非接触式悬浮测温装置仿真与试验研究

　　温度控制是热轧生产的核心之一,对热轧的成品质量有着重要的影响.层冷是热轧生产的最后一道温度控制工序,是改变带钢物理性质的重要环节,其目 的是通过冷却过程控制带钢的温度,使带钢温度从终轧温度冷却到接近工艺所确定的目标卷取温度,并通过层冷控制来改变带钢的金相组织,提高加工、力学和物理 性能^[1].

　　层流冷却区中间段的温度测量,一直是热轧生产中的难题,到目前为止,国际上还未形成成熟的技术,但是随着层冷温度控制精度要求的逐步提高,中间段温度测量的需求也愈加迫切.

　　目前热轧层冷区域基本采用红外方式在层冷入口和出口的无水区域进行温度测量,少量的热轧生产线在层流冷却的主冷和精冷区之间的辊道下方安装了红外测温仪,测量带钢下表面温度,但由于冷却水、气雾的干扰,其测量精度难以保证^[2].层冷区的温度控制采用温度模型预测控制的方法,温度模型的关键参数依赖于实测数据的在线校正.由于测量手段的限制,层流冷却中间段带钢的温度难以获得,只能利用精轧出口和卷取前的温度测量数据进行模型参数的校正,这使得温度模型的定性和精度受到影响^[3];另一方面,层冷中间段温度数据的缺失,导致分段温度反馈无法进行,致使温度分段控制停留在模型预测阶段,阻碍了温度控制精度的进一步提高^[4].

　　本文基于气浮的自反馈调整原理,设计非接触式悬浮测温装置,并将该装置应用到层冷工况物理模拟系统上,结果表明,在冷却水层扰动、被测物高速运动、大幅振动等恶劣工况下该装置能够获得良好的测量效果.

　　1　层冷工况物理模拟系统

　　某钢厂2050热连轧生产线层流冷却区从精轧测量小房开始到卷取机前的测量小房为止,共有集水管19组,冷却水压为70 kPa,总体积流量约7 000m³/h,层冷区域的带钢最大速度为15 m/s,水层厚度为20~50 mm.

　　由于现场工况复杂,在线测试对生产进度有一定影响且存在较大的试验风险.为缩短测温装置的开发周期,降低在线测试的风险,针对层流冷却区的工况特点,设计了一套模拟层冷工况的实验系统,用于测温装置的试验测试.图1为层冷工况物理模拟系统的原理图.

　　层冷工况物理模拟实验系统能够实现层流冷却区基本工况的模拟,其主要功能包括:

　　1)带钢振动的模拟.曲柄摇杆机构具有良好的急回运动特性,实验系统利用此机构产生上下振动.电动机a上的圆盘作为曲柄,通过调节曲柄的长度 (即圆盘连接点到圆盘中心的距离)可以产生不同幅值的振动.实验台的振动频率,与电动机a的转速一致,方案中所采用的电动机均为交流变频电机,通过调节变 频器的输出频率可精确地实现实验台振动频率的调节.