新一代冷卻裝置ADCOS—PM水壓控制的設(shè)計(jì)優(yōu)化

李越

摘 要：文章具體闡述南鋼寬厚板項(xiàng)目新一代冷卻裝置（ADCOS-PM）的水壓優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制模式。并對(duì)水壓控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行深度的研究與分析。

關(guān)鍵詞：寬厚板；新型超快冷；壓力控制

引言

傳統(tǒng)層流冷卻技術(shù)在實(shí)踐過(guò)程中暴露出的冷卻速度低、冷卻均勻性差等問(wèn)題已成為制約TMCP技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展與深入應(yīng)用的關(guān)鍵因素。從目前發(fā)展看，以超快冷卻特征的新一代控制技術(shù)已成為寬厚板軋后冷卻技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。ADCOS-PM是基于超快冷技術(shù)發(fā)展起來(lái)的新一代寬厚板冷卻裝置，具有直接淬火（DQ）、超快速冷卻（UFC）、常規(guī)加速冷卻（ACC）和中間坯冷卻（IC）功能，適合于各種工藝要求下的寬厚板冷卻。

1 ADCOS-PM工藝流程簡(jiǎn)述

DCOS-PM布置在預(yù)矯直機(jī)與冷床之間。鋼板經(jīng)矯直機(jī)矯直后進(jìn)入ADCOS-PM裝置，通過(guò)ACC或DQ等工藝進(jìn)行冷卻。經(jīng)出口空氣吹掃裝置將鋼板殘留水清除后離開(kāi)ADCOS-PM裝置，進(jìn)入冷床。

2 優(yōu)化設(shè)計(jì)

南鋼寬厚板冷卻裝置項(xiàng)目基于傳統(tǒng)的工藝要求，與東北大學(xué)一起進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用超快冷（ADCOS-PM）裝置來(lái)提升冷卻能力。ADCOS-PM裝置采用壓力及流量可大范圍調(diào)節(jié)的噴嘴結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，控制冷卻裝置在全長(zhǎng)度范圍內(nèi)均可實(shí)現(xiàn)ACC工藝以及DQ工藝制度，可以通過(guò)高位水箱直接供水，采用0.2MPa左右的冷卻水壓力，通過(guò)流量調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)層流冷卻強(qiáng)度的冷卻過(guò)程，滿足傳統(tǒng)的TMCP工藝生產(chǎn)需求；也可以通過(guò)高位水箱供水，經(jīng)增壓泵后變頻調(diào)壓，采用0.5MPa左右的冷卻水壓力，并通過(guò)合理的區(qū)域流量控制，實(shí)現(xiàn)極限冷卻強(qiáng)度的寬厚板冷卻工藝過(guò)程，從而滿足直接淬火工藝需要，實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度鋼板的在線直接淬火工藝需要。

3 冷卻水壓力及流量控制

ADCOS-PM裝置根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要采取兩種冷卻模式，分別為DQ模式及ACC模式DQ生產(chǎn)時(shí)，水壓調(diào)整以供水系統(tǒng)水壓閉環(huán)為主，分流集水管旁通閥用于超壓保護(hù)，正常生產(chǎn)時(shí)操作權(quán)交給水系統(tǒng)PLC；ACC生產(chǎn)時(shí)，供水壓力由高位水箱保證。水壓系統(tǒng)快速調(diào)整思路類(lèi)似于流量快速調(diào)節(jié)，先進(jìn)行開(kāi)環(huán)控制，然后再進(jìn)行閉環(huán)控制，達(dá)到水壓系統(tǒng)快速響應(yīng)的目的。如圖1所示。

3.1 ACC/DQ高低壓切換控制

2bar和5bar供水主管到達(dá)閥組坑前分別調(diào)整為2根，即共有4根總管進(jìn)入閥組坑，2根為2bar，2根為5bar。分別給A段和B段分流集水管供水，并在每根管路前端設(shè)置有快速開(kāi)閉電磁閥。由于閥門(mén)打開(kāi)、關(guān)閉需要一定的時(shí)間，當(dāng)每塊鋼板冷卻結(jié)束后，過(guò)程機(jī)需要及時(shí)給出下塊鋼的用水需求，以流出足夠的閥門(mén)動(dòng)作時(shí)間。如（圖1）所示。

每段分流集水管所用冷卻水壓力及閥門(mén)開(kāi)閉情況：

A段2bar、B段2bar時(shí)：V1關(guān)閉V2打開(kāi)V3關(guān)閉V4打開(kāi)

