專利名稱：一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種冶金領域的熱軋層流冷卻技術，尤其涉及一種適用于冶金軋鋼生 產(chǎn)線的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置及控制方法。
背景技術：
鋼鐵企業(yè)的熱軋連軋機生產(chǎn)線都要使用到層流冷卻裝置，其主要功能就是將精軋 出口的帶鋼，根據(jù)卷取設定的目標溫度進行快速冷卻，以保證帶鋼的產(chǎn)品性能。以熱軋廠為例，其層流冷卻裝置共有76組冷卻集管(對應上下為一組)。其中前 68組為主冷段，后8組為精冷段。一般分為若干個冷卻區(qū)，每個冷卻區(qū)都有各自的主冷段和 精冷段的冷卻區(qū)串接而成，冷卻區(qū)的主冷段又由若干組強冷集管組和若干組主冷集管組構(gòu) 成。層冷模型在計算所需打開集管閥組時，按照主冷段從前往后，精冷段從后往前規(guī)則進行 設定。因此，根據(jù)終軋溫度到卷取溫度的設定溫降，主冷段的前4組以及精冷段的后4組在 每次設定都是需要打開的，因此基本上處于常開狀態(tài)；每組集管的位置(距精軋最后機架) 在基礎自動化控制中都有數(shù)據(jù)，另外基礎自動化對于帶鋼在層流輥道上的位置都需要進行 跟蹤。其冷卻控制如下首先，過程機根據(jù)設定的終軋溫度和卷取溫度，通過層冷模型計算，確定主冷段和 精冷段冷卻集管的打開組數(shù)，并下發(fā)指令給精軋基礎自動化對水閥進行控制。其次，當帶鋼出精軋最后機架由精軋后測溫儀測出帶鋼實際的終軋溫度后，再對 冷卻集管的打開組數(shù)進行相應的調(diào)節(jié)。最后，當層冷后的卷取測溫儀測出帶鋼的實際卷取溫度后，根據(jù)設定的卷取目標 值動態(tài)對層流冷卻集管打開組數(shù)進行調(diào)節(jié)，以保證帶鋼的卷取溫度在設定范圍內(nèi)。每個閥 組的冷卻水量可控制帶鋼溫度為5度。熱軋帶鋼板形一直是用戶們特別關注的質(zhì)量問題，板形質(zhì)量優(yōu)劣直接影響產(chǎn)品的 使用，尤其是近年來隨著鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，帶鋼產(chǎn)品應用領域不斷拓展，用戶對其板形 質(zhì)量的要求也日益提高。熱軋生產(chǎn)線不斷發(fā)展，生產(chǎn)品種、規(guī)格逐漸擴大，目前的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與以前已經(jīng)截然 不同，以前以普碳鋼為主，目前主要生產(chǎn)微合金鋼和碳錳鋼?，F(xiàn)有的層流冷卻系統(tǒng)，隨著軋 線軋制規(guī)格的不斷拓展和用戶對產(chǎn)品質(zhì)量要求的不斷提高，已經(jīng)不能滿足部分鋼種生產(chǎn)的 需要，尤其是一些含有合金元素的強度鋼(如BS600、BS700、B510L、S45C、SS400等)。這 些強度鋼在經(jīng)過層流冷卻區(qū)域以后，由于現(xiàn)有的層流冷卻系統(tǒng)存在著水壓不穩(wěn)、水流分布 不均勻等問題造成帶鋼的冷卻不均，從而導致帶鋼出現(xiàn)一系列板形質(zhì)量問題，在軋線生產(chǎn) 過程中容易發(fā)現(xiàn)帶鋼由于冷卻不均造成的C翹，和寬度方向冷卻不均造成的板形變化，尤 其邊部溫度降低較大會在后續(xù)冷卻過程中產(chǎn)生帶來雙邊浪趨勢的內(nèi)應力，給帶鋼的板形、 機械性能、溫度及相變在寬度方向的均勻性都會帶來很大影響。為此，川崎制鐵有限公司在中國申請專利《金屬帶材的冷卻方法和裝置》(申請公 開日1987. 