一种热连轧窄带钢超快速冷却装置及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于热连乳技术领域，具体涉及一种热连乳窄带钢超快速冷却装置及其控 制方法。
【背景技术】
[0002] 窄带钢热乳产品在焊管、螺旋焊管等行业有着广泛的应用，窄带钢热连乳生产线 乳后布置情况为"水平+立式"两部分组成，从最末机架出来的带钢经扭转导槽翻转90°， 变成垂直方向后进入平板运输链至卷取机。由于前段水平段距离短，冷却能力低，且会影响 到测厚仪测宽仪等仪表的测量精度，因此国内外的窄带钢生产线均无冷却装置，窄带钢的 冷却过程仅依靠空冷中完成，冷却效率低，并且达不到提高组织性能的目的。
[0003] 随着高品质高品种的研究开发，对于乳后冷却过程更加严格。更高的冷却速率有 利于提高钢板的力学性能，但同时在冷却过程中容易出现冷却不均的问题。
[0004] 传统超快速冷却沿乳制方向在带钢上下表面呈不对称冷却，并且下集管还会受到 运输辊道的阻挡，上集管的冷却水还会容易堆积在乳件表面，势必会造成冷却不均匀。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种热连乳窄带钢超快速冷却装置及其控 制方法，能够完成窄带钢的乳后冷却过程，并能实现温度的高精度控制，提升产品的物理性 能。
[0006] 本发明的技术方案是：
[0007] -种热连乳窄带钢超快速冷却装置，包括：冷却控制器、冷却装置本体、冷却单元 以及供水管路；
[0008] 冷却装置本体安装在热连乳精乳机后的每两组垂直安装的夹送辊之间，与窄带钢 平行；
[0009] 冷却单元有多组，均匀分布安装在冷却装置本体上，同时对窄带钢两侧进行冷 却；
[0010] 每组冷却单元包括两个冷却装置，每个冷却装置包括1个喷嘴单元和1个气动控 制单元；喷嘴单元安装在冷却装置本体上，气动控制单元连接在喷嘴单元连接的供水管路 上；
[0011] 在各冷却单元外的总的供水管路上安装有总手动阀、流量计和压力传感器；
[0012] 最末冷却单元出口分别安装有测温仪，垂直于窄带钢且与喷嘴单元方向一致；
[0013] 在最末冷却单元与最末冷却单元出口安装的测温仪之间安装有压缩空气吹扫装 置；
[0014] 冷却控制器包括超快冷过程控制级和超快冷PLC ;
[0015] 流量计的输出端、压力传感器的输出端、测温仪的输出端、乳机控制系统的输出端 分别连接超快冷PLC的输入端，超快冷PLC的输出端连接快冷过程控制级的输入端，快冷过 程控制级的输出端分别连接喷嘴单元、气动控制单元。
[0016] 所述气动控制单元包括1个的手动阀和1个的气动开闭阀；在每个冷却装置内喷 嘴单元连接的供水管路上连接手动阀，手动阀与喷嘴单元之间连接气动开闭阀。
[0017] 所述的热连乳窄带钢超快速冷却装置的控制方法，包括以下步骤：
[0018] 步骤1 :通过供水管路上的流量计得到冷却水流量，通过供水管路上的压力传感 器得到冷却水压力；
[0019] 步骤2 :冷却控制器从乳机控制系统获得PDI数据：钢种名称、成分、卷取目标温 度；
[0020] 步骤3 :获得终乳速度、终乳温度、终乳实际厚度：由最末机架处的出口测温仪测 量得到终乳温度，由最末机架处的出口测厚仪测量得到终乳实际厚度，由最末机架处的出 口测宽仪测量得到终乳实际宽度；根据从乳机控制系统得到最末机架的乳辊线速度计算得 到前滑值，进而计算乳件在冷却区域的运行速度，即终乳速度；
[0021] 步骤4:确定让头长度；
[0022] 步骤5 :计算冷却区域所需的冷却总温降，确定开启冷却单元的组数；冷却总温降 包括冷却区空冷总温降和各组冷却单元的水冷总温降；
[0023] 步骤5. 1 :根据终乳速度计算窄带钢通过每组冷却单元的时间；
[0024] 步骤5. 2 :确定冷却区域的空冷总温降；
[0025] 步骤5. 3 :确定水冷对流换热系数，计算每组冷却单元的水冷温降；
[0026] 步骤5. 4 :根据冷却区域所需的冷却总温降，确定开启冷却单元的组数；
[0027] 步骤6 :将开启冷却单元的组数传递给超快冷PLC，打开相应数目的气动控制单 元，进而对窄带钢两侧进行超快速冷却；
[0028] 步骤7 :根据最末冷却单元出口安装的测温仪测量的卷取温度实测值，采用PID反 馈控制算法进行反馈控制：将卷取目标温度与卷取温度实测值的偏差的比例P、积分D和微 分I通过组合构成控制量，对冷却单元开闭状态进行控制；
[0029] 步骤8 :窄带钢通过冷却区域，完成冷却过程。
[0030] 有益效果：
