带面材料冷却的细分控冷装置及控冷方法与流程

本发明属于钢材轧制领域，具体是热轧生产线的带面材料冷却的细分控冷装置及方法，适用于热轧生产线的卷取温度的精确控制。

背景技术：

热轧生产中对轧后的带钢温度控制要求越来越高，尤其对于给与冷轧备料的轧后卷取温度要求越来越高，带钢长度方向头尾与中间的温度差，带钢横断面的温度差，都会造成生产家电板、高强钢、合金开发钢种的影响较大，目前采用的热轧层流冷却大多都是使用长度方向的层流冷却控制模式，对整卷带钢的横断面的整体温度控制不好，严重时在轧机轧后的边浪或应力释放后板型更差，影响后续作为基料的生产。

目前采用的带钢层流冷却一般使用长度方向的分段控制和流量控制，对于层流冷却的控制精度不够理想，对于生产线速度异常变化或带钢板型的异常不能做出精确的控制。

层流冷却的流速和温度以及喷嘴的开启数量细分数量少，不能有效的根据带钢板面的温度做到均匀，达到理想的温度控制要求。

技术实现要素：

本发明为了解决上述存在的问题，提出了带面材料冷却的细分控冷装置及相应的控冷方法。

本发明的技术方案：带面材料冷却的细分控冷装置，在带面材料长度和纵向方向上布置细分分段、区域的电磁阀控制的喷嘴，纵向布置的i段层流冷却设置在轧机出钢的第一阶段，ii段层流冷却设置在i段层流冷却之后，iii段层流冷却设置在ii段层流冷却之后，iv段层流冷却设置在iii段层流冷却之后，各段层流冷却之间相互之间留有间隙；分段层流冷却的几个分区为上下对称关系，冷却喷嘴上下布置在带钢的上表面和下表面，各段层流冷却的冷却喷嘴均由电磁阀单独驱动，冷却喷嘴具有升降结构，冷却喷嘴安装在喷嘴喷梁之上，中间由电磁阀控制冷却喷嘴的开启或关闭，喷嘴喷梁与恒压储水箱连接，恒压储水箱与提升电动缸连接，提升电动缸与层流冷却固定横梁连接，提升电动缸的一端固定在层流冷却固定横梁上，通过提升电动缸的伸缩实现分段层流冷却各段的高度调节；在卷取机前设置1个或两个以上的带钢温度检测器，用于时时检测带钢宽度方向温度，同时检测长度方向整卷的温度。

优选的是，带钢温度检测器是移动式温度测量仪，温度测量仪测量头装在温度测量仪移动横梁上，且可移动，温度测量仪移动横梁两端安装在温度测量仪驱动安装座。

优选的是，层流冷却喷嘴纵向分区有9个，分别是纵向喷嘴中间区以及排列在中间区两边的左纵向喷嘴区和右纵向喷嘴区，这里的左和右代表的是相对于分段层流冷却各区的喷嘴而言，排列在左边的有4个区，左纵向喷嘴1区l1，左纵向喷嘴2区l2，左纵向喷嘴3区l3，左纵向喷嘴4区l4；排列在右边的有4个区，右纵向喷嘴1区r1，右纵向喷嘴2区r2，右纵向喷嘴3区r3，右纵向喷嘴4区r4。

