1、控制冷却系统中流量控制 &边部遮档技术的设计与实现 岳临萍 摘要 本文介绍了控制冷却系统 (ACC)中两个关键技术的设计与实现。一是流量调节阀的控制，一是钢板边部遮档技术的设计。从设计思想，设备组成原理以及算法方面均给出了详细的说明和解释。 关键词 控制冷却 调节阀 边部遮档 流量减速比 The design and realize with the flow crown valves control & the plate edge masking in ACC system Yue linping, Sun dehong, Wang tao ， Cong rongkui, Jin zhao
2、lu (The heavy plate mill of Jigang) 前言 控轧控冷工艺是一项节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢技术，它能通过工艺手段充分挖掘钢材潜力，大幅度提高钢材综合性能，给企业和社会带来巨大的经济效益。热轧钢材轧后控制冷却能改善钢材组织，提高钢材性能，缩短热轧钢材的冷却时间，提高轧机的生产能力，还可以防止钢材在冷却过程中由于不均匀而产生的扭曲和弯曲，同时还可以减少氧化铁皮损失 。 一、 关键技术问题的提出 当钢板从精轧机轧制完成输送到控冷系统中时，钢板从 900左右的温度可以直接冷却到 400左右，冷却温降速率较大，容易造成钢板的变形及扭曲。主要有几个方面的问题
3、： 1、 由于水流量的速率及水量影响到温降，钢板头部和尾部接受的水量应适当减少，以免出现头尾部过冷的现象，造成钢板上翘。这就要求控制头部和尾部开始冷却的长度。 2、 在钢板长度轴方向的钢板边部易积水，造成边部水量过多而过冷出现卷边。为避免这种现象的发生，在长度方向的冷却箱体上部安装遮档板，控制边部的水量。由一级 PLC 控制档板的移动位 置。 3、 流量的控制就需要设置必要的流量调节阀，调节阀的开口度大小与流量、水温以及喷嘴数量都有着直接的关系和影响。 二、流量调节阀的设计与控制 控制冷却系统可以冷却一定宽度和长度的钢板，水喷射到钢板的上表面。如果整个钢板的上表面水流量密度一样时，钢板的边部会
4、出现过冷却。为了避免这种状况将喷嘴的上箱体分为三个部分，如下图 1 所示： 喷 嘴挡 板调 节 阀调 节 阀图 1：冷却区域分布 如上图 1 中所示，阀组的位置安排实现了头部和尾部区域的水量比中心区域的水量少的效果。当水喷射到钢板上表面时，钢板边部的水量要相应的控制减小，由控制边 部流量的阀门即流量调节阀来实现。 1、 流量减速比的设计 流量调节阀要经过一系列的校准测试。主要就是要确定钢板中心到边部的水流量速率。校准测试的目的就是要确定水流量调节阀的修正因数 CF，公式表示如下式（ 1）： 32FWWACA H -（ 1） 在上式中 A2 和 A3 是模型参数，“ W”表示钢板的宽度，单位是
5、m， Hw 表示上喷嘴箱体的宽度，单位是 m。 因此从钢板中心到边部的水流量速率计算如公式（ 2）： 101 .0 40FFqc AR A C -（ 2） A0 和 A1 是模型参数，其中 qc 是在标准水温和箱体高度下的钢板上表面 的水流量速率。 A0 到 A3 模型参数存储在系统参数表中，这些参数决定了流量的减速比，设定见表一： 表一：模型参数设置表 项目 参数名称 数值 A0 ACDQ.PARMTR.COEFF.waterFlowRateCrownCorr0 0.2 A1 ACDQ.PARMTR.COEFF.waterFlowRateCrownCorr1 5.0 A2 ACDQ.PARM
6、TR.COEFF.waterFlowRateCrownCorr2 0.2 A3 ACDQ.PARMTR.COEFF.waterFlowRateCrownCorr3 2.3 水流量速率 RF 决定了调节阀的开口度，控制设计描述如下： 调节阀部开口度是由流量速率 RF 决定的。计算公式如下式（ 3） .C F ERTN R NF N -（ 3） 在上式中 RF 表示水流速率， NT 表示上箱体总的喷嘴数量， NC 表示中心部分喷嘴的数量， NE 表示传动侧的喷嘴数量， NT-NC 表示非传动侧后区的喷嘴数量。 2、 调节阀的开口度控制 经验测试表明，上部中心喷嘴的压力与流量密度 qc 的平方成正比
