CN107052061A - 一种考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法，通过考虑钢板在层流冷却中的前进速度，按照一定的循环周期，动态检测钢板温度，并根据最新检测的温度动态计算所需要的冷却水的流量，随后根据该流量确定“开口度100%”的阀门组数N和最后一组流量调节阀的阀门开口度K（0≤K≤1），并根据阀门组数确定流量调整的延迟时间Δt。本发明可以保证钢板头尾冷却后温度相同，保证产品性能的均一性，避免出现头部性能合格、尾部性能却不合格，或者尾部性能合格、头部性能却不合格的情形，尽力避免质量异议。

Description

一种考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动 态调节方法

技术领域

本发明涉及一种冶金领域的冷却水量调节方法，具体的说是在中厚板及宽厚板的层流冷却过程中，针对钢板头尾温度偏差的既定存在而进行的有针对性的考虑头尾温度偏差的层流冷却的水量动态调节方法。

背景技术

在中厚板及宽厚板的轧制完成后，大部分钢种需要进行层流冷却，以改善钢板的性能。如图1所示为钢板层流冷却示意图，图中方框圈住的设为层流冷却区域。另外设钢板前进方向，端部为A，反向端部为B。设俩相邻阀门间距离为S。设目标冷却温度为T_t(这里为了避免记忆各种符号，方便理解，直接假设目标冷却温度为700℃为例进行说明)。

传统的层流冷却流量自动计算模型中，一般是根据测温仪测量的钢板A处的温度(设为 T_A)，结合目标温度700℃，直接计算，这里假设计算结果为需要5组水开启，则根据传统计算模型，该钢板从冷却开始，到冷却结束，通板都是采用5组水冷却的。

但是上述设定中，实际存在一个问题，即钢板A端和B端(设其温度为T_B)进入层流冷却区域时的温度并不相同。而且根据实际检测，在钢板较长情况下，两者温度相差可以达到 80℃，这种情况下，如果头A和尾B均采用5组水冷却，明显不合适，容易导致头尾性能不均的现象，增加了出现质量事故的可能性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：如何可尽量保证钢板头尾冷却后温度相同，保证产品性能的均一性，避免出现头部性能合格、尾部性能却不合格，或者尾部性能合格、头部性能却不合格的情形，尽力避免质量异议。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

一种考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法，层流冷却区域在钢板运行方向上间隔设有冷却阀门与冷却水管连接，层流冷却区在钢板进入的一端设有测温仪，包括以下步骤：

㈠读取钢板前进速度V和钢板总长度L，V的单位是m/s，L的单位是m；

(二)计算水量动态调整循环周期C，C＝1/V，C的单位是s，计算总调整次数Number，Number＝L，其中L取整数；

㈢当钢板的端部A进入层流冷却区时，根据所述测温仪检测到的初始温度T初及目标温度Tt(目标温度是钢板冷却希望达到的温度，比如钢板冷却前温度900℃，希望冷却到700 ℃，则目标温度为700℃)，计算初始流量VOL(A)，具体为：

⑴根据公式C_钢m_钢ΔT_钢＝C_水m_水ΔT_水求出水的质量m_水，其中C_钢是钢的比热，C_水是水的比热，m_钢是钢板的质量，ΔT_钢是钢板的温降，ΔT_钢＝T-Tt，ΔT_水是冷却水的温升ΔT_水＝T₂-T₁，T₂是冷却水的最终温度，T₁是冷却水的初始温度；

⑵根据公式t＝(T-Tt)/Vt求出目标冷却时间t，其中Vt是目标冷却速率；

⑶根据公式VOL(A)＝m_水/t求出初始流量VOL(A)；

随后根据公式(1)：

VOL(A)＝NF max+kF max (1)

计算N及K，其中N是“开口度100％”的阀门组数，K最后一组流量调节阀门的开口度， 0≤K≤1，Fmax是每个冷却阀门的最大流量(假设VOL(A)是2000L/s，假设每个阀门最大流量是300L/s，则2000/300，取整得N为6，余数约为0.667，则K为0.667)；

然后根据N和K结合公式(2)：

计算冷却范围总长度S_总，共中S是相邻两个冷却喷嘴之间的距离，单位是m；

最后根据目标冷却时间t，求的钢板的前进速度V＝S_总/t，直接将N、K及V传递给PLC，开启相关阀门，开始放水冷却，此时计数器记录调整次数m为0；

㈣经过C后，(C单位为s，如步骤二所述。此处延时C是指每隔C秒根据最新检测温度，计算一次最新的流量,其等同于每隔1米钢板根据最新检测温度计算一次最新的流量)，让调整次数m加1，检验m是否超过总调整次数，如果超过则进入步骤㈥，如果没超过，则进入步骤㈤；

