CN103447315B - 一种基于板形的acc流量控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种基于板形的ACC流量控制方法及装置，属控制领域。其先获得待冷却钢板的参数指标及设备冷却能力参数，得到沿板宽方向的温度回归曲线T0(y)，确定ACC上部流量沿板宽方向的分布，进而得到ACC上部流量的设定方程；在ACC段上部集管上设置U型管出水量调节单元，分别控制每一个出水U型管的出水量；在沿板宽方向上，通过分别调节/改变每个U型管出水量的方法，沿板宽方向控制ACC上部流量的分布，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。与传统厚板加速冷却有相比，本技术方案可以沿板宽方向控制加速冷却的流量及其分布，沿板宽方向使钢板冷却地均匀，从而保证钢板加速冷却后的性能和板形。可广泛用于各种厚板产品的生产及工艺控制领域。

Description

一种基于板形的ACC流量控制方法及装置

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于宽厚金属板材加速冷却板形的流量控制方法及装置。

背景技术

控制冷却是中厚板轧机提高产品质量、开发高附加值产品的重要手段。

控制冷却是指控制轧后钢材的冷却速度以达到改善钢材组织和性能的目的。轧后快速冷却可使厚板强度提高而不减弱韧性，并因含碳量或合金元素的减少而改善钢的塑性和焊接性能。

所谓加速冷却(Accelerate Cooling Control，ACC)，是将热轧后的厚钢板立即进行水冷，通过控制相变组织来提高机械性能的技术控制冷却方法。

现今的加速冷却已成为船板、管板和其它低合金高强度钢、低脆变温度和良好的焊接性能钢板现代化大生产所必需的加工工艺。

目前，世界上所有先进的厚板厂，均在轧线后设置加速冷却装置（即ACC），以加快轧制后高温钢板的冷却速度，使钢板获得更高的机械性能。因钢板上表面与下表面、上表中部与边部等的冷却条件不同，所以加速冷却装置多具有上下流量单独调整、边部流量遮挡和高压空气侧面吹扫等功能，以保证钢板沿板宽和板厚方向冷却均匀。

申请人所在单位的快速冷却装置分喷射冷却段（即DQ段）和层流冷却段（即ACC段），工艺布置如图1所示。

其DQ段系统水压较高，可用于钢板直接淬火；其ACC段系统水压较低，主要用于钢板加速冷却。

ACC段上部集管采用U型管结构（如图2所示），利用虹吸原理，将上部水箱内的水抽出。因为ACC段上部集管是利用虹吸原理工作的，故上部水箱内很小的压力差都会改变U型管内的流量，甚至造成部分U型管不出水，从而改变ACC段上部集管出水的分布，并最终导致钢板冷却不均匀，所以对ACC段上部集管出水均匀性控制的难度很大，对ACC段上部集管的设计要求也很高。

另外，尽管目前快速冷却装置具有边部遮挡和空气吹扫功能，但是由于钢板上表面冷却方式不同，中部更接近膜冷却，边部更接近核冷却，所以还是无法保证钢板沿板宽方向冷却均匀，进而使钢板产生板形问题。因为冲击到钢板下表面的水可直接落到辊道下面，所以在钢板下表面不存在冷却方式不同带来的冷却板形问题。

为了解决这些板形问题，不得不对钢板进行矫正，这不但增加了钢板的加工成本，而且严重影响了厚板厂的生产和物流，成为影响厚板产量和质量、限制厚板产品和合同拓展的主要因素之一。

公开日为2008年11月19日，公开号为CN101306438A的中国发明专利申请，公开了一种“加速层流冷却设备冷却工艺集成方法”，其通过建立流量、厚度规格变化的上下集管水比函数F_ratio＝f_{(thickness，Top-flow)}；将ACC二级自动化模型程序中的adaption自适应程序段中的第7位KTS2值1～9重新设计；根据辊道速度和钢板在辊道上运行的时间来计算出钢板头部离轧机中心线的距离；通过修改ACC自动化控制系统中预计算触发的条件，轧机只在最后一个道次发送给ACC钢板的PDI数据，屏蔽了中间道次发送的不稳定的PDI数据，同时ACC不再进行同块钢板2个PDI数据的比较，只接受最后一个道次的钢板PDI数据并进行预计算，同时减少ACC自动化冷却的启动条件，藉此来解决钢板因为少条件不能冷却的问题。

该技术方案对加速层流冷却设备和冷却工艺进行了集成，但是并不涉及沿板宽方向温度控制内容，所以也就无法解决钢板沿板宽方向冷却ACC冷却不均匀的问题，以及由此产生的板形问题。

公开日为2006年07月19日，公开号为CN1805803A的中国发明专利申请，公开了一种“用于钢板的加速控制冷却系统,其生产的钢板,以及冷却设备”，其包括：在控制冷却前或者在控制冷却的初始阶段，使沿着钢板的宽度方向上的温度分布均匀，然后，用控制冷却装置沿着整个宽度方向以相同的冷却速度冷却该钢板。

尽管该技术方案开发了边部冷却水遮挡功能及设备，但是不涉及冷却水流量沿板宽方向控制的问题，故其只能部分解决边部过冷的问题，而无法做到在全宽范围内冷却均匀，以及解决由此产生的板形问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于板形的ACC流量控制方法及装置，其根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况、上表水的流动规律和钢板的传热规律，给出了一种通过沿板宽方向调节流量分布控制加速冷却板形的方法，并设计了相关的装置。与传统厚板加速冷却有相比，本技术方案可以沿板宽方向控制加速冷却的流量及其分布，沿板宽方向使钢板冷却地均匀，从而保证钢板加速冷却后的性能和板形。

