專利名稱：一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)的制作方法
一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于熱處理設(shè)備和工藝控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前，在中厚板熱處理領(lǐng)域風(fēng)冷的作用有限，一方面由于現(xiàn)有風(fēng)冷設(shè)備冷卻能力較小，待處理中厚板的鋼種和規(guī)格受到很大限制，另一方面由于鋼板風(fēng)冷過程控制難度較大，大部分時候只能做到“一冷到底”，不能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻路徑控制。強風(fēng)冷卻是冷卻風(fēng)在壓差作用下流過高溫換熱面時產(chǎn)生的對流換熱過程，由于產(chǎn)生的局部換熱系數(shù)較大，該冷卻形式已廣泛應(yīng)用于電力、化工和制冷行業(yè)中。將強風(fēng)冷卻引入中厚板熱處理領(lǐng)域，對冷卻過程進行精確控制是當前中厚板熱處理技術(shù)發(fā)展的新趨勢。
專利CN101979675A，公開了一種熱處理爐用噴流冷卻裝置，裝置噴風(fēng)強度自進料端向著出料端方向依次遞減，用以增大工件前段的冷卻速度，特別適合管狀工件的冷卻。該專利噴箱形式、換熱器形式、冷卻目的和冷卻工件類型與本發(fā)明差別較大。同時，該專利涉及的冷卻裝置并未配備控制系統(tǒng)，對工件冷卻過程的工藝控制缺乏必要的手段。
專利CN101571355A，公開了一種強循環(huán)快速冷卻室，利用上下風(fēng)管對吹工件表面， 形成強對流，達到快速降溫的目的。該專利采用的風(fēng)管結(jié)構(gòu)較簡單，易產(chǎn)生冷卻不均問題。 同時，各風(fēng)管相互連接，不能夠?qū)崿F(xiàn)分區(qū)域冷卻，冷卻過程控制靈活性較小。此外，該專利并未配備過程控制系統(tǒng)，不能提供較精確的冷卻策略和冷卻規(guī)程，對冷卻過程整體控制程度不高。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，該系統(tǒng)適用于較薄規(guī)格中厚板淬火(固溶)處理以及正火板進入矯直機前快速冷卻處理。
上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，包括冷卻供風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于，鋼板在一個沿輸送輥道設(shè)置的冷卻室內(nèi)完成強風(fēng)冷卻，冷卻室內(nèi)容納多個冷卻段，每個冷卻段配置一套供風(fēng)系統(tǒng)和一套換熱器，由一套過程控制系統(tǒng)控制該冷卻段鋼板溫降和冷卻風(fēng)循環(huán)；每套供風(fēng)系統(tǒng)由一臺變頻離心風(fēng)機、一根主供風(fēng)管、一根分流集氣管和多根分供風(fēng)管組成，每根分供風(fēng)管與一個噴箱連接；一套供風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)變頻離心風(fēng)機入口與位于冷卻室本體頂部的換熱器出風(fēng)口連接，風(fēng)機出口依次與主、分供風(fēng)管連接，分供風(fēng)管與安置在輸送輥道之間的上、下噴箱對應(yīng)連接，冷卻室本體設(shè)排風(fēng)通道與換熱器入風(fēng)口連接，冷卻水系統(tǒng)與冷卻室本體、換熱器相伴設(shè)置；輸送輥道的控制方式為單獨傳動、成組變頻；控制系統(tǒng)由傳動儀表系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)三部分組成，過程控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃調(diào)用模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用構(gòu)建的強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型制定強風(fēng)冷卻策略，計算強風(fēng)冷卻規(guī)程，并將冷卻規(guī)程發(fā)送至