CN113088647A - 一种淬火冷却自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于宽厚板的热处理技术领域，特别涉及一种淬火冷却自动控制方法。该方法采用包括一级系统、二级系统、三级系统的控制系统执行。三级系统将钢板的信息传输至二级系统，二级系统将淬火机工艺传输至一级系统，一级系统根据二级系统传输的信息控制现场淬火工艺参数并判断允许钢板出热处理炉的时机，确定钢板进入淬火机的起始时间以及钢板在淬火机内的位置，根据钢板的尺寸及位置控制喷嘴的流量大小及阀门的开关。本发明根据板材厚度不同，实现不同的淬火冷却水控制策略，精确控制各喷嘴的开启和关闭，有效减少淬火过程中的用水量，有效减少供水泵组的运行频率和高负载运行时间，可以有效降低生产电耗，降低生产成本。

Description

一种淬火冷却自动控制方法

技术领域

本发明属于宽厚板的热处理技术领域，特别涉及一种淬火冷却自动控制方法。

背景技术

钢板淬火对调整宽厚板高强钢、耐磨钢、油罐钢等钢种的性能和板形至关重要，辊压式淬火机是国内各大钢厂热处理线的关键设备。辊压式淬火机具有冷却强度大、淬火钢板表面无软点等优点，是高附加值高强度板材产品开发的关键热处理手段。

国内各大钢厂板材淬火过程中的控制为：钢板在出热处理炉前，淬火机高压段和低压段同时开启阀门喷水并调整流量。当各喷嘴流量到达工艺要求数值后，钢板开始出热处理炉，进入淬火机进行淬火。钢板尾部离开高压段后，高压段冷却水喷嘴控制阀组关闭，当钢板尾部离开低压段后，低压段冷却水喷嘴控制阀组关闭。

当前在淬火生产中存在两大问题：(1)淬火机冷却水用水量大，需供水泵组将冷却水输送到储水池，储水池中的冷却水经过加压泵组加压后输送到淬火机喷嘴。在钢板离开淬火机前，供水泵组需一直开启，特别是在钢板淬火冷却过程中，供水泵组需要高频率运行，用电量非常大，导致各钢厂淬火过程生产成本过高。(2)淬火机冷却水由供水泵组输送到储水池中，淬火过程中用水量过大，供水泵组供水能力有限，当生产长规格钢板或厚规格钢板时，因用水量巨大，储水池中水位下降过多，导致淬火机冷却水流量不足，冷却效果降低，无法将钢板冷却到马氏体转变温度以下，严重影响钢板性能，无法完成长规格和厚规格钢板淬火。

授权公告号为CN101603120B的中国发明专利公开一种淬火机水冷过程控制方法。此方法通过人工手动输入相关信息，实现了分区域开关淬火机冷却水阀门的功能，可有效降低淬火过程电耗。此方法需要人工进行确认、输入信息，操作难度大。且该方法无论多厚的钢板，高压段和低压段均需要开启阀门进行冷却，特别是薄规格钢板，低压区开启阀门冷却导致大量电耗浪费。

授权公告号为CN104928463B的中国发明专利公开一种用于控制热轧钢板热处理线淬火机供水系统的方法。该发明计算钢板在炉内的位置和出炉剩余时间，控制变频水泵的启停。此方法只对不水冷期间的电耗进行了控制，未涉及淬火过程中的电耗，电耗成本降低不明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种淬火机冷却水控制方法，以解决目前宽厚板在淬火过程中用水、用电量大，且控制过程需要手动进行导致操作复杂的问题。本发明在不进行设备改造增加投资的情况下，通过淬火机冷却过程工艺优化，拓展了淬火机设备能生产的产品规格。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种淬火冷却自动控制方法，采用包括一级系统、二级系统、三级系统的控制系统执行；

所述二级系统存储各个钢种、各个规格的淬火机工艺；

所述三级系统存储钢板的钢种类型和钢板尺寸；

所述自动控制方法包括：

所述三级系统将钢板的信息传输至所述二级系统；

所述二级系统根据所述三级系统传送的信息选择对应的淬火机工艺并将淬火机工艺传输至所述一级系统；

所述一级系统根据所述二级系统传输的信息控制现场淬火工艺参数并判断允许钢板出热处理炉的时机，确定钢板进入淬火机的起始时间以及钢板在淬火机内的位置，根据钢板的尺寸及位置控制喷嘴的流量大小及阀门的开关。

作为对上述控制方法的改进，优选地，所述一级系统为PLC系统。

作为对上述控制方法的改进，优选地，所述淬火机工艺包括辊道速度、上下水量、开启的阀组数量和开启的喷嘴数量。

作为对上述控制方法的改进，优选地，所述钢板尺寸包括钢板厚度、钢板宽度、钢板长度。

作为对上述控制方法的改进，优选地，所述淬火机包括高压段、低压段，所述高压段包括第一缝隙喷嘴、第二缝隙喷嘴和第一喷嘴组，所述高压段的长度为3.4m，所述低压段包括第二喷嘴组，所述低压段的长度为15.6m；

