[發(fā)明專利]一種中厚板熱處理強(qiáng)風(fēng)冷卻系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110419299.0
• 申請(qǐng)日: 2011-12-15
• 公開（公告）號(hào): CN102517430A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國棟;王昭東;王黎筠;袁國;田勇;李勇;付天亮;韓毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號(hào): C21D9/00
• 分類號(hào): C21D9/00;C21D1/613
• 代理公司: 中國有色金屬工業(yè)專利中心 11028
• 代理人: 李子健;李迎春

1.一種中厚板熱處理強(qiáng)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(gè)沿輸送輥道設(shè)置的冷卻室內(nèi)完成強(qiáng)風(fēng)冷卻，冷卻室內(nèi)容納多個(gè)冷卻段，每個(gè)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(tái)變頻離心風(fēng)機(jī)、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(gè)噴箱連接；一套供風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)變頻離心風(fēng)機(jī)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(jī)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(duì)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(dú)傳動(dòng)、成組變頻；控制系統(tǒng)由傳動(dòng)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(jì)劃調(diào)用模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫，利用構(gòu)建的強(qiáng)風(fēng)冷卻數(shù)學(xué)模型制定強(qiáng)風(fēng)冷卻策略，計(jì)算強(qiáng)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(cè)器信號(hào)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)方向看噴箱呈直角梯形，進(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(jìn)風(fēng)側(cè)進(jìn)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(qiáng)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(jìn)水量，控制換熱效果，進(jìn)而控制冷卻風(fēng)噴射溫度，換熱器出口水溫上限為55℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種中厚板熱處理強(qiáng)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(qiáng)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(dòng)儀表系統(tǒng)；PLC系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)采集的各冷卻段風(fēng)量、風(fēng)壓和板溫實(shí)測(cè)值，采用風(fēng)量-風(fēng)壓雙閉環(huán)控制使風(fēng)量、風(fēng)壓實(shí)際值與設(shè)定值之差在允許范圍內(nèi)，控制對(duì)象為各冷卻段風(fēng)機(jī)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(qiáng)風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，強(qiáng)風(fēng)冷卻策略包括各冷卻段目標(biāo)冷卻溫度、冷卻速率和輥道控制邏輯，強(qiáng)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(jìn)速度。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中厚板熱處理強(qiáng)風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，強(qiáng)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(shí)，將每一套供風(fēng)系統(tǒng)所針對(duì)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(jì)算每個(gè)等溫降段內(nèi)噴風(fēng)參數(shù)和換熱器參數(shù)；在線修正計(jì)算時(shí)，根據(jù)PLC實(shí)時(shí)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(jì)算每個(gè)等溫降段內(nèi)板溫和風(fēng)溫，根據(jù)計(jì)算值與各冷卻段熱電偶實(shí)測(cè)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(qiáng)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(qiáng)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(cè)器檢測(cè)到鋼板頭部時(shí)，過程控制系統(tǒng)制定冷卻策略、計(jì)算冷卻規(guī)程并由PLC系統(tǒng)執(zhí)行規(guī)程，此時(shí)冷卻室內(nèi)輥道按設(shè)定輥速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)冷卻室前輥道按相同輥速運(yùn)送鋼板進(jìn)冷卻室；鋼板即將出冷卻室時(shí)，冷卻室后輥道按冷卻室內(nèi)輥速轉(zhuǎn)動(dòng)，運(yùn)送鋼板出冷卻室；當(dāng)冷卻室后金屬檢測(cè)器檢測(cè)到鋼板尾部時(shí)，冷卻室內(nèi)輥道停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種中厚板熱處理強(qiáng)風(fēng)冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述強(qiáng)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(jì)算模型、鋼板表面綜合換熱系數(shù)計(jì)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(jì)算、供風(fēng)管路局部壓力損失計(jì)算和噴孔噴射參數(shù)計(jì)算，計(jì)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(jì)算模型根據(jù)翅片管換熱器結(jié)構(gòu)尺寸、冷卻水進(jìn)水-回水溫度、冷卻水流量和換熱器入口熱風(fēng)溫度計(jì)算換熱器熱效率，進(jìn)而計(jì)算換熱器出口冷風(fēng)溫度；鋼板表面綜合換熱系數(shù)計(jì)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(jì)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。