热轧带钢层流冷却过程控制系统及应用
唐钢1700mm带钢生产线层流冷却系统的应用
在 国家重 大规划 基础 研 究项 目“ 一 代 钢铁 材 新 料重大基 础 研 究 ” ， 通 过 晶 粒超 细 化 实 现 钢 材 中 将
强度韧性 提 高 一 倍 的 目标 。在 热 轧 带 钢 生 产 过 程 中， 从热 轧终 了到 卷取 之 间 的冷 却 方 式 和冷 却 过程
对 带 钢 产 品 的性 能 和 质 量 有 着 至 关 重 要 的 影 响 。 本
Ｅ ｅｇ ｎｔｕｅ，Ｈｅ ｅ Ｕｎｖ ｒｉ ｆＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ，Ｔａ ｇ ｈ ｎ ｎ ｒｙ Ｉｓｉ ｔ ｔ ｂ ｉ ｉｅｓｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｎ ｉｅ ｒ ｔ ｎ ｎ ｓ ａ ，Ｈｅ ｅ ， ６ ０ ９ ｂｉ ０ ３０ ）
Ａ ｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｈｅ ｒ ｎ ｅ ｔ—ｃ ｄ ｃ ｉｇ ｍ ｅ ｈａ ｓ ｏｆｌｍ ｉ ｒｆｏ ｃ ｏｌ ｏ ｔｉ ｔ ｅ ｒ ｎｔｏ ｃ ｄ， ｓｒｃ ： ｅ ｔ ｏ ｙ ａ ｄ ｈ ａ ｏｎ ｕ ｔｎ ｃ ｎｉｍ ａ ｎａ ｌ ｗ ｏ ｉ ｆ ｒ ｓｒｐ ｓｅ ｌａ ｅ ｉ ｒ ｄｕ ｅ ｎｇ
中 图 分 类 号 ：Ｇ ３ ． Ｔ ３ ５５
文 献标 识 码 ： Ｂ
文章 编 号 ：０ ６— ０ ８ ２ １ ）３— ０６— ３ １０ ５ ０ （００ ０ ０ ３ ０
ＡＰＰ ＣＡＴＩ ＬＩ ＯＮ ０Ｆ ＬＡＭ Ｉ ＮＡＲ ＬＯＷ Ｆ
ＣＯＯＬＩ ＮＧ ＹＳ Ｓ ＴＥＭ Ｎ ０ Ｉ １ ７ ０ ｍｍ ＴＲＩ ＴＥＥＬ ＮＥ Ｓ ＰＳ ＬＩ
ｉ ｐ ｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ ｒ ｓ ｌ ｎ ｃ ｔｏｌ ｎ ｏ ｌｎ ｅ ｐ ｒ ｔ ｅ ｏｆ １ ７ ０ ｍ ｍ ｔｉ ｔ ｅ ｉ ｅ ｏ ｎ ｔ ｅ ｒ ｎ － ｔ ａ ｐｌ ｔｏ ｎ ｅ ｕ ｔｉ ｏｎ ｒ ｌ ｇ ｃ ｉｉ ｇ ｔ ｍ ｅ ａ ｕｒ ０ ｓ ｃ ｉ ｓｒｐ ｓｅ ｌｌｎ ｆ Ｔａ ｇ Ｓ ｅ ｌ ａ ｅ ａ ａ ｌ ｚ ｄ． ｙｅ
热轧带钢层流冷却过程控制系统
冷却过程
层流冷却过程通常分为三个阶段，即雾化阶段、成膜阶段和滴落阶段。在雾化阶段，冷却水被雾化成细小的水滴， 均匀地喷洒在带钢表面；在成膜阶段，水滴在带钢表面形成一层薄的、均匀的水膜；在滴落阶段，水膜逐渐变厚， 最终形成大滴落下，完成冷却过程。
热轧带钢层流冷却过 程控制系统
目 录
• 系统概述 • 系统架构与组成 • 热轧带钢层流冷却技术原理 • 控制系统的设计与实现 • 系统性能评估与优化 • 未来发展方向与展望
01
系统概述
系统定义与功能
系统定义
热轧带钢层流冷却过程控制系统是一 种用于控制热轧带钢在冷却过程中的 设备和技术的总称。
系统功能
人机界面模块
提供操作员与控制系统交互的界面，显示实 时数据和系统状态。
系统接口与通信
数据接口
实现控制系统与传感器、控制阀等硬件设备之间的数 据传输和通信。
网络接口
通过工业以太网等方式实现系统内部各模块之间的通 信。
人机接口
提供操作员界面，实现操作员与控制系统之间的交互。
03
热轧带钢层流冷却技术 原理
现场调试
将控制系统应用于实际生产线，根据实际运行情况进 行参数优化和调整。
05
系统性能评估与优化
系统性能测试与评估
测试目的
确保系统正常运行，评估系统性能是 否达到预期要求。
测试方法
采用仿真测试、实际生产测试和实验 室测试等方法，对系统的各个功能模 块进行测试。
测试内容
包括系统的稳定性、可靠性、精度和 响应速度等方面。
层流冷却技术简介
层流冷却技术是一种用于控制热轧带 钢温度的工艺技术，通过在带钢表面 喷洒冷却水，使带钢表面形成一层薄 的冷却水膜，实现快速、均匀的冷却 效果。
热轧带钢层流冷却控制系统及控制方法
１ 层流冷却控制 系统现状
热连轧生产线层流冷却控制 的 目标是将带钢 温 度 降 至 工 艺 要 求 的 目标 卷 取 温 度 。热 连 轧 生 产 线层流冷却一般控制方法为 ：通过实测热轧带钢 的 终 轧 温 度 、厚 度 及 运 行 速 度 ，根 据 轧 制 工 艺 确
定 的 冷 却 速 度 曲线 ，确 定 层 流 冷 却 区 阀 门开 启 数 量 和喷水 方式 ，使 带 钢达 到卷 取温 度要 求 。
贾占友 ，付 微 ，宋清 玉 ，张 辉
摘 要：介绍带钢热连轧机层流冷却控制系统 的现状 、冷却策 略及控 制技术难 点 ，对热轧带钢层流冷却控制方法进
