熱連軋層流冷卻控制技術(終)

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1、江西冶金職業(yè)技術學院材料成型與控制專業(yè)《板帶鋼生產》課程案例4新鋼1580mm熱連軋層流冷卻控制技術1技術簡介新鋼熱軋薄板工程即將進入設備安裝階段,相關的各項技術準備工作已陸續(xù)展開。熱連軋是融各項高新技術于一體的生產過程,其中層流冷卻控制是其關鍵技術之一。熱軋帶鋼卷取溫度是影響成品帶鋼性能的重要工藝參數,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備及層流冷卻控制技術實現的。2層流冷卻系統(tǒng)組成以新鋼1580熱連軋為例,其層流

2、冷卻設備包括19個主冷卻段和3個微調冷卻段，其中每個主冷卻段包括4個控制單元組（上下噴一一對應），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。每個微調冷卻段包括8個控制單元組（上下噴一一對應），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動一個氣動碟閥來控制冷卻水的打開與關閉。各冷卻段之間及整個冷卻段前后各有一組側噴控制單元（共23個控制單元），側噴水的打開與關閉原理同上、下噴一樣由一個電磁閥驅動一個碟

3、閥來控制,其工藝布置如圖1所示。主冷區(qū)微調區(qū)NO1NO2NO19NO20NO22F7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(開冷溫度、終冷溫度、冷卻速率),確定相應的噴水區(qū)長度(閥門開啟個數)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,獲得理想的組織結構,以提高和改善鋼材的綜合力學性能。層流冷卻過程的控制量為:噴水閥門的開閉數量及位置、噴水模式等[1]。層流冷卻區(qū)的控制目標是把終軋溫

4、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層流冷卻控制系統(tǒng)的結構層流冷卻系統(tǒng)采用二級計算機控制。一級計算機是基礎自動化級,二級計算機是過程控制級。計算機將整個生產范圍內的帶鋼按厚度、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據和模型數據。5層流冷卻控制的數學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)

5、技術學院材料成型與控制專業(yè)《板帶鋼生產》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和Tc的溫度范圍由所生產帶鋼的鋼種和規(guī)格確定。過程自動化系統(tǒng)通過數學模型根據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以及相應的冷卻集管開啟與關閉組合(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學模型為帶鋼空冷過程中的溫度場計算

6、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),并由此可導出實際使用的前饋和反饋等控制模型。數學模型直接影響到卷取溫度的控制精度[2]。5.1空冷計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,可近似認為厚度方向上溫度相同[3]。空冷傳熱數學模型如下式中,為空冷后的溫度；為軋件熱輻射系數,,ab為空冷回歸系數；為玻爾茲曼常數()；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

7、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)技術學院材料成型與控制專業(yè)《板帶鋼生產》課程為前饋控制的噴水數量；預設定噴水數量；帶鋼速度影響系數；為帶鋼速度(m/s)；為帶鋼軋制基準速度(根據帶鋼厚度由插值法求出)(m/s)；為終軋溫度對卷取溫度影

8、響系數；水溫補償系數；為精軋溫度目標值；為帶鋼精軋出口的標準溫度值(根據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；為帶鋼厚度(mm)。5.4反饋控制模型為反饋控制的噴水數量；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