提升高速線材風(fēng)冷均勻性的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] #### #本發(fā)明屬于黑色冶金的社制技術(shù)領(lǐng)域，特別是設(shè)及一種提升高速線材 風(fēng)冷均勻性的控制方法，在高速線材風(fēng)冷線上的盤條冷卻均勻性的控制。#
【背景技術(shù)】
[0002] #####盤條在風(fēng)冷線上搭接點(diǎn)的堆積密度較厚，其溫度會(huì)顯著高于非搭接 點(diǎn)，從而造成盤條同圈溫度的不均勻，擴(kuò)大盤條同圈組織性能的差異，影響線材產(chǎn)品后續(xù)拉 拔等使用性能。為此，科技人員通過(guò)在風(fēng)冷漉道上設(shè)計(jì)若干跌落段，設(shè)置不同的漉道速度， 安裝佳靈裝置分區(qū)域控制風(fēng)速等手段縮小溫差。佳靈裝置打開(kāi)的角度對(duì)截面的風(fēng)場(chǎng)有很大 影響，一般來(lái)說(shuō)，佳靈裝置的作用在于減少中部非搭接點(diǎn)的風(fēng)量，增加兩邊搭接點(diǎn)位置的風(fēng) 量，從而使搭接點(diǎn)的冷速增大，非搭接點(diǎn)的冷速減小。然后傳統(tǒng)只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置不同鋼種 的漉道速度，佳靈裝置角度等，再通過(guò)手持測(cè)溫儀或者熱成像儀測(cè)定搭接與非搭接點(diǎn)溫度 差異，然后再優(yōu)化漉道速度，佳靈裝置角度等控制參數(shù)。#
[0003] 此傳統(tǒng)調(diào)控方法的缺點(diǎn)是：
[0004] (1)漉道速度和佳靈角度的調(diào)整盲目，只能依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
[0005] (2)為了獲得最佳參數(shù)，需要長(zhǎng)時(shí)間、反復(fù)地調(diào)整。開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)且試驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)大，在調(diào) 整周期內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的次品、甚至廢品盤條。#

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種提升高速線材風(fēng)冷均勻性的控制方法，快速提升高速 線材同圈風(fēng)冷均勻性。解決了傳統(tǒng)調(diào)控方法只能通過(guò)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置不同鋼種的漉道速度，佳靈 裝置角度等，再通過(guò)手持測(cè)溫儀或者熱成像儀測(cè)定搭接與非搭接點(diǎn)溫度差異，然后再優(yōu)化 漉道速度，佳靈裝置角度等控制參數(shù)的不足。
[0007] 本發(fā)明開(kāi)發(fā)了一套理論模型用于計(jì)算不同漉道速度和佳靈角度下盤條搭接點(diǎn)與 非搭接點(diǎn)的換熱系數(shù)，從而可W在生產(chǎn)之前即可通過(guò)該模型確立不同規(guī)格、不同鋼種電機(jī) 功率、漉道速度與佳靈角度的最佳匹配控制參數(shù)，縮小盤條搭接與非搭接點(diǎn)的溫差，運(yùn)對(duì)于 縮短試驗(yàn)調(diào)控周期，減少生成次品、甚至廢品盤條的意義重大。
[0008] 本發(fā)明的控制步驟為：建立盤條在風(fēng)冷線上堆積幾何模型一模擬風(fēng)機(jī)不同功率下 空吹的風(fēng)場(chǎng)一模擬不同佳靈角度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)一模擬不同漉道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng) 場(chǎng)一模擬計(jì)算盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布一計(jì)算盤條搭接點(diǎn)和非搭接點(diǎn)換熱系數(shù)一 優(yōu)化獲得電機(jī)功率、漉道速度與佳靈角度的最佳匹配。具體工藝步驟及控制的技術(shù)參數(shù)如 下：
