圆坯连铸动态二冷水控制模型的研究

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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， Zhang

Jiaquan

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 2009

2.北京科技大学大圆坯连铸二冷配水设计系统 2009

3.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 1994

4.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 2009

8.史宸兴实用连铸冶金技术 2007

1.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]-2011

板坯连铸动态二冷与轻压下控制模型在南钢的应用

图3 动态配水模型结构图
2
板坯动态配水模型
在铸坯温度场动态热跟踪模型能够实时地提供
铸坯温度场信息的基础上，动态二冷配水控制模型根据实际浇注条件依据有效拉速消除热滞后影响的
32
南钢科技与管理
“坯龄 ” ，其中模型根据实时跟踪的“坯龄 ” 计算
2014 年第 4 期
3
板坯动态轻压下模型
动态轻压下就是通过在连铸坯液芯末端附近施
图1
动态热跟踪模型结构图
如图 2 所示，模型将铸坯从结晶器弯月面到控制区末端划分为若干个切片，每个切片都是独立的、信息单元，这些信息包括切片的“寿命 ” 温度场、位
W / （ m． ℃ ）； C eff —等效比热式中： k —导热系数， J / （ kg·℃ ）； T— 温度， ℃ ； ρ—密度， kg / m3 。容，凝固传热方程初始条件
的要求，并及时地判断铸坯是否适合热装和直接轧制。铸坯质量是连铸生产最重要的方面，连铸自动化技术是获得最高产品质量的一个重要因素
［1 ］
。在
铸坯凝固的过程中，凝固末端糊状区枝晶间富集偏析元素钢液流到铸坯中心区域会造成中心偏析，而当钢液凝固时发生体积收缩而得不到钢液的及时补充时便形成中心疏松。中心偏析和中心疏松等缺陷的出现与钢种、钢水过热度、拉速、冷却等因素密切

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。

连铸二次冷却

连铸二次冷却(secondary cooling of continuous casting)

连铸炼钢过程中，在结晶器出口到拉矫机的长度区间内对铸坯进行的强制均匀冷却。这个区间称二次冷却区。该区段内设有喷水系统和按直线(立式连铸机)或弧线(弧形连铸机)排列的一系列夹辊装置。二次冷却的作用是对铸坯表面进行强制、均匀冷却，使铸坯在较短时间内凝固。二冷区必须保证铸坯无表面、内部裂纹、无中心偏析且浇注时漏钢率最小。为保证二冷区作用的实现，对其装置的具体要求是：(1)总体结构和支承导向部件刚性好、强度大；(2)对弧简便准确，易于安装、检修和事故处理；(3)冷却系统具有足够的冷却强度和均匀性，并可适当调节。

传热方式有铸坯表面向空气的辐射热，由铸坯温度高低而定；空气和铸坯表面间的对流传热，此值小可忽略；夹辊和铸坯表面的传导传热；水滴打在铸坯上水蒸发直接散热；水滴沾到铸坯表面被加热等5种。其中喷雾水滴直射铸坯表面，带走的热量占二冷区总散热量的40％。水滴与铸坯表面间的传热是一复杂的传热过程，它受喷水强度、铸坯表面温度、氧化铁皮厚度、冷却水温度和水滴运动速度等各种因素影响。其中喷水强度则与喷嘴类型、喷射距离、水压、水温密切相关。

冷却方式有水喷雾冷却、气一水喷雾冷却或干式冷却(不喷水或喷少量水)。通常喷水冷却水压力约O．3～O．6MPa，一般通过喷嘴将水雾化成细滴，以很高的速度打到铸坯上。采用哪种冷却方式要考虑铸坯断面尺寸、拉速、钢种、矫直温度、铸机型式以及是否热送直接轧制等条件来决定。喷嘴有压力型、气一水型两种，材质系铜。压力喷嘴常用的有扁、螺旋、圆锥、薄片等多种；气～水喷嘴是利用压缩空气将水雾化，使铸坯连liar、冷却更加均匀且节水的一种高效冷却喷嘴。由于从结晶器出口处拉出的铸坯进入二冷上段时，内部尚未完全凝固，坯壳薄、热阻小，坯壳凝固收缩产生的应力也小，可施以强冷却。随着坯壳厚度增加，热阻加大，铸坯进入二冷下段后，要逐渐减小冷却强度。为避免铸坯表面局部的剧烈降温而出现裂纹，在二冷区要求铸坯表面纵向和横向得到均匀冷却，冷却速度小于200℃／m，坯表面温度回升小于100℃／m。为避开700～900℃的铸坯脆性温度区，应控制铸坯冷却至900℃以上进行矫直。同时必须适应不同钢种的特性来确定冷却强度，比如是裂纹敏感性强的钢种，要弱冷。

