北京科技大学科技成果——连铸二冷配水模型及自动控制技术

李聿军-会议论文-连铸二次冷却的研究现状与未来展望

连铸装备的技术创新和精细化生产技术交流会连铸二次冷却的研究现状与未来展望李聿军，杜辰伟，张家泉（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，100083）摘要：二次冷却不但决定了初生坯壳出结晶器之后的传热与凝固，且大大影响铸坯凝固过程中的相变及二次相的析出，这些都对铸坯内部质量及表面质量有着极其重要的影响，甚至会影响后续热装或冷装以及轧制工艺。

在回顾二冷控制由人工经验到目前以目标温度和有效拉速控制法为主的综合控制法的基础上，总结了二冷冶金准则的制定，二冷控制方法演进过程、控制要点，以及国内外代表性的动态二冷控制模型。

提出未来的动态二冷控制模型，应通过分析不同钢种的凝固特性，制定其相应冷却工艺及后续冷却历程，并结合其冷却或再加热过程中相变与析出行为制定进加热炉前的送坯工艺。

关键词：连铸；二次冷却；冶金准则；动态控制；研究进展Research and Prospect on Secondary Cooling in Continuous CastingLI Yun-jun✉，DU Chen-wei，ZHANG Jia-quanSchool of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and TechnologyBeijing, Beijing 100083, China✉Corresponding author, E-mail:liyujun79@Abstract: Secondary cooling not only determines the early green shell mold of heat transfer and solidification, and greatly affect the phase transformation during the process of casting solidification and precipitation of quadratic phase, these are the internal quality of slab and surface quality has very important influence, even will affect the follow-up and rolling technology in hot or cold. In the review of secondary cooling control by artificial experience so far is given priority to with the target temperature and effective speed control method on the basis of the comprehensive control of secondary cooling set of metallurgical criteria are summarized, evolution process of secondary cooling control method, control points, as well as the domestic and foreign representative dynamic secondary cooling control model. Dynamic secondary cooling control model is proposed for the future, should be through the analysis of the solidification characteristics of different steel grade, make its corresponding cooling process and subsequent cooling process, and combined with its phase transition in the process of cooling or heating and develop into the furnace before send billet precipitation process.Keywords: Continuous casting; Secondary cooling; Metallurgical principles; The dynamic control; The research progress0引言连续浇注的钢水通过结晶器里的快速冷却形成一个较薄且有足够强度的坯壳。

大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发

大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发作者：曾智，韩占光，李景，张家泉， Zeng Zhi， Han Zhanguang， Li Jing， ZhangJiaquan作者单位：北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083刊名：特殊钢英文刊名：SPECIAL STEEL年，卷(期)：2011,32(3)1.北京科技大学大圆坯连铸二冷动态在线控制软件 20092.北京科技大学大圆坯连铸二冷配水设计系统 20093.朱虹霓连铸圆坯凝固传热数学模型的建立及其应用的研究 19944.李永林;赵沛车轮钢圆坯表面温度和坯壳温度的数值分析[期刊论文]-钢铁 2006(01)5.Carlo Travaglini Casting of Large Diameter Round Blooms at Jangsu Huaigang 2008(05)6.Muniente F马钢达涅利高质量圆坯连铸机[期刊论文]-钢铁 2006(03)7.张家泉圆坯连铸、工艺及其冷却控制技术特点与要求 20098.史宸兴实用连铸冶金技术 20071.张志宏.刘伟平.李国光.成国光.Zhang Zhihong.Liu Weiping.Li Guoguang.Cheng GuoguangΦ500mm大圆坯连铸机的生产实践[期刊论文]-特殊钢2011,32(5)2.王洪伟.Wang Hongwei天铁炼钢厂0#板坯连铸机生产实践[期刊论文]-天津冶金2008(2)3.Paul Pennerstorfer.Gerald Hrazdera.Oliver Schulz确保灵活和可靠生产的高性能板坯连铸机[会议论文]-20114.叶黎华.马佐仓.梁建国.范夕荣.马传庆.Ye Lihua.Ma Zuocang.Liang Jianguo.Fan Xirong.Ma ChuanqingT27铁路用钢的研制与开发[期刊论文]-特殊钢2008,29(4)5.颜秉浩质量控制图在直读光谱分析中的应用[期刊论文]-中国石油和化工标准与质量2011,31(12)6.辛鑫.Xin Xin提高含铝圆钢坯可浇性的生产实践[期刊论文]-天津冶金2010(6)7.杜成武.王海滨.孙东升.隋玲云.梁启华连铸生产炮弹用823钢的试验研究[会议论文]-20098.周祥银.宁方青PROFIBUS-PA现场总线在连铸配水中的应用[期刊论文]-中国计量2007(2)9.张叶洁.张国明轴承钢鉴别仪设计[期刊论文]-哈尔滨轴承2011,32(3)10.李朝祥.张同辉.王世付.蒋宗好.邓荣杰.LI Chao-xiang.ZHANG Tong-hui.WANG Shi-fu.JIANG Zong-hao.DENG Rong-jie环型加热炉热工制度的优化研究[期刊论文]-工业加热2011,40(6)本文链接：/Periodical_tsg201103001.aspx。

