一种中间坯冷却系统及冷却控制工艺 【技术领域】
本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种中间坯冷却系统及冷却控制工艺。
背景技术
目前国内外中厚板生产线已经普遍采用热机轧制工艺(TMCP)来生产高档次的中厚板，这种工艺技术的优点是降低了高档次产品的成本，而获得强度高性能好的产品。由于在轧制过程中需要控制中间坯的轧制温度，即中间坯必须达到规定的温度才进行第二阶段或者第三阶段轧制。目前的中厚板生产线基本都采用在轧机前后的辊道上进行空冷的方式，冷却的时间较长，冷却的时间根据品种及厚度不同，一般为3～12分钟，甚至更长。为了提高产量，目前都采用多块轧制，但是这种轧制方式，生产组织困难大，轧机的节奏匹配难度很大。总体看，这种轧制方式会降低轧机小时产量30～50％。
目前国内采用的中间坯控制冷却技术主要有层流冷却或水帘两种形式，这两种形式的冷却技术，从实际使用来看都存在不同的问题。层流冷却形式的中间控制冷却系统，由于其水量过大，冷却速度偏大，对中间坯的组织性能都带来不利的影响。水帘形式的中间控制冷却系统，由于水量不能根据需要自动调整，并且冷却不均匀，且造成中间坯的温差加大，不能满足生产工艺的需要。
由于现有中间冷却技术存在的上述问题，所以这种控制冷却技术是目前还未普遍采用的主要原因，国内只有宝钢、济钢等极少的中厚板生产线采用，且使用效果都不太理想。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的不足，第一目的在于提供一种中间坯冷却系统，第二目的在于提供一种中间坯冷却系统的冷却控制工艺。本发明冷却速度快，但并不改变金属性能，水量的调节范围大，且水量可连续调节，可以精确的控制中间坯的冷却速度，可广泛用于中厚板生产线。
本发明的第一目的是通过以下技术方案实现的：一种中间坯冷却系统，其特征是：在粗轧机和精轧机之间，设置气雾冷却装置本体。所述的气雾冷却装置本体由上部冷却集管和下部冷却集管组成，在上部冷却集管和下部冷却集管的冷却水管上安装气雾喷嘴和压缩空气管；冷却水管和压缩空气管的开闭控制阀和流量控制阀与控制阀站连接。
上下气雾冷却集管分别独立控制，水量可单独连续调整。
为便于设备的检修和对上集管的保护，所述气雾冷却上集管与液压倾翻装置固定连接。
为清除中间坯上表面的残留水，在该系统的入口或/和出口处设置有吹扫装置，该装置为常规装置，它利用压缩空气清除中间坯上表面的残留水。
为将由于冷却而产生的蒸汽抽出厂房外，该系统还包括抽汽装置，该抽汽装置由抽气罩、抽气管、排气管、风机和钢结构支撑架等常规装置组成。
为使抽气罩可独立由吊车移动，因此采取分段式抽汽方式，所述抽汽装置的抽气罩设置在所述液压倾翻装置上，随倾翻系统一起动作。抽气罩可以分为三组，抽气罩及倾翻装置一起转动，倾翻的角度最大为67°左右。
为跟踪中间坯的位置，该系统的入口和出口处分别设置有高温计和位置检测器，以保证中间坯在辊道上摆动不会脱离喷雾冷却区。
本发明的第二目的是通过以下技术方案实现的：一种中间坯冷却控制工艺，其特征是：冷却控制工艺技术包括以下步骤：
1)通过计算机根据中间坯的厚度、宽度、钢种和温度设定冷却集管开闭的数量；
2)计算机根据中间坯的厚度、宽度、钢种和温度计算并设定冷却水量；
3)通过计算机操作相关的开闭控制阀和流量控制阀动作；
4)相关的冷却集管开始喷雾，结束设定计算过程，冷却中间坯；
5)将中间坯的温度反馈给计算机，并与预先设定的冷却温度比较，如有高于预先设定的冷却温度，则重复步骤1)～4)，调整水量，以提高冷却的控制精度；如不大于预先设定的冷却温度，则进入下道工序。
为实现智能化，使整个冷却工艺能够根据中间坯的具体情况自动调整冷却水量以及冷却集管开闭地数量，步骤5)中还包括以下步骤：计算机根据中间坯反馈的数据，计算初始温度状态下冷却集管开闭的最佳数量及最佳冷却水量，并设定为下次冷却的默认值。
在中间坯冷却的整个工艺过程中，中间坯最好采用摆动策略，中间坯摆动的速度和幅度大小根据需要人工设定。
本发明的有益效果是：
(1)本发明所涉及的冷却系统及冷却控制工艺，能够实现对中间坯采用气雾冷却控制，因此可以在2分钟左右的时间内快速冷却中间坯，但并不改变中间坯的金属性能。
(2)本发明所涉及的冷却系统及冷却控制工艺，在降低生产组织难度的同时，将提高综合生产能力约20～30％，经济效益非常显著。