PLC系統(tǒng)中執(zhí)行和界面上顯示，在線修正余下冷卻段的冷卻策略，從而控制鋼板溫降速率和冷卻路徑；過程控制系統(tǒng)由入口金屬檢測器信號觸發(fā)PLC作業(yè)，PLC系統(tǒng)分別執(zhí)行供風(fēng)系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，噴箱由內(nèi)腔、阻尼裝置和噴孔三部分組成，噴箱內(nèi)腔進風(fēng)側(cè)過風(fēng)截面積大，封閉側(cè)過風(fēng)截面積小，垂直輥道沿鋼板前進方向看噴箱呈直角梯形，進風(fēng)側(cè)面和封閉側(cè)面與噴孔面垂直。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，噴箱內(nèi)腔設(shè)阻尼裝置，阻尼裝置為兩層多孔篩板，進風(fēng)側(cè)篩板孔徑大，出風(fēng)側(cè)篩板孔徑小，冷卻風(fēng)由噴箱進風(fēng)側(cè)進入內(nèi)腔，經(jīng)阻尼裝置由噴孔噴出，噴孔安裝在噴孔面上，為多排圓形噴孔，上噴箱噴孔面在下側(cè)， 下噴箱噴孔面在上側(cè)，上下兩側(cè)噴孔面與輥面距離均為100mm。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，換熱器采用翅片管式水-氣換熱器，管內(nèi)通冷卻水，與鋼板換熱后的熱風(fēng)由冷卻室頂部抽入換熱器翅片間，與冷卻水發(fā)生熱交換，通過控制換熱器進水量，控制換熱效果，進而控制冷卻風(fēng)噴射溫度，換熱器出口水溫上限為55°C。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于各冷卻段過程控制系統(tǒng)調(diào)用強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型制定冷卻策略和各冷卻段冷卻規(guī)程，冷卻規(guī)程下發(fā)到PLC系統(tǒng)和傳動儀表系統(tǒng)；PLC系統(tǒng)根據(jù)實時采集的各冷卻段風(fēng)量、風(fēng)壓和板溫實測值，采用風(fēng)量-風(fēng)壓雙閉環(huán)控制使風(fēng)量、風(fēng)壓實際值與設(shè)定值之差在允許范圍內(nèi)，控制對象為各冷卻段風(fēng)機變頻器。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，強風(fēng)冷卻策略包括各冷卻段目標冷卻溫度、冷卻速率和輥道控制邏輯，強風(fēng)冷卻規(guī)程包括各噴箱供氣量、風(fēng)壓、噴射溫度和鋼板行進速度。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，強風(fēng)冷卻系統(tǒng)控制兩種換熱形式冷卻室內(nèi)鋼板-冷卻風(fēng)換熱和換熱器水-氣換熱；制定冷卻規(guī)程時，將每一套供風(fēng)系統(tǒng)所針對的冷卻段內(nèi)鋼板-冷卻風(fēng)換熱過程離散為若干等溫降過程，利用鋼板-冷卻風(fēng)換熱模型和換熱器水-氣換熱模型計算每個等溫降段內(nèi)噴風(fēng)參數(shù)和換熱器參數(shù)；在線修正計算時，根據(jù)PLC實時傳遞的噴風(fēng)參數(shù)、鋼板位置及換熱器參數(shù)，利用上述換熱模型修正計算每個等溫降段內(nèi)板溫和風(fēng)溫，根據(jù)計算值與各冷卻段熱電偶實測板溫的差值調(diào)整冷卻規(guī)程。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，PLC系統(tǒng)分別執(zhí)行供風(fēng)系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程冷卻風(fēng)經(jīng)主供風(fēng)管、分流集氣管和分供風(fēng)管，以一定速度和壓力由上、下噴箱噴出，氣體射流沖擊鋼板表面，產(chǎn)生強化換熱效果，與鋼板換熱后的熱風(fēng)由冷卻室頂部抽出，經(jīng)換熱器冷卻后重新被送入噴箱；冷卻室前金屬檢測器檢測到鋼板頭部時，過程控制系統(tǒng)制定冷卻策略、計算冷卻規(guī)程并由PLC系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)程，此時冷卻室內(nèi)輥道按設(shè)定輥速轉(zhuǎn)動，同時冷卻室前輥道按相同輥速運送鋼板進冷卻室；鋼板即將出冷卻室時，冷卻室后輥道按冷卻室內(nèi)輥速轉(zhuǎn)動，運送鋼板出冷卻室；當冷卻室后金屬檢測器檢測到鋼板尾部時，冷卻室內(nèi)輥道停止轉(zhuǎn)動。