连铸中二冷配水技术

混沌优化的主要思想是通过某个特定格式迭代产生混沌序列,常用Logistic映射来产生混沌序列·
整理课件
10
算法的基本步骤如下:
1、初始化,设置最大循环数N,蚂蚁数m和
ρ,α,β,Q,τ(xi,Biblioteka Baidui,j,0)的初值,循环次数Nc=0·
2、根据预设的每只蚂蚁路径,计算其初始目标函数值Fk,
并将所有蚂蚁置于起点O·
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遗传算法
基于传热模型与遗传算法整相理课结件合的优化模型结构图
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遗传算法的板坯连铸二冷配水
特
遗传算法与冶金准则、传热
点
模型集成的优化配水方法避
免了经验方法的适应性不足,
改进了传统优化方法在解决
多目标优化非线性求解时搜
索效率低下的问题
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各种条件下的二冷配水控制
其中，Qi表示第 i 个冷却段的水量；Vei表示第 i 冷却段的有效冷却速度；△T表示钢水实时过热度；△Tei表示第 i 个冷却段的有效过热度；Ai，Bi，Ci，Di分别表示和钢种及工况条件相关的参数，可采用塑造水量计算模型及回归分析得到。
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连铸板坯二冷配水动态控制
二冷动态控制的方法有两大
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冷却速度不均因素的冶金连铸二冷配水控制

矩型坯连铸机二冷水控制模型的研究与应用

ＡｂｔａｔＳｃｎｒｃｏｉｉｉｏｔｎｉｔｅｃｎｒｌｏｃｎｔｎｏｓａｔｎｐｒ，ａｉｇａｖｒｉｏｔｎｒｌＯｎｓａｑｌｔ。ｓｒｃ：ｅｏｄａｙｏｌｎｇｓｍｐｒａｔｎｈｏｔｏｆｏｉｕｕｃｓｉｇａｔＰｌｙｎｅｙｍｐｒａｔｏｅｌｂｕａｉｙＴ
Ｑ＝ＡＶ＋Ｂｘ
（）１
（）２
３控制思路
铸坯质量的好坏与冷却效果息息相关，次冷却在结晶器，可控性较弱，一其二
冷区无疑是进行连铸生产冷却控制的最佳区域。以，冷区配水数学模型的研究与所二应用由来已久。主体方向与思路为：用其采铸坯表面温度控制法实施冷却水量分布与
本文主要针对莱钢矩型坯连铸机，二冷水控制模型进行深入的分析与研究。对关键词：型坯连铸机二次冷却控制模型矩中图分类号：９ＴＧ２４文献标识码：wenku.baidu.com Ａ

二冷动态配水在莱钢2#板坯连铸中的应用

Ｐ
数；Ｉ分系数；ｄ分系数。Ｋ，积Ｋ，微如何衡量调节变化趋势？从传热学的角度分析，设定点（每个冷却区出口的）的温度变化是由两部分传热造成的，其一是由于当地的二冷水冷却作用（铸坯表面换热）和垂直于铸坯表面方向上的导热作用；二是由于铸坯移动造成的，传热方程中的对流项。于其即对非稳态传热，当拉速有较大的波动时，比较而言，第二部分的作用可能是主要的。因此，仅仅用两个时刻的温度和目标温度的差值判断水量调节的情况和趋势可能是不够的，应考虑拉速和调节时间间还隔的影响。我们引入斜率参数来描述调节的趋势，义斜率如下：定
新技术新工艺
２１第４轻一工一设－计０年ｏ期ｌ１
二冷动态配水在莱钢２＃板坯连铸中的应用
宁伟 ’ 刘伟涛
’
（、东莱钢炼钢厂，东莱芜２１０２中冶连铸北京冶金技术研究院，京１０８）１山山７１４、北００１摘要：莱钢银山型铜原２铸机采用参数法进行二冷自动配水，热换中包和水口等操作中，＃连在由于拉速变化，量波动较大，水容易造成设备故障和铸坯质量问题。经过对原有铸机进行改造，用二冷动态配水，决了在非稳定生产情况下存在的问题，采解铸坯质量得到了较大提高。本文介绍所采用的动态配水模型。关键词：坯连铸机；次冷却；态配水板二动