㈤测温仪测量最新的温度T_新，根据T_新及目标冷却温度，计算VOL(m)，VOL(m)的计算与步骤㈢相同，根据VOL(m)和公式(1)，计算N及K，N和K的计算与步骤㈢相同，根据公式(2)计算S_总，根据公式(3)：

计算延迟时间Δt，同时将计算得到的N、K及延迟执行时间Δt发给PLC执行，然后进入步骤4循环；

㈥调整完成。

本发明涉及到的公式说明：

钢板的分段及水量调节阀的定义：

从端部A开始，之后钢板每1米分一段(设节点分别对应A1，A2，A3…)。设钢板前进速度为V、A进入层流冷却时的温度为T_A、时刻为t₀、层流冷却模型根据T_A计算的冷却水的流量为VOL(A)、每组阀门最大开启流量为F_max，则有下式成立，

VOL(A)＝NF max+kF max (1)

式中，N是“开口度100％”的阀门组数，K最后一组流量调节阀门的开口度，0≤K≤1，Fmax 是每个冷却阀门的最大流量。上式的含义为，流量VOL(A)总可以由若干组阀门以100％开口度打开，最后额外由一个阀门适度打开来形成。这里设最后一个适度打开的阀门为水量调节阀，如图2所示。

水量调节阀的调整时刻：

由图2可知，钢板上任意一点(比如A1点)，从该点进入层流冷却开始，该点到达“水量调节阀”时为止，所需要的时间设为Δt，则有

设钢板上任意一点Ai，该点到达测温仪下，我们可以记下该点的温度Ti，设层流冷却模型根据Ti计算的冷却水的流量为VOL(i)，则实际生产中，我们延迟Δt秒后，则Ai点刚好到达水量调节阀下，这个时候我们开始通过控制阀门执行VOL(i)流量即可。

另外，由于流量调整需要一定的时间，因此，流量的动态调整必须按照一定的周期进行，这里以1米为间隔进行。从A点开始，A1，A2，A3…各点的记录时间间隔，也即记录周期C为，

设钢板总长度为L米，则总调整次数Number为：

Number＝L(取整) (5)

本发明的有益效果是：中厚板及宽厚板轧制过程中，由于自然特性，头部和尾部的温度一定存在区别，有时候偏差较大，甚至能达到80℃以上，本发明可以有效的考虑钢板入水温度变化对冷却的影响，动态的根据钢板入水温度调节水量，真正从本质上保证钢板头尾冷却后温度相同，保证产品通体性能的均一性，有利于避免质量事故的发生。

附图说明

图1现有的钢板层流冷却示意图。

图2是本发明的钢板层流冷却示意图。

图3是本发明水量动态调节方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

本实施例是一种考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法，层流冷却区域在钢板运行方向上间隔设有冷却阀门与冷却水管连接，层流冷却区在钢板进入的一端设有测温仪，该方法包括以下步骤：

㈠读取钢板前进速度V和钢板总长度L，V的单位是m/s，L的单位是m；

(二)计算水量动态调整循环周期C，C＝1/V，C的单位是s，计算总调整次数Number，Number＝L，其中L取整数；

㈢当钢板的端部A进入层流冷却区时，根据所述测温仪检测到的初始温度T初及目标温度Tt(目标温度是钢板冷却希望达到的温度，比如钢板冷却前温度900℃，希望冷却到700 ℃，则目标温度为700℃)，计算初始流量VOL(A)，具体为：

⑴根据公式C_钢m_钢ΔT_钢＝C_水m_水ΔT_水求出水的质量m_水，其中C_钢是钢的比热，C_水是水的比热，m_钢是钢板的质量，ΔT_钢是钢板的温降，ΔT_钢＝T-Tt，ΔT_水是冷却水的温升ΔT_水＝T₂-T₁，T₂是冷却水的最终温度，T₁是冷却水的初始温度；

⑵根据公式t＝(T-Tt)/Vt求出目标冷却时间t，其中Vt是目标冷却速率；

⑶根据公式VOL(A)＝m_水/t求出初始流量VOL(A)；

随后根据公式(1)：

VOL(A)＝NF max+kF max (1)

计算N及K，其中N是“开口度100％”的阀门组数，K最后一组流量调节阀门的开口度， 0≤K≤1，Fmax是每个冷却阀门的最大流量(假设VOL(A)是2000L/s，假设每个阀门最大流量是300L/s，则2000/300，取整得N为6，余数约为0.667，则K为0.667)；

