CN109365545A - 层流冷却供水量控制系统及其方法 - Google Patents

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刘志兴
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B21B45/0203—Cooling
    • B21B45/0206—Coolants

Abstract

本发明涉及热连轧生产线层流冷却领域，尤其涉及一种层流冷却供水量控制系统及其方法。所述层流冷却供水量控制系统包括：生产线数据信息获取模块，用于获取热轧生产线数据信息；供水模拟量计算模块，用于根据热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；变频控制模块，用于根据所述供水模拟量确定供水变频控制参数；执行模块，用于根据所述供水变频控制参数改变供水速度。本发明的层流冷却供水量控制系统，在满足轧制工艺的前提下，按不同钢种的冷却工艺要求对层流冷却系统供水量进行精确控制，减少无效水的消耗，具有节水节电的效果。

Description

层流冷却供水量控制系统及其方法
技术领域
本发明涉及热连轧生产线层流冷却领域，尤其涉及一种层流冷却供水量控制系统及其方法。
背景技术
热连轧生产线层流冷却系统供水方式为：先由供水泵将水送至机旁高位水箱，再由水箱将水供至供水主管和冷却集管。为满足CT温度工艺控制要求，必须保证每一根喷水集管水量都一致，要求水压基本恒定(高位水箱液位基本恒定)，供水必须充足。当水箱液位超高时，通过溢流管道将多余水直排入回水沟；液位过低时，须增加供水量，保证液位。
高位水箱的液位波动必须控制在±200mm内，液位波动形成的容积为有效容积，可在过钢时向轧线供水，水位下降；过钢间隔时间内蓄水，水位上升。最理想状态为：层流冷却工艺用水量为供水泵水量和高位水箱有效容积之和，且间隔时间内供水泵提供水量等于有效容积。可用公式表示为：
理想状态下QT1＝Q1T1+Q1T2
式中：Q-层流冷却工艺用水流量(m3/h)；
T1-带钢冷却时间(s)；
Q1-水泵供水流量(m3/h)；
T2-连续轧制两块钢时的间隔时间(s)。
即：层流冷却工艺用水流量QT1＝水泵流量Q1*每块钢轧制总时间(T1+T2)。
但在实际生产过程中，层流冷却是各冷却水系统中用水量变化最大的一个系统，由于轧制的钢种不同、规格不同、速度不同、水温不同、CT控制要求不同等，其需要的冷却强度也不同，造成用水量也会不同，且用水量变化很大。
通常情况下，层流冷却供水泵组最大供水能力参考轧线所需的最大冷却能力进行设计，略小于最大冷却能力。因此，只有在轧制用水量最大钢种时，供水系统满负荷运行是合理的，轧制其它钢种时，则Q1T1+Q1T2＞QT1，多余的供水只能通过高位水箱的溢流管直排回水沟，大量水溢流造成浪费，耗水耗电。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种节水型层流冷却供水量控制系统及其方法。
具体的，一方面，本发明提供了一种层流冷却供水量控制系统，包括：
生产线数据信息获取模块，用于获取热轧生产线数据信息；
供水模拟量计算模块，用于根据热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；
变频控制模块，用于根据所述供水模拟量确定供水变频控制参数；
执行模块，用于根据所述供水变频控制参数改变供水速度。
上述的层流冷却水供水量控制系统，所述生产线数据信息获取模块包括：CT温度控制单元、液位监测单元和轧机咬入压力监测单元。
上述的层流冷却水供水量控制系统，所述CT温度控制单元用于控制带钢在层流冷却区的冷却速率和温度；所述液位监测单元用于监测高位水箱的液位；所述轧机咬入压力监测单元用于监测轧机咬钢的压力。
上述的层流冷却水供水量控制系统，所述液位监测单元为液位计。
上述的层流冷却水供水量控制系统，所述变频控制模块包括：接收单元、控制单元和变频器；其中，
所述接收单元用于接收所述供水模拟量信号；所述控制单元用于向变频器发出控制信号。
上述的层流冷却水供水量控制系统，所述执行模块包括电机和水泵。
另一方面，本发明提供了一种层流冷却供水量控制方法，包括以下步骤：
