罗泾工程加速冷却系统简介-完成.doc

罗泾工程加速冷却系统简介赵勤平【摘 要】：本文介绍了罗泾工程加速冷却系统的设备及控制技术，分析了加速冷却生产中的难点，为以后正式生产提供了预防的方向。【关键词】：加速冷却 设备 工艺控制系统Abstract: This article gives the outline of Accelerate cooling systems equipments & control technology , analyzed the difficulties in Accelerate cooling process and provides a prevention orientation for formal production in the future.Keywords: Accelerate cooling equipment Technological control system721 前言上世纪70年代后，厚板用户对厚钢板的强度、低温韧性和焊接性能提出了更高的要求，这些要求仅依靠控制轧制技术是无法满足的。因此，轧后控制冷却的工艺技术被开发出来。轧后控制冷却通过改变钢板热轧后的冷却条件来控制相变条件和碳化物析出行为来改善钢的组织和提高钢板的性能。通过采用控制冷却技术可以在不降低韧性的情况下，提高钢板的强度，从而明显改善刚才的综合力学性能和使用性能。当前宽厚板轧后控制冷却设备中使用最多的是气雾冷却、水幕层流冷却和管层流冷却。2 罗泾工程加速冷却设备加速冷却装置设置在精轧机出口侧输出辊道后，热矫机之前。本套加速冷却装置分为两个部分，第一部分是高压喷嘴喷射冷却系统（SCS=Spray Cooling System），第二部分是U型管层流冷却系统（ACC=Accelerated Cooling）。两段加速冷却系统可单独使用也可组合使用，组合使用保证了大的冷却范围。图 1 加速冷却装置布置图2.1高压喷射段（SCS）高压喷射段（SCS）用来加速冷却钢板和直接对钢板实现淬火处理。全长6.4M，安装了5套夹送辊装置，4组上下双型喷射集管布置在夹送辊中间，最大水流量约为7000m3/h，夹送辊最大夹紧力为70t。2.2层流冷却段（ACC）层流冷却段（ACC）全长约24M，设置了15组喷射集管，上集管为双型集管，下集管采用单集管，每一个上集管和两个下集管可单独控制水量。最大水流量约为16,000 m3/h。2.3 侧喷装置为了改善冷却效果，将喷水冷却后将残留在钢板上的冷却水去除，实现新旧水的更换，提高冷却换热效率，在加速冷却工艺线上设置了6组侧喷系统。喷射冷却段前后各1组，U-型管冷却段5组，其中喷射冷却段后面一组两段冷却系统共用。2.4 边部遮挡装置为了使钢板宽度方向冷却均匀，避免钢板边部的过度冷却，引起边浪或高的残余应力，在U-型管冷却段设置了4组边部遮挡装置。边部遮挡通过齿轮马达传动，其最大遮挡位置为1400mm（加速冷却最小钢板宽度时使用）。边部遮挡分配如下：表格 1边部遮挡分配边部遮挡组 1上喷嘴 1，2，3边部遮挡组 2上喷嘴 4，5，6边部遮挡组 3上喷嘴 7，8，9，10，11边部遮挡组 4上喷嘴 12，13，14，153 加速冷却的工艺控制系统（TCS）3.1 控制冷却技术的现状较早的钢板冷却方式仅控制其终冷温度，自20世纪80年代以来产生了全新的冷却控制技术，不再仅控制终冷温度，而是控制包括从终轧温度到终冷温度之间的全部冷却过程。冷却工艺上提出了包括开冷温度、中间温度、空冷温度和冷却速率等的冷却全过程的控制指标。