然后根据N和K结合公式(2)：

计算冷却范围总长度S_总，共中S是相邻两个冷却喷嘴之间的距离，单位是m；

最后根据目标冷却时间t，求的钢板的前进速度V＝S_总/t，直接将N、K及V传递给PLC，开启相关阀门，开始放水冷却，此时计数器记录调整次数m为0；

㈣经过C后，(C单位为s，如步骤二所述。此处延时C是指每隔C秒根据最新检测温度，计算一次最新的流量,其等同于每隔1米钢板根据最新检测温度计算一次最新的流量)，让调整次数m加1，检验m是否超过总调整次数，如果超过则进入步骤㈥，如果没超过，则进入步骤㈤；

㈤测温仪测量最新的温度T_新，根据T_新及目标冷却温度，计算VOL(m)，VOL(m)的计算与步骤㈢相同，根据VOL(m)和公式(1)，计算N及K，N和K的计算与步骤㈢相同，根据公式(2)计算S_总，根据公式(3)：

计算延迟时间Δt，同时将计算得到的N、K及延迟执行时间Δt发给PLC执行，然后进入步骤4循环；

㈥调整完成。

假设某钢板20吨，长20米，钢板头部进入层流冷却初始温度为900℃，目标温度700℃，为了达到组织性能要求，工艺要求钢板冷却速率达到20℃/s，测温仪显示冷却水塔里水温30℃，冷却后水温50℃，每组水阀最大流量300L/s，每相邻两组阀门之间距离为1.1米，则根据C_钢m_钢ΔT_钢＝C_水m_水ΔT_水有，钢板头部进入冷却水时，初始水流量为，

0.46×10³×20000×(900-700)＝4.2×10³×m_水×(50-30) (4)

所以可得m_水＝21905kg

冷却时间t为(900-700)/20＝10s

所以冷却水初始流速VOL(A)＝2190.5L/s

所以阀门N＝2190.5/300＝7(取整)K＝(2190.5-300×7)/300＝0.3

所以冷却区域总长度为7×1.1＝7.7米

所以钢板前进速度为：4.2/10＝0.77米/s

当然，实际应用中，由于水蒸气会带走较大一部分热量，所以等式(4)左侧一般会乘以一个自学习系数，这里不再详述。

随后，钢板每前进一米，则重新修正一次N和K，并延迟相应时间执行即可。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法，所述层流冷却区域在钢板运行方向上间隔设有冷却阀门与冷却水管连接，所述层流冷却区在钢板进入的一端设有测温仪，其特征在于：包括以下步骤：

㈠读取钢板前进速度V和钢板总长度L；

(二)计算水量动态调整循环周期C，C＝1/V；计算总调整次数Number，Number＝L，其中L取整数；

㈢当钢板的端部A进入层流冷却区时，根据所述测温仪检测到的初始温度T初及目标温度Tt，计算初始流量VOL(A)，具体为：

⑴根据公式C_钢m_钢ΔT_钢＝C_水m_水ΔT_水求出水的质量m_水，其中C_钢是钢的比热，C_水是水的比热，m_钢是钢板的质量，ΔT_钢是钢板的温降，ΔT_钢＝T-Tt，ΔT_水是冷却水的温升ΔT_水＝T₂-T₁，T₂是冷却水的最终温度，T₁是冷却水的初始温度；

⑵根据公式t＝(T-Tt)/Vt求出目标冷却时间t，其中Vt是目标冷却速率；

⑶根据公式VOL(A)＝m_水/t求出初始流量VOL(A)；

随后根据公式(1)：

VOL(A)＝NF max+kF max (1)

计算N及K，其中N是“开口度100％”的阀门组数，K最后一组流量调节阀门的开口度，0≤K≤1，Fmax是每个冷却阀门的最大流量；

然后根据N和K结合公式(2)：

计算冷却范围总长度S_总，共中S是相邻两个冷却喷嘴之间的距离，单位是m；

最后根据目标冷却时间t，求的钢板的前进速度V＝S_总/t，直接将N、K及V传递给PLC，开启相关阀门，开始放水冷却，此时计数器记录调整次数m为0；

㈣经过C后，让调整次数m加1，检验m是否超过总调整次数，如果超过则进入步骤㈥，如果没超过，则进入步骤㈤；

㈤测温仪测量最新的温度T_新，根据T_新及目标冷却温度，计算VOL(m)，VOL(m)的计算与步骤㈢相同，根据VOL(m)和公式(1)，计算N及K，N和K的计算与步骤㈢相同，根据公式(2)计算S_总，根据公式(3)：

计算延迟时间Δt，同时将计算得到的N、K及延迟执行时间Δt发给PLC执行，然后进入步骤4循环；

㈥调整完成。

2.如权利要求1所述的考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法，其特征在于：所述V的单位是m/s，L的单位是m。

3.如权利要求1所述的考虑头尾温度偏差的中厚板及宽厚板层流冷却的水量动态调节方法，其特征在于：所述C的单位是s。