專利名稱：一種帶鋼的冷卻裝置及其冷卻控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶鋼的冷卻裝置及其冷卻控 制方法。
背景技術(shù)：
精軋機(jī)組軋后冷卻裝置是熱軋帶鋼生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它的作用是 為了獲得合適的帶鋼巻取溫度，控制帶鋼的機(jī)械性能。冷卻裝置的能力、 冷卻強(qiáng)度、冷卻速率、巻取溫度及其控制精度等都直接影響到帶鋼的的質(zhì) 量和性能。
熱軋帶鋼軋后冷卻裝置在其發(fā)展的歷程中先后有噴射冷卻、噴水冷 卻、噴霧冷卻、層流冷卻、水幕冷卻等幾種方式，其中層流冷卻裝置由于 具有處理產(chǎn)品范圍寬、流量范圍調(diào)節(jié)寬、無流態(tài)破碎、冷卻均勻、冷卻水 回收率高、設(shè)備維護(hù)小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛，已經(jīng)成為熱軋帶鋼軋后冷 卻裝置的標(biāo)準(zhǔn)配置。
目前大部分投入使用的普通層流冷卻裝置主要由粗調(diào)冷卻區(qū)和精調(diào) 冷卻區(qū)組成，而各冷卻區(qū)又由若干冷卻段組成，粗調(diào)和精調(diào)冷卻區(qū)每個冷
卻段的長度大致相等。粗調(diào)冷卻區(qū)由10 18個冷卻段組成，每個冷卻段 又分別由4 8根上部層流冷卻集管和8 16根下部噴射集管組成，其每 根上部層流冷卻集管配置一個開閉控制閥，每兩根下部噴射集管配置一個 開閉控制閥。精調(diào)冷卻區(qū)由2 3個冷卻段組成，每個冷卻段又分別由8 16根上部層流冷卻集管和8 16根下部噴射集管組成，其每根上部層流冷 卻集管和下部噴射集管均配置一個開閉控制閥。這種普通層流冷卻裝置的 主要缺點(diǎn)是無法實(shí)現(xiàn)帶鋼的控制冷卻，包括帶鋼冷卻速率的調(diào)整、冷卻 模式多樣化等方面。
同時，目前也有一種基于普通層流冷卻裝置而發(fā)明的熱軋帶鋼層流冷 卻裝置，與普通層流冷卻裝置的主要區(qū)別是該冷卻裝置的冷卻區(qū)由強(qiáng)冷
組、主冷組和精冷組組成，其主冷組的配置與普通層流冷卻的粗調(diào)冷卻區(qū) 相同，其精冷組的配置與普通層流冷卻的精調(diào)冷卻區(qū)相同。該裝置強(qiáng)冷組 與主冷組的主要區(qū)別是強(qiáng)冷組的上部集管管徑較大，且有兩根進(jìn)水管， 當(dāng)兩根進(jìn)水管均打開時，水量加大；當(dāng)關(guān)閉一根進(jìn)水管時，水量與主冷組 相同。這種層流冷卻裝置通過改進(jìn)主冷組的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)部分熱軋帶鋼 品種的控制冷卻，并通過各冷卻組的組合實(shí)現(xiàn)冷卻模式的多樣化，但是其 存在以下不足強(qiáng)冷組的水量增加有限，無法實(shí)現(xiàn)部分鋼種(如熱軋雙相 鋼、熱軋馬氏體鋼等)要求的快速冷卻功能(冷卻速率要求達(dá)80°C/S以上)； 強(qiáng)冷組上部冷卻集管和下部冷卻集管水量相差較大，對規(guī)格較厚的帶鋼易 形成上下表面冷卻不均勻的問題；強(qiáng)冷組上部集管機(jī)構(gòu)較復(fù)雜。