优选的是，冷却喷嘴采用直喷模式、旋流喷嘴方式混合布置，带钢的边部采用直喷模式，在带钢的中间采用旋流喷嘴。

优选的是，恒压储水箱与冷却喷嘴通过软管连接。

带面材料冷却的细分控冷方法，采用带钢长度方向的细化分段控制及纵向分区控制模式来均衡带钢头尾温差和横断面上带钢的温降均匀性，纵向布置的i段层流冷却设置在轧机出钢的第一阶段，ii段层流冷却设置在i段层流冷却之后，iii段层流冷却设置在ii段层流冷却之后，iv段层流冷却设置在iii段层流冷却之后，各段层流冷却之间相互之间留有间隙；分段层流冷却的几个区分为上下对称关系，冷却喷嘴上下布置在带钢的上表面和下表面，带钢下方的冷却喷嘴处于支撑辊的间隙中，不能受到下方支撑辊的影响或干涉支撑辊，冷却喷嘴处于每个分段层流冷却的分别控制中，顺序开启或间隔开启使用，各段层流冷却的冷却喷嘴均由电磁阀单独驱动，根据生产带钢的影响因素纵向和横向均可调整开闭时长；移动式温度测量仪设置在分段层流冷却之后、卷取机夹送辊之前，移动式温度测量仪来回连续扫描测量温度，测温方式为定点测量，或多点式测量，以达到卷取机需要的带钢目标卷取温度；冷却喷嘴由升降结构调节，冷却喷嘴安装在喷嘴喷梁之上，中间由电磁阀控制冷却喷嘴的开启或关闭，喷嘴喷梁与恒压储水箱连接，恒压储水箱与提升电动缸连接，提升电动缸与层流冷却固定横梁连接，提升电动缸的一端固定在层流冷却固定横梁上，通过提升电动缸的伸缩实现分段层流冷却各段的高度调节；移动式温度测量仪测量的温度与生产线的二级控制系统相连接，控制层流冷却的喷嘴及喷嘴模式以及高度的调节；层流冷却与移动温度测量仪闭环控制，依据生产线的工艺参数来设定带钢出钢温度及生产线速度等影响因素，与二级控制系统相连接，移动式温度测量仪检测的带钢温度作为卷取温度的基准，反馈给二级控制系统，控制分段层流冷却的各段层流冷却的冷却喷嘴以及层流冷却的高度调节，使带钢的温度接近卷取目标温度值，移动式温度测量仪的测量结果反馈后微调层流冷却的纵向喷嘴，减小带钢的中间和两边温度差，提高整个带钢横向温度的均匀性。

进一步的是，冷却喷嘴采用直喷模式与旋流喷嘴混装的安装方式，在带钢的边部采用直喷在带钢的中间采用旋流喷嘴，达到带钢横断面上的温度均匀性，提高冷却效果。

进一步的是，层流冷却喷嘴分为9个区域，分别是纵向喷嘴中间区以及排列在中间区两边的左纵向喷嘴区和右纵向喷嘴区，这里的左和右代表的是相对于分段层流冷却各区的喷嘴而言，排列在左边的有4个区，左纵向喷嘴1区l1，左纵向喷嘴2区l2，左纵向喷嘴3区l3，左纵向喷嘴4区l4；排列在右边的有4个区，右纵向喷嘴1区r1，右纵向喷嘴2区r2，右纵向喷嘴3区r3，右纵向喷嘴4区r4；纵向喷嘴的总的宽度大于所生产的带钢的极限宽度。

进一步的是，移动式温度测量仪的移动方向与带钢的边部呈90°夹角，垂直布置在带钢的上方，温度测量仪移动横梁安装在固定在带钢两边的温度测量仪驱动安装座上，通过驱动丝杠旋转，带动温度测量仪测量头前后移动，对带钢的温度进行测量。

移动式温度测量仪具有4种控制模式，连续测量模式、多点测量模式、固定测量模式、维修模式。

本发明的有益效果：在结构设计上采用了从带钢长度、宽度另个方向的分段控冷的结构模式，以及带钢宽度方向上的多区域温度检测装置，与层流冷却的分段控冷装置形成闭环的温度控制系统，更加均匀的实现轧后温度的控制。

附图说明

图1是带面材料冷却的细分控冷装置主视图；

图2是带面材料冷却的细分控冷装置俯视图；

图3是层流冷却喷嘴及提升下降结构示意图；

图4是层流冷却喷嘴及带钢纵向分区示意图；

图5是移动温度测量仪布置结构图；

图6是层流冷却纵向分段控制带钢横断面温度比较图；

图7是层流冷却与移动温度测量仪闭环控制图；

符号说明：1带钢、2轧机、3分段层流冷却、301i段层流冷却、3011冷却喷嘴、3012喷嘴喷梁、3013恒压储水箱、3014提升电动缸、3015层流冷却固定横梁、302ii段层流冷却、303iii段层流冷却、304iv段层流冷却、c纵向喷嘴中间区、l1左纵向喷嘴1区、l2左纵向喷嘴2区、l3左纵向喷嘴3区、l4左纵向喷嘴4区、r1右纵向喷嘴1区、r2右纵向喷嘴2区、r3右纵向喷嘴3区、r4右纵向喷嘴4区、4移动式温度测量仪、401温度测量仪移动横梁、402温度测量仪驱动安装座、403温度测量仪测量头、5卷取机夹送辊、6卷取机、7生产线工艺参数、8二级控制系统。