7、，如公式（ 4）所示： 2.CHP C qc-（ 4） 在上式中“ PC”表示中心区域的压力，“ CH”表示校准常数。通常 “qc“表示为 l/(m2.s),“ PC 单位是 MPa。因此，调节阀全部打开时的中心压力为： 20.000107CPQ-（ 5） 上式中 Q 表示水流量，单位是 l/s。 每部分喷嘴区域是 1 米长， 3.6 米宽，由公式（ 4）和（ 5）可以得出常数CH=0.0001387MPa/(l/(m2.s)2。 假设钢板边部的流动速率是减少的 ,则边部的水流压力如公式 (6)所示 : .E F CP R P-（ 6） 其中 RF，同公式（ 2）中的定义，表示钢板边部的水流量
8、速率。为了达到中心位置的流量密度 qc 和边部的水流速率 RF， 则边部的水流压力应遵循下列公式（ 7）： 2.E H FP C qc R-（ 7） 调节阀压力差的计算公式如式（ 8）： CEP P P -（ 8） 合并公式（ 4）和公式（ 7）可得： 22. . 1HFP C qc R -（ 9） 流量修正参数 CV的计算如下： 2.1FEV HFRAC CR -（ 10） 在上式中 AE 表示喷嘴末端区域的面积。它由末端和中心区域的喷嘴数量决定的。在本设计中中心区域的喷嘴是 654 个，末端区 域是 108 个，得出 AE 的值为： 21083 .6 0 0 .4 4 6 9870EAm
9、-（ 11） CV和调节阀口度 VA 的关系通常表示如下： 54 AAVV AC-（ 12） 式中 A4=4.8028 A5=0.3833 三、边部遮挡板的设计 在上箱体的两侧安装两个档板，当钢板从精轧机轧制完成后通过辊道运输到冷却系统区域时，档板的目的就是将上喷嘴喷到钢板的水避开钢板的边部， 这样可以保证了钢板上表面的边部和中心是同样的水流量密度，这就是冷却系统的边部遮档技术，如下图 2 所示： 辊 道上 区 喷 嘴下 区 喷 嘴+长 度 轴 中 心 线边 部 遮 档 板 边 部 遮 档 板图 2：边部遮挡示意图 1、遮挡板位置设计及 算法 遮档板的内边和外边是由设定模型确定的。边部遮档板的
10、位置是由 L1 控制执行的。设置包括相关的位置参考点，通常工作在轧机的长度中心线或档板内边的位置全部缩回在停机位置。如图 3 所示： 边 部 遮 挡边 部 遮 档ZMXYX0W长 度 轴 中 心 线上 箱 体遮 挡 板 停 机 位 置遮 挡 板 停 机 位 置图 3：边部遮档板的位置图 根据经验结果得出下列表达式： 0 1 2 3Z A A T A W A Q -（ 13） 其中： A0=0.057(m) ， A1=-0.00092(m/m) ， A2=0.01285(m/m)，A3=0.002(m/l/(m2.s) 在上式中， A0， A1， A2， A3 都是模型参数； T 和 W 分别代
11、表钢板的厚度和宽度，单位是 m； Q 是上表面的水流量，单位是 l/m2。 在本系统中边部遮档板的初始位置在辊道的中心线上，在上图中左侧标出的X 位置处。上图中左侧标出的 X 表示运输辊道的长度轴中心线，右侧标出的 X表示当档板处于停机位置时内边的位置。 中心线位置 X 见公式（ 14）： 2WXZ-（ 14） 停机位置见公式（ 15） 2WX Y Z -（ 15） 2、头部尾部遮挡长度的计算及钢板上下表参数设置 冷却系统的设计中考虑到了两种类型的遮档技术参数，一种是头 -尾，另一种是上表 -下表。这些参数是考虑钢板的长度（头部或尾部）的水流量的减少。头部或尾部的长度影响到了减少的流量， LM
12、给出下列公式： 0 1 2ML A A qc A W -（ 16） 减少的流量计算如公式（ 17）： 0 1 2MR B B qc B -（ 17） 系统中定义了独立的参数项 A 和 B，分别表示头部和尾部，上表和下表的遮档，具体设置见下表二。 表二：头 -尾遮挡的长度设置和头 -尾遮挡的流量减速设置 长度设置 头部遮挡 尾部遮挡 A0 （ m) A1 (m/(l/m2.s) A2 (m/m) A0 （ m) A1 (m/(l/m2.s) A2 (m/m) 上表 0.25 0.025 0.25 0.25 0.025 0.25 下表 0.25 0.025 0.25 0.25 0.025 0.25
13、 流量设置 头部遮挡 尾部遮挡 B0 （ %) B1 (%/(l/m2.s) B2 (%/m) B0 （ %) B1 (%/(l/m2.s) B2 (%/m) 上表 25.0 1.00 1.00 25.0 1.00 1.00 下表 25.0 1.00 1.00 25.0 1.00 1.00 四、小结 控制冷却系统是现代冶金中 厚板、中板产线上应用越来越广泛，成为生产品种板，高强度钢板不可缺少的工艺设备。由于钢板高温冷却变形不仅造成金相组织上的应变，对于钢板外形如果控制不当会造成更大的损失，也是一项高端科技的技术。而关键技术的设计与实现直接影响了钢板的质量与性能，因此控制系统的设计和正确的计算，以及丰富的实践经验都具有十分重要的意义。
