快速冷却系统(ACC)模型策略设计与分析.doc

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快速冷却系统（ACC）模型策略设计与分析
【摘要】本文介绍了快速冷却系统（ACC）的模型策略思路，对于模型的设计给出详细的分析，在较关键的冷却速度与冷却率的关系运算方面给出了计算公式，得出了较好的冷却效果模型。并对于特殊的薄长的钢板以及空气冷却率的关系进行了必要的说明，有较好的实践效果。
【关键词】快速冷却模型策略冷却率
0.前言
快速冷却工艺是一项节约合金、简化工序、节约能源消耗的先进轧钢技术。热轧钢材轧后控制冷却能改善钢材组织，提高钢材性能，缩短热轧钢材的冷却时间，提高轧机的生产能力，还可以防止钢材在冷却过程中由于不均匀而产生的扭曲和弯曲，产生较高的效益[1]。
1.钢板冷却策略
快速冷却系统(ACC)是用来冷却钢板的一套自动化控制系统。当钢板离开每一个冷却区域时，钢板的长度方向和宽度方向的温度是一致的，也就是说钢板的温度是均衡的。钢板的终冷温度是由技术人员设定的，为了能够控制终冷温度必须对温度的冷却速率进行控制。
为了控制冷却速率必须控制住钢板通过冷却系统区域的时间，这个时间是由钢板的运行速度决定的。假设，钢板的温度均衡没有变化，钢板运行到冷却系统装置的入口。见下图1（a)所示。

图1钢板进行冷却系统示意图
当头部进入到冷却系统中，经过一段时间后尾部才能进入到冷却系统中，如图1（b)所描术的钢板的位置，设长度为L的一张钢板正在冷却，它的头部刚好要从冷却系统中出来，在头部穿过冷却系统的这个时间中，钢板出现热损失，而且随着运行钢板热量会继续损失。如图1（c)所示，钢板的头部己距离冷却系统L米，与冷却系统装置的长度相等。如果冷却后钢板的终冷温度和冷却速率是常数，那就必须调整钢板通过冷却系统装置的运行速度[2]。
下面就讲述一下在维持一个恒定的冷却速率和终冷温度以及冷却水流速率的情况下，如何调整运行速度的改变。
1.1初始和运行冷却速度的设计与计算
如上文中指出的，当钢板的头部进行冷却系统中。假设钢板的纵向温度是均衡的。设这个温度是TS。当钢板的头部进行入冷却区域，但还有尾部在冷却系统外面没有进入时，钢板与环境进行热交换。这种热损失主要是辐射和自然的热交换。设钢板在空气中的冷却速率为CA（℃/s）。这是假设钢板在冷却系统中的冷却速率CM是一个常数。设终冷目标温度为TE，则得出钢板头部在冷却系统中没有与环境产生热交换形成热损失的时间B，见公式（1）：
....................⑴
在上式中t是时间，下标y表示钢板头部从开始位置到冷却系统的距离，也就是钢板头部经过的水冷却区域的距离。当钢板头部从冷却系统中出来时，钢板的温度比进入时下降了δT，表示如公式（2）：
..............................⑵
在上式中下标y表示钢板头部己从初始位置移动了一个距离L。当钢板的头部从冷却系统中出来时，冷却的长度因此是L。
现在假设钢板的头部离冷却系统的开始位置是y=2L，如果冷却速率和终冷温度仍是常数，则得出公式（3）：
........................⑶
合并同类项得：
........................⑷
由公式（1）得出：
...............................⑸
可得：
..................................⑹
如果有三张相同长度的钢板进行冷却区，上图1中可重复三次这样的过程。当前的钢板距离冷却区域的距离为2L时，钢板的下降温度为：
..............................⑺
再一次要维持期望的冷却速率和终冷温度，可得：
........................⑻
合并同类项可得：
.......................⑼
由公式（1）可推出：
...........................⑽
这个过程可以推论到钢板头部距离冷却区为y=nL的情况：
.........⑾
根据序列求和的标准公式可得：
...............................⑿
上式可应用于钢板所有点的计算。当设n=y/L,y表示钢板头部的当前位置到进入冷却系统入口的距离，则可得到下列公式：
.............................⒀
变换可得：
.....................⒁
上式定义了钢板头部到冷却系统入口的距离，在时间t秒后钢板进入冷却系统，钢板速度也随之变化，根据微分方程⒁可得出在时间t时的钢板速度：
...................⒂
下面给出一个重要的关系。首先，如果钢板的长度是LP,，则钢板的整个冷却时间为：
..............