具体实施方式

结合图1、2带面材料冷却的细分控冷装置主视图和俯视图所示，带面材料冷却的细分控冷装置，布置方式是带钢1经过轧机2轧制成最终产品厚度和所需要的出钢温度以后，需要对带钢1的卷取温度控制在目标温度，卷取温度的控制依据分段层流冷却3布置的一段或多段层流冷却段喷射冷却水控制板温。本发明采用带钢1长度方向的细化分段控制及纵向分区控制模式来均衡带钢1头尾温差和横断面上带钢的温降均匀性。纵向布置的i段层流冷却301设置在轧机出钢的第一阶段，ii段层流冷却302设置在i段层流冷却301之后，iii段层流冷却303设置在ii段层流冷却302之后，iv段层流冷却304设置在iii段层流冷却303之后。各段层流冷却之间相互之间留有间隙，主要考虑防止设备安装及冷却喷嘴3011布置的结构干涉的最小间隙。分段层流冷却3的几个分区为上下对称关系，冷却喷嘴3011上下布置在带钢的上表面和下表面，冷却喷嘴3011可以上下对应也可做少量的错位喷吹方式。层流冷却段的支撑辊省略，尤其带钢下方的冷却喷嘴3011处于省略支撑辊后形成的空隙中，不能受到下方支撑辊的影响或干涉支撑辊。冷却喷嘴3011处于每个分段层流冷却3的分别控制中，可以是顺序开启，或间隔开启使用，各段层流冷却301、302、303、304的冷却喷嘴3011均由电磁阀单独驱动，根据生产带钢1的厚度、宽度、速度、板型、冷却水水温、带钢楔形等影响因素纵向和横向均可调整。移动式温度测量仪4通过设置在分段层流冷却3之后卷取机夹送辊5之前，移动式温度测量仪4可以来回移动连续扫描测量温度，也可定点测量，或多点式测量，以达到卷取机6需要的带钢目标卷取温度。

图3是层流冷却喷嘴及提升下降结构示意图，冷却喷嘴3011安装在喷嘴喷梁3012之上，中间由电磁阀控制冷却喷嘴3011的开启或关闭，喷嘴喷梁3012与恒压储水箱3013连接，恒压储水箱3013与提升电动缸3014连接，提升电动缸3014与层流冷却固定横梁3015连接，提升电动缸3014的一端固定在层流冷却固定横梁3015上，通过提升电动缸3014的伸缩实现分段层流冷却3各段的高度调节，提升电动缸3014可设置两个或多个，平稳的提升和下降层流冷却的高度调节。

冷却喷嘴3011不限于直喷模式，采用旋流喷嘴方式更加能够在带钢1的表面形成螺旋状的冷却方式，冷却效果更好，也可直喷模式与旋流喷嘴混装的安装方式，在带钢的边部采用直喷在带钢1的中间采用旋流喷嘴，达到带钢1横断面上的温度均匀性，提高冷却效果，越是趋于卷取机方向的层流冷却带钢1温度距目标温度接近，iv段层流冷却304属于精调冷却。

恒压储水箱3013是层流冷却的二次水箱进行恒压，保证冷却水的压力能够正常工作，不会受到一次水箱压力波动造成喷嘴压力的波动，降低水压波动带来的风险，确保冷却水的压力和流量能够正常冷却带钢，防止带钢1局部温度的偏差引起板型的变化和温度冷却不均匀。