(3)本发明采用气雾冷却原理对中间坯进行冷却，水量的调节范围大，最大水量和最小水量的调节比为20倍，且水量可连续调节，可以精确的控制中间坯的冷却速度，所以可实现不同温度、不同钢种、不同宽度、不同厚度中间坯的冷却要求，可广泛用于中厚板生产线。
(4)本发明设置了在线控制模型，并具备自学习功能，因此操作简单，控制精确。
(5)本发明所涉及的冷却系统设置有自动抽汽系统，将冷却的蒸汽自动排放到厂房外，避免蒸汽弥漫在厂房内，对操作不利同时避免影响电气设备。
(6)由于抽气罩分段布置，因此对抽气罩的移动方便，从而便于辊道维护和冷却喷嘴的检查和更换。
【附图说明】
图1是本发明的系统布置示意图；
图2是本发明的冷却装置系统示意图；
图3是本发明的气雾冷却装置的结构示意图；
图4是图3的A向视图；
图5是图3的B向视图；
图6是本发明的冷却控制工艺示意图。
图中，1-吹扫装置，2-高温计，3-上部冷却集管，4-下部冷却集管，5-冷却水管，6-气雾喷嘴，7-压缩空气管，8-输送辊道，9-气雾冷却装置本体，10-位置检测器，11-粗轧机，12-精轧机，13-抽汽罩，14-倾翻装置，15-控制阀站，16-抽汽装置，17-上集管框架。
【具体实施方式】
下面结合具体的实施方式对本发明作进一步说明，但并不因此将本发明限定在以下的具体方式之中。
如图1～5所示：在粗轧机11和精轧机12之间，设置气雾冷却装置本体9，在其出入口安装吹扫装置1、高温计2和位置检测器10。气雾冷却装置本体9由上部冷却集管3和下部冷却集管4组成，上部冷却集管3安装在上集管框架17上，下部冷却集管4安装在输送辊道8之间；在上部冷却集管3和下部冷却集管4的冷却水管5上安装气雾喷嘴6和压缩空气管7；冷却水管5和压缩空气管7的开闭控制阀和流量控制阀与控制阀站15连接。
控制阀站15通过自动化控制系统使上部冷却集管3和下部冷却集管4喷出均匀水雾冷却中间坯。
在气雾冷却装置本体9上方安装抽汽系统，抽汽罩13分段布置，安装在液压倾翻装置14上，并通过排气管道与抽汽装置16连接。抽汽罩13及倾翻装置14一起转动，倾翻的角度最大为67°左右。
通过输送辊道8从粗轧机11出来的中间坯，在气雾冷却装置本体9中被上部冷却集管3和下部冷却集管4喷出均匀水雾冷却，然后送往精轧机12。
如图6所示：该冷却控制工艺的冷却系统控制按以下步骤工作：
1)控制阀站15的计算机根据钢板的PDI数即中间坯的厚度、宽度、钢种和温度，设定冷却集管开闭的数量，开/闭冷却集管；
2)计算机根据中间坯的厚度、宽度、钢种和温度计算并设定冷却水量；
3)通过计算机操作相关的开闭控制阀和流量控制阀动作，控制流量调节阀开度；
4)相关的冷却集管开始喷雾，冷却中间坯；
5)将中间坯冷却后的温度检测值反馈给计算机，通过具备自学习功能的在线控制模型，与预先设定的冷却温度比较，如高于预先设定的冷却温度，则重复步骤1)～4)，调整水量；如不大于预先设定的冷却温度，则进入下道工序。
计算机根据中间坯反馈的数据，计算初始温度状态下冷却集管开闭的最佳数量及最佳冷却水量，设定为下次冷却的默认值。
在中间坯冷却的整个工艺过程中，中间坯采用摆动策略，中间坯摆动的速度和幅度大小根据需要人工设定。
喷雾冷却是通过对中间坯表面喷水雾，通过水雾蒸发带走中间坯表面的热量，使中间坯表面的温度降下来，从而与中间坯中心产生温差，使中间坯产生热传递，随着水雾不断蒸发，中间坯的热量不断被带走，中间坯的温度就逐渐降下来。通过控制喷雾量和喷雾时间，就能实现定量冷却。
中间坯冷却需要带走的热量按如下方法计算：
中间坯初始温度：T1
冷却后的温度：T2
温差：ΔT＝T1-T2
中间坯质量：m1(g)
中间坯比热：ρ
要把质量为m1的中间坯从温度T1降到T2，需要从中间坯上带走的热量为：
Q1＝ρ×m1×(T1-T2)
冷却水量按如下计算：
假设要带走Q1的热量，需要有m2的水蒸发(水温33℃，水比热为1)：
第一步：m2的水从33℃升温到100℃需要的热量Q2：
Q2＝m2×L×(100-33)
第二步：m2的水完全蒸发需要的热量Q3(水热焓值＝540cal/g)
Q3＝m2×540
根据能量原理：Q1＝Q2+Q3
可知需要的理论水量为：m2＝ρ×m1×(T1-T2)/610
本发明冷却速度快，但并不改变金属性能，水量的调节范围大，且水量可连续调节，可以精确的控制中间坯的冷却速度，可广泛用于中厚板生产线。