CN111850260B - 一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法 - Google Patents

一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属板带材热处理领域，公开一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法。该系统包括分流集水器、分供水管路、控制阀组、控制系统，该控制方法包括水压调节方法和水流量调节方法，分流集水器采用多管路均流设计，实现均匀分流和恒压供水，分供水管路依据金属板带材品种规格、生产节奏、热处理工艺设计三种控制阀组配置模式，实现水压‑水流量双闭环控制。本发明满足了多品种、变规格、复杂热处理工艺和生产节奏对喷水系统水流量、水压、冷却路径的精确控制需求，调节速度快、稳定性好，节水节能，自动化程度高，实现了金属板带材高平直度、高均匀性、高效率热处理。

Description

一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法
技术领域
本发明属于金属板带材热处理领域，涉及一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法。
背景技术
热处理是改善金属板带材综合性能的关键工艺，尤其在提升其强韧性、耐蚀性、高温性能、疲劳性能、加工性能等方面作用明显。采用热处理的金属板带材种类较多(如普碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金、高温合金等)，规格跨度大(厚度2～300mm，宽度800～5000mm)，热处理工艺复杂(如正火、回火、固溶、淬火、控制冷却、弱水冷等)。
冷却是金属板带材重要热处理工艺环节，通过设计并控制不同的冷却路径，可显著改善金属板带材微观组织，获得更优异的性能。通常情况下，金属板带材冷却热处理以水或水溶液作为冷却介质，利用水廉价易得、无毒、不燃烧、理化性能稳定、冷却能力强等特点，实现不同的冷却制度，满足不同热处理工艺需求。目前，金属板带材热处理向精细化、复杂化、高效率、低能耗等方向发展，对喷水系统的阀组配置、喷水参数的精确控制和快速响应、科学合理的喷水控制、精确可靠的自动喷水系统等提出更高的要求。现有金属板带材热处理冷却喷水系统精度低、调节时间长、泄漏量大、自动化程度低等现实问题亟待解决。
现有专利中，中国专利申请(公开号CN201447494U)公开了一种无缝钢管高温快速淬火装置的喷水系统，包括三组喷水装置，每组喷水装置分别设置控制阀。该控制阀仅提供开闭功能，无法进行流量、压力精确调控，与本发明设计方案无关。
中国专利申请(公开号CN202030785U)公开了一种适用于双频表面淬火装置的冷却装置，通过管道依次连接水池、供水泵、控制阀和喷水器。冷却装置喷水控制系统仅能够完成冷却水通断控制，未提供冷却水流量、压力控制功能，且仅提供一组控制阀组，无法实现复杂的多喷嘴开闭和流量调节功能，与本发明设计方案无关。
发明内容
针对现有金属板带材冷却热处理喷水系统控制精度低、调节时间长、自动化程度低等问题，本发明的目的是提供一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法，该系统及方法能有效提高金属板带材冷却热处理过程喷水工艺参数控制精度和调节速度，减少管路震动，节水节能，满足多品种、变规格、复杂热处理工艺自动化生产的目标。
本发明的技术方案是：
一种金属板带材热处理喷水系统，该系统包括分流集水器、分供水管路、控制阀组、控制系统，该系统一端连接主供水管路，另一端连接射流喷嘴；
分流集水器由两个水平安置或垂直安置的圆柱形管路组成，两个圆柱形管路分别作为进水端管路和出水端管路，进水端管路在端部或侧面接入主供水管路，出水端管路与进水端管路之间通过间距1～2m的中间管路连接，多组分供水管路由侧向或上部接入出水端管路，进水端管路、出水端管路分别设有人孔，出水端管路设有水压传感器、水温传感器，出水端管路上端设有排气管路；进水端管路、出水端管路分别在底部一端或两端设有旁通管路，旁通管路上设有气动调节阀；
所述的分供水管路由多组水平布置的供水管路组成，分供水管路上控制阀组包括检修阀门、软连接、锥型过滤器、电磁流量计、气动开闭阀、气动调节阀或电动调节阀；控制阀组分为三种模式：模式一，顺次连接检修阀门→软连接→锥型过滤器→电磁流量计→气动调节阀→射流喷嘴，适用于单批次≤10块、生产规格≥8种/天或生产频率≥10块/小时板带材连续淬火的热处理线；模式二，顺次连接检修阀门→软连接→锥型过滤器→气动开闭阀→电磁流量计→气动调节阀→射流喷嘴，适用于单批次≤10块、生产规格≥8种/天或出钢频率≥10块/小时板带材淬火和回火混用的热处理线；模式三，顺次连接检修阀门→软连接→锥型过滤器→气动开闭阀→电磁流量计→电动调节阀→射流喷嘴，适用于单批次＞10块、生产规格＜8种/天或生产频率＜10块/小时板带材大批量、单一规格淬火或淬火+回火的热处理线；
