CN114472548A - 一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统，其包括：冷却装置，其在钢板的行进方向具有延伸长度，所述冷却装置具有沿其长度方向排布的若干排喷嘴，每一排喷嘴均设有开关阀和流量调节阀；遮蔽槽，其沿着钢板的行进方向设于所述冷却装置的下游，并被设置为能够沿着与钢板的行进方向相反的方向行走，以遮挡所述喷嘴；控制装置，其与所述开关阀、流量调节阀和遮蔽槽分别连接。相应地，本发明还公开了上述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统而减小超长板轧制过程中头尾温差的方法。

Description

一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种控制温差的系统及方法，尤其涉及一种减小钢板轧制过程中头尾温差的系统及方法。

背景技术

为了进一步地降低成本，提升竞争力，近年来新建厚板产线的产能也开始逐步增大，其产线从早期的年产100-150万吨增加到200万吨以上。为提升厚板产线的产能，坯料规格也有了明显变化，长坯轧制已经成为提厚板产线产能的重要手段。

与此同时，采用长坯轧制所带来的问题也日益显现，采用长坯轧制所制得的成品板长度加长，其长度由传统的小于50m变成大于60m，甚至是80-100m。此外。由于轧制过程中，钢板头部进入轧机后，尾部尚处于空冷状态，因此尾部较头部空冷时间延长，增量Δt＝L/v，其中L为钢板长度，v是轧制速度。钢板长度越长，则钢板头尾空冷时间差越大，头尾温差也越大，因此对轧制最后几道次的影响非常明显。

根据空冷辐射换热公式Q＝h_sA(T_∞-T_s)，可以计算不同规格钢板空冷温降情况，其中辐射换热系数

σ为Stefan-Bolzman系数，T_∞表示为已知的环境温度，T_s表示钢板温度。通过整理计算结果可以发现：长度为80m的钢板在轧制速度为2.5m/s时，头尾轧制温差23-79℃，越薄则头尾温差越大。

需要说明的是，大于30℃的头尾温差是产品工艺不允许的，大于30℃的头尾温差会导致头尾性能不均，主要原因在于影响终轧温度。终轧温度对产品组织性能的影响很复杂：奥氏体再结晶区轧制，终轧温度较高晶粒易于再结晶长大，头尾温差过大导致头尾晶粒尺寸大小明显差异；奥氏体非再结晶区轧制，终轧温度不同导致晶粒拉长形成的变形带、位错和孪晶数量不同；两相区轧制，终轧温度较高导致铁素体析出量增加，软相比例的增加导致强度有所降低。不同钢种又有所不同，简单理解不同的终轧温度会导致产品性能不同。因此，超长板轧制过程中的头尾温差问题是长坯轧制的瓶颈之一。

据调查，目前对于超长板头尾轧制温差控制手段主要通过升速轧制予以控制，其优点在于无需新增控制设备，缺点在于轧机升速范围有限，对头尾轧制温差的改善作用不明显。另有通过辊道上方安装保温罩的方式减小钢板温降，从而实现减低头尾温差。

例如：公开号为CN106955896A，公开日为2017年7月18日，名称为“基于轧件头尾温差的水箱参数在线调整系统及方法”的中国专利文献，公开了一种基于棒材头尾温差的水箱参数在线调整系统及方法，其通过检测棒材尾部轧前温度推测尾部轧后温度，并与测得的棒材头部轧后温度比较，从而计算水箱水量控制方法。

又例如：公开号为CN102366763A，公开日为2012年3月7日，名称为“一种控制带材的轧制温度的方法”的中国专利文献，介绍了一种控制带材的轧制温度的方法，其通过对热连轧带钢长度方向不同位置测温，比较温差大小判断阀门开启大小，以控制不同位置喷水流量，实现轧制温度均匀。

再例如：公开号为CN101905247A，公开日为2010年12月8日，名称为“一种半无头轧制超长铸坯头尾温差的控制方法”的中国专利文献，其通过增加均热炉的方式减小坯料头尾温差。

