一種考慮頭尾溫度偏差的中厚板及寬厚板層流冷卻的水量動態調節方法與流程
2023-05-01 03:19:51 1
本發明涉及一種冶金領域的冷卻水量調節方法，具體的說是在中厚板及寬厚板的層流冷卻過程中，針對鋼板頭尾溫度偏差的既定存在而進行的有針對性的考慮頭尾溫度偏差的層流冷卻的水量動態調節方法。
背景技術：
在中厚板及寬厚板的軋制完成後，大部分鋼種需要進行層流冷卻，以改善鋼板的性能。如圖1所示為鋼板層流冷卻示意圖，圖中方框圈住的設為層流冷卻區域。另外設鋼板前進方向，端部為a，反向端部為b。設倆相鄰閥門間距離為s。設目標冷卻溫度為tt(這裡為了避免記憶各種符號，方便理解，直接假設目標冷卻溫度為700℃為例進行說明)。
傳統的層流冷卻流量自動計算模型中，一般是根據測溫儀測量的鋼板a處的溫度(設為ta)，結合目標溫度700℃，直接計算，這裡假設計算結果為需要5組水開啟，則根據傳統計算模型，該鋼板從冷卻開始，到冷卻結束，通板都是採用5組水冷卻的。
但是上述設定中，實際存在一個問題，即鋼板a端和b端(設其溫度為tb)進入層流冷卻區域時的溫度並不相同。而且根據實際檢測，在鋼板較長情況下，兩者溫度相差可以達到80℃，這種情況下，如果頭a和尾b均採用5組水冷卻，明顯不合適，容易導致頭尾性能不均的現象，增加了出現質量事故的可能性。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：如何可儘量保證鋼板頭尾冷卻後溫度相同，保證產品性能的均一性，避免出現頭部性能合格、尾部性能卻不合格，或者尾部性能合格、頭部性能卻不合格的情形，盡力避免質量異議。
本發明解決以上技術問題的技術方案是：
一種考慮頭尾溫度偏差的中厚板及寬厚板層流冷卻的水量動態調節方法，層流冷卻區域在鋼板運行方向上間隔設有冷卻閥門與冷卻水管連接，層流冷卻區在鋼板進入的一端設有測溫儀，包括以下步驟：
㈠讀取鋼板前進速度v和鋼板總長度l，v的單位是m/s，l的單位是m；
(二)計算水量動態調整循環周期c，c＝1/v，c的單位是s，計算總調整次數number，number＝l，其中l取整數；
㈢當鋼板的端部a進入層流冷卻區時，根據所述測溫儀檢測到的初始溫度t初及目標溫度tt(目標溫度是鋼板冷卻希望達到的溫度，比如鋼板冷卻前溫度900℃，希望冷卻到700℃，則目標溫度為700℃)，計算初始流量vol(a)，具體為：
⑴根據公式c鋼m鋼δt鋼＝c水m水δt水求出水的質量m水，其中c鋼是鋼的比熱，c水是水的比熱，m鋼是鋼板的質量，δt鋼是鋼板的溫降，δt鋼＝t-tt，δt水是冷卻水的溫升δt水＝t2-t1，t2是冷卻水的最終溫度，t1是冷卻水的初始溫度；
⑵根據公式t＝(t-tt)/vt求出目標冷卻時間t，其中vt是目標冷卻速率；
⑶根據公式vol(a)＝m水/t求出初始流量vol(a)；
隨後根據公式(1)：
vol(a)＝nfmax+kfmax(1)
計算n及k，其中n是「開口度100％」的閥門組數，k最後一組流量調節閥門的開口度，0≤k≤1，fmax是每個冷卻閥門的最大流量(假設vol(a)是2000l/s，假設每個閥門最大流量是300l/s，則2000/300，取整得n為6，餘數約為0.667，則k為0.667)；
然後根據n和k結合公式(2)：
計算冷卻範圍總長度s總，共中s是相鄰兩個冷卻噴嘴之間的距離，單位是m；