板坯连铸二冷配水模型的研究

!冶金自动化∀ 2006 年增刊( S2)
坯壳厚度体现的坯壳强度的影响。 x 点水流量的设定值 M ( x ) 根据相应的钢水静压力、辊缝和坯壳强度所表示的函数得到: f ( x) r( x ) & # # # 2 s( x ) 式中, ∃ , %, ∋为相关参数; # 为坯壳的参考厚度; s ( x ) 为在位置 x 时坯壳厚度 ; f ( x ) 为在位置 x 时钢
当铸坯移动超过一个切片的长度时, 一个新的切片就会增加 , 这个切片移动时, 在 t 时该切片的可知热能出现的热量散失H ( t ) 可依据切片的当前位置来判定。当切片在结晶器中时, 热量散失的计算公式如下 : H ( t) = H ( T) # ( Ts - Tm) + ∀ # (T4 sT4 a)
表 1 某钢种的铸流目标表面温度与铸流位置的关系
铸流位置 / m 温度 / & 0. 0 0. 333 % % 7. 167 908 9. 0 905 20. 5 889 40. 0 857
图 2 结晶器开浇后某时刻的铸wenku.baidu.com温度
3 结束语
板坯连铸二冷配水经历了通过简单的经验公式所得配水表、静态模型、复杂的动态在线计算机控制模型的过程。但是无论使用哪个配水模型 , 都会受到不稳定性经验值的干扰。济钢第三炼钢厂 1# 连铸机在用的 Dynacs 模型是一个成功的控制方案 , 它有效地弥补了无法直接对铸坯内部复杂的物理、化学变化进行测量及控制的不足, 并为高效连铸的实施提供了不可缺少的模型控制基础。

板坯连铸动态二冷配水技术的工业应用

ＦＮＧ ’。ＫＯＮＧ－ｎ・ＥＫｅ，，Ｙｉｗｅ ’ ，ＣＡＯｉｎｆｎ ’２Ｊａ —ｅｇ，ＨＡＮｉｉ。Ｚｈ— ，ＷＡＮＧｈｉｇｎ，ｗｅ，Ｓｕ－ｅ ’
（．ｔｎｌｎｉｅｎｅｅｒｈＣｍｅｒｒｎ＆Ｓｅｌｋｎｌｔｍｅｔｎｈｎｑｎ０１２ｈｎ；１ＮａｏａｇｎｒｇＲｓａｅｒｏｏｉＥｅｉｃｆＩｔｍａｉｇＰａ￣ａｏ，Ｃｏｇｉｇ４１２，ＣｉａｅｎＩｉ
（．国家钢铁冶炼装备系统集成工程技术研究中心，重庆４１２；１０１２２中冶赛迪工程技术股份有限公司连铸事业部，重庆４０１）．００３摘要：基于耦合多元合金两相区凝固模型的板坯连铸凝固传热数学模型和恒间距切片单元跟踪方法，开发了板坯连铸动态二冷配水软件平台，中内嵌二冷分区有效拉速和目其标表面温度曲线两种控制模式，前者充分考虑了铸坯的冷却历史，后者则关注对铸坯表面温度沿铸流方向的合理控制，在实际生产中可以方便灵活地加以选择应用。该技术控制功能丰富、安全机制完善、系统运行稳定、人机界面友好，具有较强的现场适应性，目前已成功应用于重钢长寿新区一号板坯连铸机，在板坯表面及内部质量的控制方面取得了良好的冶金效果，具备较好的工业应用实用价值和推广前景。关键词：板坯连铸；凝固传热；动态二冷配水；工业应用中图分类号：Ｔ５。４Ｇ１５３文献标志码：Ａ文章编号：１０—６９２１）６０３—４０２１３（０１０－０６０