基于此，针对现有技术中存在的缺陷，本发明期望获得一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统及方法，其可以有效解决厚板长坯轧制技术的瓶颈问题，改善超长板头尾温度均匀性，实现超长板均温轧制生产，以保证产品在长度方向性能均匀一致。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统，其可以有效解决厚板长坯轧制技术的瓶颈问题，改善超长板头尾温度均匀性，实现超长板均温轧制生产，以保证产品在长度方向性能均匀一致。

为了实现上述目的，本发明提供了一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统，其包括：

冷却装置，其在钢板的行进方向具有延伸长度，所述冷却装置具有沿其长度方向排布的若干排喷嘴，每一排喷嘴均设有开关阀和流量调节阀；

遮蔽槽，其沿着钢板的行进方向设于所述冷却装置的下游，并被设置为能够沿着与钢板的行进方向相反的方向行走，以遮挡所述喷嘴；

控制装置，其与所述开关阀、流量调节阀和遮蔽槽分别连接。

进一步地，在本发明所述的系统中，还包括：

第一测温仪，其设于所述冷却装置的入口处；

第二测温仪，其设于冷却装置的出口处；

所述第一测温仪和第二测温仪分别与所述控制装置连接。

进一步地，在本发明所述的系统中，还包括上位机，其与所述控制装置连接，所述控制装置从上位机接收待冷却钢板的数据信息。

相应地，本发明的另一目的在于提供一种基于上述系统的减小超长板轧制过程中头尾温差的方法，该方法基于上述系统实施。

为了实现上述目的，本发明提出了一种基于本发明所述系统的减小超长板轧制过程中头尾温差的方法，其包括步骤：

(1)当钢板头部到达冷却装置的入口处时，控制装置控制开关阀和流量调节阀以使所述冷却装置开始以水流密度f对钢板头部进行冷却；

(2)当钢板头部行进至所述冷却装置的出口处时，控制装置控制遮蔽槽开始以速度V_f沿着与钢板的行进方向相反的方向行走，直至遮蔽槽遮挡住冷却装置的全部喷嘴。

进一步地，在本发明所述的方法中，所述水流密度f基于下式获得：

其中，c为已知的钢板比热，其单位参量为J/(kg℃)；m表示已知的钢板质量，其单位到了为kg；ΔT表示钢板头部温降目标，其单位参量为℃；T_水为已知的冷却水温，单位参量为℃；T_头为已知的钢板头部初始温度，单位参量为℃；t为冷却时间，单位参量为s；B为已知的钢板表面积，单位参量为 m²；r为已知的水压影响系数，r≥1；f表示待求取的水流密度，其单位参量为 L/(min·m²)；θ为已知的换热修正系数。

进一步地，在本发明所述的方法中，所述冷却时间t基于下述公式获得： t＝S/v，其中S表示所述冷却装置的延伸长度，v表示轧制速度。

进一步地，在本发明所述的方法中，钢板头部温降目标ΔT基于下述步骤获得：

(1)基于下述公式建立不同厚度钢板的温度下降曲线数据库：

其中，c为已知的钢板比热，单位参量为J/(kg℃)；m为已知的钢板质量，单位参量为kg；T_头为已知的钢板头部初始温度，单位参量为℃；B为已知的钢板表面积，单位参量为m²；T_∞为已知的环境温度，单位参量为℃； Stefan-Bolzman常数σ＝5.768×10^-8，单位参量为J/(m²s℃⁴)；ε为已知的黑度系数；T_t表示t时刻钢板所在长度位置的温度。

(2)基于温度下降曲线数据库内的温度下降曲线查找对应钢板的尾部温度T_尾。

(3)根据ΔT＝T_头-T_尾获得钢板头部温降目标ΔT。

进一步地，在本发明所述的方法中，黑度系数ε的取值范围为0.6-0.9。

进一步地，在本发明所述的方法中，所述速度V_f基于下式获得：

其中S为冷却装置的延伸长度，L为钢板长度，V为轧制速度。

本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统及方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：