2号连铸机动态配水系统应用实践

各段的喷水量。
中间包
图１各钢种缺陷分布统计图
３动态二冷配水系统的建立
３１动态二冷配水系统的理论依据．
结晶器
弯月面（切片产生）
铸坯的凝固坯壳从结晶器弯月面以一定拉速
向拉矫机移动，钢水热量从铸坯中，ｔ向铸坯表面传２
图３铸坯的时间、冷配水技术的实际应用效果
为验证动态二冷配水系统的稳定性以及应用
效果，行动态二冷配水试验，动态二冷配水与进对原配水的铸坯低倍结果及水量变化趋势进行比较。４１铸坯纵剖低倍质量对比．动态二冷配水２号连铸机１４流和原配水２３、、流的纵剖低倍结果如下图４～７所示。可以看出，铸坯中心缩孔出现的几率有较大程度的降低，Ｖ型偏析有所改善。
踪模型、态优化配水模型、艺参数数据库和动工０Ｃ通讯模块四部分组成，Ｐ动态热跟踪模型是整个
控制系统的基础，接受生产过程数据并计算出动态
优化配水所需的铸坯温度场热信息。动态热跟踪模型以“ 坯龄 ” 坯壳所经历的冷却时间，图２所（如示）为参数进行冷却控制（即非稳态控制）因此在。
即将对应拉速的水量预存到ＰＣ内，冷各段水量Ｌ二
量密切相关。一方面，当其它工艺条件不变时，二次冷却强度增加，速增大，连铸机生产率提高；拉则另一方面，次冷却的强度以及分配决定着铸坯的二

北京科技大学科技成果——连铸坯热送热装热过程数学及其控制技术

北京科技大学科技成果——连铸坯热送热装热过程数学及其控制技术成果简介连铸坯热送热装工艺是近十几年来迅速发展并日臻成熟的实用技术，它是连铸生产工艺中的一项重要革新，是钢铁联合企业节能降耗、提高产量和质量的重大措施。

连铸和热轧间的联结工艺可分为连铸坯热装工艺（HCR）、连铸坯直接热装工艺（DHCR）、连铸坯直接轧制工艺（DR）和传统的冷装工艺（CR）。

一般所说的热装工艺包括HCR和DHCR，两者的区别在于HCR工艺，板坯的连铸序号与装炉序号不一定相同，连铸和热轧可以各自相对独立地编制生产计划，为此在连铸机和加热炉之间常设置保温坑，以缓冲相互的影响；DHCR工艺则要求连铸序号和装炉序号是相同的。

所以DHCR与DR一样，连铸和热轧必须一体化生产。

DHCR和DR工艺的区别在于采用DHCR工艺时板坯需经过加热炉加热后轧制，而采用DR工艺时则不经加热炉加热就直接轧制。

实施连铸坯热送热装的关键技术环节是了解和掌握连铸坯的热状态参数，只有掌握了连铸坯的热状态参数才能实现加热炉的优化控制，从而实现节能、降耗、提高产量和改善加热质量的预期目标。

掌握连铸坯热状态参数的方法有两种，即现场实测和理论计算。

一般而言，一个物理过程的技术资料可以通过实测获得，但是在许多情况下实测相当困难，甚至是不可能的。

因此仅仅依靠实测很难获得完整的技术数据。

本项研究在详细分析了连铸坯热送热装热过程工艺特点的基础上，建立全部过程数学模型，在验证模型正确可信的基础上，可以获得全部热过程所需要的热状态参数，从而为加热炉的优化加热提供坚实的理论基础。

该项目可以应用于钢铁联合企业，特别适合连铸板坯和方坯系统的热送热装工艺系统。

经济效益及市场分析本项研究已成功在宝钢和武钢实施，并针对其不同的工艺特点，在详尽分析了连铸坯热送热装热过程特点的基础上，采用数学模型和现场实测相结合的方法研究了连铸坯的热过程，分别建立了连铸坯冷凝、辊道输送、保温坑保温和加热炉加热等过程的传热过程数学模型。

连铸自动化配水设计

连铸自动化配水设计作者：王保飞来源：《中国科技博览》2013年第28期[摘要]本文介绍了安钢第一炼轧厂方坯连铸机二冷自动化配水的设计与应用，优化了配水系统，为提升产品质量，研发新品种优质钢材提供了有力的设备保障。

[关键词]连铸机自动控制二冷配水PLC中图分类号：TV663+.8 文献标识码：TV 文章编号：1009―914X（2013）28―0630―011 引言在连铸的生产城中，二冷配水是保证生产顺利进行和产品质量息息相关的重要环节。

