热轧带钢层流冷却控制分析与研究.doc

热轧带钢层流冷却控制分析与研究 解代军 （1.北京科技大学 2.唐山不锈钢有限公司 唐山 063100） 摘要： 热轧带钢层流冷却过程的卷取温度精度直接影响带钢的组织性能和力学性能，是保证带钢质量和板形良好的关键因素。所以对热轧带钢卷取温度的控制，成为热轧生产中的重要环节。本文结合唐山不锈钢有限公司1580热轧带钢生产实际，对生产线上的层流冷却控制系统进行分析和进一步研究，通过对数学模型的分析与改进，从而精确控制带钢的卷取温度，进而提高带钢力学性能。 关键字： 热轧带钢 层流冷却 卷取温度 力学性能 前言： 近年来，随着社会发展与科学技术的进步，各行各业对热轧带钢品种、质量、性能的要求越来越高。带钢卷取温度对带钢的金相组织影响很大，是决定成品带钢加工性能、力学性能、物理性能的重要工艺参数之一。卷取温度能否控制在要求范围之内，则主要取决于对精轧机后带钢冷却系统的控制。当实际卷取温度超出要求范围时，带钢的组织性能就会变差，所以保证热轧带钢卷取温度保持在规定的目标温度范围内，提高卷取温度控制精度一直是热连轧领域关注的重要问题 我公司1580热轧生产线精轧后冷却系统为层流冷却装置，层流冷却装置是为了确保带钢获得良好的组织性能和机械性能，对带钢在输出辊道上进行控制冷却的装置。它是根据带钢厚度、温度、钢种及轧制速度等工艺参数，控制开启冷却单元的组数，来调节冷却水量，将带钢由终轧温度冷却至所要求的卷取温度。 1、其基本参数和主要性能如下： 成品带钢厚度： 1.2- 成品带钢宽度： 800－1 带钢最大速度： MAX 22m F7出口温度： 790～920 卷取温度： 500～750 ℃ 冷却有效宽度： 1 冷却有效长度： ～86 总水量： 11650 m3 系统压力： 0.07 Mpa， 水温≤35℃ 2、设备外形图：（见下图） 3、工作原理与结构特征： 该层流冷却装置为低压管式层流冷却,布置在输出辊道的上面、下方、侧面布置高压喷嘴。 冷却区段总计18区，其中分为15个粗调区、3个精调区；每个区段设有一个翻转液压缸，可以将设置于辊道上方的上喷单元的框架向上方摆动打开，让出辊道上方的空间，方便辊道检修和处理废钢；下喷单元安装在辊道架上。流量可以在一定范围内通过手动阀来调节。各个喷头的流量是否相同由装在上集管上的测量标杆的水位指示。 粗调区和精调区内每个冷却单元由气动蝶阀控制开关。各区流量可通过手动阀预先调节，并在粗调第一区和精调最后一区上下集管各设置流量计。 粗调区和精调区的上、下冷却单元是一一对应的，即可上下一起联动控制，也可分开单独控制。 在测厚仪前、层流冷却的入口、出口及每个冷却区之间设有相对布置的侧喷扫水喷嘴；在测厚仪前、出口还各设有压缩空气扫水喷嘴，用于除去带钢表面的积水，以提高冷却效率。每个侧喷组由气动阀控制开关。 这套设备是由计算机控制，它根据带钢厚度、钢种、轧制速度、终轧温度、水温及卷取温度等工艺参数，对冷却的控制模型进行预设定，并对模型反馈更新，从而控制冷却单元的开闭，调节冷却水量，实现带钢冷却温度的精确控制。在带钢冷却过程中，侧喷扫水喷嘴按层流冷却控制模型控制。 4、层流冷却过程中温度控制的难点 层流冷却的控制目标是根据实测的带钢终轧出口温度、速度、厚度和工艺所确定的冷却速度曲线的要求确定相应的喷水区长度(阀门开启个数)和喷水模式，使卷取温度尽可能地接近工艺所要求的目标卷取温度。提高卷取温度控制精度的难点可归纳如下: （l）、影响卷取温度的因素很多，包括带钢的材质、厚度、速度，冷却水的水量、水压、水温及水流运动形态，终轧温度，热传导、对流、辐射的条件，层流冷却装置的设备状况等等。这些因素大多机理复杂。 （2）、层流冷却装置分布在约90米左右的输出辊道的上、下、侧方，带钢任意一点通过层流冷却区需要5～10秒时间，由于加速轧制技术的采用，带钢各点通过层流冷却区的时间差异也很大。这使得卷取温度控制变得十分复杂。 （3）、冷却水量的调节是非连续的，卷取温度控制精度本质上受这种非连续水量的制约。 5、动态冷却数学模型 我公司1580热轧线层流冷却装置由国内生产，自动化控制系统和数学模型由西门子提供，具有基本的卷取温度设定功能、在线控制功能和全长反馈补偿功能。在投产后的这几年中，主要是消化吸收外方提供的数学模型，理解其控制策略，然后通过使用过程中出现的异常现象，找到层流冷却设备及控制系统存在的问题，并进行修改和完善。从最初冷却系统的应用情况和有关数据来看，在输出辊道长度、冷却区长度、冷却总水流量及卷取温度控制精度等方面均存在一定问题。随着生产规模、品种规格的不断扩大，层流冷却系统暴露出了较多的问题，如卷取温度精度及均匀性较差，薄规格带钢卷取温度无法保证，厚规格带