行实例分析 。
关键词 ：热轧带钢 ；控制冷却 ；层 流冷却 ；控制 系统 ；控制模型
中图分类号 ：Ｔ Ｇ ３ ３ ３ ． ２ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ６ ７ ３ ， ３ ３ ５ ５（ ２ ０ １ ３ ）０ ６ ＂ ０ ０ ０ ２ ＂ ０ ４
３ ． 一重集 团大连设计研 究院有 限公 司研究员级 高级工程
工 墨玉
２ ９ 辱 第 期 基 期１ ） ｌ … ’
ｙ ｚ ｊ ． ｓ Ｏｃ ￣Ｌ ｃ ｏ ｍ Ｃ 。
２ 层 流 冷 却 模 式及 控 制 难 点
２ ． １ 层 流冷 却模 式
因为层流冷却控制过程具有多变量 、强耦合 、 非 线 性 、时 变 等特 点 ，所 以 目前 控 制 模 型 的 建模 步 骤 主要 为 ：建 立 初 步模 型一 采集 数 据一 简 化模
１ ） 。
改 由专 门的计算机负责冷却过程控制 。随着计算
机 控制 技 术 、网络 技 术 以及 生 产工 艺水 平 的发 展 ， 分 级 控 制 系 统 逐 渐 取 代 了集 中控 制 系统 。 目前 热 轧带钢层 流冷却计 算机控 制系统 一般分 为三级 ，
层流冷却
热轧带钢层流冷却的控制层流冷却是控制带钢卷取温度，提高热轧带钢性能的一种重要技术，已经在热轧带钢的生产中得到广泛应用。
热轧带钢冷却技术的发展分为两个方面，一方面是工艺技术的发展，主要体现在各种冷却装置和冷却工艺的进步；另一方面是控制技术的发展，主要体现在控制策略、控制系统的进步。
层流冷却的控制，必须根据生产工艺的要求，采用不同的冷却模式，满足不同产品的要求。
要求系统控制稳定、水耗量低，实现带钢冷却温度高精度控制。
层流冷却系统控制的基本原理主要是根据原始数据输入，计算带钢终轧温度、目标卷取温度，设定带钢冷却所需的空冷段长度和水冷段的长度。
根据实测值调节冷却集管的开闭数量，调节水量和控制冷却温度精度。
其中，通过分析研究，计算层流冷却水量调节与带钢温降是建立带钢冷却系统控制模型的关键环节。
近年来热轧带钢层流冷却系统普遍采用了冷却路径控制，可以实现前部快冷、后部快冷、稀疏冷却、间断式冷却等多种控制冷却模式。
为了加强对带钢相变过程的控制，可以在输出辊道的前部或者后部采用超快速冷却装置。
目前，该项技术已经应用于热轧带钢和中厚板的轧后快速冷却，如：Arcelor/Carlam，NKK/福山，TKS等热连轧机组，对于3~4mm厚度的钢板超快速冷却装置的冷却速度可以达到每秒400℃以上。
比利时科克利尔和日本的NKK通过应用超快速冷却技术，对热轧带钢轧后冷却过程进行精确控制，分别成功开发了700MPa级和800MPa级高强度汽车用热轧带钢，用于制造汽车车轮轮毂。
热轧带钢层流冷却系统有的采用边部遮蔽技术，以实现带钢横向温度分布的高均匀控制，这一技术对于高强钢的横向组织均匀性具有重要的意义。
此外，一种叫做“双调节段的温度前馈控制”的新方式近来引起注意。
以往国内大部分钢铁企业在层流冷却控制上采取的是温度前馈加温度反馈的控制方式。
为了提高控制精度，常规控制系统的设计中引入反馈控制，以弥补前馈控制的不足。
这种反馈补偿，就是在带钢段到达卷取区高温计处时，根据实际落到带钢上的水量来计算温度变化，利用测量的卷取温度和预报的卷取温度的差别确认和修正参数。
热轧带钢层流冷却区功能说明资料解读
首钢1580热轧层流冷却区功能说明轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）目录1 层流冷却区概述 (4)2 层流冷却系统设计工艺技术参数 (7)3 层流冷却区域设备组成与技术参数 (9)3.1 层流冷却集管装置 (9)3.1.1 层流冷却集管装置的功能 (9)3.1.2 层流冷却集管装置的技术参数 (9)3.1.3 层流冷却集管装置的开闭控制 (11)3.1.4 层流冷却区域带钢微跟踪控制 (14)3.1.5 层流冷却区域出口温度反馈控制 (15)3.1.6 层流冷却区域精轧机抛钢后的冷却水前馈控制 (20)3.1.7 层流冷却集管装置的操作 (22)3.1.8 层流冷却集管装置的状态显示 (24)3.2 层流冷却侧喷装置 (25)3.2.1 层流冷却侧喷装置的功能 (25)3.2.2 层流冷却侧喷装置的技术参数 (25)3.2.3 层流冷却侧喷装置的开闭控制 (25)3.2.4 层流冷却侧喷装置的操作 (26)3.2.5 层流冷却侧喷装置的状态显示 (26)3.3 层流冷却压缩空气吹扫装置 (26)3.3.1 层流冷却压缩空气吹扫装置的功能 (26)3.3.2 层流冷却压缩空气吹扫装置的技术参数 (26)3.3.3 层流冷却压缩空气吹扫装置的开闭控制 (27)3.3.4 层流冷却压缩空气吹扫装置的操作 (27)3.3.5 层流冷却压缩空气吹扫装置的状态显示 (27)3.4 层流冷却上集管倾翻装置 (27)3.4.1 层流冷却上集管倾翻装置的功能 (27)3.4.2 层流冷却上集管倾翻装置的技术参数 (27)3.4.3 层流冷却上集管倾翻装置的控制 (27)3.4.4 层流冷却上集管倾翻装置的操作 (28)3.5 层流冷却边部遮蔽装置 (28)3.5.1 层流冷却边部遮蔽装置的功能 (28)3.5.2 层流冷却边部遮蔽装置的技术参数 (29)3.5.3 层流冷却边部遮蔽装置的控制 (29)3.5.4 层流冷却边部遮蔽装置的操作 (29)3.5.5 层流冷却边部遮蔽装置的状态显示 (29)3.6 热输入辊道冷却装置 (29)3.6.1 热输入辊道冷却装置的功能 (29)3.6.2 热输入辊道冷却装置的技术参数 (29)3.6.3 热输入辊道冷却装置的开闭控制 (30)3.6.4 热输入辊道冷却装置的操作 (30)3.7 层流冷却区域仿真功能 (30)3.8 层流冷却过程计算机控制 (30)3.8.1 层流冷却过程计算机控制功能 (30)3.8.2 层流冷却过程计算机控制设定参数 (31)3.8.3 层流冷却过程计算机控制投入方法 (31)3.8.4 层流冷却过程计算机控制的操作 (31)3.8.5 层流冷却过程计算机控制的状态显示 (31)1层流冷却区概述层流冷却设备安装在精轧机F7机架出口至1号地下卷取机之间，主要由层流冷却集管装置（包括层流冷却精冷上集管装置、层流冷却精冷下集管装置、层流冷却微冷上集管装置及层流冷却微冷下集管装置）、层流冷却侧喷装置、层流冷却压缩空气吹扫装置、层流冷却上集管倾翻装置、层流冷却边部遮蔽装置及热输入辊道冷却装置组成。
热轧轧后层流冷却工艺设备及控制
（ 中冶南方工程技术有 限公 司 ， 湖北 武汉 ４０ ２ ） ３ ２ ３ 摘 要： 讨论轧后层流冷却 系统 的系统工 作原理和结构特点 ， 并对带钢层流冷却控制模 型进行 了分 析 ， 同时归纳 了
国内部分热轧 厂的层 流冷却装置的布置参数． 关键词 ： 热轧 ； 流冷却 ； 降模 型 层 温
紧紧地 覆盖 在带 钢表 面而 不 飞 溅 ． 当冷却 水 吸收 一
定 热量 后 ， 快要形 成 汽 膜 前用 侧 喷 压 力 水将 旧水 更
钢板从 ９０ｏ左右的终轧温度快速降到卷 曲所需的 ０ Ｃ
带 钢 温度 ； 轧后 控 制 冷 却 可 防止 钢 材 在 冷 却 过 程 中 由于 冷却 不 均匀 而产 生不 均 匀 变 形 ， 得 冷 却 后 的 使 带钢 晶粒 组织 细 化且 具 有 较 高 的强 度 极 限 、 服 极 屈 限及 低温 状 态下 的 冲 击 韧性 ， 改善 热 轧钢 材 或 控 轧 钢材 的组 织 和性 能 ， 提高 产 品的竞 争力 ． 目前 冷却 系
层 流冷 却水 管 主 要包 括 上 喷 装 置 、 喷装 置 和 下 侧 喷装置 （ 图 １ ． 见 ）
控制 系统 由检测 元件 、 量仪 表 、 制 阀和计算 计 控
机系统等组成． 在精轧机出口、 卷取机人 口设有测温
仪 ， 机旁 水箱 上设 有测 温仪 和液位 计 ． 在 通过对 带钢
换 掉 ， 而 吸收并 带走 大量 余热 ． 从 水处 理 系统供 给 的
冷却水先进入机旁水箱 ， 再分配到各个集管． 机旁水 箱不仅能保持水压稳定 ， 而且 ， 通过机旁水箱可对带 钢冷 却尖 峰用水 量进 行 调节 ， 以减小 给水 泵压 力 ， 利
热轧带钢的层流冷却 - 副本
热轧带钢的层流冷却热轧带钢一部分是以钢卷状态提供给冷轧带钢的生产作为原料，其余则是以横切钢板或钢卷状态，提供给机械制造、建筑、造船工业、汽车制造业、压力容器、输油气管道、冷弯型钢等行业使用。
由于产品用途的差异，对热轧带钢机械性能的要求也不同。
带钢轧后冷却过程是调整产品性能的重要手段，其中卷取温度控制是影响成品带钢性能的关键工艺参数之一。
卷取温度控制的目的，就是通过层流冷却段长度的动态调节，将不同工况(温度、厚度、速度)的带钢从比较高的终轧温度迅速冷却到所要求的卷取温度，使带钢获得良好的组织性能和力学性能。
控制带钢最终的卷取温度和冷却过程中的降温速度是卷取温度控制的主要内容。
热轧带钢的实际卷取温度是否能控制在要求的范围内，主要取决于带钢冷却系统的控制精度。
当实际卷取温度超出要求的范围，钢卷的组织性能会变差，所以卷取温度控制系统必须能够满足多品种带来的多种冷却模式及控制要求的需要。
目前在生产中所采用的控制冷却方式主要有三种：气水混合冷却，幕状层流冷却和柱状层流冷却。
当控制冷却中使用的冷却介质为气水时为气水混合冷却。
当以水为冷却介质时依据其冲击钢板的流态方式不同，可分为两大类：一类是层流冷却，另一类是紊流冷却。