本发明的技术方案是：提供一种基于板形的ACC流量控制方法，包括对ACC段上部集管的出水量进行调节/控制，其特征是：

A、获得待冷却钢板的长、宽、厚度指标、待冷却钢板的牌号以及设备冷却能力参数；

B、在不采用边部遮挡的情况下，对加速冷却后钢板上表实测温度进行回归，得到沿板宽方向的温度回归曲线T₀(y)；

C、根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，并配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，确定ACC上部流量沿板宽方向的分布；

D、考虑钢板上表冷却水在钢板不同位置的流量/流速变化、钢板上表冷却水沿板宽方向冷却模式的变化以及边部钢板冷却速度的差异因素，分别确定所对应的ACC上部冷却水补偿流量，将上述各种情况下的ACC上部冷却水补偿流量叠加，进而得到ACC上部流量的设定方程；

E、根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，得到所需的上部流量及其沿板宽方向的分布；

F、在ACC段上部集管上设置U型管出水量调节单元，分别控制每一个出水U型管的出水量；

G、在沿板宽方向上，通过分别调节/改变每个U型管出水量的方法，沿板宽方向控制ACC上部流量的分布，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

进一步的，所述的ACC流量控制方法根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，设计所需的上部流量及其沿板宽方向的分布，并转换成U型管入口与出口的高度差及其沿板宽方向的分布，或者，转换成U型管的压力损失及其沿板宽方向的分布，最终通过沿板宽方向控制ACC上部流量，达到均匀冷却钢板的目的。

其中，所述的温度回归曲线T₀(y)采用如下表达式进行描述：

T₀(y)=a₀(2y/B)⁸+b₀(2y/B)⁶+c₀(2y/B)⁴+d₀(2y/B)²+e₀

式中：y为钢板宽度方向上的坐标，mm，钢板轴向中心线处设定为零；B为钢板的宽度，mm；a₀、b₀、c₀和d₀为温度回归曲线系数，与钢板的厚度、牌号、设备冷却能力和冷却工艺等相关，℃；e₀为温度回归曲线系数，代表钢板中部的温度，℃。

具体的，所述的ACC上部平均流量沿板宽方向的分布与ACC后钢板上表温度曲线成正相关性；所述的ACC后钢板上表温度曲线为高次曲线，呈现中部高两边低的变化趋势。

所述的ACC上部流量的设定方程为：

q_A＝q_A0+q_Aλ+q_As+q_Ab

  =a(2y/B)⁸+b(2y/B)⁶+c(2y/B)⁴+d(2y/B)²+e

式中：q_A0为ACC上部平均流量，即原ACC上部设定流量，是在不考虑各种冷却不均影响因素的条件下冷却钢板所需的ACC上部流量；

q_Aλ为考虑由于钢板上表冷却水流动，导致钢板沿板宽方向冷却模式不同所带来的补偿流量；其所述的q_Aλ采用下述表达式来表达：

q_Aλ=c₂(2y/B)⁴+d₂(2y/B)²+e₂

q_As为考虑到所述钢板上表冷却水在钢板不同部位的流量/流速变化因素所带来的补偿流量；其所述的q_As采用下述表达式来表达：

q_As=d₁(2y/B)²+e₁

q_Ab为考虑到边部钢板冷却速度的差异因素所带来的补偿流量；其所述的q_Ab采用下述表达式来表达：

q_Ab=a₃(2y/B)⁸+b₃(2y/B)⁶+e₃

其中：a、b、c和d为流量补偿系数，m³/s；e为积分补偿系数，保证q_A沿板宽积分等于q_A0，m³/s；

d₁为流量补偿系数，与钢板的厚度和冷却工艺相关，m³/s；e₁为积分补偿系数，保证q_As沿板宽积分为零，m³/s；

c₂和d₂为流量补偿系数，与钢板的厚度、牌号和冷却工艺相关，m³/s；e₂为积分补偿系数，保证q_Aλ沿板宽积分为零，m³/s；

a₃和b₃为流量补偿系数，与钢板的厚度和牌号相关，m³/s；e₃为积分补偿系数，保证q_Ab沿板宽积分为零，m³/s。

具体的，对于所述的手动调整方式，通过手工调节U型管外伸部分长度的方法，改变U型管入口与出口高度差，从而改变U型管流量，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的；其U型管流量q_AU的调整方程为：

$q_{\mathrm{AU}}=A_U\sqrt{2g(\mathrm{\Δh}+\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρg}})}$

式中：A_U为与U型管内径对应的横截面积，m²；ρ为水的密度，g/m³；g为重力加速度，m/s²；Δp为U型管入口与出口的压力差，Pa；Δh为U型管入口与出口高度差，Δh=Δh₀+Δh₁，mm；Δh₀为原始U型管入口与出口高度差，mm；Δh₁为U型管外伸部分调整长度，mm。

通过分别改变沿板宽方向上各个所述的U型管的外伸部分调整长度Δh₁，来分别控制沿板宽方向上各个U型管的流量，根据设定的ACC上部流量分布，对每根U型管的出水量进行调整，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

对于所述的自动调整方式，在各个U型管出口段上分别安装受现场工控机控制的电控流量阀，通过在沿板宽方向上改变各个U型管的压力损失，调整各个U型管的流量，从而实现对ACC上部流量分布沿板宽方向上的控制，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

