新一代冷却装置ADCOS—PM水压控制的设计优化

李越

摘 要：文章具体阐述南钢宽厚板项目新一代冷却装置（ADCOS-PM）的水压优化设计与控制模式。并对水压控制系统的实现方式进行深度的研究与分析。

关键词：宽厚板；新型超快冷；压力控制

引言

传统层流冷却技术在实践过程中暴露出的冷却速度低、冷却均匀性差等问题已成为制约TMCP技术进一步发展与深入应用的关键因素。从目前发展看，以超快冷却特征的新一代控制技术已成为宽厚板轧后冷却技术的发展趋势。ADCOS-PM是基于超快冷技术发展起来的新一代宽厚板冷却装置，具有直接淬火（DQ）、超快速冷却（UFC）、常规加速冷却（ACC）和中间坯冷却（IC）功能，适合于各种工艺要求下的宽厚板冷却。

1 ADCOS-PM工艺流程简述

DCOS-PM布置在预矫直机与冷床之间。钢板经矫直机矫直后进入ADCOS-PM装置，通过ACC或DQ等工艺进行冷却。经出口空气吹扫装置将钢板残留水清除后离开ADCOS-PM装置，进入冷床。

2 优化设计

南钢宽厚板冷却装置项目基于传统的工艺要求，與东北大学一起进行优化设计，采用超快冷（ADCOS-PM）装置来提升冷却能力。ADCOS-PM装置采用压力及流量可大范围调节的喷嘴结构设计，控制冷却装置在全长度范围内均可实现ACC工艺以及DQ工艺制度，可以通过高位水箱直接供水，采用0.2MPa左右的冷却水压力，通过流量调节，实现层流冷却强度的冷却过程，满足传统的TMCP工艺生产需求；也可以通过高位水箱供水，经增压泵后变频调压，采用0.5MPa左右的冷却水压力，并通过合理的区域流量控制，实现极限冷却强度的宽厚板冷却工艺过程，从而满足直接淬火工艺需要，实现高强度钢板的在线直接淬火工艺需要。

3 冷却水压力及流量控制

ADCOS-PM装置根据实际生产需要采取两种冷却模式，分别为DQ模式及ACC模式DQ生产时，水压调整以供水系统水压闭环为主，分流集水管旁通阀用于超压保护，正常生产时操作权交给水系统PLC；ACC生产时，供水压力由高位水箱保证。水压系统快速调整思路类似于流量快速调节，先进行开环控制，然后再进行闭环控制，达到水压系统快速响应的目的。如图1所示。

3.1 ACC/DQ高低压切换控制

2bar和5bar供水主管到达阀组坑前分别调整为2根，即共有4根总管进入阀组坑，2根为2bar，2根为5bar。分别给A段和B段分流集水管供水，并在每根管路前端设置有快速开闭电磁阀。由于阀门打开、关闭需要一定的时间，当每块钢板冷却结束后，过程机需要及时给出下块钢的用水需求，以流出足够的阀门动作时间。如（图1）所示。

每段分流集水管所用冷却水压力及阀门开闭情况：

A段2bar、B段2bar时：V1关闭V2打开V3关闭V4打开

A段2bar、B段5bar时：V1关闭V2打开V3打开V4关闭

A段5bar、B段2bar时：V1打开V2关闭V3关闭V4打开

A段5bar、B段5bar时：V1打开V2关闭V3打开V4关闭

3.2 DQ供水压力控制

为满足控制冷却装置5bar用水需求且便于控制，三台水泵应同时开启（如果考虑到节能问题，则需要人工判定开启水泵台数）。供水泵变频器采用高压变频器，每台变频器单独配置一台西门子S-200 PLC进行控制。频率与压力的闭环拟采用PID闭环控制方式进行调节。PID压力闭环条件原理如图2：

DQ泵开启过程中，监控高位水箱水位，一旦水位超下限，程序设计自动停泵，并在画面显示报警。在DQ泵组设置压力传感器，当高位水箱水位正常时，如果过滤器出现严重堵塞，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泵组前增加压力传感器会及时监测并在画面上显示报警，程序会根据报警自动停泵，避免造成设备伤害。

3.3 供水总管超压保护控制

正常情况靠变频器闭环降低总管压力，但如果20s仍未解除报警，可能变频降压有问题，此时要以泄压电动阀为辅助降压手段来保证设备稳定运行。在控制程序中增加超压保护控制，当供水总管压力超过上限值一定时间（常规1s）超限报警仍未解除时，要以5%的开口度迅速增加泄压电动阀开口度，以满足泄压需求。

3.4 集管流量快速调节控制

通过对集管设定流量和集管实际流量的比较，根据比较结果进行闭环控制，调整调节阀开口度的大小，使其在设定压力下，达到设定流量。考虑到单纯的流量闭环控制受调节阀响应速度影响较大，一级控制系统采用开口度-流量20点曲线开环控制并结合流量闭环调节来实现流量的快速调节功能。先对调节阀进行20点的开口度和集管反馈流量对应关系的标定，并将数据写入程序，当设定流量时，根据20点流量曲线进行插值，得到设定流量对应的开口度。当集管打开后，再投入流量闭环调节模块，对流量进行微调，以保证喷水集管具有较高的流量控制精度。

4 结束语

根据南钢4700mm宽厚板生产线产品大纲，既有A32适合于低冷速的钢板，也有EH690、9Ni钢这样适合于高冷速、高冷却强度的的高等级钢种，因此冷却要求范围非常广。ADCOS-PM装置通过压力优化设计与控制，在全长度方向实现0.2MPa、0.5Mpa可调。既可实现DQ功能，也实现常规加速冷却功能（ACC功能）和超快速冷却功能（UFC功能）。最终实现冷却能力的大范围调整、冷却速度的大范围调整，从而满足装置对冷却工艺柔性化的使用要求，提升钢板冷却效果及性能。

参考文献

[1]王国栋.以超快冷为核心的新一代TMCP技术[J].2008，3（2）：1-5.

[2]王新，陈小林，等.超快冷技术在首秦宽厚板生产线上的应用[J].钢铁研究学报，2011，10（23）：67-72.