所述控制系统通过水压传感器反馈水压、通过水温传感器反馈水温、通过分供水管路电磁流量计反馈水流量，上述检测仪表信号通过PLC系统，控制分供水管路气动开闭阀通断、旁通管路和分供水管路气动调节阀或电动调节阀开口度调节，实现不同的喷水工艺。
上述系统的金属板带材热处理喷水控制方法，包括水压调节方法和水流量调节方法；
水压调节方法依据分流集水器的水压传感器反馈的实际水压，通过控制系统调节旁通管路气动调节阀，实施水压闭环控制，当实际水压-设定水压≥0.05MPa时，旁通管路气动调节阀开口度增加，当设定水压-实际水压≥0.05MPa时，旁通管路气动调节阀开口度减小；
水流量调节方法依据分供水管路控制阀组模式提供三种方法：方法一，对于控制阀组模式一，当喷水系统接收到喷水信号时，选择开启的分供水管路的气动调节阀按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据电磁流量计反馈水流量，控制系统实施水流量闭环控制，精调气动调节阀开口度，当每个开启的分供水管路实际水流量-设定水流量≤±8m3/h时，水流量调节完毕；方法二，对于控制阀组模式二，当喷水系统接收到喷水信号时，选择开启的分供水管路气动调节阀按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，选择开启的分供水管路气动开闭阀开启，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据电磁流量计反馈水流量，控制系统实施水流量闭环控制，精调气动调节阀开口度，当每个开启的分供水管路实际水流量-设定水流量≤±5m3/h时，水流量调节完毕；方法三，控制阀组模式三，当喷水系统接收到喷水信号时，选择开启的分供水管路电动调节阀按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，选择开启的分供水管路气动开闭阀开启，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据电磁流量计反馈水流量，控制系统实施水流量闭环控制，精调电动调节阀开口度，当每个开启的分供水管路实际水流量-设定水流量≤±3m3/h时，水流量调节完毕。
本发明的优点及有益效果是：
1、分流集水器设计进水端管路和出水端管路两个集水器，通过均流设计能有效降低供水压力波动，实现各分供水管路均匀分水；分流集水器设计排气管路，降低管内气液混合现象，实现射流喷嘴持续均匀喷水；分流集水器设计旁通管路，有效实现水压调节、排除管路内杂物、排空检修等功能。
2、分供水管路依据不同热处理线生产要求提供三种控制阀组设计模式，满足①小批量、多规格、快节奏、连续淬火的热处理线，②小批量、多规格、快节奏、淬火和回火混用的热处理线，③大批量、单一规格淬火或淬火+回火的热处理线的产品结构、生产节奏和生产方式需求。
3、基于控制系统的水压闭环调节，结合供水系统变频控制，能有效控制喷水系统水压，控制精度高、稳定性好、调节时间短，节水节能，提高生产效率。
4、依据不同控制阀组设计模式实施不同的喷水系统水流量调节方法，水流量调节时间短、调节精度高、管路震动和冲击小，满足不同规格、生产节奏、热处理模式条件下高精度、快响应、稳定喷水需求。
附图说明
图1是本发明中的金属板带材热处理喷水系统结构示意图。
图2是本发明中的金属板带材热处理喷水系统分流集水器示意图。
图3是本发明中的金属板带材热处理喷水系统控制阀组及控制系统示意图。
图中：1喷水系统；2分流集水器；3分供水管路；4控制阀组；5控制系统；6主供水管路；7射流喷嘴；8进水端管路；9出水端管路；10中间管路；11人孔；12水压传感器；13水温传感器；14排气管路；15旁通管路；16检修阀门；17软连接；18锥型过滤器；19电磁流量计；20气动开闭阀；21气动调节阀；22电动调节阀；23PLC系统。
具体实施方式
下面结合附图1-3对一种金属板带材热处理喷水系统及控制方法进行描述。
实施例一
本实施例中，以2～100mm厚、1000～5000mm宽、4～26m长规格范围内金属板带材小批量、多规格、快节奏、连续淬火热处理生产模式(模式一)为例，阐述金属板带材热处理喷水系统及控制方法的具体实施方案：
如图1-3所示，金属板带材热处理喷水系统1在未接收到喷水信号时，一定流量、压力、温度的冷却水由主供水管路6进入分流集水器2进水端管路8，经由中间管路10均流分流，进入到出水端管路9，水压传感器12反馈实际水压至控制系统5PLC系统23中，PLC系统23控制出水端管路9端部的旁通管路15气动调节阀21开口度，达到设定工艺喷水压力并维持该压力，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，旁通管路15气动调节阀21开口度不再调整。水温传感器13反馈实际水温至控制系统5PLC系统23中，参与喷水系统1换热模型计算。此时，各分供水管路3控制阀组4中气动调节阀21开口度维持在零位、检修阀门16开启，各分供水管路3至射流喷嘴7不喷水。