恒压储水箱3013与冷却喷嘴3011通过软管连接，在局部或个别冷却喷嘴堵塞或更换时，均可以快速更换，便于维护和保养，提高设备的维护质量。

图4是层流冷却喷嘴及带钢纵向分区示意图，层流冷却喷嘴3011及带钢1纵向分区是主要依据所生产带钢的宽度、厚度或品种钢生产的特殊要求，对产品的力学性能要求较为严格的情况下分布使用的，具体的分区可以有2区或更多的分区，越是细化分区对带钢纵向的喷嘴排列越多，对带钢1的横断面的温度均匀性控制越是精确。本发明图示列采用分为9个区域，分别是纵向喷嘴中间区以及排列在中间区两边的左纵向喷嘴区和右纵向喷嘴区，这里的左和右代表的是相对于分段层流冷却3各区的喷嘴而言，排列在左边的有4个区，左纵向喷嘴1区l1，左纵向喷嘴2区l2，左纵向喷嘴3区l3，左纵向喷嘴4区l4；排列在右边的有4个区，右纵向喷嘴1区r1，右纵向喷嘴2区r2，右纵向喷嘴3区r3，右纵向喷嘴4区r4；纵向喷嘴的总的宽度要大于所生产的带钢1的极限宽度，才能保证生产各种规格产品宽度的生产，冷却水能够完全覆盖带钢的上下表面，具有有效的受控冷却速度。

图5是移动温度测量仪布置结构图，移动式温度测量仪4的移动方向与带钢1的边部呈90°夹角，垂直布置在带钢1的上方，温度测量仪移动横梁401安装在固定在带钢1两边的温度测量仪驱动安装座402上，通过温度测量仪驱动安装座402驱动丝杠旋转，带动温度测量仪测量头403在温度测量仪移动横梁401移动，对带钢1的温度进行测量，移动式温度测量仪4安装在卷取机前，测量带钢1的卷取温度达到目标要求，对该温度的测量精度要求较高，可以通过温度测量仪移动横梁401来回连续扫描测量带钢1的温度，也可定点测量，或多点式测量，对带钢1整个长度方向的温度测量，对带钢1宽度方向上的温度能够及时反应出来，及时作出调整。温度测量仪测量头403安装在层流冷却后可以避免水蒸气的干扰和腐蚀，提高测量精度和寿命，降低维护周期。移动式温度测量仪4测量的温度与生产线的二级控制系统8相连接，控制层流冷却的喷嘴及喷嘴模式以及高度等的调节，形成闭环控制模式，更加有效的精确控制目标卷取温度，提高产品横断面上的温度均衡和带钢头尾的温度控制。

图6是层流冷却纵向分段控制带钢横断面温度比较图，如图所示，细实线是闭环冷却控制带钢温度曲线，粗实线为传统冷却后带钢温度曲线，可以从图中趋势显示传统层流冷却的带钢中间温度与带钢两边的温度差较大，遇有板型不良的中浪，单边浪、轧制厚度偏差大均会引起带钢的边部温差出现较大的差异，不利于后续生产，尤其是对于冷轧家电板的产品性能的不到保障，横断面上的力学性能差异明显，横向延伸不均匀，终端产品深冲加工过冲中带钢容易开裂或拉伸不均匀，产品质量得不到保证，浪费了大量的材料。采用本发明后带钢同种规格，板型一致的情况下测量对比发现，闭环冷却控制带钢温度曲线的带钢边部的温度有明显的上升，降低了带钢边部与带钢中部的温度差，有明显的改善。

图7是层流冷却与移动温度测量仪闭环控制图，依据生产线的工艺参数7来设定带钢出钢温度及生产线速度等影响因素，与二级控制系统8相连接，移动式温度测量仪检测的带钢温度作为卷取温度的基准，反馈给二级控制系统，控制分段层流冷却3的各段层流冷却301、302、303、304的冷却喷嘴以及层流冷却的高度调节，使带钢1的温度接近卷取目标温度值，移动式温度测量仪4的测量结果反馈后微调层流冷却的纵向喷嘴，减小带钢1的中间和两边温度差，提高整个带钢横向温度的均匀性。

移动式温度测量仪4具有4种控制模式，连续测量模式、多点测量模式、固定测量模式、维修模式。连续测量模式是测量头来回移动测量整个带钢的横断面方向温度，以及纵向位置的不断变化，准确测量带钢纵向长度的温度，将测量数据发送至二级控制系统，由二级控制系统将根据实际的带钢位置的变化及温度的变化计算后控制分段层流冷却3，调整冷却效果，建立目标测量温度的范围值，在范围值中去一个目标值的控制范围，形成闭环控制系统时时跟踪调节。其他多点测量模式、固定测量模式控制方式也是一样。

维修模式是移动式温度测量仪4故障的在线维修控制模式，在该模式下，带钢温度的检测将停止，分段层流冷却3将处于经验值得半自动模式进行；停机检修期间该模式处于离线位置后检修和维护均可，也可在生产过程中进行标定和维护。