所述第一喷嘴组和第二喷嘴组均包括多组喷嘴；

所述自动控制方法包括根据钢板厚度的不同，选择对应的淬火机工艺对所述钢板进行淬火处理。

作为对上述控制方法的改进，优选地，当钢板厚度为6～20mm时，淬火机的辊道速度为10～15m/min，开启第一缝隙喷嘴、第二缝隙喷嘴和第一喷嘴组中的第一组，各所述喷嘴的流量之和为2150～2660m³/h。

作为对上述控制方法的改进，优选地，当钢板厚度为20～40mm时，淬火机的辊道速度为6～9.6m/min，开启高压段的所有喷嘴，各所述喷嘴的流量之和为2760～3260m³/h。

作为对上述控制方法的改进，优选地，当钢板厚度为40～60mm时，淬火机的辊道速度为4～5.8m/min，开启高压段和低压段的所有喷嘴；其中，高压段的各所述喷嘴的流量之和为3310～4120m³/h，低压段的各所述喷嘴的流量之和为1530～2060m³/h。

作为对上述控制方法的改进，优选地，当钢板厚度为60～80mm时，淬火机的辊道速度为2.6～3.8m/min，开启高压段和低压段的所有喷嘴；其中，高压段的各所述喷嘴的流量之和为4190～4760m³/h，低压段的各所述喷嘴的流量之和为2180～2930m³/h。

作为对上述控制方法的改进，优选地，当钢板厚度为80～100mm时，淬火机的辊道速度为1.5～3.0m/min，开启高压段和低压段的所有喷嘴；其中，高压段的各所述喷嘴的流量之和为4780～5160m³/h，低压段的各所述喷嘴的流量之和为4410～5460m³/h。

作为对上述控制方法的改进，优选地，钢板进入淬火机前，还包括对所述钢板进行抛丸处理、加热处理，所述加热处理的温度为910～930℃。

作为对上述控制方法的改进，优选地，根据钢板厚度，所述加热时间为1.1～1.5min/mm。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有如下有益效果：

(1)本发明根据板材厚度的不同，分6～20mm(包括20mm)、20～40mm(包括40mm)、40～60mm(包括60mm)、60～80mm(包括80mm)以及80～100mm(包括100mm)五个厚度区间进行不同淬火冷却水工艺的自动控制。在淬火过程中系统根据不同厚度钢板自动选择淬火速度、开启喷嘴数量、流量和启停时间。本发明能够实现淬火冷却全过程的自动控制，无需人工操作或干预。

(2)本发明可根据板材厚度不同，实现不同的淬火冷却水控制策略，精确控制各喷嘴的开启和关闭，有效减少淬火过程中的用水量，有效减少供水泵组的运行频率和高负载运行时间，可以有效降低生产电耗，降低生产成本。

(3)本发明实现了80～100mm厚度钢板在低压段根据钢板长度自动摆动冷却的功能，解决了厚规格钢板淬火过程中因储水池水位下降导致的淬火过程流量不足，钢板无法冷却到马氏体转变温度以下，影响厚规格板材的性能的问题。该发明在不增加设备的前提下，通过淬火机冷却过程工艺优化，拓展了淬火机设备能生产的产品规格。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，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。其中：

图1是本发明涉及的淬火机的结构示意图(包含淬火钢板)；

图2是本发明的淬火冷却自动控制系统的示意图。

图中：1-钢板；2-下辊道；3-上辊道；

4-第一缝隙下喷嘴；5-第一缝隙上喷嘴；

6-第二缝隙下喷嘴；7-第二缝隙上喷嘴；

8-第一喷嘴第一组下喷嘴；9-第一喷嘴第一组上喷嘴；

10-第一喷嘴第二组下喷嘴；11-第一喷嘴第二组上喷嘴；

12-第一喷嘴第三组下喷嘴；13-第一喷嘴第三组上喷嘴；

14-第一喷嘴第四组下喷嘴；15-第一喷嘴第四组上喷嘴；

16-第二喷嘴组；17-第一喷嘴组。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明的淬火冷却控制方法，采用控制系统执行，即淬火冷却自动控制系统，该控制系统包括一级系统(例如一级PLC系统)、二级系统、三级系统，示意图如图2所示，其中：

一级PLC系统，根据二级电文(即由二级系统传输的电文)内容，控制现场淬火工艺参数，比如淬火机辊道速度，上下各线冷却喷嘴的流量、阀门开启的数量。判断现场各冷却喷嘴的流量检测反馈，当流量检测反馈符合出钢条件时，允许钢板出热处理炉。根据淬火机入口的光栅检测信号，记录钢板头部进入淬火机的起始时间，根据淬火机辊道速度的反馈值计算钢板在淬火机内的位置。计算出钢板在淬火机内的位置后，根据钢板本身的长度数据和头部、尾部在淬火机内的位置，控制各冷却阀组的开启和关闭时间；