根據(jù)上述中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型，包括供風(fēng)參數(shù)初始化模型、冷卻風(fēng)噴射溫度計算模型、鋼板表面綜合換熱系數(shù)計算模型和鋼板溫降模型；供風(fēng)參數(shù)初始化模型包括供風(fēng)管路沿程壓力損失計算、供風(fēng)管路局部壓力損失計算和噴孔噴射參數(shù)計算，計算結(jié)果為噴孔噴風(fēng)速度、單噴孔噴風(fēng)量和單噴孔噴風(fēng)壓力；冷卻風(fēng)噴射溫度計算模型根據(jù)翅片管換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻水進水-回水溫度、冷卻水流量和換熱器入口熱風(fēng)溫度計算換熱器熱效率，進而計算換熱器出口冷風(fēng)溫度；鋼板表面綜合換熱系數(shù)計算模型根據(jù)鋼板表面多噴孔射流沖擊換熱情況下局部換熱系數(shù)與雷諾數(shù)、噴射距離、噴孔直徑和噴氣溫度的關(guān)系，利用集總參數(shù)法計算各冷卻段鋼板上下表面綜合換熱系數(shù)；鋼板溫降模型采用沿厚度和寬度方向的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程，熱物性參數(shù)隨板溫變化而變化，利用有限元法求解得到各溫降段內(nèi)鋼板寬向和厚向的溫度分布。
本發(fā)明的中厚板強風(fēng)冷卻系統(tǒng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下特點1、噴箱采用縱向變截面技術(shù)和阻尼均流技術(shù)，使沿噴箱長度方向各噴孔出風(fēng)量、風(fēng)壓一致，有效的減少了供風(fēng)波動，提高了冷卻均勻性。
2、通過合理設(shè)計噴孔間距、噴孔直徑和噴射距離，使噴箱多噴孔射流沖擊換熱更均勻，減小噴射回流和射流干涉，增強了換熱效果。
3、上下噴箱沿輥道對稱布置，噴射距離相等，使鋼板上下表面產(chǎn)生均勻的強化換熱效果，消除了盲點和渦流，較好的控制了冷后板形，提高了產(chǎn)品成材率和成品質(zhì)量。
4、通過合理設(shè)計換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高了換熱器熱效率，結(jié)合所建立的數(shù)學(xué)模型和PLC實時控制，實現(xiàn)風(fēng)溫精確控制，為鋼板冷卻過程精確控制打下基礎(chǔ)。
5、采用風(fēng)量-風(fēng)壓雙閉環(huán)控制，實現(xiàn)冷卻風(fēng)恒定、可控供給，為強風(fēng)冷卻規(guī)程的精確執(zhí)行創(chuàng)造條件，提高了系統(tǒng)的控制精度。
6、過程控制系統(tǒng)采用觸發(fā)機制，緊密結(jié)合輥道控制和生產(chǎn)連鎖，利用構(gòu)建的數(shù)學(xué)模型，科學(xué)、合理制定強風(fēng)冷卻策略和冷卻規(guī)程，并自動下發(fā)到PLC中執(zhí)行和界面上顯示， 實現(xiàn)了鋼板強風(fēng)冷卻過程精確、自動控制以及冷卻路徑控制，有效的提高了生產(chǎn)效率，簡化了操作步驟。


圖1是本發(fā)明中的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)備主視圖； 圖2是本發(fā)明中的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)備俯視圖；圖3是本發(fā)明中的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)備左視圖； 圖4是本發(fā)明中的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)PLC系統(tǒng)示意圖； 圖5是本發(fā)明中的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)過程控制系統(tǒng)示意圖； 圖6是本發(fā)明中的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)等級控制及模型控制示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式