随着现代化进程的加快连铸工艺日新月异，不断的推出新的优秀品种。

老旧的传统手动配水方式已然不适应生产工艺要求，尤其是对于新品种的研发以及质量的提高产生了非常大阻碍。

随着近年来PLC技术的迅猛发展并得到广泛应该用，尤其是其灵活通用、安全可靠、环境适应性好。

利用PLC控制器和上位机来设计自动化配水，其优势在于自动化程度高，维护简单便捷，配水模型设计合理，完全可以满足各品种及质量的要求。

2 配水方式连铸配水系统主要分为两个阶段结晶器配水以及二冷配水。

我们这里主要是实现二冷段的配水自动化，方坯二冷配水又分为三个区域（1区2区3区）。

我们要设计的配水系统会根据配水的模型对于各区的不同水量进行控制。

我们的配水系统有三种控制方式分别为：自动配水，半自动配水（设定流量）与手动配水（设定阀门开口度）自动配水是由PLC将各种参数经过模型计算而输出的相应的配水量，实现自动配水。

我们各区的配水量是有如下的公式得出的Q=A+Bv其中Q是某区的配水量，v是我们生产过程中的拉速，A是某钢种的基础水量，B是该钢种的拉速增量系数。

这样由此公式我们就可以得出完整的配水曲线，由于钢种不同所以配水曲线不止一条。

我们可以在上位机上利用WINCC制作不同的水表来建立相应的配水曲线以满足不同钢种的需求。

半自动方式是在上位机直接输入某区的配水量而后由PLC来自动调节阀门状态以满足流量要求。

手动方式则是直接由上位机设定阀门开口度来实现手动配水。

板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响[兼容模式]

连铸二冷配水工艺技术北京科技大学冶金工程研究院刘建华liujianhua@主要内容1 二冷控制的重要性 2 铸坯凝固传热模型 3 二冷配水原理及方法简介 4 连铸二冷动态配水系统1. 二冷控制的重要性 出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有8～15mm，铸坯的中心仍为液态钢水 为使铸坯快速凝固及实行顺利拉坯，结晶器之后设置二次冷却装置，在该区域铸坯的凝固坯壳厚度继续增加； 铸坯在二次冷却区中可能经受弯曲、矫直的变化，同时液态钢水的大部分（或全部）发生凝固。

1. 二冷控制的重要性生产普钢为主向生产优钢、品种钢、特钢转变，对连铸机的二冷控制要求也越来越高必须根据钢种、浇注断面、浇注温度、拉坯速度和铸机几何尺寸等参数来制定连铸机二冷区合适的冷却制度。

提高配水计算的适时性、可靠性，优化二冷控制1. 二冷控制的重要性1.1 二次冷却对铸坯质量的影响各段之间的冷却不均匀，导致铸坯表面温度呈现周期性的回升导致凝固壳发生反复相变，是铸坯皮下裂纹形成的原因。

1.1 二次冷却对铸坯质量的影响回温引起坯壳膨胀当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹。

粗大纵裂纹较细小的纵裂纹1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二冷不当，矫直时刚好位于脆性区，在矫直力作用下，容易在振痕波谷出现表面横裂纹。

局部的强冷会使表面产生张应力而产生表面裂纹。

1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二次冷却太弱，易产生鼓肚 二冷区内铸坯四个面的非对称性冷却，会加重铸坯菱变 二冷冷却强度对铸坯中心偏析也有影响1.1 二次冷却对铸坯质量的影响 二冷较易调整，但对铸坯质量影响显著  二冷对表面质量和内部质量影响不一致  二冷技术的发展较为迅速扒皮率,%70 60.06050 40 30 2010 0 150.0抽样板坯34块16.7 4.8234试验方案1. 二冷控制的重要性1.2 二冷的主要工艺参数 冷却强度根据所浇注的钢种决定 冷却方式和装备水喷雾冷却、气－水喷雾冷却、干式冷却、半干式冷却等 冷却水的分配二冷区整个长度上的分配要与铸坯的凝固相适应；在宽度方向上的分布要求温度尽可能均匀。