由于层流水冲击钢板后围绕冲击区形成层流扩展区，冷却水飞溅少，冷却能力高，与非层流冷却相比，可节省水30%。
所以，现代生产线上都采用层流控制冷却方式，层流又分为柱状层流和幕状层流。
柱状层流又分为直管式和U型管式两种。
一个喷头上可设一排、两排、四排或更多的喷嘴。
喷嘴数量的增加使柱状层流的冷却能力得到提高，也可改善钢板的冷却均匀程度。
实践证明，层流冷却的冷却效果比较好。
幕状层流冷却方式是从喷嘴喷出一种幕墙式水流，水流在钢板表面上形成一细条冲击区，冲击区前后为层流扩展区。
冷却介质与钢板间的热交换主要发生在冲击区和层流扩展区。
理论和实践都证明对于热轧带钢而言，层流冷却的效果最佳。
冷却水从集管中连续而稳定的流出，形成平滑、连贯的水流，呈层流状直接落到带钢表面，并在带钢表面也形成层流，流速稳定，控制简单，便于维护。
热轧层流冷却
热轧层流冷却热轧层流冷却是一种常用的金属材料冷却技术，主要应用于热轧钢板的生产过程中。
它通过高速气流对热轧钢板进行冷却，以达到快速降温的目的，从而使钢板具备所需的力学性能和表面质量。
本文将从层流冷却的原理、优势以及应用方面进行探讨。
层流冷却是指气体在冷却过程中保持流动的状态，且气流流速均匀，呈现分层流动的状态。
层流冷却技术在热轧钢板生产中得到了广泛应用，其原理是通过高速气流与热轧钢板表面的热量交换，将钢板迅速冷却。
在这个过程中，气流要求具备一定的流速和流量，以确保钢板表面的温度快速下降。
同时，层流冷却还可以有效地控制钢板的冷却速度，避免产生不均匀的温度分布和应力集中现象，提高钢板的机械性能。
层流冷却相对于传统的冷却方法具有许多优势。
首先，由于层流冷却采用气体作为冷却介质，相比于水冷却可以避免钢板表面的氧化反应，从而减少了钢板表面的氧化层，提高了表面质量。
其次，层流冷却具备较高的冷却速度，可以迅速降低钢板的温度，减少晶粒长大和相变的时间，从而提高了钢板的强度和硬度。
此外，层流冷却还可以减少钢板的变形和残余应力，提高了钢板的平直度和形状精度。
因此，层流冷却技术在提高产品质量、降低生产成本方面具有显著的优势。
在实际应用中，层流冷却主要应用于热轧钢板的生产过程中。
热轧钢板是指通过高温轧制工艺将钢坯轧制成所需厚度的金属板材。
在热轧过程中，钢板需要经历高温轧制后的迅速冷却，以获得所需的力学性能和表面质量。
层流冷却技术在这个过程中起到了关键的作用。
层流冷却在热轧钢板生产中的应用主要分为两个阶段：初冷和终冷。
初冷阶段是在钢板经过初轧后，通过层流冷却设备进行快速冷却，以降低钢板的温度。
终冷阶段是在钢板经过中间轧制后，再次进行层流冷却，使钢板的温度进一步降低，并保持在适宜的范围内。
通过层流冷却的双重作用，可以使热轧钢板达到理想的力学性能和表面质量要求。
热轧层流冷却作为一种高效的钢板冷却技术，在热轧钢板生产中具有重要的应用价值。
沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用
沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用作者：唐国峰来源：《科学与财富》2019年第09期沧州中铁热轧1780mm层流冷却介绍及应用唐国峰（沧州中铁装备制造材料有限公司轧钢厂 ; 河北沧州 ; 061113）摘要：主要介绍了沧州中铁1780配置的层流冷却系统，及其实践应用。
关键词：热轧卷取;层流冷却 CTC1.前言控制轧制和控制冷却是热轧钢材的主要生产工艺。
控轧控冷技术经过多年研究实践，已经在轧钢生产中得以成熟应用。
控轧控冷主要是在热轧板带材过程中通过对金属加热、变形、温度制度以及轧后冷却的合理控制，以此获得钢材的优异性能和良好板形。
尤其轧后冷却控制，对板带钢的组织性能和板形质量有很大的影响。
2.轧后冷却2.1冷却形式轧后控制冷却可以使用液体、气体或者两者的混合物。
目前最常用的冷却介质为水。
Zumbrunnen提出的冷却水流冲击平板时的换热区域划分为滞止区、核沸腾/ 过渡区、膜沸腾区、小液态聚集区和空冷辐射区。
[1]自20世纪60年代第一套轧后加速冷却系统应用以来，已经有很多冷却形式已被开发应用：层流冷却、水幕冷却、雾化冷却、压力喷射冷却、板湍流冷却等。
2.2层流冷却装置层冷冷却设备主要由上喷装置、下喷装置、侧喷装置、电磁气动阀控制系统以及高位水箱等组成。
中铁1780热连轧层流冷却装置布置在末架精轧机和卷取机之间长约100 m 的输出辊道上，上部冷却采用U 形管层流冷却装置;下部冷却为喷射集管。
分为精调段和微调段，见图1。
上部冷却系统中精调段有17组，每组4根集管，每根上部集管分布两排U形鹅颈管共计86个;微调段3组，每组8根集管，每根集管上分布一排U形鹅颈管共计43个。
