層流冷卻系統流量標定與板形控制

唐運章

(中厚板卷廠)

摘　要:討論中厚板冷卻系統流量標定問題,開發一種新型流量控制技術,通過標定調節閥在不同開口度下集

管流量值,利用三次方方程回歸出流量- 調節閥開口度設定曲線;生產中根據流量開口度曲線進行水比的調

整,提高冷卻系統流量控制精度以及控冷后板形。

關鍵詞:中厚板　層流冷卻　流量標定　控冷板形

Flow Ca libra t ion of Lam ina r Coolin g System and Pr of ile Control

Tan g Yunzhang

(W ide P la te /Coil P la n t)

Ab stra ct: The pape r discusses flow calibration of lamina r cooling system. A new type of flow control technique has beendeve loped. The accuracy of flow contro l and profile afte r controlled cooling can be improved by calibrating flow value ofheader p ipe that control valve is a t diffe rent opening, regre ssing flow with cube, se tting curve with opening degree andadjusting wa ter rate ba sed on the curve in produc tion.

Keywor ds: heavy p late; laminar cooling; flow calibration; controlled cooling p rofile

前言

中厚板卷廠控制冷卻系統采用的冷卻方式為集管層流冷卻,產品大綱主要是船板、工程結構鋼、鍋爐板、熔器板、部分管線X42 - X65。近年來,控軋控冷( TMCP工藝) 技術廣泛應用,開發出不同組織結構的高強鋼;但是,由于冷卻不均帶來的板形問題,對產品的質量產生了一些負面影響。例如: X70 級別以上管線、Q550D、Q609D 級別以上結構鋼等,在高速冷卻速率下板形發生瓢曲, 70% ～80%產品需要下線后進行返矯,有10%的產品返矯也不能滿足產品質量要求,只能降級處理,因此板形瓢曲已經成為利用TMCP 技術進行高強鋼開發的瓶頸。

本文以集管層流冷卻方式為背景,根據現場測量數據,分析調節閥開口度與流量曲線特性,并針對冷卻過程中引起的板形缺陷進行討論,通過對冷卻水開啟方式、水比、冷卻速度和矯直工藝等的調整,解決鋼板在冷卻后瓢曲問題。

1　層流冷卻設備

層流冷卻系統由水箱、水管、集管、吹掃裝置組成(見圖1 ) ,集管共有32 組,其中1 ～10 組為粗調區、11～20 組為精調區、2 ～32 組為微調區, 每組分上、下兩條管路, 分別用來冷卻鋼板的上、下表面。每個集管上安裝手動閥、電動流量調節閥和電磁開關閥。電動流量調節閥用于集管流量的控制,電磁開關閥用于集管冷卻水的開關。

2　集管流量標定

層流冷卻系統其根本目的是通過控制鋼板的冷卻速度和冷卻程度,使鋼板的板形和組織性能達到設計要求。冷卻速度受到多個因素的影響,如: 鋼板的厚度、開冷溫度、終冷溫度、冷卻水壓、水溫、流量等,而冷卻水流量控制是層流冷卻中最基本、最常用的手段。流量控制主要控制閥的開口度,由于管路結構和閥體本身的結構特征,相同的開口度流量并不一定相同,因此如何保證流量的準確性成為急需解決的問題。結合設備的特點,通過自主創新,開發了上、下集管流量標定方法,即上集管采用“接水法”,下集管采用“測量水柱高度法”。

2. 1　上集管流量標定(接水法)

由于上集管采用“U”集管,每個集管有365個小管,通過測量每個小管流量來計算出集管的總流量,具體方法如下。

上集管流量標定法如圖2 所示,所需工具包括接水管1、圓形水箱2 和秒表3。具體操作用接水管1接層流U型管1 個小管的流量放入圓形水箱2內,接水開始用秒表3 進行計時到結束接水。

具體計算方法如下:

Q = V/ T ×X = S ×H/ T ×X = 3. 14 ×(D /2 ) 2 ×H/ T ×X

式中: Q :上集管流量
       V :水箱中水的體積

2. 2　下集管流量標定(測量水柱高度法)

下集管流量標定法如圖3 所示, 所需工具為標尺1。具體操作把標尺1放在輥道2 上, 打開下集管3,從標尺1上讀出水柱高度H, 根據水柱高度與流量的關系,計算出流量。具體計算方法如下:

Q = S ×V

V = 2gH

S =π ×(d /2) 2 ×Y

式中:V:下集管冷卻水的流速

g: 水的質量9. 8

H:下集管水柱高度

Q:下集管流量

S:下集管所有噴嘴的面積

d:下集管每個小集管的直徑

Y:下集管小集管數量

3　集管流量控制

3.1 　上集管流量控制

　　為了簡化流量控制程序,方便操作,上集管流量固定分為50% 和100% 兩擋, 50% 檔流量為160 m³ / h, 100%檔流量為320 m³ /h。可根據設備結構和生產需要,設1擋或多擋, 流量也可根據生產需要,通過標定進行修改。

3. 2　下集管流量控制

在實際生產中,為保證鋼板板形和組織性能,要對上、下集管的流量比進行控制,上集管流量固定的情況下, 下集管流量以上集管為基準進行調整(水流量比=下集管流量/上集管流量) 。如何根據流量設定值確定調節閥的開口度, 通過標定出流量調節閥在不同開口度下流量值見表1, 用三次方回歸得到圖4曲線,稱為“流量- 開口度設定曲線”,利用這一

曲線求出所需流量值對應的開口度設定值。