本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统可有效解决超长钢板生产过程中的头尾温差过大问题，实现超长钢板的均温轧制，以保证钢板长度方向组织性能均匀一致，从而在提升厚板产线产能的同时保证产品质量，具有十分重要的现实意义。

附图说明

图1示意性地显示了本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统在一种实施方式下的结构示意图。

图2示意性地显示了不同规格钢板的温降曲线。

图3为本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的方法在一种实施方式下的实施流程图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统及方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

图1示意性地显示了本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统在一种实施方式下的结构示意图。

如图1所示，在本实施方式中，本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统可以包括：冷却装置1、遮蔽槽2和控制装置(图中未示出)。其中，冷却装置1在钢板3的行进方向具有延伸长度，冷却装置1具有沿其长度方向排布的若干排喷嘴11，每一排喷嘴11均设有开关阀和流量调节阀,可以单独控制开关和流量；遮蔽槽2沿着钢板3的行进方向设置于冷却装置下游，其能够沿着与钢板3的行进方向相反的方向行走，以遮挡所述喷嘴11；控制装置与所述开关阀、流量调节阀和遮蔽槽分别连接。

此外，在本发明所述的系统中还可以包括有：第一测温仪(图中未示出) 和第二测温仪(图中未示出)。其中，第一测温仪设置于冷却装置的入口处，第二测温仪设置于冷却装置的出口处，第一测温仪和第二测温仪可以分别与控制装置连接，并用于检测钢板3的温度，以将所得到的钢板3温度信息传输给控制装置。

另外，在某些实施方式中，在本发明所述的系统中还可以包括上位机(图中未示出)，所述上位机可以与控制装置连接，控制装置能够从上位机接收待冷却钢板3的数据信息。

需要说明的是，在本发明中，实施本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统的方法，可以包括如下步骤：

步骤1：当钢板3头部到达冷却装置1的入口处时，控制装置控制开关阀和流量调节阀以使所述冷却装置1开始以水流密度f对钢板3头部进行冷却。

步骤2：当钢板3头部行进至所述冷却装置1的出口处时，控制装置控制遮蔽槽2开始以速度V_f沿着与钢板3的行进方向相反的方向行走，直至遮蔽槽2遮挡住冷却装置1的全部喷嘴11。

由此可见，在本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统中，其通过遮蔽槽遮住冷却装置中的喷嘴，以使喷嘴喷出的冷却水从水槽两侧流到排水沟。本发明之所以使用遮蔽槽而不是采用关闭喷嘴的开关阀门来控制钢板3 不同位置喷淋的组数是因为：钢板3轧制过程速度较快，关闭喷嘴11开关阀门的响应时间较慢，不能满足快速调节冷却时间的要求。

需要注意的是，对某厚度的钢板，根据轧制速度v和钢板长度L可以确定钢板头部和尾部空冷时差Δt＝L/v。相应的，不同长度位置与头部的空冷时差由该位置距离头部的距离Lx和轧制速度v决定：Δt_x＝Lx/v。

根据热量公式Q＝c×m×(T_头-T_t)可知，t时刻钢板温度T_t为：

T_t＝T_头-Q/(c×m) (1)

其中，c表示钢板比热，单位参量为J/(kg℃)；m为已知的钢板质量，单位参量为kg；T_头为已知的钢板头部初始温度，单位参量为℃。

相应地，钢板空冷主要散热方式为辐射换热，其经历t时间钢板释放的热量为：

Q＝t×h_sB(T_∞-T_头) (2)

上式中，h_s表示辐射换热系数，单位参量为J/(m²·s·℃)，B表示为已知的钢板表面积，单位参量为m²，T_∞表示为已知的环境温度，单位参量为℃。

因此，辐射换热系数h_s可以由下述公式计算求得：

由上述公式(1)(2)(3)式联立可以计算出不同时刻该厚度钢板的温度T_t，其公式如下：

在上述公式中，Stefan-Bolzman常数σ＝5.768×10^-8，单位参量为J/(m²s℃⁴)；ε为已知的黑度系数，在热轧钢板空冷状态下ε通常为0.6-0.9之间；T_t表示t 时刻钢板所在长度位置的温度。

