[發(fā)明專利]一種熱軋帶鋼軋后冷卻線的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110451745.6
• 申請日: 2011-12-29
• 公開（公告）號: CN102513385A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任德方;謝滿堂
• 申請（專利權(quán)）人: 一重集團(tuán)大連設(shè)計(jì)研究院有限公司;中國第一重型機(jī)械股份公司
• 主分類號: B21B45/02
• 分類號: B21B45/02
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責(zé)任公司 21212
• 代理人: 李洪福

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于金屬軋制技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種熱軋帶鋼軋后冷卻線的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

自20世紀(jì)60年代第一套層流冷卻系統(tǒng)應(yīng)用于英國布林斯奧思432mm窄帶鋼熱軋機(jī)以來，由加速冷卻帶來的帶鋼晶粒細(xì)化和組織強(qiáng)化的效果，使人們深刻認(rèn)識到“水是最廉價(jià)的合金元素”，并開始把注意力集中到熱軋后的加速冷卻工藝上。為了提高冷卻效果，國內(nèi)外提出過各種冷卻方式，比如：壓力噴射冷卻、層流冷卻、水幕冷卻、霧化冷卻、噴淋冷卻、板湍流冷卻、水-氣噴霧加速冷卻等多種形式。層流冷卻由于其冷卻效率較高，上下表面、縱向冷卻比較均勻而得到廣泛應(yīng)用。隨著以相變強(qiáng)化為強(qiáng)化機(jī)制的鋼材復(fù)相化技術(shù)的發(fā)展，要求冷卻速度越來越高，不僅進(jìn)行卷取溫度控制，還要實(shí)現(xiàn)冷卻速度控制和冷卻路徑控制。為滿足冷卻工藝的要求，冷卻裝置也不斷進(jìn)行創(chuàng)新，出現(xiàn)了以普通層流冷卻為基礎(chǔ)，配置加強(qiáng)型層流冷卻或超快速冷卻等新型架構(gòu)的熱軋帶鋼軋后冷卻裝置，而且在實(shí)際生產(chǎn)中取得了較好效果。

我國的科研技術(shù)人員早在上世紀(jì)70-80年代就對曲管式層流冷卻的流動(dòng)機(jī)理、流量系數(shù)、冷卻裝置的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行過比較細(xì)致的研究，但受認(rèn)識水平的限制和工藝?yán)^承不連續(xù)的影響，國內(nèi)設(shè)計(jì)院大多還是采取直接套用國外設(shè)計(jì)資料或簡單地比照軋線寬度進(jìn)行冷卻線的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程不清晰、設(shè)計(jì)周期長、設(shè)備參數(shù)計(jì)算不準(zhǔn)確，實(shí)用性差。為解決這一問題，需要透徹理解冷卻工藝及其發(fā)展趨勢，典型的成熟的冷卻相關(guān)數(shù)學(xué)模型和軋后冷卻自動(dòng)控制手段及方式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行冷卻線上設(shè)備布置參數(shù)計(jì)算，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助的可視化的冷卻線設(shè)計(jì)目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種設(shè)計(jì)過程清晰、設(shè)計(jì)周期短、設(shè)備參數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確的熱軋帶鋼軋后冷卻線的設(shè)計(jì)方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種熱軋帶鋼軋后冷卻線的設(shè)計(jì)方法，基于目前典型的層流冷卻、加密冷卻、超快冷卻這三種冷卻線類型，從冷卻噴管設(shè)備參數(shù)出發(fā)，依據(jù)水力學(xué)模型進(jìn)行集管流量計(jì)算和總水量計(jì)算；遵照冷卻區(qū)要求和上集管與下集管布置類型，在單根集管冷卻能力計(jì)算的基礎(chǔ)上進(jìn)行集管數(shù)計(jì)算和集管分布計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)冷卻線設(shè)備布置參數(shù)計(jì)算；在此基礎(chǔ)上，按照產(chǎn)品大綱，基于典型的傳熱模型和卷取溫度計(jì)算模型進(jìn)行典型鋼種、厚度規(guī)格的產(chǎn)品冷卻工藝模擬計(jì)算；

具體包括以下步驟：

A：確定冷卻線的集管布置形式

按照每一控制閥所控制集管的冷卻能力大小，可將上集管劃分為粗調(diào)型、精調(diào)型和微調(diào)型三種布置型式；下集管也同樣劃分為粗調(diào)型、精調(diào)型和微調(diào)型三種布置型式；

目前常見的上集管布置采用“4+8”或“6+12”方案，即將冷卻區(qū)分為主冷區(qū)和精冷區(qū)，主冷區(qū)每組上集管由4根或6根集管組成，精冷區(qū)每組上集管由8根或12根集管組成；

所述的精冷區(qū)至少有兩組上集管，作為過程控制中的流量微調(diào)手段和反饋調(diào)節(jié)之用；

所述的主冷區(qū)上集管和下集管布置型式有“1∶2”或“1∶3”方案，即主冷區(qū)每根上集管對應(yīng)2根或3根下集管；精冷區(qū)上集管和下集管布置型式有“1∶1”或“1∶2”方案，即精冷區(qū)每根上集管對應(yīng)1根或2根下集管；

B：上集管流量計(jì)算

上集管上引出多根U型鵝頸管，主冷區(qū)上集管上布置兩排鵝頸管，精冷區(qū)上集管上布置一排鵝頸管；因此在計(jì)算上集管流量之前應(yīng)先計(jì)算單根鵝頸管的流量，再根據(jù)軋線寬度和鵝頸管間距確定出的鵝頸管數(shù)計(jì)算得到上集管的流量；

單根鵝頸管流量可通過式(1)計(jì)算：

式中，nwf_上為單根鵝頸管流量，m³/h；H為壓力水頭高度，m；d為鵝頸管管嘴直徑，m；g為重力加速度；ζ為鵝頸管管嘴阻力系數(shù)；

根據(jù)式(1)計(jì)算出的單根鵝頸管流量，按照式(2)即可得到單根上集管流量：

式中，Q_上為單根上集管流量，m³/h；a為鵝頸管排數(shù)；WidthLine為軋線寬度，m；Space為鵝頸管橫向間距，m；

C：下集管流量計(jì)算

下集管采用直流噴管，受輥道輥間距的限制，不論主冷區(qū)還是精冷區(qū)，一個(gè)下集管上只布置一排噴管；因此在計(jì)算下集管流量之前應(yīng)先計(jì)算單根噴管的流量，再根據(jù)軋線寬度和噴管間距確定出的噴管數(shù)計(jì)算得到下集管的流量；

單根噴管流量可通過式(3)計(jì)算：