[0009] 1、建立盤條在風(fēng)冷線上堆積幾何模型：盤條在風(fēng)冷線上堆積幾何模型如圖1-3所 示，其堆積疏密程度取決于規(guī)格和漉速，設(shè)X為漉道前進(jìn)方向，y為垂直于漉道向上方向，Z 為平行于傳送漉方向。于是，x-y面為沿漉速方向穿過(guò)風(fēng)冷線中屯、的縱截面，y-z面為垂直 于漉速方向的橫截面。
陽(yáng)01引其中：山為同圈直徑，d歷盤條直徑，U為漉道速度，Ax為每圈間距，h為堆疊高 度，Ay為每圈豎直距離。
[0014] 2、模擬風(fēng)機(jī)不同功率下空吹的風(fēng)場(chǎng)：采用有限元軟件模擬計(jì)算0~100%不同風(fēng) 機(jī)功率下空吹的風(fēng)場(chǎng)速度，再根據(jù)手持測(cè)風(fēng)儀實(shí)測(cè)值修正該模型。圖6設(shè)定調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī) 的功率到50 %、80 %、100 %，測(cè)定風(fēng)機(jī)22個(gè)出風(fēng)口的冷速，風(fēng)量80 %和100 %時(shí)的冷速大約 是風(fēng)量50%的1. 6倍和2倍，冷速和風(fēng)量近乎線性關(guān)系，且22個(gè)風(fēng)口從左至右排列呈現(xiàn)出 中間高、兩邊低分布，當(dāng)風(fēng)量為50 %時(shí)，中間最高冷速為25m/s，兩邊最低冷速為llm/s，運(yùn) 與圖5模擬計(jì)算結(jié)果完全一致。
[0015] 3、模擬不同佳靈角度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)：采用有限元軟件計(jì)算0~18°的不同佳 靈角度下（如圖4)風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)速度，再根據(jù)手持測(cè)風(fēng)儀實(shí)測(cè)值修正該模型。
[0016] 4、模擬不同漉道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)：采用有限元軟件模擬計(jì)算0. 2~2.Om/s 的不同漉道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)速度，再根據(jù)手持測(cè)風(fēng)儀實(shí)測(cè)值修正該模型。
[0017] 5、計(jì)算盤條堆積模型在疊加風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布及換熱系數(shù)：將盤條堆積幾何模型帶 入如上風(fēng)場(chǎng)模型中，計(jì)算盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布及換熱系數(shù)。風(fēng)冷線上，包含=種 傳熱，即強(qiáng)迫對(duì)流換熱、自然換熱和福射換熱。強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)af。公式為：
[0018]
[0021] 式中：NUfc為強(qiáng)迫對(duì)流換熱努賽爾數(shù)，A。為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，V為運(yùn)動(dòng)粘度，a為熱 擴(kuò)散系數(shù)，NUbm和Nutufb考慮層流和端流，ReW為雷諾數(shù)，P^普朗特?cái)?shù)，U為風(fēng)速，W為幾何 特征參數(shù)，將每圈盤條視作很短的圓柱體，Vff。。為立方體陰影部分的體積，V為立方體體積。
[0022]
[0023] 自然換熱的努塞爾數(shù)由下式計(jì)算：
[0024]
W25] 式中：Gr為格拉曉夫數(shù)，av為體積變化系數(shù)，1。為特征尺寸，1c= 2. 636X10 3Ax0.?