[0031] 在保证窄带钢冷却速率的前提下，通过合理设计超快速冷却装置，保证乳件宽度 方向的换热区域对称分布，实现了窄带钢乳后冷却的高效换热以及钢板宽度方向的冷却均 匀性。超快速冷却装置排布在带钢两侧的立式夹送辊之间且对称排布，使冷却均匀，表面的 组织性能一致。
【附图说明】
[0032] 图1是本发明【具体实施方式】窄带钢乳后（三叉区）设备仪表布置示意图，其中， 1-测厚仪，2-测宽仪，3-测温仪，4-夹送辊，5-冷却装置，6-最末机架，7-扭转导槽，8-平 板运输链，9-卷取机；
[0033] 图2是本发明【具体实施方式】热连乳窄带钢超快速冷却装置结构示意图，其中， 10-冷却装置本体，11-冷却单元，12-供水管路，13-喷嘴单元，14-气动控制单元，15-侧挡 板，16-手动阀，17-气动开闭阀，18-总手动阀，19-流量计，20-压力传感器；
[0034] 图3是本发明【具体实施方式】冷却控制器与乳机控制系统通信示意图；
[0035] 图4是本发明【具体实施方式】热连乳窄带钢超快速冷却装置的控制方法的具体流 程图；
[0036] 图5是本发明【具体实施方式】步骤7的具体流程图；
[0037] 图6是本发明【具体实施方式】Q235B板坯乳后实际温度控制效果曲线，a-终乳温度， b_超快冷出口温度；
[0038] 图7是本发明【具体实施方式】Q235B板坯在不同工艺下的带钢的力学性能；
[0039] 图8是本发明【具体实施方式】Q235B板坯在宽度方向抗拉强度。
【具体实施方式】
[0040] 下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细说明。
[0041] 窄带钢热连乳生产线乳后布置情况为"水平+立式"两部分组成，本实施方式中窄 带钢乳后（三叉区）设备仪表布置如图1所示，最末机架6出口处安装有测厚仪1、测宽仪 2、测温仪3,从最末机架6出来的窄带钢经扭转导槽7翻转90°，变成垂直方向后，经夹送 辊4进入平板运输链8至卷取机9。在两组夹送辊4之间布置有超快速冷却装置（共布置 2X2组），超快速冷却装置安装区域形成冷却区域，单组超快速冷却装置结构如图2所示。 以Q235板坯为例实施本发明装置及方法。热连乳窄带钢超快速冷却装置，包括：冷却控制 器、冷却装置本体10、冷却单元11以及供水管路12。
[0042] 冷却装置本体10安装在热连乳精乳机后的每两组垂直安装的夹送辊4之间，与窄 带钢平行。
[0043] 冷却单元11有多组，均匀分布安装在冷却装置本体10上，同时对窄带钢两侧进行 冷却。每组冷却单元11包括两个冷却装置5,每个冷却装置5包括1个喷嘴单元13和1个 气动控制单元14 ;喷嘴单元采用扇形喷嘴，喷嘴单元13安装在冷却装置本体10上，气动控 制单元14连接在喷嘴单元13连接的供水管路12上。气动控制单元14包括1个的手动阀 16和1个的气动开闭阀17 ;在每个冷却装置5内喷嘴单元13连接的供水管路12上连接手 动阀16,手动阀16与喷嘴单元13之间连接气动开闭阀17。每组冷却单元11中的两个喷 嘴单元13之间错开一定的角度，可以保证两侧喷嘴单元13具有相同的冷却能力，保证窄带 钢冷却均匀。
[0044] 在各冷却单元11外的总的供水管路12上安装有总手动阀18、流量计19和压力 传感器20,以对供水系统的参数进行检测；最末冷却单元出口分别安装有测温仪3,垂直于 窄带钢且与喷嘴单元13方向一致，实现对温度的检测；在最末冷却单元与最末冷却单元出 口安装的测温仪3之间安装有压缩空气吹扫装置，保证冷却水能尽可能封堵在冷却区域之 内，保证测温仪的测量精度。
[0045] 冷却装置本体10还设置有侧挡板15,防止窄带钢在乳制过程中偏向喷嘴单元13 的一侧，从而导致窄带钢的冷却不均匀；同时侧挡板15还起挡水的作用。侧挡板15通过螺 栓安装在冷却装置本体10上。冷却装置本体10位于两组夹送辊4之间，两侧的冷却单元 11均安装在冷却装置本体10上，该冷却装置本体10采用焊接成形，侧挡板15为20mm厚的 钢板，间距为200mm ;底部为具有开口的钢板，厚度也为20mm，在喷嘴单元13对应位置开有 出水口，利于冷却水快速流出。
[0046] 如图3所示，冷却控制器包括超快冷过程控制级和超快冷PLC ;乳制现场的乳机控 制系统包括乳机过程控制级和乳机PLC，乳机过程控制级的输出端分别连接超快冷过程控 制级的输入端和乳机PLC的输入端，乳机PLC的输出端分别连接乳机设备和超快冷PLC的 输入端。流量计的输出端、压力传感器的输出端、测温仪的输出端、乳机控制系统的输出端 分别连接超快冷PLC的输入端，超快冷PLC的输出端连接快冷过程控制级的输入端，快冷过