12. 16，專利公開號CN87100594)，其層流冷卻裝置采用由一對限定狹縫的平板部件組成的層流噴管，冷卻水流過此狹縫形成一冷卻水屏柵，為調(diào)節(jié)該噴管內(nèi)的通道區(qū)域， 該層流噴管的平板部件至少有一個在垂直于冷卻水流動的方向上可以變形，至少有一個平 板較好地響應冷卻水壓力，引起通道區(qū)域變化，從而調(diào)節(jié)冷卻水通道區(qū)域。此方法采用對層 流冷卻集管邊部遮擋的方法，對帶鋼邊部溫度降低較大問題提供了一個解決辦法，但該方 法也存在不足之處，顯而易見，這種現(xiàn)有技術的缺點是在生產(chǎn)較窄帶鋼時，大量冷卻水白 白浪費，不利于生產(chǎn)資源的節(jié)約。發(fā)明人設想研制一種層流冷卻裝置及冷卻方法，能夠根據(jù)帶鋼不同寬度的冷卻工 藝要求，對應建立相應于帶材通道寬度的縫隙層流，實現(xiàn)層流冷卻區(qū)域在寬度上的相應變 化，從而調(diào)節(jié)冷卻水在通道寬度方向上的區(qū)域，減少帶鋼邊部的溫降，確保帶鋼的板形 、機 械性能、溫度及相變在寬度方向的均勻性；與現(xiàn)有的邊部遮擋技術不同，在達到同樣效果 的同時，還能夠避免冷卻水資源的浪費，經(jīng)聯(lián)機檢索，至今為止未見有相同或相似的專利技 術。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有層流冷卻系統(tǒng)存在著帶鋼寬度方向冷卻分布不均勻的現(xiàn)象，本發(fā)明的目 的在于提供一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置及控制方法，能夠根據(jù)帶鋼不同寬度的冷卻工 藝要求，對應建立相應于帶材通道寬度的縫隙層流，實現(xiàn)層流冷卻區(qū)域在寬度上的相應變 化，從而調(diào)節(jié)冷卻水在通道寬度方向上的區(qū)域，減少帶鋼邊部的溫降，確保帶鋼的板形、機 械性能、溫度及相變在寬度方向的均勻性。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，包括若干組 噴管裝置，每一組噴管裝置包括一集管，集管上設有若干均勻分布的噴管和一進水管，所 述每一組噴管裝置還包括兩絲桿，分別沿集管的中心軸線設置于集管兩端部，沿集管的中 心軸線在集管中移動；兩活塞，分別設置在各絲桿上的相臨近的兩端部，且活塞的外徑與集 管的內(nèi)徑相配合，兩電機，分別驅(qū)動各絲桿；所述進水管設置在集管的中部。優(yōu)選地，所述活塞側(cè)面軸向設置至少一定位鍵，與所述集管內(nèi)壁軸向設置的至少 一定位槽相嚙合。優(yōu)選地，還包括兩法蘭，分別設置在所述集管內(nèi)的兩端且套接絲桿，所述法蘭的 中心孔軸向設有一定位鍵，所述絲桿上軸向設有一定位槽，所述定位鍵的一端與定位槽相 嚙合，另一端通過螺釘固定在法蘭上，保證絲桿沿軸線方向運動。優(yōu)選地，還包括兩大齒輪，分別設置在所述電機的輸出端；兩小齒輪，分別與所述大齒輪相嚙合，各小齒輪上設有內(nèi)螺紋孔，與絲桿的外螺紋 連接。優(yōu)選地，所述噴管設置在所述集管的頂部，分別交錯排列、沿集管的兩側(cè)向下延 伸。優(yōu)選地，還包括兩研磨層，分別通過螺釘固定在所述活塞的相對面上。一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置控制方法，包括如下步驟1)從上位PLC獲取帶鋼寬度數(shù)據(jù)即上位PLC將帶鋼的實際寬度數(shù)據(jù)傳遞給控制 PLC ；
