熱連軋層流冷卻控制技術(shù)(終)

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1、江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料成型與控制專業(yè)《板帶鋼生產(chǎn)》課程案例4新鋼1580mm熱連軋層流冷卻控制技術(shù)1技術(shù)簡介新鋼熱軋薄板工程即將進入設(shè)備安裝階段,相關(guān)的各項技術(shù)準備工作已陸續(xù)展開。熱連軋是融各項高新技術(shù)于一體的生產(chǎn)過程,其中層流冷卻控制是其關(guān)鍵技術(shù)之一。熱軋帶鋼卷取溫度是影響成品帶鋼性能的重要工藝參數(shù),其范圍必須滿足一定的工藝要求,過高或過低都將給帶鋼的組織和性能帶來不良影響，而卷取溫度的控制和控制精度正是通過層流冷卻設(shè)備及層流冷卻控制技術(shù)實現(xiàn)的。2層流冷卻系統(tǒng)組成以新鋼1580熱連軋為例,其層流冷卻設(shè)備包括19個主冷卻段和3個微

2、調(diào)冷卻段，其中每個主冷卻段包括4個控制單元組（上下噴一一對應(yīng)），總計下噴a1-a76共76個控制單元，總計上噴b1-b76共76個控制單元。每個微調(diào)冷卻段包括8個控制單元組（上下噴一一對應(yīng)），總計下噴a77-a100共24個控制單元，總計上噴b77-b100共24個控制單元。每個控制單元由一個電磁閥驅(qū)動一個氣動碟閥來控制冷卻水的打開與關(guān)閉。各冷卻段之間及整個冷卻段前后各有一組側(cè)噴控制單元（共23個控制單元），側(cè)噴水的打開與關(guān)閉原理同上、下噴一樣由一個電磁閥驅(qū)動一個碟閥來控制,其工藝布置如圖1所示。主冷區(qū)微調(diào)區(qū)NO1NO2NO19NO

3、20NO22F7圖1新鋼1580熱連軋層流冷卻工藝流程圖3層流冷卻控制目標根據(jù)實測的板帶終軋溫度、速度、厚度和滿足工藝要求的冷卻曲線控制軋后鋼材的冷卻工藝參數(shù)(開冷溫度、終冷溫度、冷卻速率),確定相應(yīng)的噴水區(qū)長度(閥門開啟個數(shù))和噴水模式，使卷取溫度盡可能地接近工藝確定的目標卷取溫度,獲得理想的組織結(jié)構(gòu),以提高和改善鋼材的綜合力學(xué)性能。層流冷卻過程的控制量為:噴水閥門的開閉數(shù)量及位置、噴水模式等[1]。層流冷卻區(qū)的控制目標是把終軋溫度為800～900℃的鋼板按一定冷卻制度迅速冷卻到500～700℃的卷取溫度,控制精度要求為±20℃。

4、4層流冷卻控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層流冷卻系統(tǒng)采用二級計算機控制。一級計算機是基礎(chǔ)自動化級,二級計算機是過程控制級。計算機將整個生產(chǎn)范圍內(nèi)的帶鋼按厚度、目標卷取溫度(一般相差10℃為同一級)、帶鋼材質(zhì)的冷卻特性、冷卻要求等分若干級別，將冷卻速度相近的鋼種歸類，進行分檔控制，對不同的級別使用不同的策略數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)。5層流冷卻控制的數(shù)學(xué)模型通常帶鋼從精軋機末機架出口到卷取機入口的冷卻過程如圖2所示。江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料成型與控制專業(yè)《板帶鋼生產(chǎn)》課程溫度TfABTCS圖圖2　帶鋼軋后控冷過程示意圖圖2中，Tf為終軋溫度,Tc為卷取溫度,Tf

5、和Tc的溫度范圍由所生產(chǎn)帶鋼的鋼種和規(guī)格確定。過程自動化系統(tǒng)通過數(shù)學(xué)模型根據(jù)所軋帶鋼的鋼種和規(guī)格要求可確定出打開第一組集管的位置(即A點)、所需打開的冷卻集管組數(shù)以及相應(yīng)的冷卻集管開啟與關(guān)閉組合(即確定B點),后者可由帶鋼冷卻策略來確定。在帶鋼軋后冷卻過程中,帶鋼經(jīng)歷了空冷、水冷、然后再空冷等熱交換過程,故帶鋼軋后控冷過程中的基本數(shù)學(xué)模型為帶鋼空冷過程中的溫度場計算模型(空冷溫降模型)、帶鋼水冷過程中的溫度場計算模型(水冷溫降模型),并由此可導(dǎo)出實際使用的前饋和反饋等控制模型。數(shù)學(xué)模型直接影響到卷取溫度的控制精度[2]。5.1空冷計

6、算模型空冷時帶鋼在長度和寬度方向上的傳熱條件均比較一致,故可認為這兩個方向上溫度分布均勻,由于帶鋼較薄,在一定厚度范圍內(nèi),可近似認為厚度方向上溫度相同[3]?？绽鋫鳠釘?shù)學(xué)模型如下式中,為空冷后的溫度；為軋件熱輻射系數(shù),,ab為空冷回歸系數(shù)；為玻爾茲曼常數(shù)()；為比定壓熱容,();h為帶鋼(mm);為精軋出口溫度；為精軋出口到卷取機前帶鋼運行時間(s).5.2水冷計算模型水冷傳熱模型與空冷相似,單個集管組水冷溫降模型式中,h為帶鋼厚度(mm)；ρ為密度(kg/m3);Cp為比定壓熱容(kJ/(kg)；v為帶鋼速度(m/s)；Q為熱流密

7、度(KJ/Kg)；L為集管組長(m);為層流冷卻每組集管溫降量()。5.3前饋控制模型江西冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料成型與控制專業(yè)《板帶鋼生產(chǎn)》課程為前饋控制的噴水?dāng)?shù)量；預(yù)設(shè)定噴水?dāng)?shù)量；帶鋼速度影響系數(shù)；為帶鋼速度(m/s)；為帶鋼軋制基準速度(根據(jù)帶鋼厚度由插值法求出)(m/s)；為終軋溫度對卷取溫度影響系數(shù)；水溫補償系數(shù)；為精軋溫度目標值；為帶鋼精軋出口的標準溫度值(根據(jù)帶鋼厚度由插值法求出)；為帶鋼卷取的目標溫度；帶鋼卷取目標溫度的標準值(根據(jù)帶鋼厚度由插值法求出)；卷取目標溫度的修正值；為綜合傳熱系數(shù)；為帶鋼厚度(mm)。5.4反

8、饋控制模型為反饋控制的噴水?dāng)?shù)量；為實際帶鋼卷取溫度的平均值(帶鋼頭部到達卷取溫度計后,在0.5s,1.0s,1.5s,2.0s采集實際卷取溫度,取平均值)[4]。6冷卻模式6.1對于要求控制形變奧氏體的組織狀態(tài)、阻止奧氏體晶粒長大、固