壁表面温度设定值；

第二步，根据每个区域的温度设定值确定该区域对应的喷嘴束的喷射流量初始值，根据轧辊内冷行星孔内壁表面温度设定值确定轧辊内冷回路输送的冷却剂的流量初始值，设置喷嘴束的喷射流量初始值和轧辊内冷回路的流量初始值并启动冷却过程；

第三步，根据在轧辊表面每个区域上实时检测的温度值与对应区域温度设定值的偏差来调节该区域对应的喷嘴束的喷射流量，通过实时检测的轧辊内冷回路的冷却剂温度和流量数据算出轧辊内冷行星孔内壁表面温度并根据当前轧辊内冷行星孔内壁表面温度与内冷行星孔内壁表面温度设定值的偏差来调节轧辊内冷回路输送的冷却剂流量。

对于上述轧辊冷却控制方法，第一步进一步包括：检测轧辊表面各区域温度后确定轧辊表面温度曲线，检测轧辊内冷回路上冷却剂温度及流量数据后算出轧辊内冷行星孔内壁表面温度，根据轧辊表面各区域的温度和轧辊内冷行星孔内壁表面温度确定轧辊径向温度曲线，再根据轧辊寿命统计优化模型确定轧辊表面各区域对应的温度设定值以及轧辊内冷行星孔内壁表面温度设定值。

对于上述轧辊冷却控制方法，当前时刻轧辊内冷行星孔内壁表面温度为：

$T_z=(T_1+T_2)/2-\frac{c_w(T_1-T_2)\mathrm{\ρ}{q}_w}{k_w\mathrm{n\πd}}$

其中，T₁和T₂为内冷回路入口和出口处温度，c_w、ρ、q_w分别为冷却剂的比热、密度、流量，n、d分别为轧辊内冷行星孔的数量、直径，k_w为冷却剂与轧辊内冷行星孔内壁表面换热系数。

对于上述轧辊冷却控制方法，轧辊内冷回路输送的冷却剂的流量初始值为：

其中，T_{z_set}为轧辊内冷行星孔内壁表面温度设定值。

对于上述轧辊冷却控制方法，通过实时检测的轧辊内冷回路的冷却剂温度和流量数据算出轧辊内冷行星孔内壁表面温度并根据当前轧辊内冷行星孔内壁表面温度与内冷行星孔内壁表面温度设定值的偏差来调节轧辊内冷回路输送的冷却剂流量，冷却剂流量的调节量为：

$\mathrm{\α}\%=\mathrm{\η}\·\frac{\[(T_1+T_2)/2-\frac{c_w(T_1-T_2)\mathrm{\ρ}{q}_w}{k_w\mathrm{n\πd}}\]{-T}_{z\_\mathrm{set}}}{T_{z\_\mathrm{set}}}\×100\%$

其中，η为修正系数，α%的数值为正或负表示增加或减少内冷回路上输送的冷却剂流量。

对于上述轧辊冷却控制方法，根据在轧辊表面每个区域上实时检测的温度值与对应的区域温度设定值的偏差来调节该区域对应的喷嘴束的喷射流量，每个喷嘴束喷射流量的调节量为：

${\mathrm{\β}}_{j\_i}\%=\mathrm{\κ}\·\frac{T_{\mathrm{bj}\_i}-T_{\mathrm{bj}\_\mathrm{set}}}{T_{\mathrm{bj}\_\mathrm{set}}}\×100\%$

其中，κ为修正系数，下标j_i表示区域j中点i处，β_{j_i}%的数值为正或负表示增加或减少喷嘴束的喷射流量。

与现有技术相比，本发明技术方案主要的优点如下：

1）可以实时检测反馈轧辊表面温度并计算出轧辊内部的温度，以便进行精确控制。

2）对轧辊内部冷却和外部冷却单独控制，有效提高冷却效率。

3）对轧辊表面各区域单独控制，可以有效控制轧辊径向以及轧辊表面周向和轴向的热凸度，减少热冲击，控制轧辊表面温度上升和温度向内扩散，根据现场应用统计有效提高轧辊使用寿命1倍以上。