二级系统，存储各个钢种、各个规格的钢板对应的淬火机工艺，包括辊道速度、上下水量(存储各个喷嘴的工艺流量，只有各个喷嘴的实际流量都达到工艺要求时，才允许钢板出热处理炉)、开启的阀组和喷嘴数值；

三级系统，包括存储介质和选择面板，存储介质中存储多种钢板的钢种类型、钢板厚度、钢板宽度、钢板长度，操作人员可以通过选择面板选择待进行淬火处理的钢板的相关参数。三级系统的钢板信息根据合同要求事先由人工录入。在生产时，三级系统首先将钢板信息传输给热处理炉的二级系统，热处理炉根据钢板信息执行加热程序，加热程序接近完毕时(例如钢板出热处理炉前30s)，由热处理炉的二级系统将钢板信息传输给淬火机二级系统，然后启动淬火机一级系统进行具体的操作。

上述热处理炉的二级系统属于控制热处理炉的系统的一部分，控制热处理炉的系统中的其他组成部分与现有技术中的相同，本发明不再赘述。

可以理解的是，三级系统在将钢板信息传输给热处理炉的二级系统的同时，也可将钢板信息传输给淬火机二级系统，当热处理炉中的加热程序接近完毕时(例如钢板出热处理炉前30s)，再由热处理炉的二级系统将此信息(即钢板的加热状态)传输给淬火机二级系统，然后启动淬火机一级系统执行具体的操作。这种方式中只是不需要热处理炉的二级系统直接将钢板信息传输给淬火机二级系统，但仍需要热处理炉的二级系统将钢板的加热状态信息传输给淬火机二级系统，否则一级系统无法得到执行操作的命令以进行具体的操作。

本发明的淬火冷却自动控制系统涉及的淬火机的钢结构由两部分预制的钢结构框架组成，即上框架和下框架，上下对称安装在钢板传输线的上方和下方。其中，下框架固定在地面上，上框架可以上、下升降。

如图1所示，本发明涉及的淬火机包括上辊道3、下辊道2，分别设于上框架、下框架上。具体的，上辊道3设于淬火机的上部，下辊道2设于上辊道的下方，且上辊道3和下辊道2之间留有用于通过钢板1的辊缝；上辊道3和下辊道2上下对称设有若干对辊。

图1中，待淬火钢板由左侧进入辊缝。自待淬火钢板1进入辊缝起算，最先接触的对辊记为第一对辊(即图1中最左侧的对辊)，其他对辊依次记为第二对辊、第三对辊等。第一对辊与第二对辊之间上下对称设有第一缝隙上喷嘴5和第一缝隙下喷嘴4，两者合称为第一缝隙喷嘴；第二对辊与第三对辊之间上下对称设有第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6，两者合称为第二缝隙喷嘴，第一缝隙喷嘴、第二缝隙喷嘴均为缝隙式喷嘴；位于所述第三对辊之后的若干相邻的对辊之间上下对称设有第一喷嘴组17；位于第一喷嘴组之后的若干相邻的对辊之间上下对称设有第二喷嘴组16。第一喷嘴组17(也可称为第一喷嘴单元)、第二喷嘴组16(也可称为第二喷嘴单元)均包含多个具体的喷嘴，第一喷嘴组17是圆孔型喷嘴。

本发明中，第一喷嘴组17包括上下对称设置的共四组喷嘴，从左至右依次为第一组、第二组、第三组、第四组。其中：

第一组包括第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9；

第二组包括第一喷嘴第二组下喷嘴10和第一喷嘴第二组上喷嘴11；

第三组包括第一喷嘴第三组下喷嘴12和第一喷嘴第三组上喷嘴13；

第四组包括第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15。

本发明涉及的淬火机分高压段和低压段。

高压段，由前述的上下对称设置的两组缝隙式喷嘴和第一喷嘴组对应的上辊道和下辊道区域构成淬火机的高压段，高压段长度3.4m。即高压段的喷嘴分为两部分，第一部分为上下对称设置的两组缝隙式喷嘴，第二部分为上下对称设置的第一喷嘴组17。

低压段，由第二喷嘴组对应的上辊道和下辊道区域构成淬火机的低压段，低压段长度15.6m。第二喷嘴组的冷却水压力较低，为0.4MPa。低压段的第二喷嘴组共分上下12组喷嘴(由于图纸篇幅有限，图中仅显示第二喷嘴组中的4组)。

上述第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7、第二缝隙下喷嘴6、第一喷嘴组17和第二喷嘴组16均设有阀门和流量计以控制和检测各喷嘴的流量，由空气阀控制喷嘴的开关。

