СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСЛОВИЯМИ ОХЛАЖДЕНИЯ НАГРЕТОГО ТЕЛА Российский патент 1996 года по МПК B21B37/00 B21B45/02 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для управления условиями охлаждения движущегося нагретого тела в прокатном производстве.

Известен способ автоматического управления процессом термоупрочнения проката на выходной стороне мелкосортного стана, заключающийся в том, что измеряют температуру проката на входе в установку термоупрочнения, скорость его перемещения и температуру охладителя, задают требуемую для данной марки стали и сортамента температуру конца охлаждения, рассчитывают по данным параметрам расход охладителя и управляют им в зависимости от значений температуры проката, скорости его перемещения и температуры охладителя, при этом дополнительно для партий полос определяют средние скорости прокатки, перемещения концевой части полосы через установку термоупрочнения после ее выхода из последней клети стана и при отклонении средней скорости перемещения проката через установку термоупрочнения от средней скорости прокатки на величину больше заданной включают дополнительную секцию установки термоупрочнения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ регулирования водяного охлаждения движущегося нагретого тела, заключающийся в задании температуры конца охлаждения тела по сортаменту и маркам, в измерении температуры тела на выходе из предыдущего теплового агрегата термообработки в момент передачи на систему охлаждения и температуры тела на входе в систему охлаждения, в определении скорости движения тела, по которым вычисляют расход охладителя и управляют этим расходом путем включения/отключения числа работающих секций охлаждения.

Как аналогу, так и прототипу, приведенным выше, соответствуют следующие недостатки:
1) при управлении отдельные участки движущегося нагретого тела испытывают переохлаждение по причине нарушения условий охлаждения этого тела, которые снижают надежность управления процессом охлаждения;
2) при управлении отдельные участки тела испытывают неконтролируемое неуправляемое охлаждение вследствие нарушения условий охлаждения этого тела в момент входа и выхода из зон охлаждения.

3) при управлении отдельные участки тела испытывают сильные термические напряжения по причине нарушения условий охлаждения по объему этого тела или отдельного его сечения.

Целью изобретения является повышение надежности управления условиями охлаждения движущегося нагретого тела.

Поставленная цель достигается тем, что способ управления условиями охлаждения нагретого тела, движущегося относительно охладителя, заключающийся в том, что измеряют температуру тела на выходе из предыдущего теплового агрегата термообработки в момент его передачи на систему охлаждения и температуру тела на входе в систему охлаждения, определяют скорость движения тела, задают в зависимости от сортамента и марки температуру конца охлаждения тела, по которым вычисляют расход охладителя и управляют расходом путем включения/отключения числа работающих секций охлаждения, осуществляется путем 1) управления режимом расхода охладителя на площадь поверхности тела по зонам охлаждения в зависимости от значений температуры на поверхности этого тела и режимом его движения, при этом 2) и/или задают скорость охлаждения тела по его сечениям и технологический диапазон ее отклонения, 3) и/или управляют режимом движения тела, 4) и/или удаляют часть охладителя из зоны охлаждения, 5) и/или блокируют неконтролируемое охлаждение путем удаления охладителя вне зон охлаждения.

На фиг. 1 приведена структурная схема реализации способа.

На фиг. 2 функциональная схема размещения системы охлаждения в потоке толстолистового стана 5000.

На фиг. 3 функциональная схема системы охлаждения в потоке толстолистового стана 5000.

На фиг. 4 комбинированная схема системы управления расходом охлаждения.

На фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, поясняющих способ, приведены следующие условные обозначения:
t1 температура движущегося нагретого тела на выходе из предыдущего теплового агрегата термообработки;
t2 температура движущегося нагретого тела на входе в систему охлаждения;
t3 температура движущегося нагретого тела на выходе из системы охлаждения;
tk температура конца охлаждения движущегося нагретого тела;
КО1.КО8 электрические отсечные клапаны (задвижки), управляющие площадью соответствующих зон охлаждения;
КП1.КП4 электрические отсечные клапаны (задвижки) на подводах охладителя (воды);
KР1.KР4 электрические регулирующие задвижки;
Р1.Р4 расходомеры электромагнитные;
З1.З4 задвижки ручные.

При изучении других известных технических решений в данной области техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "Существенные отличия".

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа позволил установить соответствие заявляемого решения критерию "Новизна".