2)計算層流冷卻寬度Β = Η-ΔΧ ；其中層流冷卻的寬度為B ；帶鋼的實際寬度為 H;遮擋寬度為ΔΧ;3)確認活塞位置并計算活塞移動的方向和距離控制PLC根據(jù)記憶的活塞位置， 比較本次的活塞目標位置，計算活塞移動的方向和距離；4)活塞移動到位控制PLC根據(jù)活塞移動的方向和距離，確認操作側(cè)和傳動側(cè)活 塞的移動方向和距離，并調(diào)整到位；5)電磁閥關閉冷卻過程結(jié)束后，電磁閥關閉，停止進水；6)結(jié)束由上位PLC提供的數(shù)據(jù)決定調(diào)整新的寬度或者結(jié)束層流冷卻控制過程。優(yōu)選地，包括以下步驟在步驟4)和步驟5)之間還包括步驟4-A)判斷帶鋼是否甩尾層流冷卻裝置在工作過程中，對帶鋼是否甩尾進行跟蹤，決定是否終止控制如果帶鋼已甩尾，則帶鋼層流冷卻結(jié)束，執(zhí)行步驟5)；如果帶鋼未甩尾，則繼續(xù)工作直至甩尾。優(yōu)選地，包括以下步驟在步驟4)和步驟4-A)之間還包括步驟4-B)判斷帶鋼是否跑偏層流冷卻裝置開始工作時，對帶鋼位置進行判斷是否跑偏，并根據(jù)判斷結(jié)果進行 相應的控制；如果帶鋼跑偏確認帶鋼跑偏的位置，即跑偏量ΔΗ ；據(jù)此，控制PLC計算活塞的移 動距離，控制程序驅(qū)動電機帶動左右活塞移動到位；如果帶鋼不跑偏保持活塞的現(xiàn)有對中位置。本發(fā)明由于采用了以上技術方案，使之與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點和積極效 果本發(fā)明通過一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置及控制方法，能夠根據(jù)帶鋼不同寬度 的冷卻工藝要求，對應建立相應于帶材通道寬度的縫隙層流，實現(xiàn)層流冷卻區(qū)域在寬度上 的相應變化，從而調(diào)節(jié)冷卻水在通道寬度方向上的區(qū)域，減少帶鋼邊部的溫降，確保帶鋼的 板形、機械性能、溫度及相變在寬度方向的均勻性；另外，本發(fā)明技術與現(xiàn)有的邊部遮擋技 術不同，在達到同樣效果的同時，能夠避免冷卻水資源的浪費。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的局部放大圖。圖3為實施例1 的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明的控制方法的流程圖。附圖標號[1]噴管裝置[2]集管 [3]噴管[4]絲桿[5]活塞[6]電機 [7]大齒輪 [8]小齒輪
[9]進水管 [10]研磨層
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1-4來具體介紹一種本發(fā)明的較佳實施例。如圖3所示，在鋼鐵企業(yè)的熱軋連軋機生產(chǎn)線安裝本發(fā)明的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，其包括若干組噴管裝置1。如1、2圖所示，每一組噴管裝置1包括一根集管2、若干噴管3、兩絲桿4、兩活塞 5、兩電機6、兩大齒輪7、兩小齒輪8、一進水管9以及兩研磨層10。噴管3均布于集管2的 頂部，分別交錯排列、沿集管2的兩側(cè)向下延伸。一進水管9與集管2頂端的中部導通。兩 絲桿4分別沿集管2的中心軸線設置于集管2兩端部的中央，沿集管2的中心軸線在集管 2中移動。兩活塞5分別通過螺絲固定在各絲桿4上的相臨近的兩端部，且活塞5的外徑 與集管2的內(nèi)徑相配合?；钊?側(cè)面設有兩條軸向的定位鍵，集管2內(nèi)壁設有兩條軸向的 定位槽，定位鍵與定位槽相匹配。