上述兩種層流冷卻裝置對于軋后冷卻沒有特殊要求的鋼種，是完全滿 足要求的。但是，隨著控制軋制和控制冷卻技術(shù)的發(fā)展，帶鋼在軋后輸出 輥道上的冷卻過程在決定鋼板性能方面也具有了重要意義，冷卻控制不再 僅僅控制巻取溫度，而是控制包括從精軋到巻取之間的全部冷卻過程，包 括冷卻速率和冷卻模式?？刂评鋮s技術(shù)具有提高產(chǎn)品的機(jī)械性能和加工性 能，增強(qiáng)組織的分散度，獲得復(fù)相組織、細(xì)化晶粒，降低生產(chǎn)成本等優(yōu)點(diǎn)， 因此近年來其在熱軋帶鋼生產(chǎn)線上的推廣和應(yīng)用被提到了越來越重要的 位置。
上述兩種層流冷卻裝置并不能夠?qū)崿F(xiàn)控制冷卻的功能，或者說控制冷 卻的功能不完善，無法從冷卻模式、冷卻速率等方面實(shí)現(xiàn)多品種帶鋼對冷 卻控制的要求，隨著熱軋多相鋼、超細(xì)晶粒鋼等產(chǎn)品需求的增多，迫切需 要一種新型結(jié)構(gòu)的帶鋼冷卻裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種以普通層流冷卻為基礎(chǔ)的新型結(jié)構(gòu)的熱 軋帶鋼軋后冷卻裝置及其控制方法。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)多品種帶鋼對冷卻控 制的要求，滿足熱軋多相鋼、超細(xì)晶粒鋼等產(chǎn)品需求，可廣泛用于熱軋帶
鋼的軋后冷卻。
本發(fā)明的帶鋼冷卻裝置由強(qiáng)力冷卻區(qū)、粗調(diào)冷卻區(qū)、精調(diào)冷卻區(qū)組成， 其中強(qiáng)力冷卻段間隔關(guān)閉上集管及調(diào)整下集管水流量后，可以作為粗調(diào)冷
卻區(qū)使用。整個冷卻段約為12 20組，冷卻區(qū)域的長度為80 120m，冷 卻水量為10000 22000m3/h。每個冷卻區(qū)由若干冷卻段構(gòu)成，各冷卻段長 度相同，且均由上部層流冷卻集管和下部噴射集管組成，各冷卻段之間設(shè) 有側(cè)噴裝置，以清除帶鋼表面積水。
強(qiáng)力冷卻區(qū)冷卻段的上部層流冷卻集管數(shù)量為10 16根，集管數(shù)量 和總的水流量均是粗調(diào)冷卻段的2倍，且每根集管通過一個開閉控制閥控 制；該冷卻段的下部噴射集管數(shù)量為10 16根，且每兩根集管通過一個 開閉控制閥和一個流量控制閥控制。
粗調(diào)冷卻區(qū)冷卻段的上部集管數(shù)量為5 8根，且每根集管通過一個 開閉控制閥控制；該冷卻區(qū)的下部噴射集管數(shù)量為10 16根，且每兩根 集管通過一個開閉控制閥控制。
精調(diào)冷卻區(qū)冷卻段的上部集管數(shù)量為10 16根，且每根集管通過一 個開閉控制閥控制；該冷卻段的下部噴射集管數(shù)量為10 16根，且每根 集管通過一個開閉控制閥控制。雖然該冷卻區(qū)上下集管數(shù)量與強(qiáng)力冷卻段 相當(dāng)，但是每根集管的水流量僅為強(qiáng)力冷卻區(qū)的50%左右。
本發(fā)明中，整個帶鋼冷卻裝置的構(gòu)成為強(qiáng)力冷卻區(qū)+粗調(diào)冷卻區(qū)+強(qiáng) 力冷卻區(qū)+精調(diào)冷卻區(qū)。通過調(diào)整強(qiáng)力冷卻區(qū)上部集管的開閉數(shù)量和其下 部集管的水量，整個帶鋼冷卻裝置可以靈活地實(shí)現(xiàn)以下多種模式的冷卻， 以滿足微合金化高強(qiáng)度鋼、超細(xì)晶粒高強(qiáng)度鋼、熱軋雙相鋼(DP)、熱軋 相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP)、熱軋馬氏體鋼(MS)等多品種生產(chǎn)工藝的需求:
a) 強(qiáng)力冷卻區(qū)+粗調(diào)冷卻區(qū)+強(qiáng)力冷卻區(qū)+精調(diào)冷卻區(qū)
b) 強(qiáng)力冷卻區(qū)+粗調(diào)冷卻區(qū)+精調(diào)冷卻區(qū)
c) 粗調(diào)冷卻區(qū)+強(qiáng)力冷卻區(qū)+精調(diào)冷卻區(qū)
d)粗調(diào)冷卻區(qū)+精調(diào)冷卻區(qū)
本發(fā)明中，整個帶鋼冷卻裝置的冷卻控制方法是由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過計(jì) 算設(shè)定，并具有反饋和前饋控制功能。控制的步驟如下
(1) 二級計(jì)算機(jī)的精軋機(jī)進(jìn)行模型計(jì)算
(2) 二級計(jì)算機(jī)的帶鋼冷卻模型計(jì)算
(3) —級計(jì)算機(jī)帶鋼冷卻計(jì)算
(4) 通過程序命令控制相關(guān)的電氣控制柜
(5) 相關(guān)的開閉控制閥和流量控制閥動作
(6) 相關(guān)的帶鋼冷卻段開始噴水，結(jié)束設(shè)定計(jì)算過程，準(zhǔn)備開始冷卻
帶鋼
(7) 精軋機(jī)組出口的高溫計(jì)2將檢測得到的精軋機(jī)出口帶鋼溫度反饋 給一級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并與設(shè)定終軋溫度比較，如有偏差，則重復(fù)上述(1) (6)，調(diào)整相關(guān)的冷卻段控制閥開閉方案，以提高冷卻的控制精度
(8) 巻取機(jī)入口的高溫計(jì)7將檢測得到的帶鋼冷卻裝置出口帶鋼溫度 反饋給一級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并與設(shè)定巻取溫度比較，如有偏差，則調(diào)整相關(guān) 的精調(diào)冷卻段控制閥開閉方案，以提高冷卻的控制精度


附圖1為本發(fā)明冷卻裝置系統(tǒng)構(gòu)成示意圖 附圖2為本發(fā)明冷卻裝置強(qiáng)力冷卻段裝置結(jié)構(gòu)示意圖 附圖3為本發(fā)明冷卻裝置粗調(diào)冷卻段裝置結(jié)構(gòu)示意圖 附圖4為本發(fā)明冷卻裝置精調(diào)冷卻段裝置結(jié)構(gòu)示意圖 附圖5為本發(fā)明冷卻裝置冷卻控制方法
圖中，件l是末架精軋機(jī)，件2、 7是高溫計(jì)，件3、 5是強(qiáng)力冷卻段， 件4是粗調(diào)冷卻段，件6是精調(diào)冷卻段，件8是巻取機(jī)，件9是開閉控制 閥，件10是上部層流冷卻集管，件11是帶鋼輸送輥道，件12是流量控制 閥，件13是下部噴射集管，件14是下部噴射集管，件15是上部層流冷
卻集管，件Q (Ql、 Q2)是強(qiáng)力冷卻區(qū)，件C是粗調(diào)冷卻區(qū)，件J是精調(diào)
冷卻區(qū)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)一步說明 熱軋帶鋼經(jīng)精軋機(jī)組末架軋機(jī)1軋后由帶鋼輸送輥道11送往冷卻區(qū)，
為了實(shí)現(xiàn)巻取溫度前饋和反饋控制，提高熱軋帶鋼的巻取溫度精度，在冷