当喷水系统1接收到喷水信号时，依据热处理工艺规程，选择开启的分供水管路3气动调节阀21按预先制定的流量-阀门开口度对应关系快速开启至相应阀门开口度，冷却水经由分流集水器2出水端管路9进入开启的分供水管路3中，依次经过检修阀门16、软连接17、锥型过滤器18、电磁流量计19、气动调节阀21，进入至多种类型射流喷嘴7中，由射流喷嘴7喷射冷却水。此时控制系统5的PLC系统23依据水压传感器12反馈的实际水压持续调节旁通管路15气动调节阀21开口度，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据开启的分供水管路3电磁流量计19反馈实际水流量，控制系统5的PLC系统23实施水流量闭环控制，精调分供水管路3气动调节阀21开口度，当每个开启的分供水管路3实际水流量-设定水流量≤±8m3/h时，水流量调节完毕，开始进行金属板带材冷却，冷却过程中控制系统5的PLC系统23始终依据水压传感器12反馈的实际水压调节旁通管路15气动调节阀21开口度、依据电磁流量计19反馈的实际水流量调节分供水管路3气动调节阀21开口度，维持工艺水压和水流量在许可范围内变化。
当喷水系统1接收到停止喷水信号时，分供水管路3气动调节阀21开口度依次返回零位，分供水管路3至射流喷嘴7停止喷水，控制系统5的PLC系统23依据水压传感器12反馈的实际水压调节旁通管路15气动调节阀21开口度，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，旁通管路15气动调节阀21不再调整。
实施例二
本实施例中，以2～100mm厚、1000～5000mm宽、4～26m长规格范围内金属板带材大批量、单一规格、连续淬火或淬火/回火混用热处理生产模式(模式三)为例，阐述金属板带材热处理喷水系统及控制方法的具体实施方案：
如图1-3所示，金属板带材热处理喷水系统1在未接收到喷水信号时，实施方案与实施例一相同。此时，各分供水管路3控制阀组4中气动开闭阀20关闭、电动调节阀22开口度维持在上一次开启时的最终开口度、检修阀门16开启，各分供水管路3至射流喷嘴7不喷水。
当喷水系统1接收到喷水信号时，依据热处理工艺规程，选择开启的分供水管路3电动调节阀22按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，然后，选择开启的分供水管路3气动开闭阀20开启，冷却水经由分流集水器2出水端管路9进入开启的分供水管路3中，依次经过检修阀门16、软连接17、锥型过滤器18、气动开闭阀20、电磁流量计19、电动调节阀22，进入至多种类型射流喷嘴7中，由射流喷嘴7喷射冷却水。此时控制系统5的PLC系统23依据水压传感器12反馈的实际水压持续调节旁通管路15气动调节阀21开口度，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据开启的分供水管路3电磁流量计19反馈实际水流量，控制系统5的PLC系统23实施水流量闭环控制，精调分供水管路3电动调节阀22开口度，当每个开启的分供水管路3实际水流量-设定水流量≤±3m3/h时，水流量调节完毕，开始进行金属板带材冷却，冷却过程中控制系统5的PLC系统23始终依据水压传感器12反馈的实际水压调节旁通管路15气动调节阀21开口度、依据电磁流量计19反馈的实际水流量调节分供水管路3电动调节阀22开口度，维持工艺水压和水流量在许可范围内变化。
当喷水系统1接收到停止喷水信号时，分供水管路3气动开闭阀20关闭、电动调节阀22维持开口度不变，分供水管路3至射流喷嘴7停止喷水，控制系统5的PLC系统23依据水压传感器12反馈的实际水压调节旁通管路15气动调节阀21开口度，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，旁通管路15气动调节阀21不再调整。
实施例三
本实施例中，以喷水系统处于非工作状态为例，阐述金属板带材热处理喷水系统检修维护过程的具体实施方案：
如图1-3所示，金属板带材热处理喷水系统1处于非工作状态时，主供水管路6停止供水，旁通管路15气动调节阀21开口度调整至全开位，所有分供水管路3检修阀门16关闭，分流集水器2内冷却水排空。拆卸锥形过滤器18，检查堵塞情况并清理，拆卸分流集水器2人孔11，检查并清理分流集水器2内部杂质、堵塞。再次投入使用前，旁通管路15气动调节阀21开口度调整至全开位，所有分供水管路3检修阀门16关闭，分流集水器2排气管路14打开，一定流量、压力、温度的冷却水由主供水管路6进入分流集水器2，管路内气体由排气管路14排走，管路内残余杂质由旁通管路15冲走，之后将所有分供水管路3检修阀门16打开，喷水系统1达到工作状态。