4）可以精确控制轧辊外冷喷嘴的喷射量，保证轧机位置连铸坯表面质量不受轧机冷却剂影响。

5）控制模型简洁，设定和调整都较为方便。

附图说明

图1是本发明一个实施例所述的轧辊冷却系统的原理示意图；

图2是本发明一个实施例所述的四组喷嘴在双轧辊周围的布置示意图；

图3以上轧辊为例示出多个辊面温度检测元件在轧辊表面的一种布置形式；

图4是本发明一个实施例所述的轧辊内冷回路的剖视图；

图5是图4中的轧辊内冷回路的端面示意图。

具体实施方式

本发明的轧辊冷却通过特定的冷却系统及控制方式来完成，轧辊冷却系统采用外部冷却和内部冷却相结合的系统，轧辊冷却控制方式通过一系列仪表设备组成的反馈-控制回路和轧辊冷却控制模型组成的闭合控制来实现。

如图1所示，本发明一个实施例所述的轧辊冷却系统包括用于冷却双轧辊1的外部冷却系统和内部冷却系统、以及轧辊冷却控制模块2。外部冷却系统包括用来向轧辊1喷淋冷却剂的多个喷嘴31，多个喷嘴31按照喷淋轧辊区域的不同划分为束，还包括分别连接到各喷嘴束上的各冷却剂输送管道32、设置在各冷却剂输送管道32上的电磁阀33和流量计34、以及设置在轧辊表面上的多个辊面温度检测元件35。其中，每个喷嘴束都被轧辊冷却控制模块2单独控制。轧辊冷却控制模块2用于根据每个辊面温度检测元件35检测到的轧辊1表面对应区域的温度来控制相应的电磁阀33调节输送到相应喷嘴束的冷却剂流量，如此循环形成外冷闭环控制，使轧辊1表面温度尽可能接近预设的轧辊表面温度曲线。内部冷却系统包括用于冷却双轧辊1内部的内冷回路41、设置在内冷回路41入口的电磁阀42和第一测温元件43a、以及设置在内冷回路41出口的流量计44和第二测温元件43b。轧辊冷却控制模块2还用于根据检测到的内冷回路41上冷却剂输入温度、冷却剂输出温度以及冷却剂流量算出轧辊内冷行星孔416内壁表面温度并控制内冷回路41上的冷却剂流量，如此循环形成内冷闭环控制，使轧辊径向温度曲线尽可能接近预设的轧辊径向温度梯度曲线。

其中，轧辊冷却控制模块2包括分别用于控制轧辊外部冷却系统和内部冷却系统的外冷控制单元21和内冷控制单元21、与外冷控制单元21相连的外冷控制数据运算单元23、与内冷控制单元22相连的内冷控制数据运算单元24、以及分别连接外冷控制数据运算单元23和内冷控制数据运算单元24的轧辊冷却控制模型存储器20。

基于上述冷却系统，本发明的轧辊冷却控制方法包括如下步骤：

步骤1，检测轧辊表面各区域的温度后确定轧辊表面温度曲线，检测轧辊内冷回路41的冷却剂输入温度、冷却剂输出温度以及冷却剂流量后算出轧辊内冷行星孔416内壁表面温度，根据轧辊表面各区域的温度和轧辊内冷行星孔416内壁表面温度确定轧辊径向温度曲线，再根据轧辊寿命统计优化模型确定轧辊表面各区域对应的温度设定值以及轧辊内冷行星孔416内壁表面温度设定值；

步骤2，根据每个区域的温度设定值确定该区域对应的喷嘴束的喷射流量初始值，根据轧辊内冷行星孔416内壁表面温度设定值确定轧辊内冷回路41上输送的冷却剂的流量初始值，设置喷嘴束的喷射流量初始值和轧辊内冷回路41的流量初始值并启动冷却过程；