高压段和低压段的框架均由液压控制上框架的升降，具体升降高度由编码器根据待淬火钢板的厚度和设定工艺计算上框架淬火时的位置。

上述高压段的各喷嘴和低压段的各喷嘴均连通至比水平面高40m的一储水箱，冷却水由水泵供水到储水箱。高压段所用的冷却水自储水箱经过加压后到达淬火机的高压段。

本发明的淬火冷却自动控制方法，包括以下步骤：

步骤一：将钢板进行抛丸处理，将抛丸处理后的钢板置入辊底式连续热处理炉进行加热。加热过程中热处理的炉温设定为910～930℃(例如910℃、915℃、920℃、925℃、930℃)。可以理解的是，此时三级系统已将钢板信息传输给热处理炉的二级系统，即热处理炉的二级系统中已存储有钢板信息。根据钢板的厚度，确定钢板在热处理炉内的加热时间为1.1～1.5min/mm(例如1.1min/mm、1.2min/mm、1.3min/mm、1.4min/mm、1.5min/mm)，加热时间完成后钢板在热处理炉内再保温5～10min(例如5min、6min、7min、8min、9min、10min)。抛丸辊道速度为2～4m/min(例如2m/min、2.5m/min、3m/min、3.5m/min、4m/min)。抛丸所用的丸料直径为1.0～1.4mm(例如1.0mm、1.2mm、1.4mm)。

步骤二：在辊压式淬火机中采用高压水进行淬火。淬火机高压水压力0.79～0.81MPa(例如0.79MPa、0.795MPa、0.800MPa、0.805MPa、0.81MPa)，淬火机低压水压力0.39～0.41MPa(例如0.39MPa、0.395MPa、0.400MPa、0.405MPa、0.41MPa)。淬火机的辊道速度为1.5～15m/min(例如1.5m/min、2m/min、2.5m/min、3m/min、3.5m/min、4m/min、4.5m/min、5m/min、5.5m/min、6m/min、6.5m/min、7m/min、7.5m/min、8m/min、8.5m/min、9m/min、9.5m/min、10m/min、10.5m/min、11m/min、11.5m/min、12m/min、12.5m/min、13m/min、13.5m/min、14m/min、14.5m/min、15m/min)。淬火机上辊道距离钢板上表面高度为0.2～0.6mm(例如0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm)。

步骤一、二中，在钢板出热处理炉前30s时，热处理炉的二级系统将待淬火钢板的钢种、厚度、宽度、长度等信息传输给淬火机二级系统，淬火机二级系统根据热处理炉的二级系统传输的信息，自动选择淬火机辊道速度、开启喷嘴的数量、各喷嘴所需的流量和淬火机框架高度。淬火机入口安装有检测光栅，淬火机辊道安装有编码器，钢板头部到达淬火机入口光栅时，开始计时计算，根据钢板长度和淬火机辊道速度计算钢板在淬火机中的位置，根据钢板头部和尾部位置，自动开启和关闭淬火机喷嘴。采用本发明的淬火冷却自动控制方法，在整个淬火过程中，不需要人工干预，能够提高生产效率，降低生产成本，并且避免生产中人工操作错误。本发明的淬火冷却自动控制方法，根据待淬火钢板厚度的不同，进行对应具体的控制过程，具体如下：

(1)当钢板厚度为6～20mm(即大于6mm小于等于20mm)时，淬火机的辊道速度为10～15m/min，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6(即第一缝隙喷嘴和第二缝隙喷嘴)，以及第一喷嘴组中的第一组。第一喷嘴组中剩余的喷嘴以及第二喷嘴组不开启。具体的控制过程如下：

钢板出热处理炉前30s，淬火机高压段供水泵组开始升频(即升高运行频率)，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6，调整水流量，一直升频到以上两组缝隙中四个喷嘴的流量达到工艺要求(两组缝隙式喷嘴的流量计检测的反馈流量和设定流量误差在10m³/h)，停止升频；

钢板头部出热处理炉时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组中的第一组开启调整水流量。一直升频到第一喷嘴组的第一组流量达到工艺要求(流量计检测的反馈流量和设定流量误差在10m^3/h，下同)，停止升频。

当钢板尾部到达第二缝隙喷嘴时，第一缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组降低运行频率；钢板尾部到达第一喷嘴组中的第一组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，第二缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组继续降低运行频率。

当钢板尾部离开第一喷嘴组时，第一喷嘴组中的第一组关闭，此时淬火机高压段供水泵组以最小频率运行。通过工艺流量的变化，减少淬火机高压段供水泵组高负载运行时间，达到减少淬火冷却水用量和降低电耗的目的。

高压段流量为2150～2660m³/h(例如2150m³/h、2200m³/h、2250m³/h、2300m³/h、2350m³/h、2400m³/h、2450m³/h、2500m³/h、2550m³/h、2600m³/h、2660m³/h)，此流量为第一缝隙喷嘴、第二缝隙喷嘴和第一喷嘴组中第一组的总流量。