作進一步說明。
下面首先描述本發(fā)明的強風(fēng)冷卻設(shè)備的實施方案。
強風(fēng)冷卻系統(tǒng)冷卻室被分成多個冷卻段，每個冷卻段包含若干支上下噴箱和若干根輥道，鋼板在上下噴箱間的輥面上按工藝速度運動，輥道控制方式為單獨傳動、成組變頻。每個冷卻段配備一套供風(fēng)系統(tǒng)、一套換熱器和一套控制系統(tǒng)。冷卻室側(cè)壁和頂壁內(nèi)安裝有由冷卻水管構(gòu)成的水墻，其作用為提高鋼板冷卻速度和防止鋼板熱量向外傳遞，在冷卻水出水口安裝流量開關(guān)，監(jiān)測冷卻水流量變化。
強風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，每套供風(fēng)系統(tǒng)具備一組變頻離心風(fēng)機、一根主供風(fēng)管、一根分流集氣管和若干根分供風(fēng)管，分供風(fēng)管與上下噴箱對應(yīng)連接，風(fēng)機入口與換熱器連接，供風(fēng)系統(tǒng)為各冷卻段噴箱提供恒定、可控的冷卻風(fēng)。
如圖廣3所示，強風(fēng)冷卻系統(tǒng)設(shè)備的變頻離心風(fēng)機1入口與換熱器2出風(fēng)口連接， 風(fēng)機1出口依次與主供風(fēng)管6、分流集氣管7和分供風(fēng)管8連接，分供風(fēng)管8與上噴箱9和下噴箱10對應(yīng)連接，冷卻室3頂部設(shè)排風(fēng)通道，與換熱器2入風(fēng)口連接，換熱器2安置在冷卻室本體3頂部，冷卻水系統(tǒng)4與冷卻室本體3、換熱器2相伴設(shè)置，噴箱沿輸送輥道上下對稱布置，上噴箱9、下噴箱10安置在輸送輥道5之間，分別置于冷卻過程中的鋼板11的上、 下方，噴箱噴孔面向鋼板噴風(fēng)，上下噴箱與輥面垂直距離均為100mm，這樣設(shè)計可使鋼板上下表面產(chǎn)生均勻的強化對流效果，消除盲區(qū)和渦流。換熱器2采用翅片管式水-氣換熱器， 冷卻水系統(tǒng)4連接工廠水網(wǎng)。
強風(fēng)冷卻系統(tǒng)噴箱由內(nèi)腔、阻尼裝置和噴孔三部分組成。噴箱內(nèi)腔進風(fēng)側(cè)過風(fēng)截面積大，封閉側(cè)過風(fēng)截面積小，垂直輥道沿鋼板前進方向看噴箱呈直角梯形，進風(fēng)側(cè)面和封閉側(cè)面與噴孔面垂直，這樣設(shè)計可使沿噴箱長度方向的各噴孔噴風(fēng)量趨于一致，提高冷卻均勻性。噴箱內(nèi)腔設(shè)阻尼裝置，該裝置為兩層多孔篩板，進風(fēng)側(cè)篩板孔徑大，出風(fēng)側(cè)篩板孔徑小，冷卻風(fēng)由噴箱進風(fēng)側(cè)進入內(nèi)腔，經(jīng)阻尼裝置由噴孔噴出。阻尼裝置一方面起到緩沖作用，減小供風(fēng)波動，提供穩(wěn)定冷卻風(fēng)，另一方面起到均流作用，減少各噴孔噴風(fēng)量和噴風(fēng)壓力的差異?？v向變截面和阻尼均流設(shè)計方案實現(xiàn)了噴箱長度方向流量均勻性控制。多排圓形噴孔安裝在噴孔面上，通過合理設(shè)計噴孔間距、噴孔直徑和噴射距離，使多噴孔射流沖擊換熱更均勻，減小噴射回流和射流干涉，增強換熱效果。
強風(fēng)冷卻系統(tǒng)換熱器采用翅片管式水-氣換熱器，包括翅片、冷卻水管、外殼和檢測儀表四部分。多層翅片平行于氣流方向排列，多根冷卻水管垂直穿過翅片，與外界水網(wǎng)連接，總進水管上安裝流量開關(guān)，用于檢測進水量，總出水管上安裝水溫儀，用于檢測出水溫度。熱風(fēng)由冷卻室頂部抽入換熱器翅片間，與冷卻水發(fā)生熱交換，通過增加換熱面積達到增強冷卻能力的效果。
利用冷卻水管間距、冷卻水管直徑、翅片間距、翅片厚度、氣流方向翅片長度、冷卻水量和換熱器換熱面積等已知量，計算出換熱器冷卻水管束外表面空氣側(cè)換熱系數(shù)，進而利用兩側(cè)流體均不混合的叉流式換熱器換熱單元數(shù)與熱效率的關(guān)系得出換熱器熱效率，最后根據(jù)熱效率與冷卻風(fēng)溫度和冷卻水溫度的關(guān)系，由根據(jù)換熱模型計算出的換熱器入口熱風(fēng)溫度、根據(jù)外界水網(wǎng)提供的換熱器入口水溫和根據(jù)換熱器出口水溫儀測得的出口水溫計算出換熱器出口冷卻風(fēng)溫度，該溫度經(jīng)過適當處理即可作為下一循環(huán)冷卻風(fēng)噴射溫度參與鋼板-冷卻風(fēng)換熱計算。