连铸二冷区凝固传热及冷却控制

一实际测定喷咀的ｈ值导出：ｈ＊酽关系式。
一参考文献中的ｈ＊ｗ值。逼近计算法以满足冶金准则进行回归。
·液相穴对流运动对流传热化成等效导热处理。液相穴：ＡＬ＝ｒｎａｓ两项区：＾Ｓ／Ｌ＝Ａｑ＋Ａ，／２ ·目标表面温度确定
一冶金原则一高温脆性曲线（图１１）
ＴＬ。１５，‘一●ｔ㈨ｓ…＜ＯＪ｛一’”‘。‘ｔＯ”＊ｃ
·水滴浸渍（２５％）在设备和工艺一定的条件下，辐射和夹辊导热变化不大，喷淋水传热占主导地位。要提高二冷区传热效率，就必须提高喷雾水滴与高温铸坯之间热交换，可以表示为：
币＝ｈ（Ｔｓ—Ｔｗ）Ａ．式中：面一热流
ｈ一传热系数Ｔｓ一铸坯表面温度Ｔｗ一冷却水温度Ａ一喷雾冷却面积实际上，二冷区是一个复杂的传热过程，传热受多种因素（Ｔｓ、Ｔｗ、表面ＦｅＯ、水滴状态．．．）的影响，总的传热效果可归结到传热系数ｈ上。ｈ值大，传热效果就好；二冷区ｈ值分布合理。说明铸坯表面温度分布均匀，而表面温度决定二冷喷水冷却温度。
铸坯表面：结晶器≠＝Ａ一口正二冷区≠＝ｈ（Ｌ—Ｌ）空冷区≠＝ｎ（赡一瑶）
５．４计算参数选择与处理 ·钢种热物性参数，如ＴＬ、Ｔｓ、ｐ、Ａ、Ｃ，参考文
献。 ·凝固潜热：一查文献钢种潜热一如查不到利用热焓一温度曲线（图１０） ·结晶器热流
≠＝Ａ一目正
≠＝ｃ。×ＷｘＡＯ／Ｆ ·二冷区综合传热系数ｈ
”，她，二冷强度越大，连铸机生产率就越高。１．２确保连铸坯的质量
二冷强度是受铸坯质量（尤其是裂纹）制约的。
铸坯裂纹形成决定于： ·钢高温力学行为。 ·铸坯表面状态。 ·高温铸坯第二相质量行为。 ·高温坯壳的变形。上述因素的综合作用，刨造了裂纹形成和扩展
的条件，是与二冷制度密切相关的。具体来说，与二冷相关的铸坯缺陷有（图１） ·表面纵裂纹 ·横裂纹 ·中间裂纹 ·中心裂纹 ·轿直裂纹 ·中心疏松在设备与工艺一定的条件下，选择合适的二冷

连铸机二冷水动态控制系统研究与应用

连铸机二冷水动态控制系统研究与应用作者：杨叶来源：《经济技术协作信息》 2018年第27期杨叶连铸二次冷却配水一直采用静态配水法，即“水表法”。

这种控制方法不适应拉速波动时浇注，对连铸正常生产造成困难，温度上下波动引发的热应力也会使表面纵裂纹扩展和延伸。

首秦公司建立了设计了二次冷却动态控制流程，并利用vc++编制完成实现了动态配水模型，开发了基于OPC的通用数据采集和过程跟踪系统，很好的适应了产品结构调整步伐的加快，具备浇铸高附加产品的能力、提高了浇铸质量及提高铸机作业率。

一、系统数据采集首秦2*板坯铸机的计算机控制系统为以PLC为主的集散控制系统，生产部分的联网方式为专用工业局域网，使用的协议为Profibus-DP工业局域网协议。

数据处理及管理部分为局域以太网，使用TCP/IP协议，做为首秦生产信息管理系统的一个子网。

用专用工业以太网的数据处理机为管理信息系统提供生产过程数据。

整个生产部分包括了4套PLC，分别是板坯铸机公共PLC、板坯铸机铸流PLC、出坯系统PLC和工艺控制系统PLC，每一套PLC都有对应的HMI系统，为了实现生产过程的统一管理，在网络中加入了生产管理过程机，整个铸机系统的数据也是通过这台过程机将数据传送到首秦MES。

动态水量控制系统是整个板坯铸机生产网的一个节点，包括一二级二套上位监控系统和一套PLC基础控制系统。

系统的通讯是通过Siemens公司的Simatic-Net软件中的OPC来完成的。

另外，原有系统中因为有静态水表的原因，因此每个回路的流量设定值来自于静态水表，现在选用动态控制，流量的设定值地址发生了变化，这些可以通过修改PLC程序来实现；其次是二次冷却动态模型需要一些工艺数据，这些工艺数据可以通过PLC中的数据包传送给模型，因此需要在PLC中做一个数据通讯包。

在动态模型系统中主要有两部分程序，一部分是由VB60编制的通讯及HMI程序，主要作用是与现场PLC通讯及人机接口的实现；另一部分就是用VC60编制的模型部分，包括静态离线模型及动态在线控制模型，这是整个系统的核心部分。

优化连铸机二冷室冷却配水

一
工艺要求和保持稳定，从而提升和稳定产品质量。因此，还对如何使二冷室各段冷却水量分配比例保持恒定等，进行了考虑。
二、动态配水模型
一
般，二冷室各段冷却水流量控制值Ｑ可由（）１式确定：
ＱＡＢ＋＝ｖｖＣ＋（）１
式中 —— 铸坯速度（速）拉
、
、
系统构成
曰、—一一组与设定钢种、ｃ铸坯截面和钢水温度有关
的常数
动态配水系统采用串行ＰＤ控制方式，参数检测、水Ｉ由配
模型、系统控制、钢水和钢坯温度反馈等组成（１。图）
显然，采用静态配水时，Ｑ只与拉速有关。实现动态配水，需对、曰进行修正，Ｑ与钢水、使钢坯温度等有关：
测温过程中测取两种波长，行比对分析并测得结果。置内部进装
预置了滤波等功能模块，消除了氧化铁皮和气雾对测温结果的
影响。测温装置的主要技术参数如表１。四、态配水系统特点动１，基准比水量为原静态配水模型的比水量，为避免模型超调
２王慧伦．化工基础．北京：化学工业出版社，９６１１８．２
Ｗ０．０１７１ — ９
内屏蔽泵技术的进步和产品的规范起到十分重要的指导和促进作用，更加有利于进一步做好无密封离心泵的选用、也维修、改造等工作。
参考文献
１范德明．工业泵选用手册／国化工设备设计．令北京：化学工业出版