Это заявляемое решение позволяет избавиться от всех недостатков, соответствующих прототипу, и повысить надежность управления условиями охлаждения движущегося нагретого тела за счет дополнительного присоединения к известным приемам, указанным в прототипе, новых приемов, осуществляющих действие, которое в едином изобретательском замысле раскрывают сущность заявляемого изобретения и его признаки "Существенных отличий":
1-й (первый) признак: управляют режимом расхода охладителя на площадь поверхности тела по зонам охлаждения в зависимости от значений температуры поверхности этого тела и режимов его движения;
при этом
2-й (второй) признак: и/или задают скорость охлаждения тела по его сечениям и технологический диапазон ее отклонения;
3-й (третий) признак: и/или управляют движением тела;
4-й (четвертый) признак: и/или удаляют часть охладителя из зоны охлаждения;
5-й (пятый) признак: и/или блокируют неконтролируемое охлаждение путем удаления охладителя вне зон охлаждения.

Способ поясняется следующим образом: нагретое тело 1, имеющее, например, форму широкого толстого листа, движется по системе транспортирования 2 и проходит через систему охлаждения 3 секционного типа, стоящую на системе транспортирования 2. При этом измеряют температуру тела (t1) на выходе из предыдущего агрегата термообработки 4 в момент передачи на систему охлаждения 3 группой измерителей температуры 5, температуру тела (t2) на входе в систему охлаждения 3 группой измерителей температуры 6, температуру тела (t3) на выходе из системы охлаждения 3 группой измерителей температуры 7, определяют параметры движения тела 8, задают температуру конца охлаждения нагретого тела 1 (tk) в зависимости от сортамента и марки на устройство управления условиями охлаждения 9. В устройстве управления условиями охлаждения 9 вычисляется расход охладителя для системы охлаждения 3 и формируются сигналы управления на устройство управления расходом 10, которое управляет расходом охладителя путем включения/отключения числа работающих секций системы охлаждения 3.

С целью повышения надежности управления условиями охлаждения движущегося нагретого тела 1
1) управляют от устройства управления условиями охлаждения 9 через устройство управления расходом 10 режимом расхода охладителя на площадь поверхности тела 1 по зонам охлаждения системы охлаждения 3 в зависимости от измеренных значений температур t1, t2, t3 и режимов движения тела 1.

при этом
2) и/или задают скорость охлаждения движущегося нагретого тела 1 и технологический диапазон ее отклонения, что позволяет на основе измеренных значений величин t1, t2, t3 и параметров движения тела с помощью устройства управления условиями охлаждения 9 оценивать возможность реализации заданного технологического режима охлаждения в темпе процесса,
3) и/или управляют режимом движения тела с помощью устройства управления движением 8 тела,
4) и/или удаляют часть охладителя из зон охлаждения с помощью устройства удаления охладителя 11.

5) и/или блокируют неконтролируемое охлаждение путем удаления охладителя вне зон охлаждения с помощью устройства блокирования охладителя 12.

Пример реализации способа.

Для понимания принципа работы способа как системы управления условиями охлаждения и алгоритма управления этими условиями необходимо пояснить назначение и принципы функционирования составных частей этой системы.

Составные части системы управления условиями охлаждения в поясняющем примере реализации способа являются известными устройствами и реально представляют собой действующее оборудование листопрокатного стана 5000.

В качестве движущегося нагретого тела 1 используют, например, лист проката длиной 8000 (восемь тысяч) миллиметров шириной 3300 (три тысячи триста) миллиметров и толщиной 40 (сорок) миллиметров, марка проката 09Г2С, который имеет температуру t1, равную 1000^oC.

Транспортная система 2 в системе управления условиями охлаждения есть раскатной листопрокатный рольганг листопрокатного стана 5000 секционного типа (фиг. 3). Каждая секция рольганга включает в себя четыре ролика рольганга 13, редуктор передачи 14, электродвигатель 15, который соединен соединительной муфтой с редуктором 14, стандартный электропривод управления двигателем 16, при этом на одном валу с электродвигателем 15 и соединительной муфтой закреплен датчик преобразования частоты вращения вала 17, осуществляющий преобразование частоты вращения вала в электрический сигнал (ток и/или напряжение).

Система охлаждения 3 в системе управления условиями охлаждения представляет собой устройство плоскоструйного охлаждения секционного типа, установленное на раскатных роликах рольганга, обеспечивающее подачу плоских струй воды на движущийся лист проката 1 сверху и снизу.

