提升高速线材风冷均匀性的控制方法
【技术领域】
[0001] #### #本发明属于黑色冶金的社制技术领域，特别是设及一种提升高速线材 风冷均匀性的控制方法，在高速线材风冷线上的盘条冷却均匀性的控制。#
【背景技术】
[0002] #####盘条在风冷线上搭接点的堆积密度较厚，其溫度会显著高于非搭接 点，从而造成盘条同圈溫度的不均匀，扩大盘条同圈组织性能的差异，影响线材产品后续拉 拔等使用性能。为此，科技人员通过在风冷漉道上设计若干跌落段，设置不同的漉道速度， 安装佳灵装置分区域控制风速等手段缩小溫差。佳灵装置打开的角度对截面的风场有很大 影响，一般来说，佳灵装置的作用在于减少中部非搭接点的风量，增加两边搭接点位置的风 量，从而使搭接点的冷速增大，非搭接点的冷速减小。然后传统只能通过经验设置不同钢种 的漉道速度，佳灵装置角度等，再通过手持测溫仪或者热成像仪测定搭接与非搭接点溫度 差异，然后再优化漉道速度，佳灵装置角度等控制参数。#
[0003] 此传统调控方法的缺点是：
[0004] (1)漉道速度和佳灵角度的调整盲目，只能依据生产经验。
[0005] (2)为了获得最佳参数，需要长时间、反复地调整。开发周期长且试验风险大，在调 整周期内会产生大量的次品、甚至废品盘条。#
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种提升高速线材风冷均匀性的控制方法，快速提升高速 线材同圈风冷均匀性。解决了传统调控方法只能通过经验设置不同钢种的漉道速度，佳灵 装置角度等，再通过手持测溫仪或者热成像仪测定搭接与非搭接点溫度差异，然后再优化 漉道速度，佳灵装置角度等控制参数的不足。
[0007] 本发明开发了一套理论模型用于计算不同漉道速度和佳灵角度下盘条搭接点与 非搭接点的换热系数，从而可W在生产之前即可通过该模型确立不同规格、不同钢种电机 功率、漉道速度与佳灵角度的最佳匹配控制参数，缩小盘条搭接与非搭接点的溫差，运对于 缩短试验调控周期，减少生成次品、甚至废品盘条的意义重大。
[0008] 本发明的控制步骤为：建立盘条在风冷线上堆积几何模型一模拟风机不同功率下 空吹的风场一模拟不同佳灵角度下风机空吹的风场一模拟不同漉道速度下风机空吹的风 场一模拟计算盘条堆积模型在风场中风速分布一计算盘条搭接点和非搭接点换热系数一 优化获得电机功率、漉道速度与佳灵角度的最佳匹配。具体工艺步骤及控制的技术参数如 下：
[0009] 1、建立盘条在风冷线上堆积几何模型：盘条在风冷线上堆积几何模型如图1-3所 示，其堆积疏密程度取决于规格和漉速，设X为漉道前进方向，y为垂直于漉道向上方向，Z 为平行于传送漉方向。于是，x-y面为沿漉速方向穿过风冷线中屯、的纵截面，y-z面为垂直 于漉速方向的横截面。
阳01引其中：山为同圈直径，d历盘条直径，U为漉道速度，Ax为每圈间距，h为堆叠高 度，Ay为每圈竖直距离。
[0014] 2、模拟风机不同功率下空吹的风场：采用有限元软件模拟计算0~100%不同风 机功率下空吹的风场速度，再根据手持测风仪实测值修正该模型。图6设定调节变频风机 的功率到50 %、80 %、100 %，测定风机22个出风口的冷速，风量80 %和100 %时的冷速大约 是风量50%的1. 6倍和2倍，冷速和风量近乎线性关系，且22个风口从左至右排列呈现出 中间高、两边低分布，当风量为50 %时，中间最高冷速为25m/s，两边最低冷速为llm/s，运 与图5模拟计算结果完全一致。
[0015] 3、模拟不同佳灵角度下风机空吹的风场：采用有限元软件计算0~18°的不同佳 灵角度下（如图4)风机空吹的风场速度，再根据手持测风仪实测值修正该模型。