北京科技大学科技成果——新型连铸用耐火材料-浸入式水口、长水口和整体塞棒

北京科技大学科技成果——新型连铸用耐火材料-浸
入式水口、长水口和整体塞棒
项目简介
北京科技大学荣源连铸耐火材料研究发展中心采用最新科技自主研制开发的新型连铸用耐火材料——钢包至中间包的长水口，中间包内的整体塞棒和从中间包到结晶器的浸入式水口。

本项目产品以市场为导向，特别开发了国内首创的使用无碳内壁浸入式水口和长寿命水口，将增加钢铁工业所需优质、节能、长寿和绿色型耐火材料生产量，满足洁净钢和高效连铸对连铸耐火材料要求。

配套建设了最先进的生产线，产品技术性能领先，质量优异，在低成本的生产条件下产品价格低于进口同类产品，将在国内市场竞争中处于优势地位，同时可取代部分进口同类产品。

本项目获得辽宁省科技进步一等奖。

新型连铸用耐火材料与连续铸钢工艺技术溶为一体，用于连续铸钢中钢水保护浇铸和控制钢水流量，其特点是要求材料高性能，属于耐火材料高技术领域。

无碳内壁防堵塞浸入式水口用于洁净钢连铸中。

经济效益及市场分析
产品根据品种的不同，售价在3-5万元/吨，投资回收期在达到产量后3年，目前无碳内壁浸入式水口和长寿命水口填补国内空白，可以替代国外进口产品。

连铸机二次冷却水的比水量控制

连铸机二次冷却水的比水量控制2008-05-24 21:03冷继元（马鞍山钢铁设计研究院，马鞍山243005）摘要为克服现行连铸二冷水控制模型的缺陷，提出了新的比水量自动配水控制模型，计算机根据生产情况的变化，自动选定配水模型以控制水表，该模型还考虑了各段喷嘴的有效性。

关键词连铸二冷水比水量控制模型在开发太钢MII型连铸过程中，分析所采用的各种控制模型，都存在许多不足之处。

在分析了线形公式模型和配水表模型缺陷后，提出了新颖的比水量控制自动配水模型。

在这种模型的编制中考虑了喷嘴特性和管路特性，按浇钢量和给定比水量控制二冷水量；计算机可以在给定条件下，自选选定配水模式和自动生成控制水表；当生产中拉速发生变化时，可按浇钢量变化、喷嘴雾化特性，计算机自行调节各段水量，从而保证了比水量和稳定和铸坯质量的均一性。

