一种压力喷射冷却过程中降低钢板头尾过冷段的控制方法

摘要

一种压力喷射冷却过程中降低钢板头尾过冷段的控制方法，包括在轧线上设置水冷却设备，配置自动化控制系统，其特征在于对钢板头尾通过冷却区实行单独的速度控制，以快速通过而缩短钢板头部和尾部的冷却时间；在控制程序中将冷却区划分为若干区，设计的各冷却区钢板通过速度由过程控制系统执行，A区为头部速度遮蔽段，钢板速度由1.4m/s进入冷却区后，开始减速至1.138m/s，B区为过渡区域，起到头部遮蔽段和正常冷却段之间衔接的作用，从1.138m/s减速至0.826m/s，C区为非头尾速度遮蔽段的正常冷却段，D区为尾部速度遮蔽段，从正常冷却的0.879m/s升速至1.23m/s。本发明能保证钢板在冷却过程中的头尾温度命中率，得到钢板长度方向上温度均匀的冷却效果，调整方法简单，稳定可靠，适合于中厚板生产场合。

说明书

技术领域

本发明属于轧钢自动化技术领域，一种钢板长度方向目标温度控制的方法，特别是中厚板轧后冷却头尾温度命中率的控制方法。 

背景技术

冷却过程中的温度均匀性控制是中厚板冷却过程中的重要问题。特别是钢板头部和尾部，一般都存在着头尾过冷的问题。头尾过冷段的存在会造成钢板长度方向的温度不均匀以及性能不均匀，严重影响轧钢生产的成材率。 

分析钢板产生头尾过冷的原因如下： 

1． 钢板在冷却过程中，主要包括内部的热传导过程和钢板表面与外界的对流和辐射换热过程。由于长度方向上的散热量远远小于厚度和宽度方向上的散热量，可忽略长度方向上的热传导，而将传热过程视为沿钢板厚度和宽度方向上的二维传热过程。但是钢板头部和和尾部却存在长度方向的对流和辐射换热过程，因此钢板出轧机后进入冷却时即存在头尾过冷段。

2． 根据超快冷设备（ADCOS-PM）形式的特点，钢板头部在进入冷却时，由于大部分喷嘴喷射的方向是顺着钢板的运行方向，加上钢板头尾部分的排水效果好于其他位置（在钢板冷却过程中，钢板表面存在大量的冷却水，严重影响钢板的换热效果），所以头尾部分的冷却效果强于其他位置的冷却效果，造成钢板头尾过冷。 

3． 下喷嘴的冷却水喷射高于辊道面许多，一般情况钢板进入冷却前时，下集管水已经打开，因此当钢板头尾部分经过冷却区时，截留了大量的下喷嘴冷却水（喷射高于辊道面的部分），造成钢板头尾部分过冷。 

目前中厚板轧后冷却系统常用的降低头尾过冷段的方法，一般是通过头尾水量遮蔽控制方法实现。根据控制阀组配置不同，分为头尾切水控制和头尾流量控制两种。头尾切水控制可通过调整集管开启时间实现，当钢板头部通过冷却水喷射区间后集管才喷水，同样当尾部到达冷却水喷射区间时便停止集管喷水。头尾切水控制依赖于准确的微跟踪、开闭阀的快速响应等措施配合。头尾流量控制可通过调整钢板头尾通过冷却水喷射区间时的集管流量实现，根据钢板头部低温段的长度和温度设定遮蔽系数（遮蔽长度和遮蔽流量），头尾流量控制依赖于流量调节阀的精确快速响应。同时以上两种控制方式对供水系统的稳定性要求较高，如果轧后冷却系统采用高位水箱（或者高位水塔）供水，供水压力比较稳定，此时若采用快速响应的开闭阀或者流量调节阀，则采用以上两种方式可一定程度上实现头尾遮蔽，但是遮蔽的精度（遮蔽段长度和温度精度）却难以保证。 

目前还未见国内外有相关采用调整头尾经过冷却区的速度进行头尾过冷段控制的方法的报道。 

发明内容

本发明的目的是提供一种压力喷射冷却过程中降低钢板头尾过冷段的控制方法，通过对钢板头尾通过冷却区时的速度调整，提高喷射流的钢板头尾温度命中率。 

本发明的这种压力喷射冷却过程中降低钢板头尾过冷段的控制方法，包括轧线上设置水冷却设备和在轧线上配置对轧线控制的自动化控制系统，冷却区长度为8m，共设9组喷嘴，初始段为强冷区；其特征在于对钢板头尾通过冷却区实行单独的速度控制，以快速通过而缩短钢板头部和尾部的冷却时间；在控制程序中将冷却区划分为若干区，设计的各冷却区钢板通过速度由过程控制系统执行，A区为头部速度遮蔽段，钢板速度由1.4m/s进入冷却区后，开始减速至1.138m/s，B区为过渡区域，起到头部遮蔽段和正常冷却段之间衔接的作用，从1.138m/s减速至0.826m/s，C区为正常冷却段（非头尾速度遮蔽段），D区为尾部速度遮蔽段，从正常冷却的0.879m/s升速至1.23m/s。 

由于压力喷射过程中的水稳时间较长，低于控制响应要求，因此从另一方面采用调整钢板头尾部分冷却时间的方法降低头尾过冷段。 

钢板冷却过程时，进入冷却区前过程控制系统将冷却规程（喷嘴开启模式、喷嘴流量、钢板通过冷却区的辊道速度等）发送至基础自动化控制，基础自动化控制系统在冷却设备上实现冷却规程。在冷却过程中，喷嘴的开启模式即开启的数量和位置以及喷嘴的水量由于受水系统的制约一般不会发生改变，因此降低钢板头尾过冷段冷却温降的方法只有调整冷却时间，即调整钢板头尾通过冷却区时的速度。在中厚板冷却过程中，为了实现钢板全长方向的均匀冷却，一般为初始温度和一个辊道加速度，而本发明在于头尾的单独的速度控制，即头尾段的通过冷却区的速度与钢板其他位置无关。 