最後根據目標冷卻時間t，求的鋼板的前進速度v＝s總/t，直接將n、k及v傳遞給plc，開啟相關閥門，開始放水冷卻，此時計數器記錄調整次數m為0；
㈣經過c後，(c單位為s，如步驟二所述。此處延時c是指每隔c秒根據最新檢測溫度，計算一次最新的流量,其等同於每隔1米鋼板根據最新檢測溫度計算一次最新的流量)，讓調整次數m加1，檢驗m是否超過總調整次數，如果超過則進入步驟㈥，如果沒超過，則進入步驟㈤；
㈤測溫儀測量最新的溫度t新，根據t新及目標冷卻溫度，計算vol(m)，vol(m)的計算與步驟㈢相同，根據vol(m)和公式(1)，計算n及k，n和k的計算與步驟㈢相同，根據公式(2)計算s總，根據公式(3)：
計算延遲時間δt，同時將計算得到的n、k及延遲執行時間δt發給plc執行，然後進入步驟4循環；
㈥調整完成。
本發明涉及到的公式說明：
鋼板的分段及水量調節閥的定義：
從端部a開始，之後鋼板每1米分一段(設節點分別對應a1，a2，a3…)。設鋼板前進速度為v、a進入層流冷卻時的溫度為ta、時刻為t0、層流冷卻模型根據ta計算的冷卻水的流量為vol(a)、每組閥門最大開啟流量為fmax，則有下式成立，
vol(a)＝nfmax+kfmax(1)
式中，n是「開口度100％」的閥門組數，k最後一組流量調節閥門的開口度，0≤k≤1，fmax是每個冷卻閥門的最大流量。上式的含義為，流量vol(a)總可以由若干組閥門以100％開口度打開，最後額外由一個閥門適度打開來形成。這裡設最後一個適度打開的閥門為水量調節閥，如圖2所示。
水量調節閥的調整時刻：
由圖2可知，鋼板上任意一點(比如a1點)，從該點進入層流冷卻開始，該點到達「水量調節閥」時為止，所需要的時間設為δt，則有
設鋼板上任意一點ai，該點到達測溫儀下，我們可以記下該點的溫度ti，設層流冷卻模型根據ti計算的冷卻水的流量為vol(i)，則實際生產中，我們延遲δt秒後，則ai點剛好到達水量調節閥下，這個時候我們開始通過控制閥門執行vol(i)流量即可。
另外，由於流量調整需要一定的時間，因此，流量的動態調整必須按照一定的周期進行，這裡以1米為間隔進行。從a點開始，a1，a2，a3…各點的記錄時間間隔，也即記錄周期c為，
設鋼板總長度為l米，則總調整次數number為：
number＝l(取整)(5)
本發明的有益效果是：中厚板及寬厚板軋制過程中，由於自然特性，頭部和尾部的溫度一定存在區別，有時候偏差較大，甚至能達到80℃以上，本發明可以有效的考慮鋼板入水溫度變化對冷卻的影響，動態的根據鋼板入水溫度調節水量，真正從本質上保證鋼板頭尾冷卻後溫度相同，保證產品通體性能的均一性，有利於避免質量事故的發生。
附圖說明
圖1現有的鋼板層流冷卻示意圖。
圖2是本發明的鋼板層流冷卻示意圖。
圖3是本發明水量動態調節方法的流程圖。
具體實施方式
實施例1
本實施例是一種考慮頭尾溫度偏差的中厚板及寬厚板層流冷卻的水量動態調節方法，層流冷卻區域在鋼板運行方向上間隔設有冷卻閥門與冷卻水管連接，層流冷卻區在鋼板進入的一端設有測溫儀，該方法包括以下步驟：
㈠讀取鋼板前進速度v和鋼板總長度l，v的單位是m/s，l的單位是m；
(二)計算水量動態調整循環周期c，c＝1/v，c的單位是s，計算總調整次數number，number＝l，其中l取整數；