卻裝置的入口和出口分別設(shè)置有帶鋼溫度檢測裝置2和7，冷卻后的帶鋼 進(jìn)入巻取機(jī)8。冷卻區(qū)由強(qiáng)力冷卻區(qū)Q (Ql、 Q2)、粗調(diào)冷卻區(qū)C和精調(diào) 冷卻區(qū)J組成，每個冷卻區(qū)由若干冷卻段構(gòu)成。各冷卻段長度相同，且均 由上部層流冷卻集管和下部噴射集管組成，各冷卻段之間設(shè)有側(cè)噴裝置， 以清除帶鋼表面積水。強(qiáng)力冷卻區(qū)Q1由4段強(qiáng)力冷卻段3構(gòu)成，粗調(diào)冷 卻區(qū)由4段粗調(diào)冷卻段4構(gòu)成，強(qiáng)力冷卻區(qū)Q2由5段強(qiáng)力冷卻段5構(gòu)成， 精調(diào)冷卻區(qū)J由2段精調(diào)冷卻段6構(gòu)成。在該具體實(shí)施例中，冷卻裝置由 強(qiáng)力冷卻段3+粗調(diào)冷卻段4+強(qiáng)力冷卻段5+精調(diào)冷卻段6組成。
在該實(shí)施例中，各冷卻段的長度相等，其中強(qiáng)力冷卻段3和5的每 段由16根上部層流冷卻集管10和16根下部噴射集管13組成；粗調(diào)冷卻 段4的每段由8根上部冷卻集管10和16根下部噴射集管14組成；精調(diào) 冷卻段6的每段由16根上部層流冷卻集管15和16根下部噴射集管14組 成。整個冷卻裝置的長度、各種冷卻段的數(shù)量和長度、每根集管的水流量 以及各種冷卻段的排列組合方式均應(yīng)根據(jù)軋鋼工藝要求并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際 工藝平面布置條件進(jìn)行確定。
在冷卻段長度相等的情況下強(qiáng)力冷卻段3和5上部層流冷卻集管10 的數(shù)量是粗調(diào)冷卻段4的2倍，但兩者單個集管的管徑相同，且均為一個 開閉控制閥9控制一根集管。也就是說當(dāng)強(qiáng)力冷卻段3和5的上部層流 冷卻集管10全部開啟時，其總水量是同等長度的粗調(diào)冷卻段4上部集管 總水量的2倍；當(dāng)強(qiáng)力冷卻段3和5間隔關(guān)閉一半上部層流冷卻集管10時，其開啟的上部層流冷卻集管10的數(shù)量和總水量與同等長度的粗調(diào)冷
卻段4的上部層流冷卻集管IO相同，可以作為粗調(diào)冷卻段使用。
在冷卻段長度相等的情況下強(qiáng)力冷卻段3和5下部噴射集管13的 數(shù)量與粗調(diào)冷卻段4相同，不同之處在于其下部噴射集管13的最大水量 約為粗調(diào)冷卻段4的1.2 2倍，且每兩根下部噴射集管13通過一個開閉 控制閥9和一個流量控制閥12控制。也就是說當(dāng)強(qiáng)力冷卻段3和5的 下部噴射集管13完全開啟時，其總水量是同等長度的粗調(diào)冷卻段4下部 噴射集管14水量的1.2 2倍；當(dāng)強(qiáng)力冷卻段3和5的下部噴射集管13通 過流量控制閥12調(diào)節(jié)流量時，可以使得其下部噴射集管13的水量與同等 長度的粗調(diào)冷卻段4下部噴射集管14的水量相同，可以作為粗調(diào)冷卻段 使用。
本發(fā)明中，在冷卻段長度相等的情況下精調(diào)冷卻段6上部層流冷卻 集管15和下部噴射集管14的數(shù)量與強(qiáng)力冷卻段3和5相同，不同之處在 于其上部層流冷卻集管15的水量為強(qiáng)力冷卻段3和5的上部集管10的 50%,下部噴射集管14的水量為強(qiáng)力冷卻段3和5的下部噴射集管13的 50 83% (即與粗調(diào)冷卻段4的下部集管14的水量相同)，且上、下部的 每根集管均通過一個開閉控制閥9控制。