附图说明

图1为钢板通过冷却区时的速度曲线； 

图2为未投入头尾遮蔽时的温度分布情况；

图3为投入头尾遮蔽时的温度分布情况；

图4为钢种X70冷却钢板PDI参数。

具体实施方式

一种压力喷射冷却过程中降低钢板头尾过冷段的控制方法，采用的冷却设置为冷却区长度为8m，共有9组喷嘴，喷嘴喷射出的冷却水的方向为前后交叉布置，初始段为高强冷却区，其特征在于利用在轧线上配置对轧线控制的自动化控制系统调整钢板通过冷却区的速度来改变钢板头部和尾部的冷却时间，从而控制钢板头部和尾部的冷却温降，以达到控制钢板头尾与整板冷却温度均匀的目的。 

本发明的控制钢板头尾过冷段的具体实施方式如下： 

实施例所用冷却钢板及工艺要求见图4所示冷却钢板PDI参数。当钢板被轧制到倒数第三道次时，冷却过程控制系统自动给出冷却规程，包括喷嘴组态、喷嘴流量和辊道速度，其中辊道速度包括初始速度、辊道加速度以及钢板不同位置经过冷却区时的辊道速度；同时轧线上采取头部遮蔽措施。

头尾过冷段的速度遮蔽控制过程为：钢板以抛钢速度（v=4.0m/s）开始从轧机向控制冷却装置行进并逐渐减速，当钢板头部行进至距离冷却区之前8m的位置时，钢板速度为1.4m/s，见图1，之后开始按照控制冷却系统过程机给定的速度运行至A区。相对于此时控制冷却系统过程机给出的速度为20点，图1中可见第1点至第20点的速度曲线，即钢板在激活冷却区间内各位置的速度（过程机设定的正常冷却速度为速度曲线中第8点的速度，加速段为第8点～第14点为钢板去除头、尾的正常冷却段，图1中可见第8点至第14点的速度值，速度区间为0.835～1.038m/s。钢板在从冷前8m的位置运行至冷区装置入口时，钢板在减速中。钢板头部进入冷却装置自第2点起，开始头部速度遮蔽过程，此时辊道速度为1.17m/s。速度调整的范围通过过程控制系统给出，过程控制系统根据轧机出口高温计检测到的钢板头部的温度及预计算得到的由于头部穿水引起的温降给予速度补偿，速度补偿一般为正常冷却速度的1.3~1.8倍，遮蔽位置为钢板头部在第2点到第5点这个区间，此时设定的各点速度分别为：第2~3点1.149m/s、第3~4点1.139 m/s、第4~5点1.138 m/s。钢板头部通过第5点时，进入头部遮蔽段与正常冷却段的过度区间，B区第5点～第8点速度的设定需考虑到头尾遮蔽的程度、与正常冷却开始速度的衔接，从1.138m/s减速至0.826m/s，至第8点时开始执行正常的冷却速度。C区为正常冷却段（非头尾速度遮蔽段），D区为尾部遮蔽段，钢板通过速度从正常冷却的0.879m/s升速至1.23m/s。当钢板尾部到达冷却装置入口第14点时，开始尾部遮蔽过程，即尾部快速通过冷却区。在第14~20点之间为尾部遮蔽段，此时考虑到冷却装置输送辊道的能力，头尾遮蔽的强度等，设定该段的速度曲线。本实例中第14点的速度为0.879m/s，第15点速度提升至1.038m/s。该速度提升与冷却装置的工艺特点有关，冷却装置的前端为高强度冷却区，因此第14 ～15点的过程中，钢板运行加速度较大。在第15～20点的D区过程中，钢板以较小的速度通过冷却装置，此时的设定速度分别为1.066 m/s、1.085 m/s、1.133 m/s、1.172 m/s、1.230 m/s）。钢板尾部在第20点时离开冷却装置，整个冷却过程结束。 

在此需要做特别说明：上述“遮蔽区域”一词仅是借用，在本方法的此段冷却区间没有任何遮挡水流的措施。尽管目前业内仍在采用的缓和钢板头尾过冷问题的遮挡措施是阻挡以减少冷却水流落在钢板上，然而本发明方法却只是变换速度让钢板头尾快速通过冷却区，在控制程序中设置“速度遮蔽区”。“当钢板头部进入冷却区时，开始进行长度方向温度均匀性控制，为避免辊道速度的剧烈波动和钢板长度方向出现大的温度波动，在进行长度方向温度均匀性控制之前将B区设为过渡区域，同时该区域也为头部遮蔽区域，使钢板降至目标初始速度。之后进入长度方向温度均匀性控制区域C区。由于在一般情况下尾部的过冷情况不像头部那样明显，因此尾部遮蔽措施的加速通过相对要缓和一些，如图1中区域D区所示。 

图2所示为采用本专利方法前的钢板长度方向的温度曲线，可见在钢板头部和尾部均存在较大的过冷段，特别是框内的温度点，明显比钢板中间的温度低了很多，严重影响了钢板长度方向温度均匀性，从而造成成材率的较低。当采用本发明的方法对冷却过程进行控制时，钢板长度方向的温度分布如图3所示，可见图3中钢板头部和尾部的过冷段明显比图2短了很多，说明控制方法起到了效果，这对与钢板生产过程中的性能均匀性、成材率等的提高具有重要意义。