CN113637837B - 一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法，包括以下步骤：收集设备特征参数和产品参数；收集出口的板形曲线及带钢入口的温度；根据当前出口板形，计算沿带钢宽度方向板形超差区域；根据板形超差区域内各段的板形超差量，计算水雾冷却喷淋工艺横向调整量。本发明以连退出口带钢板形优化为目标，研究了快速冷却装置喷头开放位置、数量、流量及压力等工艺参数与板带在快冷段的冷却效果，以及与板形变化的内在关系，实现了对喷头开放位置、数量、流量及压力等参数的定量控制，避免了采用经验表格法无法准确确定冷却位置与冷却程度的弊端。经实际生产使用验证，提高了产品板形质量，给企业带来经济效益。

Description

一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向 调整方法

技术领域

本发明涉及冶金领域，尤其涉及一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法。

背景技术

本技术来源于现场生产实践，尤其涉及一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法。本发明的检索关键词包括：水雾冷却(Water mist cooling)、连退机组(Continuous annealing unit)、板形优化(shape optimization)。以上述关键词进行检索，可发现在冶金领域，未检索到相近技术的专利存在。

随着近年来汽车行业在节能、轻量化、绿色环保方向的快速发展，超高强钢(强度等级80kg级以上)在汽车中的应用占比逐年提升。连续退火作为超高强钢生产的重要工序，对成品质量起着重要的作用，尤其是在退火炉的快速冷却段，在张力的作用下，其冷却效果直接影响到带钢内部残余应力的横向分布情况，进而影响到成品板形质量。目前最为先进的冷却方式为强力水雾冷却系统，如附图1与图2所示，可以满足厚度*冷却速率大于500㎜℃/s(带钢厚度不同，冷却速度不同)的超高强钢冷却速率的技术要求。从国外先进企业(如新日铁、浦项等)的连退设备配置来看，仅仅浦项采用了一条气雾冷却的退火机组(具体参数和技术不得而知)，但是由于技术保密情况，未检索到任何与气雾冷却后温度与板形控制相关的文献。法国的STEINHEURTEY(斯坦因)公司首次在湛江钢铁配置相应的强力水雾冷却设备，还未开发相应的温度与板形控制技术。而其余国内外企业尚未查到采用类似三冷轧连续退火机组采用的强力水雾冷却技术的机组。在国内，宝钢中试C122机组采用的水淬工艺，其板形控制情况一直较差，尽管该机组后续技术改进，在炉内配置板形仪一套，但该板形仪只能满足板形显示功能，没有配置相应的板形自动控制功能，不能实现板形自动闭环控制。因此，如何通过有效调节连退机组快速冷却段冷却装置喷头开放位置、数量、压力及流量等关键工艺参数，达到控制带钢板形的目的成为现场亟需解决的技术难题。

基于此，本发明在大量的现场试验跟踪与理论研究的基础上，考虑到三冷轧连续退火机组水雾冷却过程中的设备与工艺特点，特提出了一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法。以连退出口带钢板形优化为目标，研究快速冷却装置喷头开放位置、数量、压力及流量，来提高产品板形质量，给企业带来经济效益。

发明内容

本发明的目的是提供一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法，其核心思想是以连退出口带钢板形优化为目标，研究快速冷却装置喷头开放位置、数量、压力及流量，来提高产品板形质量，给企业带来经济效益。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法，包括以下步骤：

(a)收集三冷轧连续退火机组的基本设备特征参数，包括：喷嘴最小流量F₀，流量特性系数K，带钢运行速度V，喷嘴喷射有效面积S，纵向喷嘴数量n_y，冷却纵向长度L，水温T_wat；

