新一代冷卻裝置ADCOS—PM水壓控制的設計優(yōu)化

李越

摘 要：文章具體闡述南鋼寬厚板項目新一代冷卻裝置（ADCOS-PM）的水壓優(yōu)化設計與控制模式。并對水壓控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方式進行深度的研究與分析。

關鍵詞：寬厚板；新型超快冷；壓力控制

引言

傳統(tǒng)層流冷卻技術在實踐過程中暴露出的冷卻速度低、冷卻均勻性差等問題已成為制約TMCP技術進一步發(fā)展與深入應用的關鍵因素。從目前發(fā)展看，以超快冷卻特征的新一代控制技術已成為寬厚板軋后冷卻技術的發(fā)展趨勢。ADCOS-PM是基于超快冷技術發(fā)展起來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工藝流程簡述

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

2 優(yōu)化設計

南鋼寬厚板冷卻裝置項目基于傳統(tǒng)的工藝要求，與東北大學一起進行優(yōu)化設計，采用超快冷（ADCOS-PM）裝置來提升冷卻能力。ADCOS-PM裝置采用壓力及流量可大范圍調(diào)節(jié)的噴嘴結構設計，控制冷卻裝置在全長度范圍內(nèi)均可實現(xiàn)ACC工藝以及DQ工藝制度，可以通過高位水箱直接供水，采用0.2MPa左右的冷卻水壓力，通過流量調(diào)節(jié)，實現(xiàn)層流冷卻強度的冷卻過程，滿足傳統(tǒng)的TMCP工藝生產(chǎn)需求；也可以通過高位水箱供水，經(jīng)增壓泵后變頻調(diào)壓，采用0.5MPa左右的冷卻水壓力，并通過合理的區(qū)域流量控制，實現(xiàn)極限冷卻強度的寬厚板冷卻工藝過程，從而滿足直接淬火工藝需要，實現(xiàn)高強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，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，正常生產(chǎn)時操作權交給水系統(tǒng)PLC；ACC生產(chǎn)時，供水壓力由高位水箱保證。水壓系統(tǒng)快速調(diào)整思路類似于流量快速調(diào)節(jié)，先進行開環(huán)控制，然后再進行閉環(huán)控制，達到水壓系統(tǒng)快速響應的目的。如圖1所示。

3.1 ACC/DQ高低壓切換控制

2bar和5bar供水主管到達閥組坑前分別調(diào)整為2根，即共有4根總管進入閥組坑，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置有快速開閉電磁閥。由于閥門打開、關閉需要一定的時間，當每塊鋼板冷卻結束后，過程機需要及時給出下塊鋼的用水需求，以流出足夠的閥門動作時間。如（圖1）所示。

每段分流集水管所用冷卻水壓力及閥門開閉情況：

A段2bar、B段2bar時：V1關閉V2打開V3關閉V4打開

A段2bar、B段5bar時：V1關閉V2打開V3打開V4關閉

A段5bar、B段2bar時：V1打開V2關閉V3關閉V4打開

A段5bar、B段5bar時：V1打開V2關閉V3打開V4關閉

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，三臺水泵應同時開啟（如果考慮到節(jié)能問題，則需要人工判定開啟水泵臺數(shù)）。供水泵變頻器采用高壓變頻器，每臺變頻器單獨配置一臺西門子S-200 PLC進行控制。頻率與壓力的閉環(huán)擬采用PID閉環(huán)控制方式進行調(diào)節(jié)。PID壓力閉環(huán)條件原理如圖2：

DQ泵開啟過程中，監(jiān)控高位水箱水位，一旦水位超下限，程序設計自動停泵，并在畫面顯示報警。在DQ泵組設置壓力傳感器，當高位水箱水位正常時，如果過濾器出現(xiàn)嚴重堵塞，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及時監(jiān)測并在畫面上顯示報警，程序會根據(jù)報警自動停泵，避免造成設備傷害。

3.3 供水總管超壓保護控制

正常情況靠變頻器閉環(huán)降低總管壓力，但如果20s仍未解除報警，可能變頻降壓有問題，此時要以泄壓電動閥為輔助降壓手段來保證設備穩(wěn)定運行。在控制程序中增加超壓保護控制，當供水總管壓力超過上限值一定時間（常規(guī)1s）超限報警仍未解除時，要以5%的開口度迅速增加泄壓電動閥開口度，以滿足泄壓需求。

3.4 集管流量快速調(diào)節(jié)控制

通過對集管設定流量和集管實際流量的比較，根據(jù)比較結果進行閉環(huán)控制，調(diào)整調(diào)節(jié)閥開口度的大小，使其在設定壓力下，達到設定流量。考慮到單純的流量閉環(huán)控制受調(diào)節(jié)閥響應速度影響較大，一級控制系統(tǒng)采用開口度-流量20點曲線開環(huán)控制并結合流量閉環(huán)調(diào)節(jié)來實現(xiàn)流量的快速調(diào)節(jié)功能。先對調(diào)節(jié)閥進行20點的開口度和集管反饋流量對應關系的標定，并將數(shù)據(jù)寫入程序，當設定流量時，根據(jù)20點流量曲線進行插值，得到設定流量對應的開口度。當集管打開后，再投入流量閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊，對流量進行微調(diào)，以保證噴水集管具有較高的流量控制精度。

4 結束語

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、高冷卻強度的的高等級鋼種，因此冷卻要求范圍非常廣。ADCOS-PM裝置通過壓力優(yōu)化設計與控制，在全長度方向實現(xiàn)0.2MPa、0.5Mpa可調(diào)。既可實現(xiàn)DQ功能，也實現(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

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