本发明还提供了一种按照上述方法进行流量调节的基于板形的ACC流量控制装置，包括在沿板宽方向上分别设置的各个U型管，所述的各个U型管与ACC段上部集管连接，其特征是：

所述的每个U型管由主管、调零管和流量分布管构成，所述的主管、调零管和流量分布管之间采用自锁密封螺栓结构进行连接；所有U型管的主管和调零管的组装长度一致，所述各个U型管的流量分布管长度，分别通过U型管流量q_AU的调整方程确定。

本发明还提供了一种上述基于板形的ACC流量控制装置的流量调整方式，其特征是对于所述的各个U型管，采用下述方式分别进行ACC上部流量的具体调整：

第一步，将ACC上部集管流量设定在调零流量上，以确保调零后ACC上部集管出水的均匀性；

第二步，针对不出水的U型管，旋转调零管段，调节该U型管的外伸部分长度，直至全部各个U型管都出水且出水量均匀为止，ACC上部集管调零结束；默认此时所有U型管的出水量一致，ACC上部流量沿板宽方向分布均匀；

第三步，安装流量分布管，将其连接在调零管上，使ACC上部沿板宽方向按照给定的流量分布曲线出水。

进一步的，对于所述的各个U型管，按下列步骤分别进行ACC上部流量的具体调整：

A、将所有U型管的主管和调零管组装在一起，全螺纹连接；

B、将ACC上部集管流量设定在调零流量上；

C、进行粗调：

C1、针对不出水U型管，旋转调零管，调整其外伸部分长；

C2、观察该U型管是否出水？如否，则重复上一步；

C3、全部U型管是否出水？如否，则重复C1步；

D、进行精调：旋转调零管，微调U型管外伸部分长度，使所有U型管出水均匀；

E、组装流量分布管：将流量分布管连接在调零管上，全螺纹连接

F、组装结束。

本发明又提供了一种上述基于板形的ACC流量控制装置的逆向调零调整方法，其特征是对于所述的各个U型管，采用逆向调零调整方法进行ACC上部流量的具体调整，以适应各种U型管状态下的ACC上部流量调整；其具体的调整方法如下：

第一步，将ACC上部集管流量设定在调零流量上；

第二步，记录并标识所有不出水的U型管；

第三步，针对不出水U型管，旋转调零管段，将其外伸部分长度均调节至最大；

第四步，重新设定ACC上部集管流量，将其仍设定在调零流量上；

第五步，针对第二步标识过的U型管，旋转调零管段，调节U型管外伸部分长度，至其流量最小且不断流为止；

第六步，继续调节U型管外伸部分长度，直至全部U型管都出水且出水量均匀为止，ACC上部集管调零结束；默认此时所有U型管出水量一致，ACC上部流量沿板宽方向分布均匀；

第七步，安装各个U型管的流量分布管，将其分别对应连接在调零管上，使ACC上部沿板宽方向按照给定的流量分布曲线出水。

进一步的，所述的逆向调零调整方法包括如下步骤：

a、将所有U型管的主管和调零管组装在一起，全螺纹连接；

b、进行逆向调零：将ACC上部集管流量设定在调零流量上

c、进行粗调：记录并标识所有不出水的U型管；

d、针对不出水的U型管，旋转调零管，将其外伸部分长度均调至最大；

e、重新设定ACC上部集管流量，将其仍设定在调零流量上；

f、对上步不出水并标识过的U型管，旋转调零管，调节U型管外伸部分长度，至其全部流量最小且不断流为止；

g、重新记录并标识所有不出水的U型管；

h、全部U型管是否出水？如否，则返回第d步；

i、进行精调：旋转调零管，微调U型管外伸部分长度，使所有U型管出水均匀；

j、组装流量分布管：将流量分布管连接在调零管上，全螺纹连接；

k、组装结束。

与现有技术比较，本发明的优点是：

l.通过改变U型管入口与出口的高度差或U型管的压力损失等方法，给出了ACC上部流量手动和自动两种调整装置，可以沿板宽方向控制ACC上部流量的分布。在相同设定流量的前提下，本技术方案具有更强的冷却能力，特别是针对窄板的生产过程；

2.针对手动调整流量方式，给出了逆向调零调整方法；该方法可以在各种U型管状态下实现ACC上部流量的快速调整。

3.综合考虑了加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况、上表水的流动规律和钢板的传热规律等影响钢板冷却均匀的主要因素，设计给出了所需的ACC上部流量及其沿板宽方向的分布；

4.本发明的技术方案可以使钢板沿板宽方向冷却更加均匀，大幅度改善钢板加速冷却板形。

附图说明

图1是现有加速冷却生产工艺布置示意图；

图2是原U型管结构示意图；

图3为冷却前钢板的上表温度曲线图；

图4为冷却后钢板的上表温度曲线图；

图5为本技术方案手动调节U型管结构示意图；

图6为本技术方案的ACC流量控制方法流程示意方框图；

图7为本技术方案自动调节U型管结构示意图；

图8为手动调整方式ACC上部流量分布调整流程方框示意图；

图9为逆向调零调整方法ACC上部流量分布调整流程方框示意图。

图中1为主管，1-1为主管下端的螺纹连接段，2为调零管，2-1和2-2为调零管上、下端的螺纹连接段，3为流量分布管，3-1为流量分布管上端的螺纹连接段，5为电控流量调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1和图2中，现有的快速冷却装置分喷射冷却段（即DQ段）和层流冷却段（即ACC段）。