兩法蘭分別設置在集管內(nèi)的兩端且套接絲桿4，法蘭的中 心孔軸向設有一定位鍵，絲桿4上軸向設有一定位槽，定位鍵的一端與定位槽相嚙合，另一 端通過螺釘固定在法蘭上。兩研磨層10分別通過螺釘固定在活塞5的相對面上。兩電機 6分別通過齒輪聯(lián)動各絲桿4，本發(fā)明中的電機6采用伺服步進電機，更能夠準確控制和反 饋活塞的位置。兩大齒輪7分別設置在電機6的輸出端；兩小齒輪8分別與大齒輪7相嚙 合，各小齒輪8上設有內(nèi)螺紋孔，與絲桿4的外螺紋連接。所述固定在上噴集管端部的電機 6，帶動所述集管2內(nèi)的絲桿4、活塞5沿集管2運動，通過移動兩個活塞5，調(diào)節(jié)兩個活塞5 之間寬度，限定冷卻水的出水位置，建立基本垂直于傳送帶材的帶材通道的縫隙層流，并決 定和改變所述流體通道的通道寬度區(qū)域，集管2內(nèi)活塞5之間的相應區(qū)域內(nèi)具有冷卻水，活 塞5之外的區(qū)域內(nèi)的集管2就沒有冷卻水輸出，以此實現(xiàn)控制冷卻水寬度的目的。本發(fā)明申請所述層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置的控制，通過對電機來控制活塞的位 置，而且可以根據(jù)帶鋼在層流冷卻輥道上的跑偏情況，單獨調(diào)節(jié)一側(cè)的電機，自動建立相應 于帶材通道寬度的縫隙層流，避免層流冷卻寬度調(diào)節(jié)裝置在帶鋼跑偏時不能夠適應的弊 端。在實際使用中，本發(fā)明與PLC結(jié)合，上位PLC提供帶鋼寬度數(shù)據(jù)給控制PLC，控制 PLC經(jīng)計算后，通過變頻器、編碼器，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動，帶動絲桿，經(jīng)傳動裝置，實現(xiàn)上噴遮擋裝 置中活塞的移動，從而實現(xiàn)上噴層流冷卻的寬度控制。每一個上噴遮擋裝置左右各有一臺 電機分別驅(qū)動相應活塞移動，左右電機分別由各自的變頻器和編碼器控制，可實現(xiàn)單邊調(diào) 節(jié)。根據(jù)帶鋼的品種和寬度，層流冷卻上噴各組遮擋裝置均通過上述寬度控制和單邊調(diào)節(jié) 實現(xiàn)整體的層流冷卻的寬度控制。如圖4所示，本發(fā)明的控制方法的流程圖中B-實際水流寬度；H-帶鋼寬度；Δ χ-帶鋼兩側(cè)需要遮擋的距離；H-帶鋼跑偏后需 要調(diào)整的距離。本發(fā)明的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置采用如下控制步驟1)上位PLC獲取帶鋼寬度數(shù)據(jù)即上位PLC將帶鋼的實際寬度數(shù)據(jù)傳遞給控制 PLC ；2)據(jù)帶鋼品種，計算寬度B = Η-Δχ 控制程序根據(jù)帶鋼的品種、厚度和實際寬度H，計算出層流冷卻的寬度值B，此時單邊遮擋寬度為Δχ/2。例如，生產(chǎn)一種品種規(guī)格鋼 板的寬度為1200mm，其帶鋼兩側(cè)需要遮擋的距離為150mm，計算出層流冷卻的寬度值B = Η-Δχ = 1200mm-150mm = 1050mm，此時單邊遮擋寬度就為75mm。3)確認活塞位置并計算活塞移動的方向和距離控制系統(tǒng)根據(jù)編碼器記憶的活 塞位置，比較本次的活塞目標位置，計算活塞移動的方向和距離；4)活塞移動到位控制PLC根據(jù)編碼器記憶所計算的活塞移動方向和距離，確認 左右活塞各自的移動方向和距離，并通過編碼器控制電機將活塞移動到位； 5)判斷帶鋼是否跑偏層流冷卻裝置開始工作時，對帶鋼位置進行判斷是否跑 偏，并根據(jù)判斷結(jié)果進行相應的控制。