帶鋼冷卻水的循環(huán)過程為冷卻水與帶鋼直接接觸，不僅水溫升高并 含有少量的氧化鐵皮和油，冷卻回水經(jīng)軋制線鐵皮溝流入層流鐵皮坑。鐵 皮坑內(nèi)的一部分水(約50%)加壓送高速過濾器，過濾后的水利用余壓上 冷卻塔，冷卻后的水與其余50%未經(jīng)過濾和冷卻的水混合，然后由泵組加 壓送帶鋼冷卻裝置循環(huán)使用。冷卻后的部分水由側(cè)噴泵組加壓供冷卻裝置 各冷卻段間的側(cè)噴裝置使用。帶鋼冷卻裝置用水要求水壓穩(wěn)定，為減小供 水設(shè)備能力，在向帶鋼冷卻裝置供水系統(tǒng)中可設(shè)置一座峰值調(diào)節(jié)水箱。
整個帶鋼冷卻裝置的冷卻控制方法是由計(jì)算機(jī)通過計(jì)算設(shè)定，并有反 饋和前饋控制功能?？刂频牟襟E如下
(1) 二級計(jì)算機(jī)的精軋機(jī)進(jìn)行模型計(jì)算
(2) 二級計(jì)算機(jī)的帶鋼冷卻模型計(jì)算
(3) —級計(jì)算機(jī)帶鋼冷卻計(jì)算
(4) 通過程序命令控制相關(guān)的電氣控制柜
(5) 相關(guān)的開閉控制閥和流量控制閥動作
(6) 相關(guān)的帶鋼冷卻段開始噴水，結(jié)束設(shè)定計(jì)算過程，準(zhǔn)備開始冷卻
帶鋼
(7) 精軋機(jī)組1出口的高溫計(jì)2將檢測得到的精軋機(jī)出口帶鋼溫度 (FDT)反饋給一級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并與設(shè)定終軋溫度比較，如有偏差，則
重復(fù)上述(1) (6)，調(diào)整相關(guān)的冷卻段控制閥開閉方案，以提高冷卻的控制 精度
(8) 巻取機(jī)8入口的高溫計(jì)7將檢測得到的帶鋼冷卻裝置出口帶鋼溫 度(CT)反饋給一級計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并與設(shè)定巻取溫度比較，如有偏差，則 調(diào)整相關(guān)的精調(diào)冷卻段控制閥開閉方案，以提高冷卻的控制精度
本發(fā)明的冷卻裝置用于熱軋帶鋼軋制后的冷卻，由于可以十分容易地 組合成具備多種型式的冷卻模式，且通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制，因此適用于多 種品種的生產(chǎn)。
a)普通冷卻模式
在軋鋼工藝要求帶鋼冷卻方式為普通冷卻模式的情況下，通過間隔關(guān) 閉各強(qiáng)力冷卻段3和5的一半上部層流冷卻集管10，并將各強(qiáng)力冷卻段3 的下部噴射集管13的流量調(diào)整為與粗調(diào)冷卻段4的下部噴射集管14相當(dāng)， 使得整個帶鋼冷卻裝置變化為由粗調(diào)冷卻段4+精調(diào)冷卻段6組成。至于粗 調(diào)冷卻段4和精調(diào)冷卻段6開閉的段數(shù)和開閉的集管數(shù)量，將由計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)根據(jù)帶鋼的厚度規(guī)格、終軋溫度、軋制速度、巻取溫度等參數(shù)，自動確 定。普通冷卻模式一般適用于普通碳素結(jié)構(gòu)鋼(如Q195、 Q235等)、優(yōu)質(zhì) 碳素結(jié)構(gòu)鋼(如08、 10等)等品種的生產(chǎn)。
b) 前部快速冷卻模式
在軋鋼工藝要求帶鋼冷卻方式為前部快速冷卻模式的情況下，通過間