(2)当钢板厚度为20～40mm(即大于20mm小于等于40mm)时，淬火机的辊道速度为6～9.6m/min(例如6m/min、6.5m/min、7m/min、7.5m/min、8m/min、8.5m/min、9m/min、9.6m/min)，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6(即第一缝隙喷嘴和第二缝隙喷嘴)，以及第一喷嘴组的全部。具体的控制过程如下：

钢板出热处理炉前30s，淬火机高压段供水泵组开始升频，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6，调整水流量，一直升频到以上两组缝隙中四个喷嘴的流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部出炉时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的前两组开启调整水流量。一直升频到第一喷嘴组的第一组流量达到工艺要求，停止升频。

钢板头部到达第一缝隙喷嘴时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴后两组开启调整水流量，一直升频到以上缝隙流量达到工艺要求，停止升频；

钢板尾部到达第二缝隙喷嘴时，第一缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组降低运行频率；

钢板尾部到达第一喷嘴组中的第一组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，第二缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组继续降低运行频率；

当钢板尾部离开第一喷嘴组的最后一组时(即第四组，图1中第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15的位置)，第一喷嘴组全部关闭。此时淬火机高压段供水泵组以最小频率运行。

高压段流量为2760～3260m³/h(例如2760m³/h、2800m³/h、2850m³/h、2900m³/h、2950m³/h、3000m³/h、3050m³/h、3100m³/h、3150m³/h、3200m³/h、3260m³/h)。

(3)当钢板厚度为40～60mm(即大于40mm小于等于60mm)时，淬火机的辊道速度为4～5.8m/min，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6，以及第一喷嘴组、第二喷嘴组的全部。具体的控制过程如下：

钢板出热处理炉前30s，淬火机高压段供水泵组开始升频，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6；调整水流量，一直升频到以上两个缝隙中四个喷嘴的流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部出炉时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的前两组开启调整水流量。一直升频到第一喷嘴组中的第一组流量达到工艺要求，停止升频。

钢板头部到达第一缝隙时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的后两组开启调整水流量，一直升频到以上缝隙流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部到达第一喷嘴组中的第一组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，淬火机低压段供水泵组开始升频，第二喷嘴组前二分之一开启调整水流量，一直升频到流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部到达第一喷嘴组最后一组时(即第四组，图1中第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15的位置)，淬火机低压段供水泵组继续升频，第二喷嘴组的后二分之一开启，一直升频到流量达到工艺要求，停止升频；

钢板尾部到达第二缝隙喷嘴时(即图1中第二缝隙下喷嘴6和第二缝隙上喷嘴7的位置)，第一缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组降低运行频率；

钢板尾部到达第一喷嘴组中的第一组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，第二缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组继续降低运行频率；

钢板尾部离开第一喷嘴组的最后一组时(即第四组，图1中第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15的位置)，第一喷嘴组关闭；此时淬火机高压段供水泵组以最小频率运行。

钢板尾部离开第二喷嘴组的前二分之一时，第二喷嘴组的前二分之一喷嘴关闭；此时淬火机低压段供水泵组降低运行频率；

当钢板尾部离开第二喷嘴组后，第二喷嘴组后二分之一关闭。此时淬火机低压段供水泵组以最小频率运行。

高压段流量为3310～4120m³/h(例如3310m³/h、3350m³/h、3400m³/h、3450m³/h、3500m³/h、3550m³/h、3600m³/h、3650m³/h、3700m³/h、3750m³/h、3800m³/h、3850m³/h、3900m³/h、3950m³/h、4000m³/h、4050m³/h、4100m³/h、4120m³/h)，低压段流量1530～2060m³/h(例如1530m³/h、1550m³/h、1600m³/h、1650m³/h、1700m³/h、1750m³/h、1800m³/h、1850m³/h、1900m³/h、1950m³/h、2000m³/h、2050m³/h)；

(4)当钢板厚度为60～80mm(即大于60mm小于等于80mm)时，淬火机的辊道速度为2.6～3.8m/min，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7、第二缝隙下喷嘴6，以及第一喷嘴组、第二喷嘴组的全部。具体的控制过程如下：

钢板出热处理炉前30s，淬火机高压段供水泵组开始升频，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6；调整水流量，一直升频到以上两个缝隙中四个喷嘴的流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部出炉时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的前两组开启调整水流量。一直升频到第一喷嘴组中的第一组流量达到工艺要求，停止升频。

钢板头部到达第一缝隙时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的后两组开启调整水流量，一直升频到以上缝隙流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部到达第一喷嘴组中的第一组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，淬火机低压段供水泵组开始升频，第二喷嘴组的前二分之一开启调整水流量，一直升频到流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部到达第一喷嘴组中的最后一组时(即第四组，图1中第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15的位置)，淬火机低压段供水泵组继续升频，第二喷嘴组后二分之一开启，一直升频到流量达到工艺要求，停止升频；

钢板尾部到达第二缝隙喷嘴时(即图1中第二缝隙下喷嘴6和第二缝隙上喷嘴7的位置)，第一缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组降低运行频率；