[00%] 福射換熱系數(shù)采用黑體福射公式計(jì)算：
[0027]
[0028] 本發(fā)明的模型用于計(jì)算不同漉道速度和佳靈角度下盤條的搭接點(diǎn)與非搭接點(diǎn)的 換熱系數(shù)，其控制步驟如下：建立盤條在風(fēng)冷線上堆積幾何模型一模擬風(fēng)機(jī)不同功率下空 吹的風(fēng)場(chǎng)一模擬不同佳靈角度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)一模擬不同漉道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng) 一模擬計(jì)算盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布一計(jì)算盤條搭接點(diǎn)和非搭接點(diǎn)換熱系數(shù)一優(yōu) 化獲得電機(jī)功率、漉道速度與佳靈角度的最佳匹配。從而可W在生產(chǎn)之前即可通過(guò)該模型 確立不同規(guī)格、不同鋼種電機(jī)功率、漉道速度與佳靈角度的最佳匹配控制參數(shù)，縮小盤條搭 接與非搭接點(diǎn)的溫差，運(yùn)對(duì)于縮短W往傳統(tǒng)試驗(yàn)調(diào)控周期，減少生成次品、甚至廢品盤條的 意義重大。
【附圖說(shuō)明】
[0029] 圖1風(fēng)冷線上盤條堆積模型x-y面。
[0030] 圖2風(fēng)冷線上盤條堆積模型y-z面。
[0031] 圖3風(fēng)冷線上盤條堆積示意圖。
[0032] 圖4佳靈角度調(diào)控示意圖。
[0033] 圖5佳靈角度為12°時(shí)，風(fēng)機(jī)功率50%時(shí)風(fēng)口的速度模擬計(jì)算值。
[0034] 圖6佳靈角度為12°時(shí)，不同風(fēng)機(jī)功率下風(fēng)口的速度實(shí)測(cè)值。
[0035] 圖7風(fēng)機(jī)功率80%，佳靈角度為12。時(shí)空吹的風(fēng)場(chǎng)。
[0036] 圖8風(fēng)機(jī)功率80%，佳靈角度為12°時(shí)，盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng)中垂直方向速度分 布。
[0037] 圖9風(fēng)機(jī)功率80%，不同佳靈角度下同圈盤條水平方向風(fēng)速分布場(chǎng)對(duì)比。 陽(yáng)03引圖10漉速Im/s，風(fēng)機(jī)功率80%，不同佳靈角度下同圈盤條（搭接與非搭接點(diǎn)）換 熱系數(shù)對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 實(shí)施例1:
[0040] 建立盤條風(fēng)冷線上堆積模型，該模型主要參數(shù)有：di為同圈直徑，cU為盤條直徑，U 為漉道速度，Ax為每圈間距，h為堆疊高度，Ay為每圈豎直距離。盤條直徑選定為06. 5mm 規(guī)格。
[0041] 佳靈角度為12°時(shí)，不同風(fēng)機(jī)功率下風(fēng)口的速度模擬與實(shí)測(cè)值分別如圖5、6所 /J、- 〇
[0042] 選定風(fēng)機(jī)功率為80%，對(duì)佳靈裝置建模，分別對(duì)佳靈調(diào)節(jié)到不同角度時(shí)截面內(nèi)的 風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行有限元模擬，其中佳靈角度為12°時(shí)風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)如圖7所示。
[0043] 將盤條堆積模型放入風(fēng)機(jī)功率為80%，佳靈角度為12°的風(fēng)場(chǎng)中，盤條堆積模型 在風(fēng)場(chǎng)中垂直方向的速度分布場(chǎng)如圖8所示。同時(shí)，在該條件下，不同漉道速度下?lián)Q熱系數(shù) 參數(shù)計(jì)算值如表1所示。
[0044] 表1不同漉道速度下，換熱系數(shù)參數(shù)計(jì)算值
[0045]
[0046] 當(dāng)風(fēng)機(jī)功率為80%，5。、10°、12°、15°的不同佳靈角度下盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng) 中垂直方向的速度分布場(chǎng)對(duì)比如圖9所示。