其DQ段系统水压较高，可用于钢板直接淬火；其ACC段系统水压较低，主要用于钢板加速冷却。

ACC段上部集管采用U型管结构（如图2所示），利用虹吸原理，将上部水箱内的水抽出。

因为ACC段上部集管是利用虹吸原理工作的，故上部水箱内很小的压力差都会改变U型管内的流量，甚至造成部分U型管不出水，从而改变ACC段上部集管出水的分布，并最终导致钢板冷却不均匀，所以对ACC段上部集管出水均匀性控制的难度很大，对ACC段上部集管的设计要求也很高。

尽管目前快速冷却装置具有边部遮挡和空气吹扫功能，但是由于钢板上表面冷却方式不同，中部更接近膜冷却，边部更接近核冷却，所以还是无法保证钢板沿板宽方向冷却均匀，进而使钢板产生板形问题。

图3和图4中，给出了冷却前钢板和冷却后钢板的上表温度曲线图，图3中实线曲线所示，为冷却前钢板上表温度曲线，图4中实线曲线所示，为不实行流量补偿的冷却后钢板上表温度曲线，其虚线曲线所示，为实行流量补偿的冷却后钢板上表温度曲线。

本发明涉及的板形控制方法，关键在于确定影响ACC钢板板形主要因素和建立流量分布与板形的关系。

因为ACC钢板板形主要是由ACC钢板冷却不均匀产生的，所以上述关键点转化为确定影响ACC钢板冷却均匀的主要因素和建立流量分布与钢板冷却均匀性的关系。

钢板的冷却均匀，主要指的是，在加速冷却过程中沿板宽方向钢板冷却速度均匀。

采用不同的流量，钢板的冷却速度不同，所以建立流量分布与钢板冷却均匀性的关系，即沿板宽方向采用不同流量，以消除ACC钢板冷却均匀影响因素的影响，最终达到让钢板均匀冷却的目的。

由于钢板下表的冷却水可直接落入辊道下方，故沿板宽方向钢板下表的冷却条件基本相同，即钢板下表的冷却基本是均匀，所以以下将重点讨论ACC上部水流设定的问题。

在不采用边部遮挡的情况下，对加速冷却后钢板上表实测温度进行回归，沿板宽方向可得到如下温度回归曲线T₀(y)，如图4中不使用流量补偿曲线所示。

T₀(y)=a₀(2y/B)⁸+b₀(2y/B)⁶+c₀(2y/B)⁴+d₀(2y/B)²+e        (1)

式中：y为钢板宽度方向坐标，mm，钢板中心处为零；

B为钢板宽度，mm；

a₀、b₀、c₀和d₀为温度回归曲线系数，与钢板的厚度、牌号、设备冷却能力和冷却工艺等相关，℃；

e₀为温度回归曲线系数，代表钢板中部的温度，℃。

根据公式(1)和图3、图4所示，ACC后钢板上表温度曲线为高次曲线，呈中部高两边低的变化趋势。

因此，在考虑采用流量消除ACC钢板冷却均匀影响因素的影响时，可参照公式(1)和图3、图4所示，制定流量补偿方程。

图5中，本发明提供了一种基于板形的ACC流量控制装置，包括在沿板宽方向上分别设置的各个U型管，所述的各个U型管与ACC段上部集管连接，其特征是：所述的每个U型管由主管1、调零管2和流量分布管3构成.

所述的主管、调零管和流量分布管之间采用自锁密封螺栓结构进行连接。

如图所示，在主管下端，设置有外螺纹连接段1-1，在调零管上端，设置有内螺纹连接段2-1，在调零管下端，设置有外螺纹连接段2-2，在流量分布管的上端，设置有内螺纹连接段3-1。

实际安装时，主管下端的螺纹连接段1-1与调零管上端的连接段2-1连接，调零管下端的螺纹连接段2-2与流量分布管上端的螺纹连接段3-1连接。

所有U型管的主管和调零管的组装长度一致。换句话说，对于各个U型管而言，图中主管1和调零管2的组装后的长度是相同的。

所述各个U型管的流量分布管3的管段长度，分别通过U型管流量q_AU的调整方程确定。

图6中，给出了本技术方案的ACC流量控制方法流程示意方框图。

本发明的发明目的，在于提供一种通过沿板宽方向调整流量分布控制加速冷却板形的方法及装置，该板形控制方法是通过改变U型管入口与出口的高度差或U型管的压力损失，沿板宽方向调整ACC上部的流量及流量分布，从而实现钢板的均匀冷却。

本发明技术方案的实现，需要根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，设计所需的上部流量及其沿板宽方向的分布，并转换成U型管入口与出口的高度差（或U型管的压力损失）及其沿板宽方向的分布，最终通过沿板宽方向控制ACC上部流量，达到均匀冷却钢板的目的。

本发明的实现，需要从两方面考虑：

其一，关于ACC上部流量控制模型，根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，并配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，确定ACC上部流量沿板宽方向的分布。

其二，关于ACC上部流量的调整，本发明在U型管出口侧设置了一组流量调节装置，可根据设定的ACC上部流量分布，对每根U型管的出水量进行调整。根据生产的实际需要，流量控制可以采取手工调节的方式，也可采取自动调节的方式。

单位时间内，冷却水从钢板上表面带走的热量h越多，钢板的冷却速度V_p越快，故V_p可以表达为h的函数。根据牛顿冷却定律，在钢板以喷淋方式进行加速冷却的情况下，单位时间内冷却水从钢板上表面带走的热量h是钢板表面换热系数λ和冷却水流量q的函数，则V_p是λ和q的函数。