步骤3，根据在轧辊表面每个区域上实时检测的温度值与对应区域温度设定值的偏差来调节该区域对应的喷嘴束的喷射流量，通过检测轧辊内冷回路41的冷却剂输入、输出温度和流量算出轧辊内冷行星孔416内壁表面温度并根据当前轧辊内冷行星孔416内壁表面温度与内冷行星孔416内壁表面温度设定值的偏差来调节轧辊内冷回路41输送的冷却剂流量。

喷嘴31起到冷却轧辊1表面的作用，控制轧辊辊面温度，保障辊面强度，优选为在双轧辊周围布置四组喷嘴31，如图2所示，其中两组位于上轧辊1a的出口侧和入口侧，另外两组位于下轧辊1b的出口侧和入口侧。每组喷嘴31在与轧辊1轴向平行的方向上的长度近似等于轧辊1的轴向长度L，每组喷嘴31沿与轧辊1轴向平行的方向分成i个束，例如每三个喷嘴31组成一个束，每个束可以单独控制，从而实现轧辊1轴向上温度曲线精确闭环控制。优选地，每组喷嘴31的喷射角度约为60°。

图3是排布有辊面温度检测元件的轧辊1的俯视图，需要说明的是，本例基于减少设备投资原则，采用最低要求的每个轧辊四个辊面温度检测元件35的布置方式，理论上各个辊面温度检测元件应该与各区域喷嘴束成对应关系，因此轧辊表面上设置的辊面温度检测元件的数量与喷嘴束的数量相同。图中351和353指示位置为入口侧两个辊面温度检测元件，352和354指示位置为出口侧两个辊面温度检测元件，两个辊面温度检测元件351和352位于轧辊中心，另外两个辊面温度检测元件353和354位于距离轧辊中心左移W/2-50的位置，其中W为连铸坯7的宽度，单位为毫米，两个辊面温度检测元件353和354的位置会随着连铸坯7宽度W的变化而变化，两个辊面温度检测元件351与352、两个辊面温度检测元件353与354沿着轧辊中心线对称布置。控制过程中，外冷控制数据运算单元23将两个温度检测元件351与353（或者352与354）检测到的温度作比较，可以得出该位置沿轧辊表面轴向温度分布曲线；将两个温度检测元件351与352（或者353与354）检测到的温度作比较，可以得出该位置沿轧辊表面周向温度分布曲线，再根据轧辊寿命统计优化模型来计算轧辊表面周向各点温度最优化的温度区域分布设定值。

设置在轧辊1表面的一系列辊面温度检测元件35实时检测轧辊表面入口侧和出口侧温度并反馈给外冷控制单元21用于控制，外冷控制单元21可以采用可编程逻辑控制器（简称为PLC）。在喷嘴束的冷却剂输送管路32上设置流量计34和电磁阀33，调整每束喷嘴31的冷却剂流量，每束喷嘴31喷出冷却剂的量由模型设定精确控制，从而实现轧辊表面周向温度曲线精确闭环控制。

如图4所示，内部冷却系统中冷却剂的进给和排出是由轧辊芯部和旋转接头411共同完成的。其中，轧辊芯部包括芯管412、隔流环413、第一环形内腔414以及第二环形空腔415。内冷回路41包括轧辊内冷孔和旋转接头411。其中，轧辊内冷孔包括轧辊芯部、轧辊内部距离其外侧壁一定厚度位置周向均布的n个行星孔（n为偶数）416、将轧辊芯部的第一环形空腔414与设在轧辊直径两极上相对应的两个行星孔416分别相连的两个径向入孔417、连接相邻行星孔416相同孔端的端面周向通道418、以及将轧辊芯部的第二环形空腔415与设在轧辊直径两极上相对应的两个行星孔416分别相连的两个径向出孔419。结合图5，图中虚线表示在辊身B-B端面远侧，孔内的叉表示冷却剂垂直纸面往里流，孔内的点表示冷却剂垂直纸面往外流，冷却剂从旋转接头411经过芯管412到达第一环形空腔414，沿设在轧辊1一端的径向入孔417分成两支，直达设在轧辊1直径两极上相对应的行星孔416，冷却剂随即在两极行星孔416内沿辊身向轧辊1另一端输送，当两路冷却剂到达轧辊1另一端后，以同样的旋向从端面周向通道418进入相邻的行星孔416，以此类推，每遇到相邻的行星孔416时冷却剂就沿辊身逆向回流，直到冷却剂通过所有的行星孔416并覆盖了全部轧辊辊面。最后两支冷却剂流分别沿轧辊1另一端的两个径向出孔419流向轧辊芯部的第二环形空腔415，并从轧辊芯部排出轧辊1。