a)帶鋼跑偏確認帶鋼跑偏的位置，即跑偏量ΔH ；據(jù)此，控制PLC計算活塞的移 動距離，控制程序驅(qū)動電機帶動左右活塞移動到位；b)帶鋼不跑偏保持活塞的現(xiàn)有對中位置。6)判斷帶鋼是否甩尾層流冷卻裝置在工作過程中，對帶鋼是否甩尾進行跟蹤， 決定是否終止控制。a)已甩尾該種類型的帶鋼層流冷卻結(jié)束；b)未甩尾繼續(xù)工作直至甩尾。7)電磁閥關閉冷卻過程結(jié)束后，電磁閥關閉，停止進水；8)結(jié)束由上位PLC提供的數(shù)據(jù)決定調(diào)整新的寬度或者結(jié)束層流冷卻控制過程。綜上可知，本發(fā)明能夠根據(jù)帶鋼不同寬度的冷卻工藝要求，對應建立相應于帶材 通道寬度的縫隙層流，實現(xiàn)層流冷卻區(qū)域在寬度上的相應變化，從而調(diào)節(jié)冷卻水在通道寬 度方向上的區(qū)域，減少帶鋼邊部的溫降，確保帶鋼的板形、機械性能、溫度及相變在寬度方 向的均勻性；另外，本發(fā)明技術與現(xiàn)有的邊部遮擋技術不同，在達到同樣效果的同時，能夠 避免冷卻水資源的浪費。最后應當說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制；盡 管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然 可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術特征進行等同替換；而不脫離本發(fā) 明技術方案的精神，其均應涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術方案范圍當中。
權利要求
一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，包括若干組噴管裝置(1)，每一組噴管裝置(1)包括一集管(2)，集管(2)上設有若干均勻分布的噴管(3)和一進水管(9)，其特征在于所述每一組噴管裝置(1)還包括兩絲桿(4)，分別沿集管(2)的中心軸線設置于集管(2)兩端部，沿集管(2)的中心軸線在集管(2)中移動；兩活塞(5)，分別設置在各絲桿(4)上的相臨近的兩端部，且活塞(5)的外徑與集管(2)的內(nèi)徑相配合；兩電機(6)，分別驅(qū)動各絲桿(4)；所述進水管(9)設置在集管(2)的中部。
2.如權利要求1所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，其特征在于所述活塞(5)側(cè)面 軸向設置至少一定位鍵，與所述集管(2)內(nèi)壁軸向設置的至少一定位槽相嚙合。
3.如權利要求1所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，其特征在于還包括兩法蘭，分別 設置在所述集管內(nèi)的兩端且套接絲桿(4)，所述法蘭的中心孔軸向設有一定位鍵，所述絲桿 (4)上軸向設有一定位槽，所述定位鍵的一端與定位槽相嚙合，另一端通過螺釘固定在法蘭 上。
4.如權利要求2或3所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，其特征在于還包括 兩大齒輪(7)，分別設置在所述電機(6)的輸出端；兩小齒輪(8)，分別與所述大齒輪(7)相嚙合，各小齒輪(8)上設有內(nèi)螺紋孔，與絲桿 (4)的外螺紋連接。
5.如權利要求4所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，其特征在于所述噴管(3)設置 在所述集管(2)的頂部，分別交錯排列、沿集管(2)的兩側(cè)向下延伸。