下部冷却系统精调段4×3集管，微调段8×2集管，集管上分布直管喷咀，每根集管上喷咀数35/26个。
在第二组和第十九组的总管上安装流量计。
设计流量：上部总管284.8m3/h，下部总管343.2m3/h。
侧喷系统共21组，每组两个喷嘴，依次分布于两侧，水压1.2MPa。
热轧带钢层流冷却技术
汇报人： 日期:
目录
• 层流冷却技术概述 • 层流冷却技术的基本原理 • 层流冷却技术的设备与系统 • 层流冷却技术的工艺与控制 • 层流冷却技术的实验研究与案例分析 • 参考文献
01
层流冷却技术概述
定义与特点
层流冷却技术定义
层流冷却是一种热轧带钢冷却技术，通过控制冷却水流量和 喷嘴布置，实现带钢表面和心部的均匀冷却，达到控制钢材 组织和性能的目的。
层流冷却设备的类型与结构
横流式冷却设备
横流式冷却设备是一种常见的层 流冷却设备，其特点是将带钢横 向通过冷却水幕，实现带钢的均
匀冷却。
竖流式冷却设备
竖流式冷却设备是一种将带钢上 下移动通过冷却水幕的设备，其 优点是可以实现带钢的快速冷却
。
复合流式冷却设备
复合流式冷却设备是一种结合横 流和竖流特点的设备，其优点是 可以根据工艺需求实现任意比例 的横竖流组合，达到最佳的冷却
发展趋势二
绿色制造和可持续发展成为主流趋势，层流冷却技术将更 加注重环保和节能减排，减少对环境的影响和资源消耗。
06
参考文献
参考文献
1 2
引用文献1
作者1，出版年份1，标题1，期刊/出版社1，卷 号1，期号1，页码1-1-1-20。
引用文献2
作者2，出版年份2，标题2，期刊/出版社2，卷 号2，期号2，页码2-1-2-30。
层流冷却设备的维护与保养
01
02
03
定期检查
定期对层流冷却设备进行 检查，包括喷嘴、水泵、 过滤器等关键部件，确保 设备正常运行。
清洗保养
定期对喷嘴系统进行清洗 保养，防止喷嘴堵塞或磨 损，保证冷却效果。
更换部件
热轧带钢层流冷却控制系统
关 ， 投 入 时 ， 在程 序 内部 监 控 块 中给 出反馈 控 不 只 制 的输 出结果 ， 不对 实际集管进 行 Ｏ ／ Ｆ 控 制 。 并 ＮＯ Ｆ 每个精调集 管所产 生的温 降模型 为瞳： ］
ＡＴ Ｄ＝ １Ｏ ０ ｘｌ ０ ￣
调集管热流密度 ，Ｊ（ ２ｈ ； ｋ／ｍ －） 为每个精调集管长 ， ｍ。
层流冷 却实 测终 冷温度偏 差 △ 与增减 集管数
Ⅳ的关 系计算 如下 ：
Ｎ Ｉ Ｔ ＡＴ ＋ ．） ＝Ｎ （ ／Ａ ０ ， ５
卷 取温 度控 制是 根据 精轧 出 口的速 度 、 度 和 厚 精轧 终轧 温度 以及 要求 的卷 取温度 ， 热输 出辊道 对 上下 的层 流冷 却装 置开启 集 管段进 行设 定和 控制 ， 以保 证 带 钢进 入 卷 取机 前 的实 际温 度 在要 求 卷取 温度及其 精度 的范 围内。
２１ 带 Ｓ ｔ 预估 器控 制器的反馈 控制 … ． ｍｉ ｈ 层 流冷却反馈 控制 的启 动 时刻是在 Ｃ Ｃ Ｏ Ｔ — Ｎ经
２ｓ或 ２ 跟踪样 本 ） ， （ 个 后 由控制 逻辑启 动 ； 结束 时刻
是在 带 钢 尾 部通 过 层 流冷 却 区时 。 为 了便 于 系统
调 试 ， Ｈ 上 设 置 反 馈 控 制 投 入／ 投入 转 换 开 在 ＭＩ 不
×
层 流冷却装 置共 有 １ 组集 管 ， ５ 每组 集管有 上集
管 和 下 集 管 ， 别 对 带 钢 上 表 面 和下 表 面 进 行 冷 分
却 ， 中前 ９ 为 粗冷 段 ， 主 冷 区 ； ６ 为 精冷 其 组 为 后 组 段， 为微调 区和反馈 控 制 区。上 部冷却 采 用 ｕ型管 层流 冷却 装置 ； 下部 为下 喷射 集管 。在 带钢侧 面安 装有 １ 组侧 喷 阀 ， ６ 对带 钢 的侧 面进行 冷却 。在层 流
热轧带钢层流冷却控制及其优化研究的开题报告
热轧带钢层流冷却控制及其优化研究的开题报告一、选题背景和研究意义热轧是钢铁生产过程中的重要工艺环节，其产生的带钢质量直接影响到下游工序的加工和使用。
带钢在热轧过程中受到高温下的变形和冷却，这两个过程对带钢的力学性能、表面质量和共晶组织等方面都有重要影响。
其中，层流冷却是热轧过程中最关键的环节之一，它能够有效控制带钢的温度，改善其表面质量和机械性能；同时，一些优化的层流冷却控制策略也可以提高热轧带钢的生产效率和节能环保程度。
因此，对于热轧带钢层流冷却控制及其优化方面的研究具有重要的理论和实践意义。
二、研究内容和技术路线本研究主要围绕热轧带钢层流冷却控制及其优化展开，具体研究内容包括：1、利用数值模拟方法对层流冷却过程进行建模和仿真，分析其对带钢温度、应力和形变等机械性能指标的影响；2、结合工艺流程和设备特点，研究不同的层流冷却控制策略，包括冷却水量、喷射角度、喷射距离和冷却时间等等；3、利用实验测试和数值模拟相结合的方法验证和优化热轧带钢层流冷却控制策略；4、研究不同材料、规格和工艺参数下的层流冷却效果及其机理，探索其优化潜力和适用范围。