钢板尾部到达第一喷嘴组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，第二缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组继续降低运行频率；；

钢板尾部离开第一喷嘴组的最后一组时(即第四组，图1中第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15的位置)，第一喷嘴组关闭；此时淬火机高压段供水泵组以最小频率运行。

钢板尾部离开第二喷嘴组的前二分之一时，第二喷嘴组的前二分之一喷嘴关闭；此时淬火机低压段供水泵组降低运行频率；

当钢板尾部离开第二喷嘴组后，第二喷嘴组的后二分之一关闭。此时淬火机低压段供水泵组以最小频率运行。

高压段流量为4190～4760m³/h(例如4190m³/h、4200m³/h、4250m³/h、4300m³/h、4350m³/h、4400m³/h、4450m³/h、4500m³/h、4550m³/h、4600m³/h、4650m³/h、4700m³/h、4760m³/h)，低压段流量为2180～2930m³/h(例如2180m³/h、2200m³/h、2250m³/h、2300m³/h、2350m³/h、2400m³/h、2450m³/h、2500m³/h、2550m³/h、2600m³/h、2650m³/h、2700m³/h、2750m³/h、2800m³/h、2850m³/h、2900m³/h、2930m³/h)。

(5)当钢板厚度为80～100mm(即大于80mm小于等于100mm)时，淬火机的辊道速度为1.5～3.0m/min，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6，以及第一喷嘴组、第二喷嘴组的全部。具体的控制过程如下：

钢板出热处理炉前30s，淬火机高压段供水泵组开始升频，开启第一缝隙上喷嘴5、第一缝隙下喷嘴4、第二缝隙上喷嘴7和第二缝隙下喷嘴6；调整水流量，一直升频到以上两个缝隙中四个喷嘴的流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部出炉时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的前两组开启调整水流量。一直升频到流量达到工艺要求，停止升频。

钢板头部到达第一缝隙时，淬火机高压段供水泵组继续升频，第一喷嘴组的后两组开启调整水流量，一直升频到流量达到工艺要求，停止升频；

钢板头部到达第一喷嘴组的第一组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，低压段供水泵组开始升频，系统根据钢板长度自动开启第二喷嘴组范围(钢板长度L+3m)内的喷嘴并调整水流量。从第二喷嘴组的第二组开始，设定钢板长度为L，单位为m，在L+3m范围内开启喷嘴进行冷却；该范围之外的喷嘴处于关闭状态，能够将淬火机冷却水控制到最小使用量，避免淬火过程中因为冷却水不足导致的冷却不均匀，影响钢板性能；为确保钢板温度冷却到马氏体温度以下，钢板在第二喷嘴组(钢板长度L+3m)范围内进行往返运动，即摆动冷却；运动5～10min后，钢板离开第二喷嘴组所对应的辊道；

钢板尾部到达第二缝隙喷嘴时(即图1中第二缝隙下喷嘴6和第二缝隙上喷嘴7的位置)，第一缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组降低运行频率；

钢板尾部到达第一喷嘴组时(即图1中第一喷嘴第一组下喷嘴8和第一喷嘴第一组上喷嘴9的位置)，第二缝隙喷嘴关闭，此时淬火机高压段供水泵组继续降低运行频率；

钢板尾部离开第一喷嘴组的最后一组时(即第四组，图1中第一喷嘴第四组下喷嘴14和第一喷嘴第四组上喷嘴15的位置)，第一喷嘴组关闭；此时淬火机高压段供水泵组以最小频率运行。

钢板尾部离开第二喷嘴组后，第二喷嘴组关闭。此时淬火机低压段供水泵组以最小频率运行。

高压段流量为4780～5160m³/h(例如4780m³/h、4800m³/h、4850m³/h、4900m³/h、4950m³/h、5000m³/h、5050m³/h、5100m³/h、5160m³/h)，低压段流量4410～5460m³/h(例如4410m³/h、4450m³/h、4500m³/h、4550m³/h、4600m³/h、4650m³/h、4700m³/h、4750m³/h、4800m³/h、4850m³/h、4900m³/h、4950m³/h、5000m³/h、5050m³/h、5100m³/h、5150m³/h、5200m³/h、5250m³/h、5300m³/h、5350m³/h、5400m³/h、5450m³/h、5500m³/h、5550m³/h、5600m³/h、5650m³/h、5700m³/h、5760m³/h)。

通过以上对生产工艺的详细说明，可以理解的是，本发明相对现有生产工艺的改进背景是：在不进行生产设备增加或改造进而增加设备改造成本的情况下，即供水泵组的供水能力是一定的，也即淬火过程中能够用于冷却的水量是固定的，那么，对于厚度较大的钢板，如果不能充分利用总量一定的冷却水，将会导致钢板难以淬透，从而极大地影响钢板的淬火质量。