获得热轧生产线数据信息；
根据所述热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；
根据所述供水模拟量确定变频升降速率；
根据所述变频升降速率改变供水速度。
上述的层流冷却供水量控制方法，所述热轧生产线数据信息包括：带钢在层流冷却区的冷却速率和温度、高位水箱的液位和轧机咬钢的压力。
上述的层流冷却供水量控制方法，通过所述带钢在层流冷却区的冷却速率和温度、所述高位水箱的液位和所述轧机咬钢的压力计算所需的供水模拟量。
上述的层流冷却供水量控制方法，所述供水模拟量确定变频器的变频参数。
本发明的技术方案具有如下的有益效果：
(1)本发明的节水型层流冷却供水量控制系统，在满足轧制工艺的前提下，按不同钢种的冷却工艺要求对层流冷却系统供水量进行精确控制，减少无效水的消耗，具有节水节电的效果；
(2)本发明的节水型层流冷却供水量控制系统，液位监测单元可以检测到高位水箱液位的变化，通过控制供水速度使高位水箱的液位波动控制在±200mm内，保证了带钢的质量稳定性；
(3)本发明的节水型层流冷却供水量控制系统，轧机咬入压力监测单元的设置，可以防止出现用水量大变频升速慢的问题，进一步降低了溢流水量，提高了经济效益。
附图说明
图1为本发明的层流冷却供水量控制系统结构示意图；
图2为本发明提供的层流冷却供水量控制系统具体结构示意图；
图3为本发明提供的层流冷却供水量控制方法的流程图；
图4为本发明提供的层流冷却供水量控制系统实际应用示意图。
具体实施方式
为了充分了解本发明的目的、特征及功效，通过下述具体实施方式，对本发明作详细说明。本发明的工艺方法除下述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
一方面，如图1所示，本发明提供了一种层流冷却供水量控制系统，包括：
生产线数据信息获取模块11，用于获取热轧生产线数据信息；
供水模拟量计算模块12，用于根据热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；
变频控制模块13，用于根据所述供水模拟量确定供水变频控制参数；
执行模块14，用于根据所述供水变频控制参数改变供水速度。
本发明的层流冷却供水量控制系统，把生产线数据信息与供水速度结合起来，按不同钢种的冷却工艺要求定量、按需供水，实现了两者的平衡，消除多余无效溢流水，降低供水消耗，节水节电。
在一些优选的实施方式中，如图2所示，所述生产线数据信息获取模块11包括：CT温度控制单元111、液位监测单元112和轧机咬入压力监测单元113。
其中，所述CT温度控制单元111用于控制带钢在层流冷却区的冷却速率和温度；所述液位监测单元112用于监测高位水箱的液位；所述轧机咬入压力监测单元113用于监测轧机咬钢的压力。
具体的，CT温度控制单元111是一个软件程序，用于检测并控制带钢在层流冷却区的冷却速率和温度，以达到目标卷取温度，保证带钢性能和板形。
在一些具体的实施例中，所述CT温度控制单元111包括：软件、PLC系统、控制柜、执行元件(如电磁阀)、冷却水控制阀、冷却集管等。
所述CT温度控制单元111将带钢冷却强度、板带厚度、轧机速度、热特性以及冷却设备的参数等生产数据信息传送给供水模拟量计算模块12，确定冷却水投入的水量和强度，满足了带钢的冷却速率和温度要求。
在某些实施方式中，所述CT温度控制单元111可以综合带钢冷却强度、板带厚度、轧机速度、热特性以及冷却设备的参数等，经过自动计算，确定冷却水投入的水量和强度，满足带钢的冷却速率和温度要求。
此外，所述CT温度控制单元111具有自学习功能，其原理如下：在生产不同钢种时，CT温度控制单元111的PLC系统会自动设定冷却带钢投入的水量和强度，并将层流冷却未端设置的温度检测仪测得的带钢实际温度与设定值进行比较，如超出允许范围，PLC系统会控制增加或减少冷却水量，以达到设定要求，然后以此修改CT温度控制单元并存储记忆，当下次生产时会自动投入修改后CT温度控制单元。通过CT温度控制单元的自学习功能，能自动修正原有控制软件的不足，提高精确度。
在一些优选的实施方式中，所述液位监测单元112为液位计；更优选的，所述液位计为液位变送器。
其中，所述液位计将水位信号转为4～20mA的电信号，并通过金属导线将电信号传输给所述的供水模拟量计算模块12。
