热轧带钢的层流冷却 - 副本

热轧带钢的层流冷却
热轧带钢一部分是以钢卷状态提供给冷轧带钢的生产作为原料，其余则是以横切钢板或钢卷状态，提供给机械制造、建筑、造船工业、汽车制造业、压力容器、输油气管道、冷弯型钢等行业使用。

由于产品用途的差异，对热轧带钢机械性能的要求也不同。

带钢轧后冷却过程是调整产品性能的重要手段，其中卷取温度控制是影响成品带钢性能的关键工艺参数之一。

卷取温度控制的目的，就是通过层流冷却段长度的动态调节，将不同工况(温度、厚度、速度)的带钢从比较高的终轧温度迅速冷却到所要求的卷取温度，使带钢获得良好的组织性能和力学性能。

控制带钢最终的卷取温度和冷却过程中的降温速度是卷取温度控制的主要
内容。

热轧带钢的实际卷取温度是否能控制在要求的范围内，主要取决于带钢冷却系统的控制精度。

当实际卷取温度超出要求的范围，钢卷的组织性能会变差，所以卷取温度控制系统必须能够满足多品种带来的多种冷却模式及控制要求的需要。

目前在生产中所采用的控制冷却方式主要有三种：气水混合冷却，幕状层流冷却和柱状层流冷却。

当控制冷却中使用的冷却介质为气水时为气水混合冷却。

当以水为冷却介质时依据其冲击钢板的流态方式不同，可分为两大类：一类是层流冷却，另一类是紊流冷却。

由于层流水冲击钢板后围绕冲击区形成层流扩展区，冷却水飞溅少，冷却能力高，与非层流冷却相比，可节省水30%。

所以，现代生产线上都采用层流控制冷却方式，层流
又分为柱状层流和幕状层流。

柱状层流又分为直管式和U型管式两种。

一个喷头上可设一排、两排、四排或更多的喷嘴。

喷嘴数量的增加使柱状层流的冷却能力得到提高，也可改善钢板的冷却均匀程度。

实践证明，层流冷却的冷却效果比较好。

幕状层流冷却方式是从喷嘴喷出一种幕墙式水流，水流在钢板表面上形成一细条冲击区，冲击区前后为层流扩展区。

冷却介质与钢板间的热交换主要发生在冲击区和层流扩展区。

理论和实践都证明对于热轧带钢而言，层流冷却的效果最佳。

冷却水从集管中连续而稳定的流出，形成平滑、连贯的水流，呈层流状直接落到带钢表面，并在带钢表面也形成层流，流速稳定，控制简单，便于维护。

层流冷却系统具有冷却温度控制精度高、控制稳定、水耗量低等特点。

层流的概念
层流就是使低水头的水从水箱或集水管中通过弯曲管的作用形
成一无旋和无脉动的流股，这种流股从外观上看如同透明的棒一样，液体质点无任何混杂现象。

这样的层流态的水从一定高度降落到钢板表面上会平稳地向四周流去，从而扩大了冷却水同板材的有效接触，大大提高了冷却效率。

层流冷却的特点是冷却设备的流量范围基本上是一定的
带钢层流冷却的工作原理
带钢层流冷却的工作原理就是让带钢表面覆盖一层最佳厚度的水层，然后利用热交换原理，使带钢迅速冷却到所需的卷取温度。

所采用的具体方法是使大流量的低压水贴附于带钢表面，形成薄薄的一层水膜，并且随着带钢的前进，由侧向喷出的中压水吹动水膜，使其不断更新，从而带走大量的热，来达到冷却的目的。

层流冷却的基本控制思想：
控制计算机将整个生产范围内的带钢按厚度、目标卷取温度（一般相差10℃为同一级）、带钢材质的冷却特性、冷却要求等分很多级别，将冷却速度相近的钢归类，进行分等级控制，对不同的级别使用不同的策略数据和模型数据。

层流冷却过程的控制主要分为四个部分，见表1.1。

表1.1 层流冷却过程控制
1）冷却策略
因为预设定模型只有一个方程，故不能得到唯一解。

用它来完成
喷头个数的设定，必须对其它相关量（如上、下起始阀门，临界温度，最大冷却能力等）进行计算，才可通过预设定模型确定喷水长度。

2）预设定模型
根据精轧机提供的带钢信息，应用预设定模型对各控制量进行预计算，将计算后得到的控制量设定值送基础自动化系统执行，这样可以有效地消除整个控冷系统动作滞后的影响。

预设定模型每隔一段时间启动一次，重新计算各控制量后送基础自动化系统（下位机）执行，即相当于将带钢沿长度方向分段控制，以消除带钢长度方向的温度、厚度及速度的波动。

3）前馈补偿模型
带钢进入层流冷却前的实际温度、带钢速度和厚度与预估值（带钢离开精轧机时的速度、厚度和温度）存在偏差，该偏差由前馈补偿模型予以消除。

预计算模型与此前馈补偿模型相当于一个完整的前馈控制器。

4）反馈控制模型
反馈控制是通过比较实测的卷取温度和目标卷取温度来调整精
调区集管的开或关，使得实测的卷取温度在目标卷取温度附近振荡趋近，保证同板温差处于目标范围内。

5）模型参数自适应
一段带钢冷却结束后，利用卷取温度点的信息对计算模型（包括前馈模型）进行自适应参数修正，修正后的模型用于下一段（短时自适应）或下一次带钢（长时自适应）的控制。

参数自适应模型实现了
整个带钢层流冷却过程的闭环控制。

控制方案结构图见图1.3。