技术路线主要包括：1、建立热轧带钢层流冷却的数值模型，分析其温度场、应力分布和共晶组织演变规律；2、针对实际工艺流程，设计不同的层流冷却控制实验和数值仿真实验，获取并验证不同工艺参数下的层流冷却效果；3、将实验结果和数值模拟结果进行对比，找出工艺流程中可能出现的矛盾和优化方案；4、根据实验结果和数值模拟结果，提出并验证优化方案，进一步提高热轧带钢层流冷却控制的精度和生产效率。
三、研究预期结果和创新性本研究预期可以：1、建立准确、全面的热轧带钢层流冷却模型，分析其机理和影响因素；2、研究不同工艺参数下的层流冷却效果，找出其优化方案；3、对比实验结果和数值模拟结果，验证不同优化方案的可行性和有效性；4、提出并推广适用于不同材料、规格和工艺参数下的层流冷却控制策略，达到优化生产效率和产品质量的目的。
热轧带钢层流冷却自动控制系统的研究的开题报告
热轧带钢层流冷却自动控制系统的研究的开题报告
标题：热轧带钢层流冷却自动控制系统的研究
一、研究背景和意义
随着钢铁行业的发展，热轧带钢生产技术逐步成熟，成为钢铁行业中非常重要的生产工艺之一。
在热轧带钢生产过程中，层流冷却是一个重要的步骤。
传统的层流冷
却控制方法通常依靠人工控制，存在很多弊端，例如温度控制误差大，生产效率低下
等问题。
因此，开发一套自动化控制系统，可以有效地解决上述问题，并提高生产效
率和品质。
二、研究内容和方法
本研究旨在开发一套热轧带钢层流冷却自动控制系统，以实现自动化控制和监测。
主要的研究内容包括以下几个方面：
1.设计层流冷却控制系统的硬件和软件结构，建立冷却控制模型；
2.开发采集和控制单元，实现对硬件设备的控制和数据采集；
3.开发数据存储和处理单元，对采集的数据进行存储和处理，提供数据分析和可视化；
4.测试整个系统的性能，分析自动控制效果，调整控制参数。
在研究方法方面，本研究采用了综合理论和实验方法相结合的方式，首先针对层流冷却的工艺特点进行理论分析，然后设计控制模型并进行模拟实验，最后在现场实
际生产中测试和验证。
三、预期成果和意义
通过本研究，预计可以开发出一套性能优良、操作简便的热轧带钢层流冷却自动控制系统。
此控制系统可以有效地监控和控制冷却温度和速度，提高生产效率和生产
质量。
此外，该系统可以实现自动控制，减少人工干预，从而提高工作效率和生产安全。
本研究对于钢铁行业的生产效率和质量控制具有一定的促进作用，也为相关领域的科研人员提供了一定的技术参考。
CFD在热轧带钢层流控冷系统中的应用
CFD在热轧带钢层流控冷系统中的应用
孙旭光;李军;张前;李立丰;王益群
【期刊名称】《钢铁研究》
【年(卷),期】2007(35)5
【摘要】利用CFD数值仿真技术模拟了层流水冷系统中层流冷却装置复杂的内部流场以及冷却水自由下落后的外部流场,并通过对仿真流场的分析,优化设计了冷却装置内部结构,精确地确定了控制冷却数学模型中强迫对流宽度值,为提高控冷系统的控制精度奠定了基础。
【总页数】4页(P38-41)
【关键词】CFD;层流冷却;冷却装置;对流宽度
【作者】孙旭光;李军;张前;李立丰;王益群
【作者单位】燕山大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG333
【相关文献】
1.TMCP新技术助力钢企绿色转型——记2017年度国家科技进步奖二等奖项目“热轧板带钢新一代控轧控冷技术及应用” [J], 王辉
2.热轧带钢层流冷却仿真系统的开发及应用 [J], 张大志;叶海丽;谢新亮;项晓菲
3.热轧带钢层流冷却系统的技术开发与应用 [J], 刘忠满;任吉堂
4.PLC在热轧带钢层流冷却控制系统中的应用 [J], 向敬美
5.柔性生产策略在热轧带钢控冷过程中的应用 [J], 彭良贵;朱伏先;刘相华
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
科技成果——热连轧层流冷却系统
科技成果——热连轧层流冷却系统成果简介卷取温度控制系统是热连轧系统的重要组成部分，直接关系到最终产品质量，特别是带钢的组织结构和力学性能的好坏，进而影响其产品在市场上的竞争力。
层冷控制系统由L2过程控制系统和L1基础自动化控制体统组成。
L2级系统完成数学模型计算、自适应控制、动态设定、冷却策略的选择和冷却速率控制等功能；L1级系统完成头尾跟踪、故障阀设定、开关阀控制和头尾微冷控制等功能。
工作模式有三种：全自动模式、手动模式、测试模式。