6.如權利要求5所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置，其特征在于還包括兩研磨層 (10)，分別通過螺釘固定在所述活塞(5)的相對面上。
7.—種如權利要求1_3、5、6中任意一項所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置的控制方 法，其特征在于包括如下步驟1)從上位PLC獲取帶鋼寬度數(shù)據(jù)即上位PLC將帶鋼的實際寬度數(shù)據(jù)傳遞給控制PLC；2)計算層流冷卻寬度Β= Η-ΔΧ ；其中層流冷卻的寬度為B ；帶鋼的實際寬度為H ；遮 擋寬度為Δχ;3)確認活塞(5)位置并計算活塞(5)移動的方向和距離控制PLC根據(jù)記憶的活塞(5) 位置，比較本次的活塞(5)目標位置，計算活塞(5)移動的方向和距離；4)活塞(5)移動到位控制PLC根據(jù)活塞(5)移動的方向和距離，確認操作側(cè)和傳動 側(cè)活塞(5)的移動方向和距離，并調(diào)整到位；5)電磁閥關閉冷卻過程結(jié)束后，電磁閥關閉，停止進水；6)結(jié)束由上位PLC提供的數(shù)據(jù)決定調(diào)整新的寬度或者結(jié)束層流冷卻控制過程。
8.如權利要求7所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置的控制方法，其特征在于 在步驟4)和步驟5)之間還包括步驟4-A)判斷帶鋼是否甩尾層流冷卻裝置在工作過程中，對帶鋼是否甩尾進行跟蹤，決定是否終止控制 如果帶鋼已甩尾，則帶鋼層流冷卻結(jié)束，執(zhí)行步驟5)； 如果帶鋼未甩尾，則繼續(xù)工作直至甩尾。
9.如權利要求8所述的層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置的控制方法，其特征在于 在步驟4)和步驟4-A)之間還包括步驟4-B)判斷帶鋼是否跑偏 層流冷卻裝置開始工作時，對帶鋼位置進行判斷是否跑偏，并根據(jù)判斷結(jié)果進行相應 的控制；如果帶鋼跑偏確認帶鋼跑偏的位置，即跑偏量ΔΗ;據(jù)此，控制PLC計算活塞(5)的移 動距離，控制程序驅(qū)動電機(6)帶動左右活塞(5)移動到位； 如果帶鋼不跑偏保持活塞(5)的現(xiàn)有對中位置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種層流寬度可偏調(diào)式冷卻裝置及控制方法，包括若干組噴管裝置，每一組噴管裝置包括一集管，集管上設有若干均勻分布的噴管和一進水管，所述每一組噴管裝置還包括兩絲桿，分別沿集管的中心軸線設置于集管兩端部，沿集管的中心軸線在集管中移動；兩活塞，分別設置在各絲桿上的相臨近的兩端部，且活塞的外徑與集管的內(nèi)徑相配合，所述活塞側(cè)面軸向設置至少一定位鍵，與所述集管內(nèi)壁軸向設置的至少一定位槽相嚙合；兩電機，分別驅(qū)動各絲桿；所述進水管設置在集管的中部。本發(fā)明能夠根據(jù)帶鋼不同寬度的冷卻工藝要求，調(diào)節(jié)冷卻水在通道寬度方向上的區(qū)域，減少帶鋼邊部的溫降，確保帶鋼的板形、機械性能、溫度及相變在寬度方向的均勻性。
文檔編號B21B37/00GK101837379SQ200910047958
公開日2010年9月22日 申請日期2009年3月20日 優(yōu)先權日2009年3月20日
發(fā)明者孔德明, 李華明, 李明, 李愛軍, 楊玉芳, 林紅, 牟世學, 王軍, 王國平, 鈕國衛(wèi) 申請人:寶山鋼鐵股份有限公司;中冶集團北京冶金設備研究設計總院;江蘇博際噴霧系統(tǒng)有限公司