(b)收集退火过程典型规格钢种的产品参数，包括：带钢宽度B，带钢弹性模量E，带钢泊松比ν，带钢比热容C_t，带钢线膨胀系数

带钢与冷却水静态换热系数a_wat ^*，目标板形曲线f_rk(x)，x为带钢沿着横向坐标分布；

(c)根据快冷段出口板形仪数据采集系统，得到快冷段出口的板形曲线f_ck(x),以及通过快冷段入口测温仪数据采集系统，得到快冷段入口的温度T(x)；

(d)根据当前快冷段出口板形情况，计算确定沿带钢宽度方向板形超差区域；包括：

(d1)采用分段离散法，沿带材宽度方向将其分成20段，i表示第i段，每段长为

初始i＝1；

(d2)计算第i段平均板形差值

(d3)判断Δf_i＞0是否成立，如果成立，则将对应的i值录入数组X中，转入步骤(d4)，否则直接转入步骤(d4)；

(d4)判断i≥20是否成立，如果成立，转入步骤(d5)，否则令i＝i+1，转入步骤(d2)；

(d5)输出数组X，及喷头对应的位置

(e)根据板形超差区域内各段的板形超差量，计算水雾冷却喷淋工艺横向调整量；包括：

(e1)令i＝1,设定步长Δh；

(e2)令优化步数m＝1；

(e3)计算带钢与冷却水的动态对流换热系数a_wat：

式中，F_i为带钢宽度方向第i段位置的喷嘴流量值；P_i为带钢宽度方向第i段在喷嘴流量F_i作用下的喷射压力值；

(e4)计算第i段冷却温度

(e5)计算第i段实际残余应力

第i段实际板形平均变形量

(e6)判断β_i'(x)＜2I是否成立，若是，记录此时的F_i,P_i值，并分别记录到数组F与数组P，转入步骤(e7)；若否，令m＝m+1，转入步骤(e3)；

(e7)判断i≥20是否成立，如果成立，转入步骤(e8)，否则令i＝i+1，转入步骤(e2)；

(e8)输出F＝{F_i},P＝{P_i}值；

(f)完成连退机组水雾冷却喷淋工艺的横向调整。

进一步地，所述所有步骤由计算机控制执行。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明以连退出口带钢板形优化为目标，研究了快速冷却装置喷头开放位置、数量、流量及压力等工艺参数与板带在快冷段的冷却效果，以及与板形变化的内在关系，实现了对喷头开放位置、数量、流量及压力等参数的定量控制，避免了采用经验表格法无法准确确定冷却位置与冷却程度的弊端。经实际生产使用验证，提高了产品板形质量，本发明方案是切实可行的，给企业带来经济效益，可进一步推广到其它类似机组，推广应用前景比较广阔。

附图说明

图1是连退快速冷却阶段示意图；

图2是连退快速冷却阶段正视示意图；

图3是本发明连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法步骤图。

具体实施方式

为了说明本发明所述相关技术的应用过程，现以某连退机组水雾冷却系统为例，详细介绍其水雾冷却段喷淋工艺横向调整的计算过程如下，如图3所示，包括以下由计算机执行的步骤：

(a)收集三冷轧连续退火机组的基本设备特征参数，包括：喷嘴最小流量F₀＝0L/min，流量特性系数K＝80，带钢运行速度V＝150m/min，喷嘴喷射有效面积S＝0.0132m²，纵向喷嘴数量n_y＝40，冷却纵向长度L＝11727mm，水温T_wat＝20℃；

(b)收集退火过程典型规格钢种的产品参数，包括：带钢宽度B＝1080mm，带钢弹性模量E＝206×10⁹Pa，带钢泊松比ν，带钢比热容C_t＝460J/(kg·℃)，带钢线膨胀系数

带钢温度特性系数α_kt，带钢与冷却水静态换热系数a_wat ^*＝3000W/(m²·℃)，目标板形曲线f_rk(x)＝0.37×(4.0853×10^-10x⁴-0.000233668x²+16.7),x∈[-540,540]，x为带钢沿着横向坐标分布；

(c)根据快冷段出口板形仪数据采集系统，得到快冷段出口的板形曲线f_ck(x)＝1.512×10^-10x⁴+1.24×10^-7x³-0.000086x²+6.18,x∈[-540,540],以及通过快冷段入口测温仪数据采集系统，得到快冷段入口的温度曲线T(x)＝680+0.00001453x²-0.000213x；