钢板上表冷却水（q）包括两部分，ACC上部喷淋冷却水（q_A）和钢板上表冷却水（q_s）。ACC上部冷却水流到钢板上后，转换为钢板上表冷却水。由于ACC上部冷却水是直接冲击钢板表面的，故其冷却效率要比钢板上表冷却水高得多。但是，由于钢板上表冷却水的作用距离要比ACC上部喷淋冷却水大很多，所以钢板上表冷却水在钢板冷却过程中也发挥了重要的作用。

由于钢板上表冷却水主要是从钢板两边排掉的，故其在钢板中部流量（或流速）最小，在钢板边部流量（流速）最大。由此造成的钢板上表面冷却不均，需要通过调整ACC上部冷却水流量来补偿，该补偿流量q_As方程可为

q_As=d₁(2y/B)²+e₁                             (2)

式中：d₁为流量补偿系数，与钢板的厚度和冷却工艺相关，m³/s；

e₁为积分补偿系数，保证q_As沿板宽积分为零，m³/s。

由于钢板上表冷却水流动，导致钢板沿板宽方向冷却模式不同。在钢板中心，钢板上表冷却水流动速度最小，冷却模式更接近膜冷却模式，钢板表面换热系数最小；在钢板边部，钢板上表冷却水流动速度最大，冷却模式更接近核冷却模式，钢板表面换热系数最大。由此造成的钢板上表面冷却不均，为造成ACC钢板冷却不均匀的主要部分，随上表冷却水流动速度变化比较剧烈，也需要通过调整ACC上部冷却水流量来补偿，该补偿流量q_Aλ方程为

q_Aλ=c₂(2y/B)⁴+d₂(2y/B)²+e₂                     (3)

式中：c₂和d₂为流量补偿系数，与钢板的厚度、牌号和冷却工艺相关，m³/s；

      e₂为积分补偿系数，保证q_Aλ沿板宽积分为零，m³/s。

另外，由于边部钢板侧面直接与冷却水或空气接触，而中部钢板侧面是与热钢板接触，所以边部钢板冷却速度更快些。由此造成的少量的钢板上表冷却不均，主要体现在钢板边部，也可以通过调整ACC上部冷却水流量来补偿，该补偿流量q_Ab方程为

q_Ab=a₃(2y/B)⁸+b₃(2y/B)⁶+e₃                      (4)

式中：a₃和b₃为流量补偿系数，与钢板的厚度和牌号相关，m³/s；

      e₃为积分补偿系数，保证q_Ab沿板宽积分为零，m³/s。

综合以上各式，可得到ACC上部流量的设定方程，为

q_A＝q_A0+q_Aλ+q_As+q_Ab

                                                (5)

  =a(2y/B)⁸+b(2y/B)⁶+c(2y/B)⁴+d(2y/B)²+e

式中：q_A0为ACC上部平均流量，即原ACC上部设定流量，是在不考虑各种冷却不均影响因素的条件下冷却钢板所需的ACC上部流量；

a、b、c和d为流量补偿系数，可由公式(2~4)相应系数给出，m³/s；

e为积分补偿系数，保证q_A沿板宽积分等于q_A0，m³/s。

由此，得到了本发明一种基于板形的ACC流量控制方法，包括对ACC段上部集管的出水量进行调节/控制，其特征是：

A、获得待冷却钢板的长、宽、厚度指标、待冷却钢板的牌号以及设备冷却能力参数；

B、在不采用边部遮挡的情况下，对加速冷却后钢板上表实测温度进行回归，得到沿板宽方向的温度回归曲线T₀(y)；

C、根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，并配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，确定ACC上部流量沿板宽方向的分布；

D、考虑钢板上表冷却水在钢板不同位置的流量/流速变化、钢板上表冷却水沿板宽方向冷却模式的变化以及边部钢板冷却速度的差异因素，分别确定所对应的ACC上部冷却水补偿流量，将上述各种情况下的ACC上部冷却水补偿流量叠加，进而得到ACC上部流量的设定方程；

E、根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，得到所需的上部流量及其沿板宽方向的分布；

F、在ACC段上部集管上设置U型管出水量调节单元，分别控制每一个出水U型管的出水量；

G、在沿板宽方向上，通过分别调节/改变每个U型管出水量的方法，沿板宽方向控制ACC上部流量的分布，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

进一步的，所述的ACC流量控制方法根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，设计所需的上部流量及其沿板宽方向的分布，并转换成U型管入口与出口的高度差及其沿板宽方向的分布，或者，转换成U型管的压力损失及其沿板宽方向的分布，最终通过沿板宽方向控制ACC上部流量，达到均匀冷却钢板的目的。

具体的，所述的ACC上部平均流量沿板宽方向的分布与ACC后钢板上表温度曲线成正相关性；所述的ACC后钢板上表温度曲线为高次曲线，呈现中部高两边低的变化趋势。

关于ACC上部流量沿板宽方向的调整方式，本发明给出两种调整方式，手动调整方式和自动调整方式。

对于手动调整方式，U型管流量q_AU调整方程为

$q_{\mathrm{AU}}=A_U\sqrt{2g(\mathrm{\Δh}+\frac{\mathrm{\Δp}}{\mathrm{\ρg}})}---\left(6\right)$

