新一代冷卻裝置ADCOS—PM水壓控制的設計優化

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）的水壓優化設計與控制模式。并對水壓控制系統的實現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技術進一步發展與深入應用的關鍵因素。從目前發展看，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展趨勢。ADCOS-PM是基于超快冷技術發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 優化設計

南鋼寬厚板冷卻裝置項目基于傳統的工藝要求，與東北大學一起進行優化設計，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節的噴嘴結構設計，控制冷卻裝置在全長度范圍內均可實現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，通過流量調節，實現層流冷卻強度的冷卻過程，滿足傳統的TMCP工藝生產需求；也可以通過高位水箱供水，經增壓泵后變頻調壓，采用0.5MPa左右的冷卻水壓力，并通過合理的區域流量控制，實現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裝置根據實際生產需要采取兩種冷卻模式，分別為DQ模式及ACC模式DQ生產時，水壓調整以供水系統水壓閉環為主，分流集水管旁通閥用于超壓保護，正常生產時操作權交給水系統PLC；ACC生產時，供水壓力由高位水箱保證。水壓系統快速調整思路類似于流量快速調節，先進行開環控制，然后再進行閉環控制，達到水壓系統快速響應的目的。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（如果考慮到節能問題，則需要人工判定開啟水泵臺數）。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。頻率與壓力的閉環擬采用PID閉環控制方式進行調節。PID壓力閉環條件原理如圖2：

DQ泵開啟過程中，監控高位水箱水位，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測并在畫面上顯示報警，程序會根據報警自動停泵，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 集管流量快速調節控制

通過對集管設定流量和集管實際流量的比較，根據比較結果進行閉環控制，調整調節閥開口度的大小，使其在設定壓力下，達到設定流量。考慮到單純的流量閉環控制受調節閥響應速度影響較大，一級控制系統采用開口度-流量20點曲線開環控制并結合流量閉環調節來實現流量的快速調節功能。先對調節閥進行20點的開口度和集管反饋流量對應關系的標定，并將數據寫入程序，當設定流量時，根據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，再投入流量閉環調節模塊，對流量進行微調，以保證噴水集管具有較高的流量控制精度。

4 結束語

根據南鋼4700mm寬厚板生產線產品大綱，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裝置通過壓力優化設計與控制，在全長度方向實現0.2MPa、0.5Mpa可調。既可實現DQ功能，也實現常規加速冷卻功能（ACC功能）和超快速冷卻功能（UFC功能）。最終實現冷卻能力的大范圍調整、冷卻速度的大范圍調整，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

[1]王國棟.以超快冷為核心的新一代TMCP技術[J].2008，3（2）：1-5.

[2]王新，陳小林，等.超快冷技術在首秦寬厚板生產線上的應用[J].鋼鐵研究學報，2011，10（23）：67-72.