当高位水箱内设置的液位计监测到水箱内液位低时，将水箱液位信息传输给供水模拟量计算模块12，然后进一步控制变频器变频升速，增加供水量，保证液位。高位水箱内设置的液位计可以有效防止由于带钢速度、温度突然变化造成水位低的问题。
在一些实施例中，当高位水箱内设置的液位计监测到高位水箱内液位低时，液位计将显示水位的电信号直接发送给变频控制模块，控制变频器变频升速，增加供水量保证液位。
在一些优选的实施方式中，所述供水模拟量计算模块12通过CT温度控制单元111、液位监测单元112和轧机咬入压力监测单元113发出的电信号大小及电信号变化速率计算供水模拟量，并向变频控制模块13发出相应的供水模拟量信号。
在一些优选的实施方式中，如图2所示，所述变频控制模块13包括：接收单元131、控制单元132和变频器133；其中，所述接收单元131用于接收所述供水模拟量信号；所述控制单元132用于向变频器133发出控制信号，其中，所述变频器133用于控制执行模块中电机转速。
在某些实施例中，所述变频控制模块为变频柜。
在一些优选的实施方式中，如图2所示，所述执行模块14包括电机141和水泵142。
其中，所述电机141的转速受变频控制模块13确定的变频控制参数的控制，与水泵142结合实现按需供水。
优选的，可测试不同频率下，电机141不同转速对应的供水泵流量142。为便于控制，在供水泵142最小流量至额定流量之间分成若干级，使各钢种所需的冷却水量与供水泵142各级流量对应。
在一个最优选的实施方式中，如图2所示，本发明的层流冷却供水量控制系统包括：
生产线数据信息获取模块11，所述生产线数据信息获取模块11包括CT温度控制单元111、液位监测单元112和轧机咬入压力监测单元113；其中，所述CT温度控制单元111用于控制带钢在层流冷却区的冷却速率和温度；所述液位监测单元112用于监测高位水箱的液位；所述轧机咬入压力监测单元113用于监测轧机咬钢的压力。
供水模拟量计算模块12。
变频控制模块13，所述变频控制模块13包括：接收单元131、控制单元132和变频器133；其中，所述接收单元131用于接收所述供水模拟量信号；所述控制单元132用于向变频器133发出控制信号。
执行模块14，所述执行模块包括电机141和水泵142。
本发明的层流冷却供水量控制系统把CT温度控制单元111、液位监测单元112和轧机咬入压力监测单元113的信号输入变频控制柜，通过改变电机141电源频率，从而控制电机141和水泵142转速，使层流冷却区带钢需要的用水量和泵组供水量一致，实现定量按需供水。
另一方面，如图3所示，本发明提供了一种层流冷却供水量控制方法，包括以下步骤：
S10：获得热轧生产线数据信息；
S20：根据所述热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；
S30：根据所述供水模拟量确定变频升降速率；
S40：根据所述变频升降速率改变供水速度。
具体的，所述热轧生产线数据信息包括：带钢在层流冷却区的冷却速率和温度、高位水箱的液位和轧机咬钢的压力。
其中，通过所述带钢在层流冷却区的冷却速率和温度、所述高位水箱的液位和所述轧机咬钢的压力计算所需的供水模拟量。
为防止出现用水量大，变频升速慢的问题，当热连轧生产线中没有带钢时(即空载时)，轧机咬入压力监测单元113不向变频控制模块13(或变频柜10)发送电信号，当第一架F1轧机咬钢后，轧机咬入压力监测单元给变频器控制模块13发送一个变频升速信号，当最后一架F7轧机咬钢后，信号解除，转入正常控制。
其中，所述供水模拟量确定变频器的变频参数。
需要说明的是，本发明的一种层流冷却供水量控制方法通过上述的层流冷却供水量控制系统实现，其中各步骤带来的有益效果与上述层流冷却供水量控制系统各部件对本发明的有益效果相对应，在此不再赘述。
下面结合太钢连轧厂2250mm生产线对本发明的层流冷却供水量控制系统进行详细说明。