[0016] 4、模拟不同漉道速度下风机空吹的风场：采用有限元软件模拟计算0. 2~2.Om/s 的不同漉道速度下风机空吹的风场速度，再根据手持测风仪实测值修正该模型。
[0017] 5、计算盘条堆积模型在叠加风场中风速分布及换热系数：将盘条堆积几何模型带 入如上风场模型中，计算盘条堆积模型在风场中风速分布及换热系数。风冷线上，包含=种 传热，即强迫对流换热、自然换热和福射换热。强迫对流换热系数af。公式为：
[0018]
[0021] 式中：NUfc为强迫对流换热努赛尔数，A。为空气导热系数，V为运动粘度，a为热 扩散系数，NUbm和Nutufb考虑层流和端流，ReW为雷诺数，P^普朗特数，U为风速，W为几何 特征参数，将每圈盘条视作很短的圆柱体，Vff。。为立方体阴影部分的体积，V为立方体体积。
[0022]
[0023] 自然换热的努塞尔数由下式计算：
[0024]
W25] 式中：Gr为格拉晓夫数，av为体积变化系数，1。为特征尺寸，1c= 2. 636X10 3Ax0.?
[00%] 福射换热系数采用黑体福射公式计算：
[0027]
[0028] 本发明的模型用于计算不同漉道速度和佳灵角度下盘条的搭接点与非搭接点的 换热系数，其控制步骤如下：建立盘条在风冷线上堆积几何模型一模拟风机不同功率下空 吹的风场一模拟不同佳灵角度下风机空吹的风场一模拟不同漉道速度下风机空吹的风场 一模拟计算盘条堆积模型在风场中风速分布一计算盘条搭接点和非搭接点换热系数一优 化获得电机功率、漉道速度与佳灵角度的最佳匹配。从而可W在生产之前即可通过该模型 确立不同规格、不同钢种电机功率、漉道速度与佳灵角度的最佳匹配控制参数，缩小盘条搭 接与非搭接点的溫差，运对于缩短W往传统试验调控周期，减少生成次品、甚至废品盘条的 意义重大。
【附图说明】
[0029] 图1风冷线上盘条堆积模型x-y面。
[0030] 图2风冷线上盘条堆积模型y-z面。
[0031] 图3风冷线上盘条堆积示意图。
[0032] 图4佳灵角度调控示意图。
[0033] 图5佳灵角度为12°时，风机功率50%时风口的速度模拟计算值。
[0034] 图6佳灵角度为12°时，不同风机功率下风口的速度实测值。
[0035] 图7风机功率80%，佳灵角度为12。时空吹的风场。
[0036] 图8风机功率80%，佳灵角度为12°时，盘条堆积模型在风场中垂直方向速度分 布。
[0037] 图9风机功率80%，不同佳灵角度下同圈盘条水平方向风速分布场对比。 阳03引图10漉速Im/s，风机功率80%，不同佳灵角度下同圈盘条（搭接与非搭接点）换 热系数对比。
【具体实施方式】
[0039] 实施例1:
[0040] 建立盘条风冷线上堆积模型，该模型主要参数有：di为同圈直径，cU为盘条直径，U 为漉道速度，Ax为每圈间距，h为堆叠高度，Ay为每圈竖直距离。盘条直径选定为06. 5mm 规格。
[0041] 佳灵角度为12°时，不同风机功率下风口的速度模拟与实测值分别如图5、6所 /J、- 〇
[0042] 选定风机功率为80%，对佳灵装置建模，分别对佳灵调节到不同角度时截面内的 风场进行有限元模拟，其中佳灵角度为12°时风机空吹的风场如图7所示。
[0043] 将盘条堆积模型放入风机功率为80%，佳灵角度为12°的风场中，盘条堆积模型 在风场中垂直方向的速度分布场如图8所示。同时，在该条件下，不同漉道速度下换热系数 参数计算值如表1所示。
[0044] 表1不同漉道速度下，换热系数参数计算值
[0045]