针对不同厚度钢板进行相同计算，便可以获得了不同规格钢板的温降曲线，成功建立不同厚度钢板的温度下降曲线数据库，如图2所示。该温降曲线起始位置代表头部轧制温度，曲线上其他点的温度代表了钢板不同长度位置的轧制温度。温度下降曲线数据库建立完成后，可以基于温度下降曲线数据库内的温度下降曲线查找对应钢板的尾部温度T_尾，从而根据ΔT＝T_头-T_尾获得钢板头部温降目标ΔT。

图3显示了本发明所述的基于上述系统的减小超长板轧制过程中头尾温差的方法在一种实施方式下的实施流程图。

如图3所示，同时结合参考图1可以看出，在本实施方式中，本发明所述的方法可以基于钢板头部冷却时间t和钢板头部温降目标ΔT计算求得冷却装置的水流密度f。

在本实施方式中，本发明所述的方法可以根据上位机L3下发的生产信息确认来料钢种和规格，从数据库中查询确定来料钢种长度方向上的温差，并根据轧制速度v和冷却装置的延伸长度S确定钢板头部冷却时间：t＝S/v。

在知道了钢板头部温降目标ΔT和钢板头部冷却时间t以后，可以计算出水流密度f，具体如下：

Q＝c×m×ΔT＝(T_头-T_水)·t·B·h (5)

对喷射冷却而言，换热系数h可采用如下公式(其他冷却方式可采用对应的经验公式)：

将上述公式(5)和公式(6)进行联立，可以求得水流密度f的大小，所述水流密度f基于下式获得：

其中，c为已知的钢板比热，其单位参量为J/(kg℃)；m表示已知的钢板质量，其单位到了为kg；ΔT表示钢板头部温降目标，其单位参量为℃；T_水为已知的冷却水温，单位参量为℃；T_头为已知的钢板头部初始温度，单位参量为℃；t为冷却时间，单位参量为s；B为已知的钢板表面积，单位参量为 m²；r为已知的水压影响系数，r≥1；f表示待求取的水流密度，其单位参量为 L/(min·m²)；θ为已知的换热修正系数。

在本发明所述的方法中，得到水流密度f后，可以完成冷却模型参数的设置(v_f和f)，打开开关阀，调整阀门开度使使流量密度满足设定要求并保持稳定，待流量稳定后，钢板头部进入冷却装置开始冷却。

当钢板头部到达冷却装置的入口处时，控制装置控制开关阀和流量调节阀以使所述冷却装置开始以水流密度f对钢板头部进行冷却。当钢板头部行进至冷却装置的出口处时，控制装置控制遮蔽槽开始以速度V_f沿着与钢板的行进方向相反的方向行走，直至遮蔽槽遮挡住冷却装置的全部喷嘴。

需要说明的是，速度V_f基于下式获得：

其中S为冷却装置的延伸长度，L为钢板长度，V为轧制速度。

通过本发明可解决超长板生产过程中的头尾温差过大问题，实现超长板的均温轧制，以保证钢板长度方向组织性能均匀一致，提升厚板产线产能的同时保证产品质量。

为了更好地说明本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统及方法的应用情况，本发明设置了一种具体的实施方式进行分析，以进行进一步说明。

实例

在本实施方式中，以厚度20mm的Q235钢种为例，长度L＝60m的钢板轧制速度为v＝1.5m/s时，钢板尾部较头部的空冷时间增加△t＝60/1.5＝40s，通过查询数据库可知，轧制过程头尾温差△T＝57℃。

需要说明的是，轧机前冷却装置的长度S＝5m，冷却装置具有沿其长度方向排布的共10组喷嘴，则钢板头部冷却时间t＝5/1.5＝3.33s。

设置钢板的比热为620J/(kg℃)；设置钢板头部温降目标ΔT为57℃；水温为30℃；水压影响系数r＝1；换热修正系数θ＝6.15；控制钢板头部冷却时间为3.33s，输入冷却模型获得水流密度f＝534l/(min·m²)。