式中：A_U为与U型管内径对应的横截面积，m²；

ρ为水的密度，g/m³；

g为重力加速度，m/s²；

Δp为U型管入口与出口的压力差，Pa；

Δh为U型管入口与出口高度差，Δh=Δh₀+Δh₁，mm；

Δh₀为原始U型管入口与出口高度差，mm；

Δh₁为U型管外伸部分调整长度，mm。

根据公式(8)，改变Δh₁，可以控制U型管的流量，并最终可以实现调整ACC上部流量分布的目的。

故通过手工调节U型管外伸部分长度的方法，改变U型管入口与出口高度差，从而改变U型管流量，即可最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

图7中，对于自动调整方式，可以在各个U型管出口段上分别安装受现场工控机控制的电控流量阀5，通过对各个个U型管电控流量阀的分别控制，在沿板宽方向上改变各个U型管的压力损失，调整各个U型管的流量，从而实现对ACC上部流量分布沿板宽方向上的控制，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

由于自动调整方式中通过电控流量阀调整各个U型管的流量在现有技术中已经有解决方案，故其具体实现方法和途径在此不再叙述。

图8中，对于手工调节U型管外伸部分长度的具体调整方法如图所示。

第一步，将ACC上部集管流量设定在调零流量上（注：调零流量一般比较小，以确保调零后ACC上部集管出水的均匀性）；

第二步，针对不出水U型管，旋转段2（为了简洁起见，用段1代表主管，用段2代表调零管，用段3代表流量分布管，下同），调节U型管外伸部分长度，直至全部U型管都出水且均匀为止，ACC上部集管调零结束；默认此时所有U型管出水量一致，ACC上部流量沿板宽方向分布均匀；

第三步，安装段3，将其连接在段2上，使ACC上部沿板宽方向按照给定的流量分布曲线出水。

进一步的，如图所示，对于所述的各个U型管，按下列步骤分别进行ACC上部流量的具体调整：

A、将所有U型管的主管和调零管组装在一起，全螺纹连接；

B、将ACC上部集管流量设定在调零流量上；

C、进行粗调：

C1、针对不出水U型管，旋转调零管，调整其外伸部分长；

C2、观察该U型管是否出水？如否，则重复上一步；

C3、全部U型管是否出水？如否，则重复C1步；

D、进行精调：旋转调零管，微调U型管外伸部分长度，使所有U型管出水均匀；

E、组装流量分布管：将流量分布管连接在调零管上，全螺纹连接

F、组装结束。

图9中，给出了逆向调零调整方法，以适应各种U型管状态下的ACC上部流量调整。

其具体调整方法如下：

第一步，将ACC上部集管流量设定在调零流量上；

第二步，记录并标识所有不出水的U型管；

第三步，针对不出水U型管，旋转段2，将其外伸部分长度均调节至最大；

第四步，重新设定ACC上部集管流量，将其仍设定在调零流量上；

第五步，针对第二步标识过的U型管，旋转段2，调节U型管外伸部分长度，至其流量很小为止；注：调整时，应保证U型管不断流；

第六步，继续调节U型管外伸部分长度，直至全部U型管都出水且均匀为止；ACC上部集管调零结束，默认此时所有U型管出水量一致，ACC上部流量沿板宽方向分布均匀；

第七步，安装段3，将其连接在段2上，使ACC上部沿板宽方向按照给定的流量分布曲线出水。

进一步的，所述的逆向调零调整方法包括如图所示的如下步骤：

a、将所有U型管的主管和调零管组装在一起，全螺纹连接；

b、进行逆向调零：将ACC上部集管流量设定在调零流量上

c、进行粗调：记录并标识所有不出水的U型管；

d、针对不出水的U型管，旋转调零管，将其外伸部分长度均调至最大；

e、重新设定ACC上部集管流量，将其仍设定在调零流量上；

f、对上步不出水并标识过的U型管，旋转调零管，调节U型管外伸部分长度，至其全部流量最小且不断流为止；

g、重新记录并标识所有不出水的U型管；

h、全部U型管是否出水？如否，则返回第d步；

i、进行精调：旋转调零管，微调U型管外伸部分长度，使所有U型管出水均匀；

j、组装流量分布管：将流量分布管连接在调零管上，全螺纹连接；

k、组装结束。

实施例：

图3、图4给出了通过采用本发明上述工艺进行冷却时，冷却前后沿板宽方向上钢板上表的温度分布。

其中，钢板的厚度为30mm，宽度为3500mm，长度为22m，结构钢。

钢板冷却在板宽中间处上表温度为780℃时开始，并在535℃时结束，单组ACC上部集管设定流量q_A0=0.066m³/s。

在冷却前，钢板沿板宽方向的上表温差为35℃。

在冷却后，不采用上述方法对ACC上部流量进行补偿，上表温差为70℃；采用上述方法对ACC上部流量进行补偿，上表温差仅为20℃，由此可知，上表沿板宽方向的温差得到了有效地控制。

冷却后钢板上表实测温度回归系数和ACC上部流量q_A设定方程（即公式（5））系数如表1所示。

其中q_A的系数是通过重新回归现场修定结果获取的。

表1实施例系数表

本发明针对宽厚金属板材，开发了基于板形的加速冷却流量控制方法，通过改变U型管入口与出口的高度差或U型管的压力损失，沿板宽方向调整ACC上部的流量及流量分布，从而实现钢板的均匀冷却。

同时，本发明综合考虑了加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况、上表水的流动规律和钢板的传热规律等影响钢板冷却均匀的主要因素，设计给出了所需的ACC上部流量及其沿板宽方向的分布。