如图4为本发明提供的热连轧生产线层流冷却系统应用示意图。热轧生产过程中，当带钢53被轧机咬入后，生产线数据信息获取模块11获取生产线数据，具体为：轧机咬入压力监测单元113监测轧机咬入压力；CT温度控制单元111检测冷却强度、带钢厚度、轧机速度等参数；高位水箱51中设置有液位检测单元112液位计(未示出)，实时监测水箱水位。当轧机咬入压力、冷却强度、带钢厚度、轧机速度、高位水箱液位等生产线数据信息发生变化时，生产线数据信息获取模块11将其获取的数据通过电缆导线传送给变频控制柜10(两台)，变频控制柜10与电机141连接，进而通过变频器133控制电机141的转速，使供水泵142(两台)的供水量与层流冷却设备52所需的供水量一致。其中，供水泵142通过供水管56将定量的水输送至高位水箱51。为了防止设备故障或其它原因带来的高位水箱水位过高的情况，在高位水箱中设有溢流管52，将多余的水通过回水沟54排放至蓄水池55。
未投入本发明的层流冷却供水量控制系统前，供水泵142工频供电运行，水量为2500m3/H/台；投入本发明的层流冷却供水量控制系统后，水量平均减至1200m3/H/台。两台供水泵142共节水2400m3/H，按产量600吨钢/H计算，节水4m3/吨钢。
通过实施本发明，经过一段时间优化，溢流水量大幅降低，收到明显效果，达到预期目的。其中，本发明的生产线层流冷却系统产生的效益计算如下：
1.吨钢节水4m3，水价0.5元/m3，按每年轧制碳钢产量250万吨计算，全年效益500万元。即：0.5元/m3×4m3×250万＝500万元
2.节电每小时700KW，全年效益120万元
实施本发明后，每年可创经济效益620万元。
本发明的层流冷却供水量控制系统结合实际进行调整跟踪，最终达到设计要求。太钢热连轧厂2250mm生产线应用此控制系统后，逐步增加变频泵组，效果良好，经济效益明显。降成本效果显著。
本发明在上文中已以优选实施例公开，但是本领域的技术人员应理解的是，这些实施例仅用于描绘本发明，而不应理解为限制本发明的范围。应注意的是，凡是与这些实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的权利要求范围内。因此，本发明的保护范围应当以权利要求书中所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种层流冷却供水量控制系统，其特征在于，包括：
生产线数据信息获取模块，用于获取热轧生产线数据信息；
供水模拟量计算模块，用于根据热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；
变频控制模块，用于根据所述供水模拟量确定供水变频控制参数；
执行模块，用于根据所述供水变频控制参数改变供水速度。
2.根据权利要求1所述的层流冷却水供水量控制系统，其特征在于，所述生产线数据信息获取模块包括：CT温度控制单元、液位监测单元和轧机咬入压力监测单元。
3.根据权利要求2所述的层流冷却水供水量控制系统，其特征在于，所述CT温度控制单元用于控制带钢在层流冷却区的冷却速率和温度；所述液位监测单元用于监测高位水箱的液位；所述轧机咬入压力监测单元用于监测轧机咬钢的压力。
4.根据权利要求3所述的层流冷却水供水量控制系统，其特征在于，所述液位监测单元为液位计。
5.根据权利要求1所述的层流冷却水供水量控制系统，其特征在于，所述变频控制模块包括：接收单元、控制单元和变频器；其中，
所述接收单元用于接收所述供水模拟量信号；所述控制单元用于向变频器发出控制信号。
6.根据权利要求1所述的层流冷却水供水量控制系统，其特征在于，所述执行模块包括电机和水泵。
7.一种层流冷却供水量控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获得热轧生产线数据信息；
根据所述热轧生产线数据信息计算所需的供水模拟量；
根据所述供水模拟量确定变频升降速率；
根据所述变频升降速率改变供水速度。
8.根据权利要求7所述的层流冷却供水量控制方法，其特征在于，所述热轧生产线数据信息包括：带钢在层流冷却区的冷却速率和温度、高位水箱的液位和轧机咬钢的压力。
9.根据权利要求8所述的层流冷却供水量控制方法，其特征在于，通过所述带钢在层流冷却区的冷却速率和温度、所述高位水箱的液位和所述轧机咬钢的压力计算所需的供水模拟量。
10.根据权利要求9所述的层流冷却供水量控制方法，其特征在于，所述供水模拟量确定变频器的变频参数。
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