连铸二冷段水量优化及动态轻压下控制

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张嘉沈厚发黄天佑

(清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084)

摘要：本文建立了连铸坯凝固非稳态传热模型，提出了基于分区多控制点目标温度优化的增量型PID算法，结合轻压下原理，用C语言编制了二冷水量动态控制及动态轻压下控制程序Visual Cast—Dynamic。研究了铸坯表面温度、二冷水量以及动态轻压下过程对拉速变化的响应。研究表明，分区多点控制算法可以满足动态调节水量的要求；轻压下控制算法可完成动态压下过程的实施。

关键词：连铸；二冷动态控制；增量型PID控制算法；动态轻压下

1．前言

动态二冷及动态轻压下是提高铸坯质量的先进技术。本文在实际的铸机结构、辊列布置的基础上，建立了适用于连铸二冷在线计算的数学模型，模拟板坯凝固过程及温度分布。通过分区多控制点目标温度增量型PID控制算法实现了二冷段动态配水及分区多控制点的目标温度控制，并结合轻压下原理实现了动态簿压下控制。

2．铸坯凝固传热数学模型

本文基于板坯厚度方向中心纵断面上热量守恒建立相应的传热模型。铸坯凝固传热模型的假设为：(1)忽略板坯宽度方向的导热；(2)忽略因凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化；(3)采用等效增强导热系数处理钢液对流传热。

铸坯非稳态凝固传热方程为：

式中：v为拉坯速度，m／s；ρ为密度，kg／m3；G为等效比热，J／(kg••K)；功温度，K；丑、份别为铸坯厚度及拉坯长

度方向上的坐标，m；λeff为等效导热系数，W／(m•K)；s为凝固潜热，W／m3。本文采用等效比热法处理凝固潜热。

板坯连铸动态二冷水模型研究与应用

8-224
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
过程中，有效拉速模型计算结果要优于实际拉速模型。
图 3 拉速变化时不同控制模型计算结果
2.1.3 初始条件和边界条件初始条件：开始时间t = 0，x = 0，z = 0，结晶器内弯月面处，T = Tc − T降，Tc 为浇注温度，T降为拉速及浇铸温度的函数。
边界条件：铸坯中心线两边为对称传热，即：∂T ∂x
x=0
= 0 ，铸坯表面有：
λ
∂T ∂x
x=e/ 2
= φ ，φ 为表面热流。
Research and Application of Dynamic Secondary Cooling Model of Slab Continuous Casting
Shang Xiaodong Luo Qingmei
（Shanghai Baosight Software Co., Ltd., Shanghai, 201900）
一次，计算剖分为
M
个节点，则：
Δz
=
L M −1
。
铸坯以拉速 v 移动Δz 距离时，时间增量为Δt，且Δt = Δz/v 。
建立一维导热偏微分方程的差分方程组。用差分方程组就可计算板坯断面温度分布。
铸坯中间部分的点：
Ti P+1
= TiP
+

大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发

６０ｌ大圆坯连铸机基本半径１４机４０ｌＴｍ４ｍ，流，设计年产量６０万ｔ。主要生产优质碳素钢、承轴
为简化计算，特忽略影响较小的因素，出如下作假设：１忽略拉坯方向上的传热和圆周上的传热（）的不均匀性，化为一维传热，考虑径向温差；简只
压产品提供优质坯料。近年来，圆坯连铸受到广大
泛关注，内外的大圆坯铸机相继被报道＿，圆国３大ｊ
铸机半径／ａｒ冶金长度／ｍ二冷区总长度／ｍ铸坯断面直径／ｍｍ结晶器长度／ｍｍ结晶器冷却水量／１・）（３ｈ３铸机拉速范围／ｍ・ａｎ）（ｒｉ
ｍｍｎｈｏｉｆｃｔｅａｄｔｅｓｌｄｉｉａｉｔｒｍｉａｏｎｔｉｏｏｇｄｂｙ６．．ｏｎｎｐｉｓｐｒｌｎｅ７ｍｌＭａｔｉＩＩｅｒａｎｄｅｘｃ０ｍｌｕｄＢｌｏｍｓｉｇ，ＳｅｏａｙＣｏｌｎＤ６０ｎＲｏｎｏＣａｔｎｃｎｄｒｏｉｇ，ＭａｈＭｏｅｔｄｌ
一
ｒｒＴｐＴ１（Ｏ＝ＯＡ）０