Система охлаждения 3 включает в себя устройство управления расходом воды 10, устройство удаления части воды в зонах охлаждения 11 и устройство блокирования неконтролируемого охлаждения вне зон охлаждения 12.

Устройство удаления охладителя из зон охлаждения 11 в нашем примере представляет собой выдвижные защитные экраны, положение которых относительно оси рольганга управляется устройством управления условиями охлаждения 9. По своему конструктивному исполнению этот экран имеет форму лотков, с помощью которых часть воды снимается из зоны охлаждения (фиг. 3), при этом длина лотка (лотков) определяется общей длиной системы охлаждения 3. Эти экраны задвигаются и выдвигаются с помощью, например, гидроцилиндров 18, управляемых от стандартных гидрораспределителей 19, работа которых управляется устройством управления условиями охлаждения 9.

На одной тяге с выдвижными защитными экранами закрепляется линейка датчиков положения 20, по которым определяется положение экранов относительно оси рольганга.

Устройство блокирования неконтролируемого охлаждения вне зон охлаждения 12 представляет собой устройство, например, в виде воздушных коллекторов с соплами сдува воды, которые задувают воду в систему охлаждения 3, исключая неконтролируемое охлаждение во время растекания воды по листу проката при его движении (фиг. 2).

Устройство управления расходом воды 10 включает в себя управление каждой секцией по следующим зонам охлаждения: первая зона: середина верх листа проката, вторая зона: середина низ листа, третья зона: края верх листа, четвертая зона: края низ.

Первая и вторая зоны охлаждения представляют собой поперечные к оси рольганга коллекторы 21, имеющие независимые подводы воды и независимое управление подачей этой воды через эти коллекторы. На сопла коллекторов 21 поставлены либо распределяющие растекатели, либо распределяющие насадки, которые обеспечивают образование ровной пленки воды независимо от рабочего диапазона изменения расхода воды.

В третьей и четвертой зонах охлаждения располагаются продольные коллекторы 22, у которых имеются такие же распределяющие растекатели или насадки, как на поперечных коллекторах 21. Общее количество таких коллекторов 22 восемь коллекторов на каждую секцию (по четыре коллектора с каждого края). В каждой зоне эти коллекторы 22 соединены по воде, как показано на фиг. 4, обеспечивая этим управление по ширине прокатного листа.

Отсечные электрические клапаны КО1.КО8 на коллекторах 22 управляют площадью зон охлаждения по краям охлаждаемого прокатного листа (фиг. 4).

Отсечные электрические клапаны КП1.КП4 обеспечивают включение и отключение подачи воды, а регулирующие задвижки КР1.КР4 регулирование подачи воды на каждом подводе воды коллекторов 21, 22, при этом на этих же подводах по расходомерам Р1.Р4 измеряются расходы воды (фиг. 4).

Задвижки З1.З4 обеспечивают в ручном режиме закрытие и открытие подачи воды на каждом подводе (фиг.4).

Управление отсечными электрическими клапанами КО1.КО4 и КП1.КП4 и электрическими регулирующими задвижками КР1.КР4 осуществляется устройством управления условиями охлаждения 9 с обязательным измерением значений расхода воды по соответствующим расходомерам Р1.Р4.

В качестве предыдущего до системы охлаждения 3 теплового агрегата термообработки 4 в нашем примере используется чистовая клеть прокатки типа "Кварто" стана 5000 (фиг. 2).

Группа измерителей 5, расположенных по сечению 1 1, в примере представляет собой пирометры типа "Спектропир", а группа измерителей 6, 7, расположенных соответственно по сечениям 2 2 и 3 3, пирометры типа "Смотрич 7" (модернизированный).

Система управления движением 8 нагретого тела 1 представляет собой известное устройство, например разработка НПО "Уралчерметавтоматика" ПСВ-2М (блок 24), позволяющее отработать любой режим движения нагретого тела.

С устройства управления условиями охлаждения 9 выдается задание на блок 24, который управляет электроприводом 16 соответствующей группы роликов рольганга и контролируется по сигналам с датчиков 17 с учетом задания параметров режима движения этих групп роликов. Блок 24 может работать как в режиме автоматической отработки задания от устройства управления условиями охлаждения с проектной точностью, так и просто в режиме определения параметров движения (вращения) роликов рольганга при управлении электроприводами 16 от общей системы управления стана и передачи полученной информации на устройство управления условиями охлаждения 9.

Алгоритм управления условиями охлаждения движущегося нагретого листа проката осуществляется следующим образом.