[0046] 当风机功率为80%，5。、10°、12°、15°的不同佳灵角度下盘条堆积模型在风场 中垂直方向的速度分布场对比如图9所示。
[0047] 如图10所示，当设定漉速为l.Om/s，风机功率为80 %时，佳灵角度应该控制为 12°，此时盘条同圈（搭接与非搭接点）换热系数差异最小，即同圈风冷均匀性最优。
【主权项】
1. 一种提升高速线材风冷均匀性的控制方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参 数如下： (1) 建立盘条在风冷线上堆积几何模型：其堆积疏密程度取决于规格和辊速，设X为辊 道前进方向，y为垂直于辊道向上方向，Z为平行于传送辊方向；于是，x-y面为沿辊速方向 穿过风冷线中心的纵截面，y-z面为垂直于辊速方向的横截面； (2) 模拟风机不同功率下空吹的风场：采用有限元软件模拟计算0~100%不同风机 功率空吹的风场速度，再根据手持测风仪实测值修正该模型；设定调节变频风机的功率到 50 %、80 %、100 %，测定风机22个出风口的冷速，风量80 %和100 %时的冷速大约是风量 50%的1. 6倍和2倍，冷速和风量近乎线性关系，且22个风口从左至右排列呈现出中间高、 两边低分布，当风量为50%时，中间最高冷速为25!11/ 8，两边最低冷速为11111/8; (3) 模拟不同佳灵角度下风机空吹的风场：采用有限元软件计算0~18°的不同佳灵 角度下风机空吹的风场速度，再根据手持测风仪实测值修正该模型； (4) 模拟不同辊道速度下风机空吹的风场：采用有限元软件模拟计算0. 2~2.Om/s的 不同辊道速度下风机空吹的风场速度，再根据手持测风仪实测值修正该模型； (5) 计算盘条堆积模型在叠加风场中风速分布及换热系数：将盘条堆积几何模型带入 如上风场模型中，计算盘条堆积模型在风场中风速分布及换热系数；风冷线上，包含三种传 热，即强迫对流换热、自然换热和辐射换热。2. 根据权利要求1所述的提升高速线材风冷均匀性的控制方法，其特征在于， 强迫对流换热系数af/Av式为：式中：Nuf。为强迫对流换热努赛尔数，Aa为空气导热系数，v为运动粘度，a为热扩散 系数，Nulan^PNuturt考虑层流和湍流，Rew为雷诺数，Pj朗特数，u为风速，W为几何特征 参数，将每圈盘条视作很短的圆柱体，Vf_为立方体阴影部分的体积，V为立方体体积：自然换热的努塞尔数由下式计算：式中：Gr为格拉晓夫数，av为体积变化系数，1。为特征尺寸，1。= 2. 636X10 3Ax791 辐射换热系数采用黑体辐射公式计算：
【专利摘要】一种提升高速线材风冷均匀性的控制方法，属于黑色冶金的轧制流程技术领域，控制步骤为：建立盘条在风冷线上堆积几何模型→模拟风机不同功率下空吹的风场→模拟不同佳灵角度下风机空吹的风场→模拟不同辊道速度下风机空吹的风场→模拟计算盘条堆积模型在风场中风速分布→计算盘条搭接点和非搭接点换热系数→优化获得电机功率、辊道速度与佳灵角度的最佳匹配。优点在于，可以在生产之前即可通过该模型确立不同规格、不同钢种电机功率、辊道速度与佳灵角度的最佳匹配控制参数，缩小盘条搭接与非搭接点的温差，这对于缩短以往传统试验调控周期，减少生成次品、甚至废品盘条的意义重大。
【IPC分类】B21B37/74, B21B45/02
【公开号】CN105013837
【申请号】CN201510512956
【发明人】邸全康, 王晓晨, 王猛, 王全礼, 王立峰, 孙齐松, 杨子森, 郭新文, 吴明安, 徐兵伟, 侯栋, 秦延庆
【申请人】首钢总公司
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年8月19日