本发明通过将钢板厚度分区，针对不同级别厚度的钢板优化淬火工艺，尤其是不同区域喷嘴的开始数量，并对水流量加以控制，使得即便是针对厚度较大的钢板也能利用现有设备进行高质量的淬火处理。以本发明中厚度为80～100mm的钢板淬火处理为例，现有淬火工艺中低压段的冷却水喷水区域较长(相应的，开启的喷嘴水量较多)，例如15m，非常容易造成淬火后期冷却水不够用从而导致淬火质量难以满足客户需求的问题。但本发明中通过精确控制喷嘴开启的区域长度为L+3m，能够使有限量的冷却水得以充分地利用，保证钢板的淬火质量。

实施例1

(1)钢板的钢种为屈服强度690MPa高强钢；厚度10mm，宽度3100mm。

(2)淬火之前对钢板进行抛丸处理，抛丸辊道速度4.0m/min，抛丸所用的丸料直径为1.0～1.4mm。

(3)热处炉加热工艺控制：淬火温度为910℃，总在炉时间21min。

(4)淬火冷却工艺控制：高压段水压设置0.8MPa，辊缝设置为10.3mm，淬火机辊道速度13m/min。

实施例2

(1)钢板的钢种为屈服强度1050MPa高强钢；厚度30mm，宽度2750mm。

(2)淬火之前对钢板进行抛丸处理，抛丸辊道速度4.0m/min，抛丸所用的丸料直径为1.0～1.4mm。

(3)热处炉加热工艺控制：淬火温度为910℃，总在炉时间62min。

(4)淬火冷却工艺控制：高压段水压设置0.8MPa，辊缝设置为30.3mm，淬火机辊道速度7.8m/min。

实施例3

(1)钢板的钢种为屈服强度690MPa高强钢；厚度55mm，宽度2200mm。

(2)淬火之前对钢板进行抛丸处理，抛丸辊道速度4.0m/min，抛丸所用的丸料直径为1.0～1.4mm。

(3)热处炉加热工艺控制：淬火温度为910℃，总在炉时间62min。

(4)淬火冷却工艺控制：高压段水压设置0.8MPa，辊缝设置为55.4mm，淬火机辊道速度4.6m/min。

实施例4

(1)钢板的钢种为屈服强度690MPa高强钢；厚度75mm，宽度2200mm。

(2)淬火之前对钢板进行抛丸处理，抛丸辊道速度4.0m/min，抛丸所用的丸料直径为1.0～1.4mm。

(3)热处炉加热工艺控制：淬火温度为910℃，总在炉时间138min。

(4)淬火冷却工艺控制：高压段水压设置0.8MPa，辊缝设置为70.5mm，淬火机辊道速度3.1m/min。

实施例5

(1)钢板的钢种为屈服强度690MPa高强钢；厚度90mm，宽度2100mm，长度10000mm。

(2)淬火之前对钢板进行抛丸处理，抛丸辊道速度4.0m/min，抛丸所用的丸料直径为1.0～1.4mm。

(3)热处炉加热工艺控制：淬火温度为910℃，总在炉时间201min。

(4)淬火冷却工艺控制：高压段水压设置0.8MPa，辊缝设置为90.3mm，淬火机辊道速度1.7m/min。

将实施例1～5中的处理过程与原方案对比，结果如表1所示。其中，原方案为国内各大钢厂板材淬火过程中的控制，具体为：钢板在出热处理炉前，淬火机高压段和低压段同时开启阀门喷水并调整流量。当各喷嘴流量到达工艺要求数值后，钢板开始出热处理炉，进入淬火机进行淬火。钢板尾部离开高压段后，高压段冷却水喷嘴控制阀组关闭，当钢板尾部离开低压段后，低压段冷却水喷嘴控制阀组关闭。

表1实施例1～5的淬火处理过程与现有技术的对比

以实施例1中钢板的淬火处理过程为例进行说明，钢板尾部离开第一缝隙和第二缝隙后，第一缝隙和第二缝隙较原方案提前关闭时间经过计算分别为23s和18s，第一喷嘴组较原方案晚开30s。

根据以下公式进行变频状态下耗电计算。变频下的网侧功耗为P_d，P_d＝P'/(η_d×η_b)，其中P'＝λ×Q×H，式中P'为水泵轴功率，η_d为水泵效率，η_b为电机实际效率，λ为管网特性系数，Q为出口流量，H为出、入口压力差。

实施例1中钢板淬火处理过程相对于原方案的降低耗电量的计算参数具体如表2所示。

表2实施例1中降低耗电量的计算参数

计算参数	参数值
		实际流量/(m<sup>3</sup>/h)	2160
实际要求压力/MPa	0.8
		水泵效率	0.77
电机效率	0.935
		实际变频器网侧功耗/kW	653.3
第一缝隙(950m<sup>3</sup>/h)减少时间/s	23
		第二缝隙(760m<sup>3</sup>/h)减少时间/s	18
第一喷嘴组(450m<sup>3</sup>/h)减少时间/s	14
		总(2160m<sup>3</sup>/h)减少时间/s	19.37
降低电耗kW·h/支	3.515

