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热连轧层流冷却系统简介

卷取温度控制系统是热连轧系统的重要组成部分，直接关系到最终产品质量，特别是带钢的组织结构和力学性能的好坏，进而影响其产品在市场上的竞争力。层冷控制系统由L2过程控制系统和L1基础自动化控制体统组成。L2级系统完成数学模型计算、自适应控制、动态设定、冷却策略的选择和冷却速率控制等功能；L1级系统完成头尾跟踪、故障阀设定、开关阀控制和头尾微冷控制等功能。工作模式有三种：全自动模式、手动模式、测试模式。控制冷却系统设备：上高密度集管、下高密度集管、集管控制阀组、倾翻机构和阀组、车间高位水箱、高压侧喷装置、压缩空气吹扫装置等组成。层流冷却下带钢的传热过程十分复杂。首先，整个冷却过程中温降大，钢板的对流换热系数及其热物性参数必然随温度产生显著的变化。其次，高温钢板的层流冷却，较其他冷却方式更为复杂。高密度管层流喷出的水流在一定压力下冲击到钢板表面，在冲击区钢板表面不形成水蒸气膜，因此，产生强烈冷却效果。沿钢板长度方向，在近冲击区一定范围内，冷却水呈层流区，在较远处呈紊流区，在层流区和紊流区之间形成过渡区。在垂直板面方向，除了水流冲击区以外的其它区域，从板面向上，同样出现层流区、过渡区和紊流区。因此，就整体层流冷却来看，经历了膜态沸腾、过渡沸腾和核沸腾冷却阶段，钢板传热过程是非稳态的。根据层流冷却实际生产工艺情况，应用传热学原理，对带钢在时间和厚度方向差分，建立有限差分模型，计算带钢在整个冷却区的开阀和关阀状况，确定带钢在每个集管下是空冷还是水冷，从而控制带钢在冷却区的温度。由于模型的建立是基于机理性的，所以模型计算具有比较高的精度，包括：预设定模型、动态设定模型、钢种物性参数模型，包括导热系数和比热容计算模型、水冷时对流换热系数计算模型、自适应模型等。根据不同钢种的工艺要求，系统提供多种冷却方式供选择，包括：全长冷却、头部不冷、尾部不冷、前向冷却、后向冷却、头部微冷、尾部微冷、稀疏冷却、非对称冷却等。该系统已经成功稳定的应用在日钢1580热连轧生产线并取得了的很好的控制效果，还将应用于武钢1700mm热连轧、西南不锈1450mm热连轧、重钢1780mm热连轧等多条生产线。该项目适用于所有的新建和欲改造的板带轧机的层流冷却设备。同时，通过技术集成和转移，可为轧钢技术装备国产化作出较大贡献。

北京科技大学 2021-04-11