冷却剂经过内冷回路41，起到冷却轧辊1和阻止热量向轧辊1内部传递作用，保障辊身强度。内冷回路41入口设置电磁阀42和测温元件43a，控制流量并检测冷却剂输入温度，内冷回路41出口设置流量计44和测温元件43b，检测流量和冷却剂输出温度并实时反馈给内冷控制单元22，内冷控制单元22可以采用可编程逻辑控制器（简称为PLC）。上下轧辊的内冷回路41的配置相同，单独控制。需要说明的是，为了提高温度检测的准确性，内冷回路41上的测温元件43a和43b应该尽量靠近轧辊1。

连铸坯7经过轧辊对1a和1b时，会使上下轧辊1a和1b温度升高，四组喷嘴31分别对上下轧辊1a和1b的入口侧辊面和出口侧辊面进行冷却，内冷回路41分别对上下轧辊1a和1b的内部进行冷却，轧辊冷却控制模块1通过轧辊冷却控制模型控制各喷嘴束的冷却强度和内冷回路41的冷却强度，结合温度反馈，使得轧辊表面周向温度曲线尽量平滑，同时优化轧辊表面轴向温度曲线和轧辊径向温度曲线，减少表面热冲击，保证轧辊表面强度，优化轧辊使用寿命。

轧辊冷却控制模型包括外冷控制模型和内冷控制模型。下面，依次对轧辊内冷控制模型和轧辊外冷控制模型进行详细说明。

上述步骤1和步骤3中t时刻轧辊内冷行星孔416内壁表面温度的计算模型如下：根据牛顿冷却定律及对流热传导公式，经过推导得出t时刻轧辊内冷行星孔416内壁表面温度Tz的简化计算模型为：

$T_z=(T_1+T_2)/2-\frac{c_w(T_1-T_2)\mathrm{\ρ}{q}_w}{k_w\mathrm{n\πd}}---\left(1\right)$

式中，T₁、T₂为内冷回路41入口和出口处温度，c_w、ρ、q_w分别为冷却剂的比热、密度、流量，n、d分别为轧辊内冷行星孔416数量、直径，k_w为冷却剂与轧辊内冷行星孔416内壁表面换热系数。

T₁、T₂、q_w分别通过布置在内冷回路41上的相关仪表测得。而轧辊表面各点温度T_{bj_i}可以通过辊面温度检测元件35实时获取，进而结合傅立叶导热的基本定律q=-λ*gradT可以得到轧辊径向温度梯度分布情况；其中q为热流密度，λ为导热系数，“－”表示导热的方向永远沿着温度降低的方向。

理论上，轧辊1的温度越低越好，但是由于轧辊1和热铸坯7接触弧区温度很高而无法获得有效冷却，因此还需要通过轧辊寿命统计优化模型来计算轧辊表面周向各点温度最优化的温度区域分布设定值T_{bj_set}以及内冷行星孔416内壁表面平均温度设定值T_{z_set}。

上述步骤2中轧辊内冷回路41输送的冷却剂的流量初始值通过如下计算模型得到：从式（1）可以看出，在轧辊结构已经确定的情况下，轧辊内冷行星孔416内壁表面温度Tz主要受冷却剂的流量q_w影响，因为通过调整冷却剂的流量q_w可以使得轧辊内冷行星孔416内壁表面温度Tz稳定在一个合理的范围内。因此，本发明的冷却控制方法通过调整内冷回路42上冷却剂的流量q_w可以使得轧辊内冷行星孔416内壁表面温度Tz接近内冷行星孔416内壁表面平均温度设定值T_{z_set}。