A段2bar、B段5bar時(shí)：V1關(guān)閉V2打開(kāi)V3打開(kāi)V4關(guān)閉

A段5bar、B段2bar時(shí)：V1打開(kāi)V2關(guān)閉V3關(guān)閉V4打開(kāi)

A段5bar、B段5bar時(shí)：V1打開(kāi)V2關(guān)閉V3打開(kāi)V4關(guān)閉

3.2 DQ供水壓力控制

為滿足控制冷卻裝置5bar用水需求且便于控制，三臺(tái)水泵應(yīng)同時(shí)開(kāi)啟（如果考慮到節(jié)能問(wèn)題，則需要人工判定開(kāi)啟水泵臺(tái)數(shù)）。供水泵變頻器采用高壓變頻器，每臺(tái)變頻器單獨(dú)配置一臺(tái)西門(mén)子S-200 PLC進(jìn)行控制。頻率與壓力的閉環(huán)擬采用PID閉環(huán)控制方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。PID壓力閉環(huán)條件原理如圖2：

DQ泵開(kāi)啟過(guò)程中，監(jiān)控高位水箱水位，一旦水位超下限，程序設(shè)計(jì)自動(dòng)停泵，并在畫(huà)面顯示報(bào)警。在DQ泵組設(shè)置壓力傳感器，當(dāng)高位水箱水位正常時(shí)，如果過(guò)濾器出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，造成DQ泵供水不足，或者ACC供水管路大量用水，造成DQ泵供水不足，DQ泵組前增加壓力傳感器會(huì)及時(shí)監(jiān)測(cè)并在畫(huà)面上顯示報(bào)警，程序會(huì)根據(jù)報(bào)警自動(dòng)停泵，避免造成設(shè)備傷害。

3.3 供水總管超壓保護(hù)控制

正常情況靠變頻器閉環(huán)降低總管壓力，但如果20s仍未解除報(bào)警，可能變頻降壓有問(wèn)題，此時(shí)要以泄壓電動(dòng)閥為輔助降壓手段來(lái)保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。在控制程序中增加超壓保護(hù)控制，當(dāng)供水總管壓力超過(guò)上限值一定時(shí)間（常規(guī)1s）超限報(bào)警仍未解除時(shí)，要以5%的開(kāi)口度迅速增加泄壓電動(dòng)閥開(kāi)口度，以滿足泄壓需求。

3.4 集管流量快速調(diào)節(jié)控制

通過(guò)對(duì)集管設(shè)定流量和集管實(shí)際流量的比較，根據(jù)比較結(jié)果進(jìn)行閉環(huán)控制，調(diào)整調(diào)節(jié)閥開(kāi)口度的大小，使其在設(shè)定壓力下，達(dá)到設(shè)定流量?？紤]到單純的流量閉環(huán)控制受調(diào)節(jié)閥響應(yīng)速度影響較大，一級(jí)控制系統(tǒng)采用開(kāi)口度-流量20點(diǎn)曲線開(kāi)環(huán)控制并結(jié)合流量閉環(huán)調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)流量的快速調(diào)節(jié)功能。先對(duì)調(diào)節(jié)閥進(jìn)行20點(diǎn)的開(kāi)口度和集管反饋流量對(duì)應(yīng)關(guān)系的標(biāo)定，并將數(shù)據(jù)寫(xiě)入程序，當(dāng)設(shè)定流量時(shí)，根據(jù)20點(diǎn)流量曲線進(jìn)行插值，得到設(shè)定流量對(duì)應(yīng)的開(kāi)口度。當(dāng)集管打開(kāi)后，再投入流量閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊，對(duì)流量進(jìn)行微調(diào)，以保證噴水集管具有較高的流量控制精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)南鋼4700mm寬厚板生產(chǎn)線產(chǎn)品大綱，既有A32適合于低冷速的鋼板，也有EH690、9Ni鋼這樣適合于高冷速、高冷卻強(qiáng)度的的高等級(jí)鋼種，因此冷卻要求范圍非常廣。ADCOS-PM裝置通過(guò)壓力優(yōu)化設(shè)計(jì)與控制，在全長(zhǎng)度方向?qū)崿F(xiàn)0.2MPa、0.5Mpa可調(diào)。既可實(shí)現(xiàn)DQ功能，也實(shí)現(xiàn)常規(guī)加速冷卻功能（ACC功能）和超快速冷卻功能（UFC功能）。最終實(shí)現(xiàn)冷卻能力的大范圍調(diào)整、冷卻速度的大范圍調(diào)整，從而滿足裝置對(duì)冷卻工藝柔性化的使用要求，提升鋼板冷卻效果及性能。

參考文獻(xiàn)

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