隔關(guān)閉各強(qiáng)力冷卻段5的一半上部層流冷卻集管10，并將該部分強(qiáng)力冷卻 段5的下部集管13的流量調(diào)整為與粗調(diào)冷卻段4的下部集管14相當(dāng)，使 得整個帶鋼冷卻裝置變化為由強(qiáng)力冷卻段3+粗調(diào)冷卻段4+精調(diào)冷卻段6 組成，且強(qiáng)力冷卻段3的水量較大，冷卻速率最大可達(dá)200°C/S。至于各 冷卻段開閉的段數(shù)和開閉的集管數(shù)量，將由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)帶鋼的厚度規(guī) 格、終軋溫度、軋制速度、巻取溫度、快速冷卻速率等參數(shù)，自動確定。 前部快速冷卻模式一般適用于微合金化高強(qiáng)度鋼(如低合金高強(qiáng)度鋼、管 線鋼、超細(xì)晶粒高強(qiáng)度鋼等)等品種的生產(chǎn)。
c) 分段冷卻+快速冷卻模式
在軋鋼工藝要求帶鋼冷卻方式為分段冷卻+快速冷卻模式的情況下， 通過關(guān)閉粗調(diào)冷卻段4的集管，使得整個帶鋼冷卻裝置變化為由強(qiáng)力冷卻 段3+空冷段+強(qiáng)力冷卻段5+精調(diào)冷卻段6組成，且強(qiáng)力冷卻段3和5的水 量較大，冷卻速率最大可達(dá)20(TC/s。至于各冷卻段開閉的段數(shù)和開閉的 集管數(shù)量，將由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)根據(jù)帶鋼的厚度規(guī)格、終軋溫度、軋制速度、 巻取溫度、快速冷卻速率等參數(shù)，自動確定。分段冷卻+快速冷卻模式一 般適用于熱軋多相鋼(如熱軋雙相鋼、熱軋相變誘導(dǎo)塑性鋼、熱軋馬氏體 鋼)等的品種的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1、一種帶鋼的冷卻裝置，冷卻區(qū)由強(qiáng)力冷卻區(qū)Q(Q1、Q2)、粗調(diào)冷卻區(qū)C、精調(diào)冷卻區(qū)J組成，其特征在于每個冷卻區(qū)由若干冷卻段構(gòu)成，各冷卻段長度相同，且均由上部層流冷卻集管和下部噴射集管組成，各冷卻段之間設(shè)有側(cè)噴裝置，以清除帶鋼表面積水。
全文摘要
本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種帶鋼的冷卻裝置及其冷卻控制方法。該冷卻裝置主要由冷卻段由強(qiáng)力冷卻區(qū)Q(Q1、Q2)、粗調(diào)冷卻區(qū)C、精調(diào)冷卻區(qū)J組成，強(qiáng)力冷卻區(qū)Q(Q1、Q2)關(guān)閉部分集管后，可以作為粗調(diào)冷卻區(qū)C使用，每個冷卻區(qū)由若干冷卻段構(gòu)成，各冷卻段長度相同，且均由上部層流冷卻集管和下部噴射集管組成，各冷卻段之間設(shè)有側(cè)噴裝置，以清除帶鋼表面積水；帶鋼冷卻裝置的冷卻控制方法是通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定計(jì)算和前饋、反饋控制。本發(fā)明的帶鋼冷卻裝置可以靈活地實(shí)現(xiàn)多種模式的冷卻，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，可以實(shí)現(xiàn)多品種帶鋼對冷卻控制的要求，滿足熱軋多相鋼、超細(xì)晶粒鋼等產(chǎn)品需求，可廣泛用于熱軋帶鋼的軋后冷卻。
文檔編號B21B37/74GK101381806SQ20071009267
公開日2009年3月11日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者海 余, 軻 李, 剛 雷, 波 黃, 黃煥江 申請人:中冶賽迪工程技術(shù)股份有限公司