1 方坯连铸二次冷却控制现状最初的模型是建立水量q与拉速Vc的一次简单函数关系，即：q=K×Vc系数K是一个同浇铸断面和比水量有关的函数。

总水量确定后，经验确定各冷却段的水量分配比例，各段互不影响，在系统调节上各单元往往单独设定。

采用这种模式时，公式建立比较方便，但由于各段比例是固定不变的，在拉速变化较大时，靠近拉矫机的区间，比例往往较低。

当拉速减小时，实际的喷水量过，喷嘴严重雾化不良，甚至形成涓涓细流和水滴，引起局部过冷黑印，有时导致局部表面裂纹。

加上其它原因，这种模型在生产中正常使用的不多，而改为在智能仪表上手动调整。

为加强使用的适用性，一些连铸机将配水模型改为表格形式，拉速与水量关系的表格存储于计算机中。

这种表格的特点是建立各段喷水量与拉速的关系。

在编制水表时，可以将热力学边界条件的变化考虑在内，可考虑比水量与拉速的关系，编制难度比较大。

在现场使用中，一旦要调整水表，往往是按经验进行简单计算分配，仍然是各冷却段水量互不关联，往往某一冷却段的关闭或投入，对总比水量影响很大。

2 开发的二冷模型的目标及特点按目前二冷传热和凝固计算的现状，完全建立理论计算模型尚存在较大的困难，而且一旦模型建立，因生产条件的变化，调整也很困难。

连铸中二冷配水技术ppt课件

的控制向量·
6、根据式(10)～式(12)更新每个节点上的信息量·
7、Nc=Nc+1,转至Step 2,直到Nc>N或收敛到同一路径时
结束·
11
混沌蚁群算法的连铸二冷
特点
采用控制容积法建立的凝固传热模型主要用于连铸过程仿真,研究铸流表面温度分布和参数搜索空间特性·混沌蚁群算法用于解决二冷参数优化问题,具有蚂蚁觅食过程的混沌和自组织特性,克服了一般蚁群算法收敛速度比较慢、容易出现停滞以及全局搜索能力较低的缺点,对解决多准则优化具有较好的收敛性和鲁棒性
4、通过载波方式把混沌迭代变量zj,d转化为待优化变
量f′j,d·载波过程就是根据式(14)将混沌变量zj,d的
取值“放大”到一个以当前最优变量fj,d为中心,以
rj,d为半径的区域上,fj,d即为fkd·
5、计算目标函数值J(F′j,d),如果它优于历史全局最
优蚂蚁,则设置它为全局最优蚂蚁,其中F′j,d为改变后
4
二冷配水的原理
在遵循最大液芯长度准则"表面温度最大冷却速率和回温速率准则"矫直点最小( 或最大) 表面温度准则"二冷区铸坯表面的最小( 或最大) 表面温度准则的冶金准则前提下，二冷配水模型较多此时采用传统的水量此时采用传统的水量 - 拉速函数关系式:
5
板坯连铸二冷配水
钢凝固过程的模拟冷却曲线
连铸中二冷配水技术
1
目录
1
关于二冷配水的基本原理
Hale Waihona Puke 2二冷配水对钢的影响
4
3
各种二冷配水技术比较
各种条件下的二冷配水的控制模型
2
二冷配水对钢的影响

连铸二冷水的智能建模与控制

连铸二冷水的智能建模与控制摘要：基于传统板坯连铸二冷水控制方法，提出用神经元自适应PSD控制器实现对板坯连铸二冷水智能控制，采用遗传算法和BP神经网络相结合的算法(GA-BP)、利用现场数据建立二冷水温度预报模型，并对该控制系统进行了计算机仿真，结果表明系统较好地实现了板坯表面的温度控制，且具有良好的自适应和自学习能力。

关键词：连铸；二冷水；遗传算法；BP神经网络；神经元自适应PSD Intelligent Modeling and Control of the Secondary Cooling Water in Continuous CastingAbstract：Based on the conventional slab continuous casting secondary cooling water control method, in this thesis slab continuous casting secondary cooling water control syetem is applied by the single neuron self-adaptive PSD controller. the secondary cooling temperature prediction model is established by the algorithm which combined Genetic Algorithm with improved BP network and the spot data. The control syetem is simulated by computer, The simulation indicates that the system could improve the temperature control precision of the surface of slabs and have the properties of self-learning and self-adaptive.Key words：continuous casting；secondary cooling water；genetic algorithm；BP neural network；neural self-adaptive PSD1□引言连铸生产过程中，钢水经过结晶器时，由结晶器初步冷却，即一次冷却，在结晶器出口处形成一层一定厚度的硬壳，用以支持其内部的钢水。

科技成果——连铸二冷配水及动态轻压下技术

科技成果——连铸二冷配水及动态轻压下技术
技术开发单位华北理工大学
所属领域新材料
成果简介
随着高效连铸的不断发展，高拉速加剧了连铸坯的中心疏松、缩孔以及裂纹等典型的内部质量问题。

本项目从二冷配水和辊缝优化出发，基于数学模型和现场实测数据，系统的研究了不同铸坯内部质量问题的成因和解决方案，并针对高拉速下连铸开浇、出尾坯及生产过程拉速波动引起的内部质量问题开发了连铸二冷配水技术，针对铸坯难以避免的中心疏松、偏析问题开发了动态轻压下技术，以期全面改善铸坯的内部质量。

关键技术
1、针对不同钢种、断面的二冷配水技术
利用数学模型与现场实测数据相结合，针对实际生产的铸坯低倍质量分析结果，进行更具针对性的铸坯质量优化。

2、基于目标温度的连铸二冷配水技术
将连铸过程分为多个切片，每个切片运行终点设置合理的目标温度，以保证拉速波动条件下铸坯温度场的稳定，进而得到内部质量稳定的铸坯。

3、基于凝固终点跟踪的动态轻压下技术
通过连铸二冷配水模型精确的确定铸坯合理位置所在的铸机位置，或通过配水及拉速调整将铸坯压下位置调整到可实施区域，并压
下合理的量，进而消除铸坯中心疏松、缩孔和偏析。

经济效果
铸坯质量方面：基本消除铸坯的中心疏松、缩孔、中间裂纹、中心裂纹、三角区裂纹等铸坯内部质量缺陷。

经济效益方面：通过生产质量稳定的铸坯，可有效提高实际生产的作业率，提高产品成材率。

实施条件
钢铁企业，具备一定生产能力。

项目成熟度
利润级：开始盈利且利润超过总投入的10%
合作方式合作开发。

板坯连铸二冷配水模型及控制策略研究

二冷静态配水是在冶金准则的基础上建立起来的，是
收稿日期：２０１３－０１ — ２４
作者简介：王明毅（１９７２一），电气工程师，从事电气管理与维护工作。
５２ｌＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔＩ电工技术
ＤＣＳ系统在已知拉速、冷却水量等条件下，ＢＰ神经网络模型的准确性与学习样本的关系很大，ＢＰ神经网络的学习样本均来自现场采集值。本文在Ｍａｔｌａｂ中建立一个前向型ＢＰ神经网络，其输
入层为３个神经元，分别是上段温度、本段流量和本段拉速；隐层神经元利用试凑法得到８个神经元；输出层是１个本段温度神经元。ＢＰ神经网络结构如图３所示。验证结果如图５所示。
ＰＬＣ系统
… … … … …
一级工控机系统
图２二冷区智能控制系统框图
－＝氅望 …
…
…
…
…
图１安钢板坯连铸控制网络图
２ＢＰ神经网络
ＢＰ神经网络是误差反向传播算法的学习过程，由信息的正向传播和误差的反向传播两个过程组成。ＢＰ神经网络具有预测能力，本文即利用其预测能力建立板坯温度预测模型。训练一个ＢＰ神经网络模型就是在已知输入、输出样本的情况下，通过一定的算法运算，使ＢＰ神经网络找到输入、输出间的一种内在规律而逼近某物理过程。ＢＰ神经网络模型是对二冷区板坯传热过程的一种逼近，