當強風(fēng)冷卻系統(tǒng)PLC接收到工作指令時，見圖4，指定冷卻段風(fēng)機1按給定頻率工作，冷卻風(fēng)由冷卻室3經(jīng)換熱器2抽至風(fēng)機1入口，此處設(shè)置風(fēng)壓、風(fēng)流量檢測點P、Qf、風(fēng)機變頻控制點C。帶有一定壓力和速度的冷卻風(fēng)由風(fēng)機1出口噴出后，經(jīng)各冷卻段主供風(fēng)管6匯入分流集氣管7中。分流集氣管7與主供風(fēng)管6相對的另一側(cè)連接若干分供風(fēng)管8， 冷卻風(fēng)沿分供風(fēng)管8進入冷卻室本體3內(nèi)的上、下噴箱9、10中。根據(jù)設(shè)備參數(shù)和風(fēng)機頻率可計算出噴箱9、10入口端供風(fēng)量、風(fēng)壓和風(fēng)溫。由于噴箱9、10采用縱向變截面和阻尼均流設(shè)計方案，冷卻風(fēng)均勻、穩(wěn)定的通過阻尼裝置兩層多孔篩板，由安裝在噴孔面上的多排圓形噴孔噴出。強風(fēng)冷卻過程控制系統(tǒng)結(jié)合噴箱入口端進風(fēng)量、風(fēng)壓、風(fēng)溫和噴箱結(jié)構(gòu)尺寸可7計算出噴孔噴射速度、噴風(fēng)量、噴風(fēng)溫度、噴射角和噴射方式。冷卻風(fēng)由上下噴箱9、10噴出后，射流沖擊鋼板11表面，產(chǎn)生強化換熱效果。冷卻室3出口設(shè)置測溫點T3、測輥速點V。 與鋼板換熱后的熱風(fēng)由冷卻室3頂部抽出，經(jīng)換熱器2入風(fēng)口進入翅片間，翅片與冷卻水系統(tǒng)4垂直安裝。熱風(fēng)與冷卻水充分換熱后，由換熱器2出風(fēng)口(測溫點Tl)重新回到風(fēng)機1 中，繼續(xù)下一輪循環(huán)。根據(jù)換熱器2入風(fēng)口風(fēng)溫、入水口水溫、入水口流量(測水流量點QS )、 出水口水溫(測溫點T2)和換熱器2結(jié)構(gòu)尺寸可得到換熱器2熱效率，進而計算出換熱器2 出風(fēng)口風(fēng)溫。冷卻水系統(tǒng)4的管路一部分連接到各冷卻段換熱器2入水口，根據(jù)強風(fēng)冷卻系統(tǒng)控制指令調(diào)節(jié)水量；另一部分連接到冷卻室3側(cè)壁和頂壁的水墻中，在提高冷卻室冷卻效率的同時，阻止鋼板熱量向外傳播。只要冷卻室工作，冷卻水系統(tǒng)一直投入使用。
下面描述本發(fā)明的強風(fēng)冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)實施方案。
如圖5飛所示，強風(fēng)冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)具備二級控制體系，包括傳動儀表系統(tǒng)、 PLC系統(tǒng)12和過程控制系統(tǒng)13三部分。結(jié)合廠級MES或計劃管理系統(tǒng)，控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過程參數(shù)的實時反饋、風(fēng)量-風(fēng)壓雙閉環(huán)控制、風(fēng)溫閉環(huán)控制、鋼板跟蹤及輥道連鎖控制、強風(fēng)冷卻策略和冷卻規(guī)程的預(yù)計算、強風(fēng)冷卻策略和冷卻規(guī)程的在線修正等功能。強風(fēng)冷卻系統(tǒng)控制兩種換熱形式冷卻室內(nèi)鋼板-冷卻風(fēng)換熱和換熱器水-氣換熱。計算冷卻規(guī)程時，將每一套供風(fēng)系統(tǒng)所針對的冷卻段內(nèi)鋼板-冷卻風(fēng)換熱過程離散為若干等溫降過程，利用鋼板-冷卻風(fēng)換熱模型和換熱器水-氣換熱模型計算每個等溫降段內(nèi)噴風(fēng)參數(shù)和換熱器參數(shù)。