㈢當鋼板的端部a進入層流冷卻區時，根據所述測溫儀檢測到的初始溫度t初及目標溫度tt(目標溫度是鋼板冷卻希望達到的溫度，比如鋼板冷卻前溫度900℃，希望冷卻到700℃，則目標溫度為700℃)，計算初始流量vol(a)，具體為：
⑴根據公式c鋼m鋼δt鋼＝c水m水δt水求出水的質量m水，其中c鋼是鋼的比熱，c水是水的比熱，m鋼是鋼板的質量，δt鋼是鋼板的溫降，δt鋼＝t-tt，δt水是冷卻水的溫升δt水＝t2-t1，t2是冷卻水的最終溫度，t1是冷卻水的初始溫度；
⑵根據公式t＝(t-tt)/vt求出目標冷卻時間t，其中vt是目標冷卻速率；
⑶根據公式vol(a)＝m水/t求出初始流量vol(a)；
隨後根據公式(1)：
vol(a)＝nfmax+kfmax(1)
計算n及k，其中n是「開口度100％」的閥門組數，k最後一組流量調節閥門的開口度，0≤k≤1，fmax是每個冷卻閥門的最大流量(假設vol(a)是2000l/s，假設每個閥門最大流量是300l/s，則2000/300，取整得n為6，餘數約為0.667，則k為0.667)；
然後根據n和k結合公式(2)：
計算冷卻範圍總長度s總，共中s是相鄰兩個冷卻噴嘴之間的距離，單位是m；
最後根據目標冷卻時間t，求的鋼板的前進速度v＝s總/t，直接將n、k及v傳遞給plc，開啟相關閥門，開始放水冷卻，此時計數器記錄調整次數m為0；
㈣經過c後，(c單位為s，如步驟二所述。此處延時c是指每隔c秒根據最新檢測溫度，計算一次最新的流量,其等同於每隔1米鋼板根據最新檢測溫度計算一次最新的流量)，讓調整次數m加1，檢驗m是否超過總調整次數，如果超過則進入步驟㈥，如果沒超過，則進入步驟㈤；
㈤測溫儀測量最新的溫度t新，根據t新及目標冷卻溫度，計算vol(m)，vol(m)的計算與步驟㈢相同，根據vol(m)和公式(1)，計算n及k，n和k的計算與步驟㈢相同，根據公式(2)計算s總，根據公式(3)：
計算延遲時間δt，同時將計算得到的n、k及延遲執行時間δt發給plc執行，然後進入步驟4循環；
㈥調整完成。
假設某鋼板20噸，長20米，鋼板頭部進入層流冷卻初始溫度為900℃，目標溫度700℃，為了達到組織性能要求，工藝要求鋼板冷卻速率達到20℃/s，測溫儀顯示冷卻水塔裡水溫30℃，冷卻後水溫50℃，每組水閥最大流量300l/s，每相鄰兩組閥門之間距離為1.1米，則根據c鋼m鋼δt鋼＝c水m水δt水有，鋼板頭部進入冷卻水時，初始水流量為，
0.46×103×20000×(900-700)＝4.2×103×m水×(50-30)(4)
所以可得m水＝21905kg
冷卻時間t為(900-700)/20＝10s
所以冷卻水初始流速vol(a)＝2190.5l/s
所以閥門n＝2190.5/300＝7(取整)k＝(2190.5-300×7)/300＝0.3
所以冷卻區域總長度為7×1.1＝7.7米
所以鋼板前進速度為：4.2/10＝0.77米/s
當然，實際應用中，由於水蒸氣會帶走較大一部分熱量，所以等式(4)左側一般會乘以一個自學習係數，這裡不再詳述。
隨後，鋼板每前進一米，則重新修正一次n和k，並延遲相應時間執行即可。
除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護範圍。