经过测算，对于10mm厚度淬火钢板，每支钢板节省电耗约3.5kW·h。对于90mm厚度淬火钢板，每支钢板节省电耗约64.5kW·h。经过现场电耗测量对比，实际节约电耗与该方法计算电耗基本符合。

由以上实施例可以看出，本发明的方法结合淬火机冷却能力和钢板厚度，在保证钢板淬火冷却速度的基础上，分6～20mm，20～40mm，40～60mm，60～80mm以及80～100mm五个不同厚度范围对淬火机冷却喷嘴分别进行开启/闭合控制(加上边界厚度)。该方法实现了6～40mm厚度钢板使用高压区单区淬火，40～80mm厚度钢板连续通过式淬火以及80～100mm低压段摆动淬火的全自动控制模式。通过精确控制淬火机各组喷嘴的开启和关闭时间，有效减少了淬火过程中的用水量，避免了因储水池水位下降导致的淬火过程流量不足，保证了钢板冷却效果，确保了钢板质量。同时该方法实现了淬火过程中根据钢板厚度全自动开启、关闭冷却喷嘴，无需人工干预；在保证钢板板形和性能的同时，减少了供水泵组在高负载状态下的运行时间，能够节省大量电耗，降低生产成本。并且，在不进行设备改造增加投资的情况下，通过淬火机冷却过程工艺优化，拓展了淬火机设备能生产的产品规格。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等(如温度，时间，速度，流量，淬火机框架高度等)，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种淬火冷却自动控制方法，其特征在于，采用包括一级系统、二级系统、三级系统的控制系统执行；

所述二级系统存储各个钢种、各个规格的淬火机工艺；

所述三级系统存储钢板的钢种类型和钢板尺寸；

所述自动控制方法包括：

所述三级系统将钢板的信息传输至所述二级系统；

所述二级系统根据所述三级系统传送的信息选择对应的淬火机工艺并将淬火机工艺传输至所述一级系统；

所述一级系统根据所述二级系统传输的信息控制现场淬火工艺参数并判断允许钢板出热处理炉的时机，确定钢板进入淬火机的起始时间以及钢板在淬火机内的位置，根据钢板的尺寸及位置控制喷嘴的流量大小及阀门的开关。

2.根据权利要求1所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，所述一级系统为PLC系统；

优选地，所述淬火机工艺包括辊道速度、上下水量、开启的阀组数量和开启的喷嘴数量。

3.根据权利要求2所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，所述钢板尺寸包括钢板厚度、钢板宽度、钢板长度。

4.根据权利要求3所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，所述淬火机包括高压段、低压段，所述高压段包括第一缝隙喷嘴、第二缝隙喷嘴和第一喷嘴组，所述高压段的长度为3.4m，所述低压段包括第二喷嘴组，所述低压段的长度为15.6m；

所述第一喷嘴组和第二喷嘴组均包括多组喷嘴；

所述自动控制方法包括根据钢板厚度的不同，选择对应的淬火机工艺对所述钢板进行淬火处理。

5.根据权利要求4所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，

当钢板厚度为6～20mm时，淬火机的辊道速度为10～15m/min，开启第一缝隙喷嘴、第二缝隙喷嘴和第一喷嘴组中的第一组，各所述喷嘴的流量之和为2150～2660m³/h。

6.根据权利要求4所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，当钢板厚度为20～40mm时，淬火机的辊道速度为6～9.6m/min，开启高压段的所有喷嘴，各所述喷嘴的流量之和为2760～3260m³/h。

7.根据权利要求4所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，当钢板厚度为40～60mm时，淬火机的辊道速度为4～5.8m/min，开启高压段和低压段的所有喷嘴；

其中，高压段的各所述喷嘴的流量之和为3310～4120m³/h，低压段的各所述喷嘴的流量之和为1530～2060m³/h。

8.根据权利要求4所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，当钢板厚度为60～80mm时，淬火机的辊道速度为2.6～3.8m/min，开启高压段和低压段的所有喷嘴；

其中，高压段的各所述喷嘴的流量之和为4190～4760m³/h，低压段的各所述喷嘴的流量之和为2180～2930m³/h。

9.根据权利要求4所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，当钢板厚度为80～100mm时，淬火机的辊道速度为1.5～3.0m/min，开启高压段和低压段的所有喷嘴；

其中，高压段的各所述喷嘴的流量之和为4780～5160m³/h，低压段的各所述喷嘴的流量之和为4410～5460m³/h。

10.根据权利要求5～9中任一项所述的淬火冷却自动控制方法，其特征在于，钢板进入淬火机前，还包括对所述钢板进行抛丸处理、加热处理，所述加热处理的温度为910～930℃；

优选地，根据钢板厚度，所述加热时间为1.1～1.5min/mm。

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