在本实施方式中，遮蔽槽的遮蔽速度v_f＝5*1.5/(60-5)＝0.136m/s。打开开关阀，调整阀门开度使流量密度满足534l/(min·m²)并保持稳定。钢板以轧制速度1.5m/s进入冷却装置，当钢板头部出冷却装置的时刻，启动遮蔽槽，遮蔽槽以0.136m/s的速度与钢板运行方向反向运动，完成冷却喷嘴的逐组遮蔽。

最终通过本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统的处理后，位于冷却装置出口处的第二测温仪测得的钢板头部温度为926℃，钢板尾部温度为913℃，钢板头尾温差为13℃。

综上所述可以看出，本发明所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统可以有效解决厚板长坯轧制技术的瓶颈问题，改善超长板头尾温度均匀性，实现超长板均温轧制生产，以保证产品长度方向性能均匀一致。

需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种减小超长板轧制过程中头尾温差的系统，其特征在于，包括：

冷却装置，其在钢板的行进方向具有延伸长度，所述冷却装置具有沿其长度方向排布的若干排喷嘴，每一排喷嘴均设有开关阀和流量调节阀；

遮蔽槽，其沿着钢板的行进方向设于所述冷却装置的下游，并被设置为能够沿着与钢板的行进方向相反的方向行走，以遮挡所述喷嘴；

控制装置，其与所述开关阀、流量调节阀和遮蔽槽分别连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括：

第一测温仪，其设于所述冷却装置的入口处；

第二测温仪，其设于冷却装置的出口处；

所述第一测温仪和第二测温仪分别与所述控制装置连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括上位机，其与所述控制装置连接，所述控制装置从上位机接收待冷却钢板的数据信息。

4.一种基于如权利要求1-3中任意一项所述的减小超长板轧制过程中头尾温差的系统而减小超长板轧制过程中头尾温差的方法，其特征在于，包括步骤：

(1)当钢板头部到达冷却装置的入口处时，控制装置控制开关阀和流量调节阀以使所述冷却装置开始以水流密度f对钢板头部进行冷却；

(2)当钢板头部行进至所述冷却装置的出口处时，控制装置控制遮蔽槽开始以速度V_f沿着与钢板的行进方向相反的方向行走，直至遮蔽槽遮挡住冷却装置的全部喷嘴。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水流密度f基于下式获得：

其中，c为已知的钢板比热，其单位参量为J/(kg℃)；m表示已知的钢板质量，其单位到了为kg；ΔT表示钢板头部温降目标，其单位参量为℃；T_水为已知的冷却水温，单位参量为℃；T_头为已知的钢板头部初始温度，单位参量为℃；t为冷却时间，单位参量为s；B为已知的钢板表面积，单位参量为m²；r为已知的水压影响系数，r≥1；f表示待求取的水流密度，其单位参量为L/(min·m²)；θ为已知的换热修正系数。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述冷却时间t基于下述公式获得：t＝S/v，其中S表示所述冷却装置的延伸长度，v表示轧制速度。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，钢板头部温降目标ΔT基于下述步骤获得：

(1)基于下述公式建立不同厚度钢板的温度下降曲线数据库：

其中，c为已知的钢板比热，单位参量为J/(kg℃)；m为已知的钢板质量，单位参量为kg；T_头为已知的钢板头部初始温度，单位参量为℃；B为已知的钢板表面积，单位参量为m²；T_∞为已知的环境温度，单位参量为℃；Stefan-Bolzman常数σ＝5.768×10^-8，单位参量为J/(m²s℃⁴)；ε为已知的黑度系数；T_t表示t时刻钢板所在长度位置的温度；

(2)基于温度下降曲线数据库内的温度下降曲线查找对应钢板的尾部温度T_尾；

(3)根据ΔT＝T_头-T_尾获得钢板头部温降目标ΔT。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，黑度系数ε的取值范围为0.6-0.9。

9.如权利要求4-8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述速度V_f基于下式获得：

其中S为冷却装置的延伸长度，L为钢板长度，V为轧制速度。

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