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控制冷却系统中流量控制以及边部遮档技术的设计与实现

发表时间:2009/3/17  特约撰稿人: 岳临萍 来源:e-works
本文介绍了控制冷却系统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。
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:

    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:


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):

    

    在上式中A2和A3是模型参数,“W”表示钢板的宽度,单位是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):

    

    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


    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)

    

    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,如公式(4)所示:

    

    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:

    

    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:

    

    其中RF,同公式(2)中的定义,表示钢板边部的水流量速率。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):

    

    调节阀压力差的计算公式如式(8):

    

    合并公式(4)和公式(7)可得:

    

    流量修正参数CV的计算如下:

    

    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:

    

    CV和调节阀口度VA的关系通常表示如下:

    

    式中A4=4.8028  A5=0.3833

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