科技新进展：“新一代连铸二冷及可控压下关键技术”

科技新进展：“新一代连铸二冷及可控压下关键技术”一、研究的背景与问题连铸是钢铁流程中的关键环节，连铸坯质量也成为影响钢材质量的重要因素。

微合金化钢、中碳合金钢铸坯普遍存在表面横裂纹及角横裂纹等问题，中碳合金钢、高碳钢的中心偏析、中心缩孔及中心疏松也是普遍存在的问题；表面横裂纹及角横裂纹问题的主要因素有弯曲、矫直半径，对弧、对中精度，二冷水量、压下工艺等；而铸坯的中心偏析、中心缩孔、中心疏松与对弧、对中精度、铸机弧半径，二冷及压下工艺有关。

铸机投产后，其弯曲矫直半径已经确定，无法改变；铸机对弧、对中精度属于设备管理问题，各厂都很重视，均有各自的检修标准，严格按照标准进行管理，尽管如此，上述两类缺陷也时有发生。

控制上述质量缺陷的更为有效的手段是二冷及压下工艺。

本研究开始时，甚至目前，大多数钢厂连铸二冷采用静态配水或旧式的动态配水技术，存在以下问题：1、静态配水二冷的冷却水量仅与拉速有关，存在非稳态状况下铸坯热滞后问题，非稳态铸坯表面温度波动过大；2、传统的动态配水技术是二维模型，容纳不了复杂的边界条件，而连铸机冷却水量在铸坯宽度方向分布呈不均匀状态，二维模型无法考虑这一状况；3、具有幅切功能的铸机，边部的冷却水量是通过中心的冷却水量乘以一修正系数，修正系数凭经验来定；4、连铸坯表面横裂纹，角横裂纹发生率冬季明显高于夏季，首罐钢明显高于其他罐钢，传统的二冷工艺没有考虑季节、浇注周期配水对铸坯表面质量的影响。

对于铸坯中心偏析、中心缩孔、中心疏松问题采用的有效办法是轻压下技术，轻压下技术里两个关键技术参数是压下位置和压下量。

目前，轻压下技术存在以下问题：1、这两个参数普遍认为由实际经验确定，有些资料给出采用数学模型计算溶质分布，然后对需要压下的溶质分布的区间进行压下，该方法基本处于理论研究阶段，压下量基本由现场实验确定，全国范围内几乎所有钢厂的总压下量都是6mm，且不随钢种变化。

轻压下设定压下起始、结束的固相率，一般VAI压下工艺是铸坯从固相率0.3-0.95，其固相率范围一般不随钢种变化，同时铸坯固相率范围大经常造成铸坯的压下区间较长，通常压下区间为两个扇形段或三个扇形段，有时甚至四个，压下效果不够理想；2、轻压下工艺的另一个问题是非稳态压下过程，非稳态是拉速波动的状态，普遍采用的压下方式是模型计算压下起始点、结束点位置，只要两个位置变化，立即参与控制，造成压下位置压下量波动频繁。

北京科技大学科技成果——双金属复合材料双结晶器连铸新技术

北京科技大学科技成果——双金属复合材料双结晶
器连铸新技术
成果简介
由于双金属复合材料铸造成形具有易于实现批量化、连续化、自动化生产，降低生产成本，应用范围广等优点，研究开发和应用受到越来越广泛的重视。

现有双金属复合材料连续铸造成形方法可以分为两大类：
（1）使用已成形的芯材对其进行包覆的包覆铸造成形法；
（2）将两种金属同时注入同一个结晶器内进行成形的双流铸造法。

包覆铸造成形法的典型代表为用于复合轧辊成形的CPC法，这种方法的主要缺点是预处理工艺复杂，获得具有良好复合质量的界面较困难。

有代表性的双流铸造法是双流浇铸连续铸造制备梯度材料的方法，其主要优点是界面质量好，可以制备具有梯度过渡层的复合材料；其主要缺点是技术难度大、适用范围窄、包覆层厚度控制困难。