每個等溫降段內(nèi)參數(shù)計算流程為首先根據(jù)供風(fēng)參數(shù)初始化模型16完成供風(fēng)管路沿程壓力損失計算、供風(fēng)管路局部壓力損失計算和噴孔噴射參數(shù)計算，計算結(jié)果為噴孔噴風(fēng)速度、單噴孔噴風(fēng)量和單噴孔噴風(fēng)壓力；然后結(jié)合鋼板表面綜合換熱系數(shù)模型 18，根據(jù)鋼板表面多噴孔射流沖擊換熱情況下局部換熱系數(shù)與雷諾數(shù)、噴射距離、噴孔直徑和噴氣溫度的關(guān)系，利用集總參數(shù)法計算各冷卻段鋼板上下表面綜合換熱系數(shù)；進而根據(jù)鋼板溫降模型19，采用沿厚度和寬度方向的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程，利用有限元法求解得到各溫降段內(nèi)鋼板寬向和厚向的溫度分布；最后，利用冷卻風(fēng)噴射溫度計算模型17，根據(jù)翅片管換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻水進水-回水溫度、冷卻水流量和換熱器入口熱風(fēng)溫度計算換熱器熱效率，進而計算換熱器出口冷風(fēng)溫度。如此往復(fù)循環(huán)，直至鋼板冷卻到目標溫度，從而計算出鋼板冷卻過程中的溫度參數(shù)和換熱器換熱參數(shù)。在線修正計算時，根據(jù)PLC系統(tǒng) 12實時傳遞的噴風(fēng)參數(shù)、鋼板位置及換熱器參數(shù)，利用上述換熱模型修正計算每個等溫降段內(nèi)板溫和風(fēng)溫，根據(jù)計算值與各冷卻段熱電偶實測板溫的差值調(diào)整冷卻規(guī)程。
作業(yè)流程當冷卻室入口金屬檢測器檢測到鋼板11頭部位置時，強風(fēng)冷卻系統(tǒng) PLC系統(tǒng)12將反饋的觸發(fā)信號通過過程控制系統(tǒng)13發(fā)送給廠級MES或計劃管理系統(tǒng)，后者將待冷卻鋼板11計劃信息發(fā)送給過程控制系統(tǒng)13，這些信息包括鋼種、板號、鋼板規(guī)格、目標開冷溫度、目標終冷溫度、目標冷速、冷卻模式和鋼板合金成分。過程控制系統(tǒng)13制定冷卻策略、計算冷卻規(guī)程并由PLC系統(tǒng)12執(zhí)行規(guī)程。PLC系統(tǒng)12分別執(zhí)行供風(fēng)系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程冷卻風(fēng)經(jīng)主供風(fēng)管、分流集氣管和分供風(fēng)管，以一定速度和壓力由上、下噴箱10噴出，氣體射流沖擊鋼板11表面，產(chǎn)生強化換熱效果，與鋼板11換熱后的熱風(fēng)由冷卻室頂部抽出，經(jīng)換熱器冷卻后重新被送入噴箱；同時冷卻室前輥道14按相同輥速運送鋼板進冷卻室；鋼板即將出冷卻室時，冷卻室后輥道15按冷卻室內(nèi)輥輥速轉(zhuǎn)動，運送鋼板出冷卻室；當冷卻室后金屬檢測器檢測到鋼板尾部時，冷卻室內(nèi)輥道5停止轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1.一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，包括冷卻供風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于，鋼板在一個沿輸送輥道設(shè)置的冷卻室內(nèi)完成強風(fēng)冷卻，冷卻室內(nèi)容納多個冷卻段，每個冷卻段配置一套供風(fēng)系統(tǒng)和一套換熱器，由一套過程控制系統(tǒng)控制該冷卻段鋼板溫降和冷卻風(fēng)循環(huán)；每套供風(fēng)系統(tǒng)由一臺變頻離心風(fēng)機、一根主供風(fēng)管、一根分流集氣管和多根分供風(fēng)管組成，每根分供風(fēng)管與一個噴箱連接；一套供風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)變頻離心風(fēng)機入口與位于冷卻室本體頂部的換熱器出風(fēng)口連接，風(fēng)機出口依次與主、分供風(fēng)管連接，分供風(fēng)管與安置在輸送輥道之間的上、下噴箱對應(yīng)連接，冷卻室本體設(shè)排風(fēng)通道與換熱器入風(fēng)口連接，冷卻水系統(tǒng)與冷卻室本體、換熱器相伴設(shè)置；輸送輥道的控制方式為單獨傳動、成組變頻；控制系統(tǒng)由傳動儀表系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)三部分組成，過程控