控制冷却系统设备：上高密度集管、下高密度集管、集管控制阀组、倾翻机构和阀组、车间高位水箱、高压侧喷装置、压缩空气吹扫装置等组成。
层流冷却下带钢的传热过程十分复杂。
首先，整个冷却过程中温降大，钢板的对流换热系数及其热物性参数必然随温度产生显著的变化。
其次，高温钢板的层流冷却，较其他冷却方式更为复杂。
高密度管层流喷出的水流在一定压力下冲击到钢板表面，在冲击区钢板表面不形成水蒸气膜，因此，产生强烈冷却效果。
沿钢板长度方向，在近冲击区一定范围内，冷却水呈层流区，在较远处呈紊流区，在层流区和紊流区之间形成过渡区。
在垂直板面方向，除了水流冲击区以外的其它区域，从板面向上，同样出现层流区、过渡区和紊流区。
因此，就整体层流冷却来看，经历了膜态沸腾、过渡沸腾和核沸腾冷却阶段，钢板传热过程是非稳态的。
根据层流冷却实际生产工艺情况，应用传热学原理，对带钢在时间和厚度方向差分，建立有限差分模型，计算带钢在整个冷却区的开阀和关阀状况，确定带钢在每个集管下是空冷还是水冷，从而控制带钢在冷却区的温度。
由于模型的建立是基于机理性的，所以模型计算具有比较高的精度，包括：预设定模型、动态设定模型、钢种物性参数模型，包括导热系数和比热容计算模型、水冷时对流换热系数计算模型、自适应模型等。
根据不同钢种的工艺要求，系统提供多种冷却方式供选择，包括：全长冷却、头部不冷、尾部不冷、前向冷却、后向冷却、头部微冷、尾部微冷、稀疏冷却、非对称冷却等。
济钢1700热轧层流冷却过程控制系统的开发与应用
却策略（ 可根据工艺要求随意选择集管是否开闭） ， 满足 了不 同钢种 不 同工艺 的要求 ； 外 ， 可 以随时 ４ １ 层流 冷却 系统 总体结 构 此 还 ． 济钢 １０ ７０热 连轧 层 流冷 却 控制 系 统 由基 础 自 调整 冷 却策 略 ， 调 轧后板 型 ， 微 以解 决带钢 表 面带水
（ 原系统对大于 ６０ｍ ５ ） ． ｍ的厚规格带钢控制效
果 较差 ， 出现瓢 曲现象 。 易
３ 层 流 新 系统 设计 思路
３ １ 采 用较先进 数学模 型 ．
新层流冷却系统采用分级控制 ， 模型计算等 主
瓣 ＧＪ ． Ｌ 一 Ｓ Ｃ Ｌ￣ Ｏ ｙｍ ｎ １
第 １期
Ａｂ ｔａ ｔ Ｔｈ ｅ ｃ ｅ ｃｅ ｎ ｒ ｗｂ ｃ ｓｏ ｅ ｏ ｇｎ ｌ ａ ｎ ｒｃ ｏ ｉｇ ｃ ｉ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅｃ ｎ ｒ ｌ ｙ ｔ ｍ ｉ ａ ｒ ｎ＆ ｓ ｒ ｃ ｅｄ ｆ ｉ ｎ ｉｓａ ｄ ｄ ａ ａ ｋ ｆｔ ｒ ｉａ ｍｉ ａ ｏ ｌ ｏｌ ｇｔ ｍｐ ｒｔ ｒ ｏ ｔｏ ｓｅ ｉ Ｊｎ ｎ Ｉｏ ｉ ｈ ｉ ｌ ｎ ｉ ｓ ｎ
郭连济， 济钢 １０ 等： ７０热轧层流冷却过程控制系统的开发与应用
１ １
要 功 能都 在过 程 自动化 （２级 ） Ｌ 中完成 ， 基础 自动 化 （ １级 ） Ｌ 主要执 行 过程 自动 化设定 组态 ， 显著 提高 了 卷 取 温度 控制 精 度 ； 学模 型 除 了采 用新 的空 冷 温 数 降和水 冷 温 降计 算 方法 外 ， 根 据 现 场 实 际 生产 情 还 况 ， 冷却 水水 温 、 轧时 间等 因素在 模型 中加 以考 将 停 虑， 大大 提高 了换 规 格 后 和 长 时 间停 轧后 第 一支 带 钢 的卷取 温度 控 制精度 。 ３２ 开 发 多种冷 却 策 略 。 足 各 种 工 艺要 求 ， 新 ． 满 为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
稀疏冷却：以控制微合金元素的 碳氮化物的析出为主的微合金钢
按组稀疏 按管稀疏
FDT
CT
... ...
... ...
2005.11
RAL
2 层冷控制模块
2.1 总体模块关联
层流冷却过程控制模型 计算准备处理 通用模块 内部专用模块 通用模块 内部专用模块 通用模块 内部专用模块 通用模块 内部专用模块
修正设定计算、自学习计算），控制层流冷却区的冷却设备的集管 组态，实现对带钢的冷却模式、卷取温度和冷却速率的控制，将热
轧带钢按预定路径冷却到工艺要求的卷取温度，使其力学性能和金
相组织结构达到预定的质量要求 。
2005.11
RAL
精轧出口 高温计
1.1 主要设备概述
主冷区 精冷区 卷取机入口高温计
带钢
1
2
3
2005.11
RAL
FDT
1.7 冷却策略
CT
... ...
FDT
... ...
CT
前段主冷：显微组织以铁素体和 珠光体为主的普碳钢和优质结构钢
后段主冷：显微组织以铁素体和贝氏体 为主的的双相钢，以及厚度小于1.7mm的 碳素钢和低级硅钢的冷却
CT
... ...
FDT
... ...
... ...