根据式（1）得到轧辊内冷回路41输送的冷却剂的流量q_w初始设定控制模型简化公式为：

式中，q_{w_set}为轧辊内冷回路41上冷却剂流量的设定值。

然后判断轧辊内冷行星孔416内壁表面温度Tz与内冷行星孔416内壁表面平均温度设定值T_{z_set}的差值情况，通过调节内冷回路41上电磁阀42的百分比α%开口度来调节轧辊内冷却剂流量q_w的值，结合式（1）得，上步骤3中根据当前轧辊内冷行星孔416内壁表面温度与内冷行星孔416内壁表面温度设定值q_{w_set}的偏差来调节轧辊内冷回路41输送的冷却剂流量，是通过轧辊内冷控制模型进行调节的。轧辊内冷控制模型简化公式为：

$\mathrm{\α}\%=\mathrm{\η}\·\frac{\[(T_1+T_2)/2-\frac{c_w(T_1-T_2)\mathrm{\ρ}{q}_w}{k_w\mathrm{n\πd}}\]{-T}_{z\_\mathrm{set}}}{T_{z\_\mathrm{set}}}\×100\%---\left(3\right)$

式中，η为轧辊内冷控制模型修正系数，计算结果“+/-”表示增加/减少设置在内冷回路41入口处的电磁阀42的开口度。

内冷控制数据运算单元24按照模型公式（1）计算得出t时刻轧辊内冷行星孔416内壁表面温度Tz，然后结合轧辊表面各区域温度检测数据T_{bj_·i}，经过模型运算得到轧辊内部温度梯度曲线，再通过轧辊寿命统计优化模型来计算轧辊表面周向各点温度最优化的温度区域分布设定值T_{bj_set}以及内冷行星孔416内壁表面平均温度设定值T_{z_set}；根据模型公式（2）预计算得出轧辊内部所需冷却强度和流量，以设置内冷回路41上电磁阀42的初始开口度；开始对双轧辊1进行冷却后，通过内冷控制模型公式（3）对冷却剂流量进行调整，如此循环形成内冷闭环控制，精确控制轧辊内部温度。

上述步骤3中根据在轧辊表面每个区域上实时检测的温度值与对应的区域温度设定值的偏差来调节该区域对应的喷嘴束的喷射流量，是通过如下轧辊外冷控制模型进行调节的。调整区域j中点i处喷嘴31的喷射量调节阀33的百分比β_{j_i}%（下标j_i表示区域j中点i处）开口度来调节各点所在区域的冷却强度，直到该区域对应的辊面温度检测元件35反馈的温度T_{bj_i}接近该区域的设定温度T_{bj_set}，使得轧辊每个区域表面沿轴向温度保持一致，且沿周向温度保持最优化的温度梯度。轧辊外冷控制模型的简化公式为：

${\mathrm{\β}}_{j\_i}\%=\mathrm{\κ}\·\frac{T_{\mathrm{bj}\_i}-T_{\mathrm{bj}\_\mathrm{set}}}{T_{\mathrm{bj}\_\mathrm{set}}}\×100\%---\left(4\right)$

式中，κ为轧辊外冷控制模型修正系数，计算结果“+/-”表示增加/减少设置在相应的冷却剂输送管道32上的电磁阀33的开口度。

开始对双轧辊1进行冷却后，外冷控制单元21按照由公式（4）得到的结果来设定和调整各喷嘴束的喷射量，从而调节轧辊表面轴向和周向的温度梯度曲线，优化轧辊使用寿命。

需要说明的是，所列各控制回路对于上下轧辊和轧辊的入口出口两侧均呈对称布置，本说明书为了描述方便起见，对于对称结构只详细图示并说明了其中能够体现一致的技术特征那部分的仪表布置和控制回路。应当注意，本领域技术人员由此发明的技术方案经过简化、类推、联想到的任何相关结构设计和控制方法，均在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种轧辊冷却系统，其特征在于，包括用于冷却双轧辊（1）的外部冷却系统和内部冷却系统、以及轧辊冷却控制模块（2），其中：