因此，与现有技术相比，本发明在板形控制方面具有明显优势，主要体现在以下几个方面：

1、通过改变U型管入口与出口的高度差或U型管的压力损失等方法，给出了ACC上部流量手动和自动两种调整装置，可以沿板宽方向控制ACC上部流量的分布。在相同设定流量的前提下，本发明具有更强的冷却能力，特别是针对窄板。

2、针对手动调整流量方式，给出了逆向调零调整方法。该方法可以在各种U型管状态下实现ACC上部流量的快速调整。

3、综合考虑了加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况、上表水的流动规律和钢板的传热规律等影响钢板冷却均匀的主要因素，设计给出了所需的ACC上部流量及其沿板宽方向的分布。

4、与传统厚板加速冷却有相比，本技术方案可以沿板宽方向控制加速冷却的流量及其分布，沿板宽方向使钢板冷却地均匀，从而保证钢板加速冷却后的性能和板形，可以使钢板沿板宽方向冷却更加均匀，大幅度改善了钢板加速冷却板形。

本发明可广泛用于各种厚板产品的生产及工艺控制领域。

Claims (14)

1.一种基于板形的ACC流量控制方法，包括对ACC段上部集管的出水量进行调节/控制，其特征是：

A、获得待冷却钢板的长、宽、厚度指标、待冷却钢板的牌号以及设备冷却能力参数；

B、在不采用边部遮挡的情况下，对加速冷却后钢板上表实测温度进行回归，得到沿板宽方向的温度回归曲线T₀(y)；

C、根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，并配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，确定ACC上部流量沿板宽方向的分布；

D、考虑钢板上表冷却水在钢板不同位置的流量/流速变化、钢板上表冷却水沿板宽方向冷却模式的变化以及边部钢板冷却速度的差异因素，分别确定所对应的ACC上部冷却水补偿流量，将上述各种情况下的ACC上部冷却水补偿流量叠加，进而得到ACC上部流量的设定方程；

E、根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，得到所需的上部流量及其沿板宽方向的分布；

F、在ACC段上部集管上设置U型管出水量调节单元，分别控制每一个出水U型管的出水量；

G、在沿板宽方向上，通过分别调节/改变每个U型管出水量的方法，沿板宽方向控制ACC上部流量的分布，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

2.按照权利要求1所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是所述的ACC流量控制方法根据加速冷却过程中钢板上表冷却效率的分布情况，配合上表水的流动规律和钢板的传热规律，设计所需的上部流量及其沿板宽方向的分布，并转换成U型管入口与出口的高度差及其沿板宽方向的分布，或者，转换成U型管的压力损失及其沿板宽方向的分布，最终通过沿板宽方向控制ACC上部流量，达到均匀冷却钢板的目的。

3.按照权利要求1所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是所述的温度回归曲线T₀(y)采用如下表达式进行描述：

T₀(y)＝a₀(2y/B)⁸+b₀(2y/B)⁶+c₀(2y/B)⁴+d₀(2y/B)²+e₀

式中：y为钢板宽度方向上的坐标，mm，钢板轴向中心线处设定为零；B为钢板的宽度，mm；a₀、b₀、c₀和d₀为温度回归曲线系数，与钢板的厚度、牌号、设备冷却能力和冷却工艺等相关，℃；e₀为温度回归曲线系数，代表钢板中部的温度，℃。

4.按照权利要求1所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是所述的ACC上部流量沿板宽方向的分布与ACC后钢板上表温度曲线成正相关性；所述的ACC后钢板上表温度曲线为高次曲线，呈现中部高两边低的变化趋势。

5.按照权利要求1所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是所述的ACC上部流量的设定方程为：

q_A＝q_A0+q_Aλ+q_As+q_Ab

＝a(2y/B)⁸+b(2y/B)⁶+c(2y/B)⁴+d(2y/B)²+e

式中：q_A0为ACC上部平均流量，即原ACC上部设定流量，是在不考虑各种冷却不均影响因素的条件下冷却钢板所需的ACC上部流量；

q_Aλ为考虑由于钢板上表冷却水流动，导致钢板沿板宽方向冷却模式不同所带来的补偿流量；其所述的q_Aλ采用下述表达式来表达：

q_Aλ＝c₂(2y/B)⁴+d₂(2y/B)²+e₂

q_As为考虑到所述钢板上表冷却水在钢板不同部位的流量/流速变化因素所带来的补偿流量；其所述的q_As采用下述表达式来表达：

q_As＝d₁(2y/B)²+e₁

q_Ab为考虑到边部钢板冷却速度的差异因素所带来的补偿流量；其所述的q_Ab采用下述表达式来表达：

q_Ab＝a₃(2y/B)⁸+b₃(2y/B)⁶+e₃

其中：a、b、c和d为流量补偿系数，m³/s；e为积分补偿系数，保证q_A沿板宽积分等于q_A0，m³/s；

d₁为流量补偿系数，与钢板的厚度和冷却工艺相关，m³/s；e₁为积分补偿系数，保证q_As沿板宽积分为零，m³/s；

c₂和d₂为流量补偿系数，与钢板的厚度、牌号和冷却工艺相关，m³/s；e₂为积分补偿系数，保证q_Aλ沿板宽积分为零，m³/s；

a₃和b₃为流量补偿系数，与钢板的厚度和牌号相关，m³/s；e₃为积分补偿系数，保证q_Ab沿板宽积分为零，m³/s；

y为钢板宽度方向上的坐标，mm，钢板轴向中心线处设定为零；

B为钢板的宽度，mm。

6.按照权利要求1所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是所述U型管出水量调节单元根据其调节方式的不同，分为手动调整方式和自动调整方式。