结果表明，本发明解决了不同规格、不同品种金属板带材在不同热处理工艺制度条件下的射流喷嘴水流量、压力快速精确调整的问题，实现了自动化生产，满足了提高生产效率、节水节能的目标，显著改善了金属板带材热处理工艺控制精度。

Claims (1)

1.一种金属板带材热处理喷水控制方法，其特征在于，所述的控制方法基于一种金属板带材热处理喷水系统实现，该系统包括分流集水器(2)、分供水管路(3)、控制阀组(4)、控制系统(5)，该系统一端连接主供水管路(6)，另一端连接射流喷嘴(7)；
分流集水器(2)由两个水平安置或垂直安置的圆柱形管路组成，两个圆柱形管路分别作为进水端管路(8)和出水端管路(9)，进水端管路(8)在端部或侧面接入主供水管路(6)，出水端管路(9)与进水端管路(8)之间通过间距1～2m的中间管路(10)连接，多组分供水管路(3)由侧向或上部接入出水端管路(9)，进水端管路(8)、出水端管路(9)分别设有人孔(11)，出水端管路(9)设有水压传感器(12)、水温传感器(13)，出水端管路(9)上端设有排气管路(14)；进水端管路(8)、出水端管路(9)分别在底部一端或两端设有旁通管路(15)，旁通管路上设有气动调节阀(21)；
所述的分供水管路(3)由多组水平布置的供水管路组成，分供水管路上控制阀组(4)包括检修阀门(16)、软连接(17)、锥型过滤器(18)、电磁流量计(19)、气动开闭阀(20)、气动调节阀(21)或电动调节阀(22)；控制阀组分为三种模式：模式一，顺次连接检修阀门→软连接→锥型过滤器→电磁流量计→气动调节阀→射流喷嘴，适用于单批次≤10块、生产规格≥8种/天或生产频率≥10块/小时板带材连续淬火的热处理线；模式二，顺次连接检修阀门→软连接→锥型过滤器→气动开闭阀→电磁流量计→气动调节阀→射流喷嘴，适用于单批次≤10块、生产规格≥8种/天或出钢频率≥10块/小时板带材淬火和回火混用的热处理线；模式三，顺次连接检修阀门→软连接→锥型过滤器→气动开闭阀→电磁流量计→电动调节阀→射流喷嘴，适用于单批次＞10块、生产规格＜8种/天或生产频率＜10块/小时板带材大批量、单一规格淬火或淬火+回火的热处理线；
所述控制系统(5)通过水压传感器(12)反馈水压、通过水温传感器(13)反馈水温、通过分供水管路电磁流量计(19)反馈水流量，上述检测仪表信号通过PLC系统(23)，控制分供水管路气动开闭阀(20)通断、旁通管路和分供水管路气动调节阀(21)或电动调节阀(22)开口度调节，实现不同的喷水工艺；
所述的金属板带材热处理喷水控制方法，包括水压调节方法和水流量调节方法；
水压调节方法依据分流集水器(2)的水压传感器(12)反馈的实际水压，通过控制系统(5)调节旁通管路(15)气动调节阀(21)，实施水压闭环控制，当实际水压-设定水压≥0.05MPa时，旁通管路(15)气动调节阀(21)开口度增加，当设定水压-实际水压≥0.05MPa时，旁通管路(15)气动调节阀(21)开口度减小；
水流量调节方法依据分供水管路(3)控制阀组模式提供三种方法：方法一，对于控制阀组模式一，当喷水系统(1)接收到喷水信号时，选择开启的分供水管路(3)的气动调节阀(21)按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据电磁流量计反馈水流量，控制系统实施水流量闭环控制，精调气动调节阀开口度，当每个开启的分供水管路实际水流量-设定水流量≤±8m3/h时，水流量调节完毕；方法二，对于控制阀组模式二，当喷水系统(1)接收到喷水信号时，选择开启的分供水管路(3)气动调节阀(21)按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，选择开启的分供水管路气动开闭阀开启，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据电磁流量计反馈水流量，控制系统实施水流量闭环控制，精调气动调节阀开口度，当每个开启的分供水管路实际水流量-设定水流量≤±5m3/h时，水流量调节完毕；方法三，控制阀组模式三，当喷水系统(1)接收到喷水信号时，选择开启的分供水管路电动调节阀(22)按预先制定的流量-阀门开口度对应关系开启至相应阀门开口度，选择开启的分供水管路(3)气动开闭阀(20)开启，当实际水压-设定水压≤±0.05MPa时，依据电磁流量计反馈水流量，控制系统实施水流量闭环控制，精调电动调节阀开口度，当每个开启的分供水管路实际水流量-设定水流量≤±3m3/h时，水流量调节完毕。
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