控制模式和策略 模型其它参数 热头热尾处理 头部特殊处理
冷却速度控制的判定 平均比热的计算
2005.11
RAL
2.3 预设定模块
预设定计算的主要功能是根据带钢精轧出口预报温度、速度、带钢 目标厚度、带钢厚度预报值、卷取目标温度及冷却控制策略等进行 层流冷却控制设定预计算。设定计算输出结果为初始集管组态。
反馈控制计算
自学习计算
控制终了处理
2005.11
RAL
其它功能还包括
带钢位置的过程控制级跟踪 模型中各种组别的确定 常规冷却控制设定计算（仅以卷取温度为控制目的） 冷却速度控制计算 一组集管内的水冷温降计算 空冷温降计算
计算准备处理
预设定计算
常规冷却控制
一组集管的水冷温降计算
过程跟踪
修正设定计算
冷却速度控制
RAL 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室
层冷控制模型在热带轧制中的应用
RAL
龚 殿 尧 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室 （东北大学）
2005.11
RAL
1.功能概述
主要内容
2. 主要功能模块
2.1 2.2 2.3 2.4 计算准备处理 预设定模块 修正设定模块 自学习模块
1.1 主要设备概述 1.2 与其它功能的关系 1.3 控制模型描述 1.4 启动逻辑 1.5 控制方式 1.6 控制模式 1.7 控模式
缺省模式
描 述
设定计算所使用的带钢终轧温度为带钢头部温度值，按常规冷却 方法计算热输出辊道上的集管组态并输出
设定计算所使用的带钢终轧温度为从带钢长度各分段点收集精轧出口温度 值，按常规冷却方法计算并输出热输出辊道上对应各段的集管组态，适用 于精轧出口温度（FDT）是变化的、有轧制加减速或恒速的工艺状况，其 控制目标为卷取温度 从带钢长度各分段点收集精轧出口温度值(FDT)，按冷却速度控制方法计 算并输出热输出辊道上对应各段的集管组态。此种控制模式适用于精轧出 口温度（FDT）是变化的、并且有轧制加减速或恒速的工艺状况，需要进 行模型学习项的更新。其控制目标为冷却速度、中间目标温度和卷取温度
2
3
4 5
CT-ON＋时间后，经一定周 期被启动，在基础自动化中完 成
学习点到达CT位置时刻，由 控制逻辑启动
2005.11
RAL
1.5 冷却控制方式
描 述
控制方式 控冷过程进行自动设定
由操作员通过终端对控冷过 程进行设定
手动控制方式
2005.11
层流冷却的初始设定和前馈控制由过 程计算机完成，基础自动化按照过程 计算机所给出的喷水组态控制相应喷 水阀门的开闭 冷却制度和规程将由操作员在终端 (HMI) 输入，并可对其进行存储，供操作员 选择 调用。 由基础自动化完成带钢的头尾跟踪、 反馈 和精轧机抛钢后的前馈控制功能。 完全由操作工启/停冷却设备的运行
3.通用处理模块
3.1 3.2 3.3 3.4 常规冷却设定 冷却速度设定 常规冷却再设定 冷却速度再设定
4.数学模型说明
2005.11
RAL
1 功能概述
层流冷却过程设定模型
层流冷却设备安装在精轧机出口机架至卷取机之间，在过程自动化 系统和基础自动化系统的控制之下，根据带钢精轧出口的带钢温度、
速度等数据和其它工艺设备参数，经过模型运算（包括预设定计算、
预设定计算处理
修正设定计算
自学习计算
2005.11
RAL
计算准备
组别索引 数据表查询
2.2 计算准备处理模块
计算准备处理 带钢组别确定 控制模式选择 冷却策略选择 热头热尾处理 头部特殊处理 仿真准备 控制参数的准备 钢种组别确定 厚度组别1确定 厚度组别2确定 宽度组别确定 卷取目标温度组别确定 冷却速度组别确定 卷取目标温度确定 组别中各种数据的检索 通 用 模 块
空冷温降计算
自学习计算
2005.11
RAL
No 1 功 能 计算准备 处理 预设定计 算 修正设定 计算 反馈控制 学习计算
1.4 启动逻辑
启动时刻 精轧前测温仪检得带钢 精轧F2机架咬钢时，由控制逻 辑启动 精轧出口高温计检得（对于带 钢头部）、带钢定长样本达到 时，由控制逻辑启动
终了时刻 数据准备完毕 模型预设定计算执行结 束 带钢尾部通过精轧出口 高温计 带钢中部通过卷取机前 的测温仪 学习计算执行结束
层冷 模型
自学习 报表文件
设定 结果
终端
Ⅱ级 Ⅰ级
2005.11
RAL
1.3 层冷模型描述
如钢种组别、冷却模式、特殊控制模式 以及模型计算时的各种参数数据 进行与带钢头部的冷却集管组态的 预设定
计算准备处理 层 冷 模 型 六 部 分 预设定计算 修正设定计算
修正与带钢各样本段对应的冷却集管组态
由基础自动化完成 基于控制目标的实测值和模型计算值之间的 偏差，对控制模型中的学习项进行修正，纠 正模型预报偏差，以提高模型的预报精度， 改善控制效果 由基础自动化完成
`
`
轧制方向
侧喷集管 垂直喷集管
卷取机1
卷取机2
主要设备
输出辊道上部U形管和下部喷射管 侧喷集管 垂直喷射集管 空气吹扫装置 主冷区和精冷区
2005.11
功 能
水冷 残留水清扫 前馈和反馈
RAL
过程设定 系统
实测 数据
1.2 层冷模型与其它功能的关系
精轧设定数据
PDI数据
历史数据 层别数据 报警信息