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃調(diào)用模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用構(gòu)建的強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型制定強風(fēng)冷卻策略，計算強風(fēng)冷卻規(guī)程，并將冷卻規(guī)程發(fā)送至PLC系統(tǒng)中執(zhí)行和界面上顯示，在線修正余下冷卻段的冷卻策略，從而控制鋼板溫降速率和冷卻路徑；過程控制系統(tǒng)由入口金屬檢測器信號觸發(fā)PLC作業(yè)，PLC系統(tǒng)分別執(zhí)行供風(fēng)系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，噴箱由內(nèi)腔、 阻尼裝置和噴孔三部分組成，噴箱內(nèi)腔進風(fēng)側(cè)過風(fēng)截面積大，封閉側(cè)過風(fēng)截面積小，垂直輥道沿鋼板前進方向看噴箱呈直角梯形，進風(fēng)側(cè)面和封閉側(cè)面與噴孔面垂直。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，噴箱內(nèi)腔設(shè)阻尼裝置，阻尼裝置為兩層多孔篩板，進風(fēng)側(cè)篩板孔徑大，出風(fēng)側(cè)篩板孔徑小，冷卻風(fēng)由噴箱進風(fēng)側(cè)進入內(nèi)腔，經(jīng)阻尼裝置由噴孔噴出，噴孔安裝在噴孔面上，為多排圓形噴孔，上噴箱噴孔面在下側(cè)，下噴箱噴孔面在上側(cè)，上下兩側(cè)噴孔面與輥面距離均為100mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，換熱器采用翅片管式水-氣換熱器，管內(nèi)通冷卻水，與鋼板換熱后的熱風(fēng)由冷卻室頂部抽入換熱器翅片間，與冷卻水發(fā)生熱交換，通過控制換熱器進水量，控制換熱效果，進而控制冷卻風(fēng)噴射溫度，換熱器出口水溫上限為55°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于各冷卻段過程控制系統(tǒng)調(diào)用強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型制定冷卻策略和各冷卻段冷卻規(guī)程，冷卻規(guī)程下發(fā)到PLC 系統(tǒng)和傳動儀表系統(tǒng)；PLC系統(tǒng)根據(jù)實時采集的各冷卻段風(fēng)量、風(fēng)壓和板溫實測值，采用風(fēng)量-風(fēng)壓雙閉環(huán)控制使風(fēng)量、風(fēng)壓實際值與設(shè)定值之差在允許范圍內(nèi)，控制對象為各冷卻段風(fēng)機變頻器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，強風(fēng)冷卻策略包括各冷卻段目標冷卻溫度、冷卻速率和輥道控制邏輯，強風(fēng)冷卻規(guī)程包括各噴箱供氣量、風(fēng)壓、噴射溫度和鋼板行進速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，強風(fēng)冷卻系統(tǒng)控制兩種換熱形式冷卻室內(nèi)鋼板-冷卻風(fēng)換熱和換熱器水-氣換熱；制定冷卻規(guī)程時， 將每一套供風(fēng)系統(tǒng)所針對的冷卻段內(nèi)鋼板-冷卻風(fēng)換熱過程離散為若干等溫降過程，利用鋼板-冷卻風(fēng)換熱模型和換熱器水-氣換熱模型計算每個等溫降段內(nèi)噴風(fēng)參數(shù)和換熱器參數(shù)；在線修正計算時，根據(jù)PLC實時傳遞的噴風(fēng)參數(shù)、鋼板位置及換熱器參數(shù)，利用上述換熱模型修正計算每個等溫降段內(nèi)板溫和風(fēng)溫，根據(jù)計算值與各冷卻段熱電偶實測板溫的差值調(diào)整冷卻規(guī)程。