[发明专利]一种中厚板热处理强风冷却系统

权利要求书

1.一种中厚板热处理强风冷却系统，包括冷却供风系统和控制系统，其特征在于，钢板在一个沿输送辊道设置的冷却室内完成强风冷却，冷却室内容纳多个冷却段，每个冷却段配置一套供风系统和一套换热器，由一套过程控制系统控制该冷却段钢板温降和冷却风循环；每套供风系统由一台变频离心风机、一根主供风管、一根分流集气管和多根分供风管组成，每根分供风管与一个喷箱连接；一套供风系统内变频离心风机入口与位于冷却室本体顶部的换热器出风口连接，风机出口依次与主、分供风管连接，分供风管与安置在输送辊道之间的上、下喷箱对应连接，冷却室本体设排风通道与换热器入风口连接，冷却水系统与冷却室本体、换热器相伴设置；输送辊道的控制方式为单独传动、成组变频；控制系统由传动仪表系统、PLC系统和过程控制系统三部分组成，过程控制系统根据生产计划调用模型参数数据库，利用构建的强风冷却数学模型制定强风冷却策略，计算强风冷却规程，并将冷却规程发送至PLC系统中执行和界面上显示，在线修正余下冷却段的冷却策略，从而控制钢板温降速率和冷却路径；过程控制系统由入口金属检测器信号触发PLC作业，PLC系统分别执行供风系统和辊道系统的作业规程。

2.根据权利要求1所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，喷箱由内腔、阻尼装置和喷孔三部分组成，喷箱内腔进风侧过风截面积大，封闭侧过风截面积小，垂直辊道沿钢板前进方向看喷箱呈直角梯形，进风侧面和封闭侧面与喷孔面垂直。

3.根据权利要求2所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，喷箱内腔设阻尼装置，阻尼装置为两层多孔筛板，进风侧筛板孔径大，出风侧筛板孔径小，冷却风由喷箱进风侧进入内腔，经阻尼装置由喷孔喷出，喷孔安装在喷孔面上，为多排圆形喷孔，上喷箱喷孔面在下侧，下喷箱喷孔面在上侧，上下两侧喷孔面与辊面距离均为100mm。

4.根据权利要求1所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，换热器采用翅片管式水-气换热器，管内通冷却水，与钢板换热后的热风由冷却室顶部抽入换热器翅片间，与冷却水发生热交换，通过控制换热器进水量，控制换热效果，进而控制冷却风喷射温度，换热器出口水温上限为55℃。

5.根据权利要求1所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于各冷却段过程控制系统调用强风冷却数学模型制定冷却策略和各冷却段冷却规程，冷却规程下发到PLC系统和传动仪表系统；PLC系统根据实时采集的各冷却段风量、风压和板温实测值，采用风量-风压双闭环控制使风量、风压实际值与设定值之差在允许范围内，控制对象为各冷却段风机变频器。

6.根据权利要求5所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，强风冷却策略包括各冷却段目标冷却温度、冷却速率和辊道控制逻辑，强风冷却规程包括各喷箱供气量、风压、喷射温度和钢板行进速度。

7.根据权利要求5所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，强风冷却系统控制两种换热形式：冷却室内钢板-冷却风换热和换热器水-气换热；制定冷却规程时，将每一套供风系统所针对的冷却段内钢板-冷却风换热过程离散为若干等温降过程，利用钢板-冷却风换热模型和换热器水-气换热模型计算每个等温降段内喷风参数和换热器参数；在线修正计算时，根据PLC实时传递的喷风参数、钢板位置及换热器参数，利用上述换热模型修正计算每个等温降段内板温和风温，根据计算值与各冷却段热电偶实测板温的差值调整冷却规程。

8.根据权利要求5所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，PLC系统分别执行供风系统和辊道系统的作业规程：冷却风经主供风管、分流集气管和分供风管，以一定速度和压力由上、下喷箱喷出，气体射流冲击钢板表面，产生强化换热效果，与钢板换热后的热风由冷却室顶部抽出，经换热器冷却后重新被送入喷箱；冷却室前金属检测器检测到钢板头部时，过程控制系统制定冷却策略、计算冷却规程并由PLC系统执行规程，此时冷却室内辊道按设定辊速转动，同时冷却室前辊道按相同辊速运送钢板进冷却室；钢板即将出冷却室时，冷却室后辊道按冷却室内辊速转动，运送钢板出冷却室；当冷却室后金属检测器检测到钢板尾部时，冷却室内辊道停止转动。

9.根据权利要求5所述的一种中厚板热处理强风冷却系统，其特征在于，所述强风冷却数学模型，包括供风参数初始化模型、冷却风喷射温度计算模型、钢板表面综合换热系数计算模型和钢板温降模型；供风参数初始化模型包括供风管路沿程压力损失计算、供风管路局部压力损失计算和喷孔喷射参数计算，计算结果为喷孔喷风速度、单喷孔喷风量和单喷孔喷风压力；冷却风喷射温度计算模型根据翅片管换热器结构尺寸、冷却水进水-回水温度、冷却水流量和换热器入口热风温度计算换热器热效率，进而计算换热器出口冷风温度；钢板表面综合换热系数计算模型根据钢板表面多喷孔射流冲击换热情况下局部换热系数与雷诺数、喷射距离、喷孔直径和喷气温度的关系，利用集总参数法计算各冷却段钢板上下表面综合换热系数；钢板温降模型采用沿厚度和宽度方向的二维非稳态导热方程，热物性参数随板温变化而变化，利用有限元法求解得到各温降段内钢板宽向和厚向的温度分布。