为此，本课题组开发了采用双结晶器一次铸造成形双金属复合材料的方法，其基本原理如图所示。

在上结晶器（芯材结晶器）内连铸凝固成形的芯材，在保护环的保护作用下，保持表面无氧化、无夹杂、无油污的状态，直接进入下结晶器（包覆层结晶器），热态连铸包覆层。

该方法具有工序简单、节能降耗、适用范围广、复合界面良好等优点。

双金属双结晶器连铸技术原理图
1-底盘；2-结晶器；3-包覆材料；4-加热线圈；5-耐火材料；6-预热线
圈；7-保护涂层；8-芯部材料
应用前景
电子电工材料：如铜包铝高频导线、铜包钢电话线（国外采用镀铜方式）。

耐蚀与阳极保护材料：如钛包铜导电排、镁阳极；双金属轧辊，以及有如不锈钢包覆碳钢等装饰性、耐蚀性结构材料。

双金属管：如医药、食品、石油化工用双金属管材等。

二冷水自动控制系统

连铸机二冷水自动控制系统文均、刘卫标、李会祥、粟小琴昆钢重装集团维检中心摘要：炼钢厂3＃、4＃连铸机二冷水系统的升级改造，通过增加二冷水自动控制功能、采用PID控制调节阀，实现了对水量的精确控制，获得铸坯最佳冷却效果，满足了生产工艺需要，降低了漏钢率，提高了铸坯外形质量。

关键词: 二冷水、拉速、配水模型、PID调节1 引言炼钢厂3#、4＃连铸机建于2003年，机型为三机三流全弧形二点矫直小方坯连铸机。

从浇注到成材需要经过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。

一次冷却是由结晶器来完成，这个阶段的目的是使钢水在结晶器内冷却形成坯壳，然后钢坯进入二冷区，二次冷却水在整个连铸生产阶段是非常重要的，它的冷却效果直接影响着钢坯的质量。

由于原来二冷水流量固定不可调节，没有跟随拉速变化，近年来随着股份公司品种钢的开发，在生产优钢过程中，由于二次冷却控制不当，出现了一些铸坯缺陷：如内部裂纹、铸坯菱变（脱方)、铸坯鼓肚、表面裂纹。

原有的二冷水流量固定配水方式已不能满足工艺需要，达不到最佳的冷却效果，严重影响了钢坯的质量.鉴于这一原因，必须采用二冷水动态调节,获得最佳冷却效果。

2 二冷水的工艺简介及控制思路连铸机在生产过程中，钢水从中间包到结晶器（一冷）冻结成型,在引锭杆的牵引下钢坯进入二冷环节的冷却，然后到拉矫机，经火切机切割后输出钢坯.整个工艺品过程钢水从1500度的液态变成700度方钢坯。

对于高效连铸而言,二冷水的配置是否合理，是钢坯生产较为关键的因素,直接关系到铸坯质量的优劣，合理的冷却制度是杜绝铸坯内部裂纹的关键工艺要素。

良好的二冷模式应具有以下特点：有助于铸坯内部质量乃至表面质量的提高；能延长二次冷却区设备的使用寿命；用水量少；满足生产效率的要求。

二冷水的控制方式根据现场实际工艺要求（包括钢种、规格、质量等要求)，理论上确定沿浇铸方向预测凝固厚度梯度和温度分布变化，用拉速来控制冷却水的流量。

控制过程如下图：炼钢厂3#、4#连铸机改造后二次冷却水分三段进行水量的比例配水控制，即足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段。

北京科技大学科技成果——软压下技术在方坯连铸中的应用

北京科技大学科技成果——软压下技术在方坯连铸
中的应用
成果简介
软压下技术是当今世界上连铸领域的前沿技术。

其基本目的就是改善铸坯凝固时宏观偏析的自然形成过程，在铸坯将要完全凝固时，通过压下力的作用使铸坯发生变形，不但补偿这时由于中心快速温降而造成的收缩，并且可把残余元素或合金元素富集区域的钢液挤回树枝晶状体的间隙区域内，同时将最后凝固的树枝晶组织破碎，从而形成致密而无偏析的中心区再凝固组织，从而达到降低偏析程度的目的。

同时，在这个过程中，铸坯的内部裂纹被焊合，疏松和缩孔也被压合。

因此，软压下技术能明显改善铸坯的内部质量。

北京科技大学多年来与武汉大西洋冶金工程技术有限公司合作，从事软压下领域的理论、装备及生产实践研究。

现已探明软压下技术的机理，并在轻压下装置设计时的结构及工艺参数的选取方面取得了可喜的成果。

从样机的现场运行情况看，达到了明显改善铸坯内部质量的目的。

本成果对于抑制方坯连铸生产中的低倍缺陷具有很好的实际应用价值。

可在方坯连铸中推广应用。

经济效益及市场分析
不管是板坯连铸、方坯连铸还是圆坯连铸，世界上发达国家采用软压下技术已比较普遍。

但我国在软压下技术领域的研究则还处于起步阶段，现已采用软
压下技术的厂家还不多，且大部分设备均为国外引进。

这也正是我国钢材产品质量与国际先进国家产品存在较大差距的原因之一。

随着中国的入世，各企业正受到前所未有的挑战。

提高产品的质量成为当务之急，基于软压下技术在改善铸坯内部质量方面的独特优势，不久的将来软压下技术在我国的普及应用是完全可以想见的事情。