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，PLC系統(tǒng)分別執(zhí)行供風(fēng)系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程冷卻風(fēng)經(jīng)主供風(fēng)管、分流集氣管和分供風(fēng)管，以一定速度和壓力由上、下噴箱噴出，氣體射流沖擊鋼板表面，產(chǎn)生強化換熱效果，與鋼板換熱后的熱風(fēng)由冷卻室頂部抽出，經(jīng)換熱器冷卻后重新被送入噴箱；冷卻室前金屬檢測器檢測到鋼板頭部時，過程控制系統(tǒng)制定冷卻策略、計算冷卻規(guī)程并由PLC系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)程，此時冷卻室內(nèi)輥道按設(shè)定輥速轉(zhuǎn)動，同時冷卻室前輥道按相同輥速運送鋼板進冷卻室；鋼板即將出冷卻室時，冷卻室后輥道按冷卻室內(nèi)輥速轉(zhuǎn)動，運送鋼板出冷卻室；當冷卻室后金屬檢測器檢測到鋼板尾部時，冷卻室內(nèi)輥道停止轉(zhuǎn)動。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型，包括供風(fēng)參數(shù)初始化模型、冷卻風(fēng)噴射溫度計算模型、鋼板表面綜合換熱系數(shù)計算模型和鋼板溫降模型；供風(fēng)參數(shù)初始化模型包括供風(fēng)管路沿程壓力損失計算、供風(fēng)管路局部壓力損失計算和噴孔噴射參數(shù)計算，計算結(jié)果為噴孔噴風(fēng)速度、單噴孔噴風(fēng)量和單噴孔噴風(fēng)壓力；冷卻風(fēng)噴射溫度計算模型根據(jù)翅片管換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻水進水-回水溫度、冷卻水流量和換熱器入口熱風(fēng)溫度計算換熱器熱效率，進而計算換熱器出口冷風(fēng)溫度；鋼板表面綜合換熱系數(shù)計算模型根據(jù)鋼板表面多噴孔射流沖擊換熱情況下局部換熱系數(shù)與雷諾數(shù)、噴射距離、噴孔直徑和噴氣溫度的關(guān)系，利用集總參數(shù)法計算各冷卻段鋼板上下表面綜合換熱系數(shù)；鋼板溫降模型采用沿厚度和寬度方向的二維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程，熱物性參數(shù)隨板溫變化而變化，利用有限元法求解得到各溫降段內(nèi)鋼板寬向和厚向的溫度分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種中厚板熱處理強風(fēng)冷卻系統(tǒng)，包括冷卻供風(fēng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，鋼板在一個沿輸送輥道設(shè)置的冷卻室內(nèi)完成強風(fēng)冷卻，冷卻室內(nèi)容納多個冷卻段，每個冷卻段配置一套供風(fēng)系統(tǒng)和一套換熱器，由一套過程控制系統(tǒng)控制該冷卻段鋼板溫降和冷卻風(fēng)循環(huán)；輸送輥道的控制方式為單獨傳動、成組變頻；控制系統(tǒng)由傳動儀表系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)和過程控制系統(tǒng)三部分組成，過程控制系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)計劃調(diào)用模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用構(gòu)建的強風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型制定強風(fēng)冷卻策略，計算強風(fēng)冷卻規(guī)程，并將冷卻規(guī)程發(fā)送至PLC系統(tǒng)中執(zhí)行和界面上顯示；過程控制系統(tǒng)由入口金屬檢測器信號觸發(fā)PLC作業(yè)，PLC系統(tǒng)分別執(zhí)行供風(fēng)系統(tǒng)和輥道系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)程。本發(fā)明提高了生產(chǎn)效率，簡化了操作步驟。
文檔編號C21D9/00GK102517430SQ201110419299
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者付天亮, 李勇, 王國棟, 王昭東, 王黎筠, 田勇, 袁國, 韓毅 申請人:東北大學(xué)