外部冷却系统包括用来向轧辊（1）喷淋冷却剂的多个喷嘴（31），多个喷嘴（31）按照喷淋轧辊区域的不同划分为束，每个喷嘴束都被轧辊冷却控制模块（2）单独控制，轧辊冷却控制模块（2）用于根据检测到的轧辊表面每一区域的温度来控制输送到相应喷嘴束的冷却剂流量；

内部冷却系统包括用于冷却双轧辊（1）内部的内冷回路（41），轧辊冷却控制模块（2）还用于根据检测到的内冷回路（41）上的冷却剂温度和流量数据算出轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度并控制内冷回路（41）上的冷却剂流量。

2.如权利要求1所述的轧辊冷却系统，其特征在于，外部冷却系统还包括连接到各喷嘴束上的各冷却剂输送管道（32）、设置在各冷却剂输送管道（32）上的电磁阀（33）和流量计（34）、以及设置在轧辊表面上的多个辊面温度检测元件（35）。

3.如权利要求2所述的轧辊冷却系统，其特征在于，多个辊面温度检测元件（35）的布置方式为每个轧辊（1）表面布置四个辊面温度检测元件，其中两个位于轧辊入口侧而且另外两个位于轧辊出口侧，位于轧辊入口侧的一个辊面温度检测元件（351）和位于轧辊出口侧的一个辊面温度检测元件（352）位于轧辊中心并沿着轧辊中心线对称布置而且另外两个辊面温度检测元件（353和354）位于距离轧辊中心左移W/2-50的位置并沿着轧辊中心线对称布置，其中W为连铸坯（7）的宽度，单位为毫米。

4.如权利要求1所述的轧辊冷却系统，其特征在于，内部冷却系统还包括设置在内冷回路（41）入口的电磁阀（42）和第一测温元件（43a）、以及设置在内冷回路（41）出口的流量计（44）和第二测温元件（43b）。

5.如权利要求1所述的轧辊冷却系统，其特征在于，轧辊冷却控制模块（2）包括分别用于控制轧辊外部冷却系统和内部冷却系统的外冷控制单元（21）和内冷控制单元（22）、与外冷控制单元（21）相连的外冷控制数据运算单元（23）、与内冷控制单元（22）相连的内冷控制数据运算单元（24）、以及分别连接外冷控制数据运算单元（23）和内冷控制数据运算单元（24）的轧辊冷却控制模型存储器（20）。

6.如权利要求1所述的轧辊冷却系统，其特征在于，多个喷嘴（31）为在双轧辊（1）周围布置的四组喷嘴，其中两组位于上轧辊（1a）的出口侧和入口侧，另外两组位于下轧辊（1b）的出口侧和入口侧。

7.如权利要求1所述的轧辊冷却系统，其特征在于，内冷回路（41）包括轧辊内冷孔和旋转接头（411），其中，轧辊内冷孔包括具有第一环形空腔（414）和第二环形空腔（415）的轧辊芯部、轧辊内部距离其外侧壁一定厚度位置周向均布的偶数个行星孔（416）、将轧辊芯部的第一环形空腔（414）与设在轧辊直径两极上相对应的两个行星孔（416）分别相连的两个径向入孔（417）、连接相邻行星孔（416）相同孔端的端面周向通道（418）、以及将轧辊芯部的第二环形空腔（415）与设在轧辊直径两极上相对应的两个行星孔（416）分别相连的两个径向出孔（419）。

8.一种轧辊冷却控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，确定轧辊表面各区域对应的温度设定值以及轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值；