3.2工艺控制系统加速冷却系统的工艺控制系统的主要功能是启动和停止冷却装置并控制在冷却过程中变化的设定值。TCS系统具有以下主要功能： 设定模型（参考值得计算） 冷却装置的控制 边部遮挡的控制 顺序控制 数据交换3.2.1 设定模型加速冷却系统的设定模型以物理和数学模型为基础并考虑了设备数据，计算出钢板冷却时所需要的诸如水量、钢板行走的速度曲线等的设定值。计算过程分为预计算、在线修正和适应三个阶段。在线修正是根据实际情况对过程参数变量（水量、冷却装置数量、板子速度）进行调整；适应有短期适应和长期适应两种。模型相关输入/输出变量如图2：图 2冷却模型原理图3.2.2控制功能 流量控制系统FCS控制冷却用流量，系统启动和停止冷却装置并控制在冷却过程中变化的设定值，进而，改系统控制着侧喷系统。 跟踪系统TS该系统用于检测将被冷却的板子的当前位置。板子的位置对于冷却工艺的顺序控制是重要的，因为其应在正确的位置和正确的时间开始。TS拥有自己的速度测定。来自辊道控制系统的信号作为跟踪系统的输入值.3.2.3 顺序控制简单来说，顺序控制就是什么时间、什么地点进行何种动作。下面简单介绍顺序控制的原理。图 3 钢板位置图备注：BT=Pyrometer; BLS=Light barrier当钢板进行最后道次的轧制时，轧机二级计算机系统向ACC系统发送PDI数据，同时工艺控制系统对数据进行合理性检查。钢板完成最后道次轧制随辊道输送到经高温仪后到第一个检测光栅处，模型接收钢板的实际轧制速度和温度，根据其他条件进行预计算，得到冷却集管的数量和水量，进行边部遮挡的调节，同时开始ACC区域内的跟踪。钢板继续往前运行到第二个光栅处时，意味着钢板要进入ACC装置，模型产生冷却开始时板子的温度曲线，下达辊道跟踪速度设定值及其他工艺控制系统的设定值。根据钢板的行走情况打开相应的集管和侧喷。当板子在ACC内部冷却时TCS系统进行在线的修正，如板子运行速度及实际水量的调整等，采集过程数据。当板子运行到第三个光栅处，意味着钢板将要离开ACC装置，这时集管和侧喷相继关闭。板子道道第四个光栅，意味着钢板完全不在ACC控制区域，加速冷却系统生产板子的温度曲线、保存冷却数据和结果、保存冷却历史数据，建立相应的报表文件。完成整个控制过程。3.2.4 数据交换包括和轧机计算机系统、基础自动化系统、水处理车间以及人机交换界面（HMI）的数据交换等等。图 4数据通讯原理4 几点看法厚板生产中的众多因素，如前后工序的相互影响，L1层控制的不稳定，以及多品种、小规格、小批量生产特点，一块钢板很短，动态波动大，稳态时间短，对控制精度的提高提出了极大的调整，一块钢板加工过程结束，下一块钢板生产的下一个周期不知何时，导致模型边界条件变化剧烈，提出了更高的要求。4.1 多变量之间的相互耦合厚板轧后冷却同时关注终轧温度、开冷温度、冷却速率和终冷温度。厚板冷却速率与开冷温度、终冷温度、在水时间、开阀个数、钢板在水中的运行速度有关。同时，厚板轧后水冷区域的流量、开阀个数、钢板运行速度等存在着强耦合的关系，使轧后冷却控制精度的提高出现了瓶颈。4.2 L1(底层控制)的准确性和稳定性轧后冷却的过程中，过程控制模型完成对上下水流量、头尾遮挡、边部遮挡的设定，底层控制系统则需要按照给定的设定进行闭环控制准确实施。但是目前没有任何检查钢板在水中位置的仪表，钢板的跟踪不能保证对钢板位置的准确确定，那必然导致控制精度的下降。4.3 稳态控制时间短75由于厚板轧后长度较短，只有几十米甚至几米。而系统为了弥补轧制过程所带来的头尾偏差，提出了分段冷却控制的方法，但此方法在冷却区域同样会因为稳态段果断导致控制稳定的效果不够理想，加之，流量阀响应特