7.按照权利要求6所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是对于所述的手动调整方式，通过手工调节U型管外伸部分长度的方法，改变U型管入口与出口高度差，从而改变U型管流量，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的；其U型管流量q_AU的调整方程为：

$q_{AU}=A_U\sqrt{2g(\mathrm{\Δ}h+\frac{\mathrm{\Δ}p}{\mathrm{\ρ}g})}$

式中：A_U为与U型管内径对应的横截面积，m²；ρ为水的密度，g/m³；g为重力加速度，m/s²；Δp为U型管入口与出口的压力差，Pa；Δh为U型管入口与出口高度差，Δh＝Δh₀+Δh₁，mm；Δh₀为原始U型管入口与出口高度差，mm；Δh₁为U型管外伸部分调整长度，mm。

8.按照权利要求7所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是通过分别改变沿板宽方向上各个所述的U型管的外伸部分调整长度Δh₁，来分别控制沿板宽方向上各个U型管的流量，根据设定的ACC上部流量分布，对每根U型管的出水量进行调整，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

9.按照权利要求6所述的基于板形的ACC流量控制方法，其特征是对于所述的自动调整方式，在各个U型管出口段上分别安装受现场工控机控制的电控流量阀，通过在沿板宽方向上改变各个U型管的压力损失，调整各个U型管的流量，从而实现对ACC上部流量分布沿板宽方向上的控制，并最终实现调整ACC上部流量分布的目的。

10.一种按照权利要求1所述方法进行流量调节的基于板形的ACC流量控制装置，包括在沿板宽方向上分别设置的各个U型管，所述的各个U型管与ACC段上部集管连接，其特征是：

所述的每个U型管由主管、调零管和流量分布管构成，所述的主管、调零管和流量分布管之间采用自锁密封螺栓结构进行连接；所有U型管的主管和调零管的组装长度一致，所述各个U型管的流量分布管长度，分别通过U型管流量q_AU的调整方程确定。

11.一种如权利要求10所述的基于板形的ACC流量控制装置的流量调整方式，其特征是对于所述的各个U型管，采用下述方式分别进行ACC上部流量的具体调整：

第一步，将ACC上部集管流量设定在调零流量上，以确保调零后ACC上部集管出水的均匀性；

第二步，针对不出水的U型管，旋转调零管段，调节该U型管的外伸部分长度，直至全部各个U型管都出水且出水量均匀为止，ACC上部集管调零结束；默认此时所有U型管的出水量一致，ACC上部流量沿板宽方向分布均匀；

第三步，安装流量分布管，将其连接在调零管上，使ACC上部沿板宽方向按照给定的流量分布曲线出水。

12.按照权利要求11所述的基于板形的ACC流量控制装置的的流量调整方式，其特征是对于所述的各个U型管，按下列步骤分别进行ACC上部流量的具体调整：

A、将所有U型管的主管和调零管组装在一起，全螺纹连接；

B、将ACC上部集管流量设定在调零流量上；

C、进行粗调：

C1、针对不出水U型管，旋转调零管，调整其外伸部分长；

C2、观察该U型管是否出水？如否，则重复上一步；

C3、全部U型管是否出水？如否，则重复C1步；

D、进行精调：旋转调零管，微调U型管外伸部分长度，使所有U型管出水均匀；

E、组装流量分布管：将流量分布管连接在调零管上，全螺纹连接

F、组装结束。

13.一种按照权利要求10所述的基于板形的ACC流量控制装置的逆向调零调整方法，其特征是对于所述的各个U型管，采用逆向调零调整方法进行ACC上部流量的具体调整，以适应各种U型管状态下的ACC上部流量调整；其具体的调整方法如下：

第一步，将ACC上部集管流量设定在调零流量上；

第二步，记录并标识所有不出水的U型管；

第三步，针对不出水U型管，旋转调零管段，将其外伸部分长度均调节至最大；

第四步，重新设定ACC上部集管流量，将其仍设定在调零流量上；

第五步，针对第二步标识过的U型管，旋转调零管段，调节U型管外伸部分长度，至其流量最小且不断流为止；

第六步，继续调节U型管外伸部分长度，直至全部U型管都出水且出水量均匀为止，ACC上部集管调零结束；默认此时所有U型管出水量一致，ACC上部流量沿板宽方向分布均匀；

第七步，安装各个U型管的流量分布管，将其分别对应连接在调零管上，使ACC上部沿板宽方向按照给定的流量分布曲线出水。

14.按照权利要求13所述的基于板形的ACC流量控制装置的逆向调零调整方法，其特征是所述的逆向调零调整方法包括如下步骤：

a、将所有U型管的主管和调零管组装在一起，全螺纹连接；

b、进行逆向调零：将ACC上部集管流量设定在调零流量上

c、进行粗调：记录并标识所有不出水的U型管；

d、针对不出水的U型管，旋转调零管，将其外伸部分长度均调至最大；

e、重新设定ACC上部集管流量，将其仍设定在调零流量上；

f、对上步不出水并标识过的U型管，旋转调零管，调节U型管外伸部分长度，至其全部流量最小且不断流为止；

g、重新记录并标识所有不出水的U型管；

h、全部U型管是否出水？如否，则返回第d步；

i、进行精调：旋转调零管，微调U型管外伸部分长度，使所有U型管出水均匀；

j、组装流量分布管：将流量分布管连接在调零管上，全螺纹连接；

k、组装结束。