第二步，根据每个区域的温度设定值确定该区域对应的喷嘴束的喷射流量初始值，根据轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值确定轧辊内冷回路（41）输送的冷却剂的流量初始值，设置喷嘴束的喷射流量初始值和轧辊内冷回路（41）的流量初始值并启动冷却过程；

第三步，根据在轧辊表面每个区域上实时检测的温度值与对应区域温度设定值的偏差来调节该区域对应的喷嘴束的喷射流量，通过实时检测的轧辊内冷回路（41）的冷却剂温度和流量数据算出轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度并根据当前轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度与内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值的偏差来调节轧辊内冷回路（41）输送的冷却剂流量。

9.如权利要求8所述的轧辊冷却控制方法，其特征在于，第一步进一步包括：检测轧辊表面各区域温度后确定轧辊表面温度曲线，检测轧辊内冷回路（41）上冷却剂温度及流量数据后算出轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度，根据轧辊表面各区域的温度和轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度确定轧辊径向温度曲线，再根据轧辊寿命统计优化模型，确定轧辊表面各区域对应的温度设定值以及轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值。

10.如权利要求8或9所述的轧辊冷却控制方法，其特征在于，当前时刻轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度为：

$T_z=(T_1+T_2)/2-\frac{c_w(T_1-T_2)\mathrm{\ρ}{q}_w}{k_w\mathrm{n\πd}}$

其中，T₁和T₂为内冷回路（41）入口和出口处温度，c_w、ρ、q_w分别为冷却剂的比热、密度、流量，n、d分别为轧辊内冷行星孔（416）的数量、直径，k_w为冷却剂与轧辊内冷行星孔（416）内壁表面换热系数。

11.如权利要求8或9所述的轧辊冷却控制方法，其特征在于，轧辊内冷回路（41）输送的冷却剂的流量初始值为：

其中，T_{z_set}为轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值，T₁和T₂为内冷回路（41）入口和出口处温度，c_w、ρ分别为冷却剂的比热、密度，n、d分别为轧辊内冷行星孔（416）的数量、直径，k_w为冷却剂与轧辊内冷行星孔（416）内壁表面换热系数。

12.如权利要求8或9所述的轧辊冷却控制方法，其特征在于，通过实时检测的轧辊内冷回路（41）的冷却剂温度和流量数据算出轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度并根据当前轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度与内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值的偏差来调节轧辊内冷回路（41）输送的冷却剂流量，冷却剂流量的调节量为：

$\mathrm{\α}\%=\mathrm{\η}\·\frac{\[(T_1+T_2)/2-\frac{c_w(T_1-T_2)\mathrm{\ρ}{q}_w}{k_w\mathrm{n\πd}}\]{-T}_{z\_\mathrm{set}}}{T_{z\_\mathrm{set}}}\×100\%$

其中，η为修正系数，T_{z_set}为轧辊内冷行星孔（416）内壁表面温度设定值，T₁和T₂为内冷回路（41）入口和出口处温度，c_w、ρ、q_w分别为冷却剂的比热、密度、流量，n、d分别为轧辊内冷行星孔（416）的数量、直径，k_w为冷却剂与轧辊内冷行星孔（416）内壁表面换热系数，α%的数值为正或负表示增加或减少内冷回路（41）上输送的冷却剂流量。

13.如权利要求8或9所述的轧辊冷却控制方法，其特征在于，根据在轧辊表面每个区域上实时检测的温度值与对应的区域温度设定值的偏差来调节该区域对应的喷嘴束的喷射流量，每个喷嘴束喷射流量的调节量为：

${\mathrm{\β}}_{j\_i}\%=\mathrm{\κ}\·\frac{T_{\mathrm{bj}\_i}-T_{\mathrm{bj}\_\mathrm{set}}}{T_{\mathrm{bj}\_\mathrm{set}}}\×100\%$

其中，κ为修正系数，下标j_i表示区域j中点i处，β_{j_i}%的数值为正或负表示增加或减少喷嘴束的喷射流量。

Images