Устройство управления условиями охлаждения 9 получает информацию о марке и сортаменте движущегося нагретого листа проката, поступающего на систему охлаждения 3 из предыдущего теплового агрегата термообработки 4, о температуре конца охлаждения и скорости охлаждения листа проката с технологическим диапазоном ее отклонения. После получения этой информации измеряется температура t1 группой пирометров 5 на выходе предыдущего агрегата термоупрочнения 4 в момент прохода по сечению 1 1 и передачи листа проката 1 в системе управления движением 8. В сечение 2 2 измеряется температура t2 поверхности нагретого листа проката 1 перед системой охлаждения 3 группой измерителей 6.

С учетом всей полученной информации устройство управления условиями охлаждения обрабатывает полученную информацию, определяет возможность реализации задания на охлаждение листа проката, число секций охлаждения и число проходов через систему охлаждения 3, вырабатывает управляющее воздействие на устройства 10, 11, 12, а также систему управления движением 8 по упреждающим алгоритмам с учетом технических особенностей оборудования (быстродействия, влияния зон нечувствительности и т.д.).

Измеряя температуру t2, t3 нагретого листа проката между проходами через систему охлаждения 3 по сечениям 2 2 и 3 3 группой измерителей 6, 7 соответственно, корректируют управляющие воздействия на устройство управления расходом 10, систему управления движением 8 в темпе процесса и поддерживают устройством управления расходом 10 значения расхода на соответствующих подводах воды с учетом измеряемых значений расходов на соответствующих расходомерах и параметры режима движения нагретого тела 1.

Числовые значения параметров t1, t2, t3, tk, скорости охлаждения, параметры движения, количество расхода воды на соответствующих расходомерах Р1.Р4 и количество проходов, характеризующие управление условиями охлаждения для листа проката, описанного в нашем примере, приведены в таблице.

Использование способа управления условиями охлаждения нагретого движущегося тела в области прокатки позволит эффективно использовать оборудование прокатных станов, а также повысить и стабилизировать качественные показатели металлопроката. Использование способа для полосовых, сортовых, проволочных и толстолистовых прокатных станов с разработанными соответственно системами охлаждения позволит разработать и освоить различные варианты технологии прокатки, режимов термообработки металлопродукции.

В металлургии применение способа обеспечит надежное управление условиями охлаждения, повысит и стабилизирует качественные показатели литья в стабилизаторах, а также литых деталей и изделий при их термической обработке.

Применение способа управления условиями охлаждения нагретого тела обеспечивает на соответствующих устройствах охлаждения устранение переохлаждения и сильных термических напряжений вследствие нарушения условий охлаждения металла по всему объему или соответствующему сечению. ТТТ1 ЫЫЫ2

Cущность изобретения: способ управления условиями охлаждения нагретого тела, движущегося относительно охладителя, заключается в том, что измеряют температуру тела на выходе из предыдущего теплового агрегата термообработки в момент передачи на систему охлаждения и температуру тела на входе в систему охлаждения, определяют параметры движения тела, задают в зависимости от сортамента и марки температуру конца охлаждения тела, по которым вычисляют расход охладителя и управляют расходом путем включения/отключения числа работающих секций охлаждения. При этом управляют режимом расхода охладителя на площадь поверхности тела по зонам охлаждения в зависимости от значений температуры поверхности тела и режима его движения и/или задают скорость охлаждения тела по его сечениям и технологический диапазон ее отклонения, и/или управляют режимом движения тела, и/или удаляют часть охладителя из зоны охлаждения, и/или блокируют неконтролируемое охлаждение путем удаления охладителя вне зон охлаждения. 4 ил., 1 табл.

Способ управления условиями охлаждения нагретого тела, движущегося относительно охладителя, включающий измерение температуры на выходе из теплового агрегата термообработки при передаче в систему охлаждения и температуры тела на входе в систему охлаждения, определение параметров движения тела, задание температуры конца охлаждения тела, вычисление расхода охладителя и регулирование расхода его путем управления количеством работающих секций охлаждения, отличающийся тем, что осуществляют управление режимом расхода охладителя на площади поверхности нагретого тела по зонам охлаждения, при этом задают скорость охлаждения тела по его сечениям и технологический диапазон ее отклонения, и/или управляют режимом движения тела, и/или удаляют часть охладителя из зон охлаждения, и/или блокируют неконтролируемое охлаждение путем удаления охладителя вне зон охлаждения.