(d)根据当前快冷段出口板形情况，计算确定沿带钢宽度方向板形超差区域；

(d1)采用分段离散法，沿带材宽度方向将其分成20段，i表示第i段，每段长为

初始i＝1；

(d2)计算第i段平均板形差值

(d3)判断Δf₁＞0是否成立，不成立，转入步骤(d4)；

(d4)判断i≥20是否成立，不成立，令i＝i+1，转入步骤(d2)，循环；

(d5)输出数组X＝{1，2，3，4，5，6，15，16，17，18，19，20}，数组中的数字的个数n_x即为喷头的个数，n_x＝12，输出喷头对应的位置：

(e)根据板形超差区域内各段的板形超差量，计算水雾冷却喷淋工艺横向调整量；

(e1)令i＝1,设定步长Δh＝0.1L/min；

(e2)令优化步数m＝1；

(e3)计算此时带钢与冷却水的动态对流换热系数a_wat＝5000W/(m²·℃)；

(e4)计算第1段冷却温度ΔT₁'(x)＝323℃；

(e5)计算第1段实际残余应力Δσ₁'(x)＝64MPa，第1段实际板形平均变形量β₁'(x)＝3.6I；

(e6)判断β₁'(x)＜2I是否成立，否，令m＝m+1，转入步骤(e3)，直到不等式成立，记录此时的F₁,P₁值，并分别记录到数组F与数组P，转入步骤(e7)；

(e7)判断i≥20是否成立，不成立，令i＝1+1，转入步骤(e2)，循环；

(e8)输出F＝{150,132,110,93,80,76,0,0,0,0,0,0,0,140,132,160,200,200,260}L/min，

P＝{0.352,0.272,0.19,0.135,0.1,0.08,0,0,0,0,0,0,0,0.272,0.306,0.4,0.625，0.625,1.056}MPa

(f)完成连退机组水雾冷却喷淋工艺的横向调整。

由此得到喷头冷却开放位置、数量、流量及压力等工艺参数的设定值，如表1所示。

表1连退机组快冷段水雾冷却系统工艺参数设定表

以上内容仅用以说明本发明的技术方案，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (2)

1.一种以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)收集三冷轧连续退火机组的基本设备特征参数，包括：喷嘴最小流量F₀，流量特性系数K，带钢运行速度V，喷嘴喷射有效面积S，纵向喷嘴数量n_y，冷却纵向长度L，水温T_wat；

(b)收集退火过程典型规格钢种的产品参数，包括：带钢宽度B，带钢弹性模量E，带钢泊松比ν，带钢比热容C_t，带钢线膨胀系数

带钢与冷却水静态换热系数a_wat ^*，目标板形曲线f_rk(x)，x为带钢沿着横向坐标分布；

(c)根据快冷段出口板形仪数据采集系统，得到快冷段出口的板形曲线f_ck(x),以及通过快冷段入口测温仪数据采集系统，得到快冷段入口的温度T(x)；

(d)根据当前快冷段出口板形情况，计算确定沿带钢宽度方向板形超差区域；包括：

(d1)采用分段离散法，沿带材宽度方向将其分成20段，i表示第i段，每段长为

初始i＝1；

(d2)计算第i段平均板形差值

(d3)判断Δf_i＞0是否成立，如果成立，则将对应的i值录入数组X中，转入步骤(d4)，否则直接转入步骤(d4)；

(d4)判断i≥20是否成立，如果成立，转入步骤(d5)，否则令i＝i+1，转入步骤(d2)；

(d5)输出数组X，及喷头对应的位置

(e)根据板形超差区域内各段的板形超差量，计算水雾冷却喷淋工艺横向调整量；包括：

(e1)令i＝1,设定步长Δh；

(e2)令优化步数m＝1；

(e3)计算带钢与冷却水的动态对流换热系数a_wat：

式中，F_i为带钢宽度方向第i段位置的喷嘴流量值；P_i为带钢宽度方向第i段在喷嘴流量F_i作用下的喷射压力值；

(e4)计算第i段冷却温度

(e5)计算第i段实际残余应力

第i段实际板形平均变形量

(e6)判断β_i'(x)＜2I是否成立，若是，记录此时的F_i,P_i值，并分别记录到数组F与数组P，转入步骤(e7)；若否，令m＝m+1，转入步骤(e3)；

(e7)判断i≥20是否成立，如果成立，转入步骤(e8)，否则令i＝i+1，转入步骤(e2)；

(e8)输出F＝{F_i},P＝{P_i}值；

(f)完成连退机组水雾冷却喷淋工艺的横向调整。

2.根据权利要求1所述的以控制板形为目标的连退机组水雾冷却段喷淋工艺横向调整方法，其特征在于：所述所有步骤由计算机控制执行。

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