[0047] 如圖10所示，當(dāng)設(shè)定漉速為l.Om/s，風(fēng)機(jī)功率為80 %時(shí)，佳靈角度應(yīng)該控制為 12°，此時(shí)盤條同圈（搭接與非搭接點(diǎn)）換熱系數(shù)差異最小，即同圈風(fēng)冷均勻性最優(yōu)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種提升高速線材風(fēng)冷均勻性的控制方法，其特征在于，工藝步驟及控制的技術(shù)參 數(shù)如下： (1) 建立盤條在風(fēng)冷線上堆積幾何模型：其堆積疏密程度取決于規(guī)格和輥速，設(shè)X為輥 道前進(jìn)方向，y為垂直于輥道向上方向，Z為平行于傳送輥方向；于是，x-y面為沿輥速方向 穿過(guò)風(fēng)冷線中心的縱截面，y-z面為垂直于輥速方向的橫截面； (2) 模擬風(fēng)機(jī)不同功率下空吹的風(fēng)場(chǎng)：采用有限元軟件模擬計(jì)算0~100%不同風(fēng)機(jī) 功率空吹的風(fēng)場(chǎng)速度，再根據(jù)手持測(cè)風(fēng)儀實(shí)測(cè)值修正該模型；設(shè)定調(diào)節(jié)變頻風(fēng)機(jī)的功率到 50 %、80 %、100 %，測(cè)定風(fēng)機(jī)22個(gè)出風(fēng)口的冷速，風(fēng)量80 %和100 %時(shí)的冷速大約是風(fēng)量 50%的1. 6倍和2倍，冷速和風(fēng)量近乎線性關(guān)系，且22個(gè)風(fēng)口從左至右排列呈現(xiàn)出中間高、 兩邊低分布，當(dāng)風(fēng)量為50%時(shí)，中間最高冷速為25!11/ 8，兩邊最低冷速為11111/8; (3) 模擬不同佳靈角度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)：采用有限元軟件計(jì)算0~18°的不同佳靈 角度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)速度，再根據(jù)手持測(cè)風(fēng)儀實(shí)測(cè)值修正該模型； (4) 模擬不同輥道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)：采用有限元軟件模擬計(jì)算0. 2~2.Om/s的 不同輥道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)速度，再根據(jù)手持測(cè)風(fēng)儀實(shí)測(cè)值修正該模型； (5) 計(jì)算盤條堆積模型在疊加風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布及換熱系數(shù)：將盤條堆積幾何模型帶入 如上風(fēng)場(chǎng)模型中，計(jì)算盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布及換熱系數(shù)；風(fēng)冷線上，包含三種傳 熱，即強(qiáng)迫對(duì)流換熱、自然換熱和輻射換熱。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的提升高速線材風(fēng)冷均勻性的控制方法，其特征在于， 強(qiáng)迫對(duì)流換熱系數(shù)af/Av式為：式中：Nuf。為強(qiáng)迫對(duì)流換熱努賽爾數(shù)，Aa為空氣導(dǎo)熱系數(shù)，v為運(yùn)動(dòng)粘度，a為熱擴(kuò)散 系數(shù)，Nulan^PNuturt考慮層流和湍流，Rew為雷諾數(shù)，Pj朗特?cái)?shù)，u為風(fēng)速，W為幾何特征 參數(shù)，將每圈盤條視作很短的圓柱體，Vf_為立方體陰影部分的體積，V為立方體體積：自然換熱的努塞爾數(shù)由下式計(jì)算：式中：Gr為格拉曉夫數(shù)，av為體積變化系數(shù)，1。為特征尺寸，1。= 2. 636X10 3Ax791 輻射換熱系數(shù)采用黑體輻射公式計(jì)算：
【專利摘要】一種提升高速線材風(fēng)冷均勻性的控制方法，屬于黑色冶金的軋制流程技術(shù)領(lǐng)域，控制步驟為：建立盤條在風(fēng)冷線上堆積幾何模型→模擬風(fēng)機(jī)不同功率下空吹的風(fēng)場(chǎng)→模擬不同佳靈角度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)→模擬不同輥道速度下風(fēng)機(jī)空吹的風(fēng)場(chǎng)→模擬計(jì)算盤條堆積模型在風(fēng)場(chǎng)中風(fēng)速分布→計(jì)算盤條搭接點(diǎn)和非搭接點(diǎn)換熱系數(shù)→優(yōu)化獲得電機(jī)功率、輥道速度與佳靈角度的最佳匹配。優(yōu)點(diǎn)在于，可以在生產(chǎn)之前即可通過(guò)該模型確立不同規(guī)格、不同鋼種電機(jī)功率、輥道速度與佳靈角度的最佳匹配控制參數(shù)，縮小盤條搭接與非搭接點(diǎn)的溫差，這對(duì)于縮短以往傳統(tǒng)試驗(yàn)調(diào)控周期，減少生成次品、甚至廢品盤條的意義重大。
【IPC分類】B21B37/74, B21B45/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105013837
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510512956
【發(fā)明人】邸全康, 王曉晨, 王猛, 王全禮, 王立峰, 孫齊松, 楊子森, 郭新文, 吳明安, 徐兵偉, 侯棟, 秦延慶
【申請(qǐng)人】首鋼總公司
【公開(kāi)日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年8月19日