动态二冷水控制系统在圆坯连铸中的应用

ｔｒａｎｓｆｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ，ｄｙｎａｍｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒａｄｊｕｓｔｍｅｎｔａｎｄｖａｌｉｄｓｐｅｅｄｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｐｒｏｖｅｓｔｈａｔ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｙｎａｍｉｃｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎｒｏｕｎｄｂｉｌｌｅｔｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ
ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｉｆｇｕｒａｔｉｏｎｉｓｒｅａｓｏｎａｂｌｅａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｕｎｒｎｉｎｇｉｓｓｔａｂｌｙａｎｄｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓａｌｏｔｔｏｉｍ．ｐｒｏｖｅｔｈｅｑｕａｌｉｔｙｏｆｒｏｕｎｄｂｉｌｌｅｔ．Ｔｈｅｒｏｕｎｄｂｉｌｌｅｔｑｕａｌｉｔｙｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇｗａｔｅｒ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ；ｒｏｕｎｄｂｉｌｌｅｔ

板坯连铸机二冷水自动化控制的实现

量随拉速连续变化，沿拉速方向水量按最佳状态且分布，以控制铸坯表面温度符合目标温度，而确从保铸坯质量满足工艺要求。
式中：一各相的密度，ｇ；．Ｄｋｍ／
日一转换热焓，；Ｊ
。一
钢的热导系数，ｍ・；Ｗ／ｋ
图２模型功能框图
（）１二冷配水数学模型设置在上位机里，根据钢种、断面尺寸等输入参数进行计算，经数学模型运算得到的各回路配水参数ａｂ、ｉｉｉＣ传送至ＰＣ、Ｌ控制器，ＰＣ根据拉速和各回路配水参数进行由Ｌ
・
２・４
安徽冶金科技职业学院学报
２００８年第２期
在其它因素确定的条件下，确定二冷区各段冷却水
的原理框图如图４示。所
wenku.baidu.com
量Ｑ与铸坯拉速Ｖ的关系为：ｉ
Ｑ＝ａ俨＋ｂｉｌＶ＋Ｃ
（＝１… ，）ｉ，１２
传热数学模型基本方程组，用有限差分法求解，经简化后，到如下差分方程：得
：
图１铸坯研究对象
【
＋
当输入工艺及介质参数、各钢种的热物性参数及计算条件、备及铸坯参数这三个参数后，设通过

板坯连铸二冷配水模型及控制策略研究

ａ、ｂ、再根据拉速、流量间的关系来确定配水量的。
Ｑ—ａｌ＋ｂｉＶ＋ｃｉ
式中，Ｑ为ｉ区的配水量；Ｖ为拉速；ｎ、ｂ、Ｃ为制订的
基本参数。
用经验公式计算出一份静态配水表。为改善现状，本文结合安钢连铸机实际，找出配水计算方法，并利用现场采集的数据，建立一个基于ＢＰ神经网络的温度预测模型。
０引言
安钢二炼轧＃１连铸机由德国公司承建，由于外方没有提供动态二冷配水模型，因此其动态配水功能一直没能
得到充分发挥，尤其是在换新钢种时，必须由工艺人员运
根据工艺及介质参数、钢种热物性参数、设备和铸坯等进
行运算，输出不同钢种、不同断面尺寸下的回路配水系数
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。

电炉连铸坯中氮含量控制技术研究

摘要：二十一世纪以来，全球经济进入全盛发展时期，制造业也迎来了黄金

的发展时机。作为制造业基础行业的钢铁行业，在质量和规模上都有了相当大的

进步。近年来，随着钢铁行业的发展，环保问题也日益突出，在全球呼吁碳达峰

和碳中和的呼声中，政府鼓励短流程钢铁生产，即电炉生产流程；但是电炉生产

流程与长流程相比较，钢液中的氮含量控制起来会较为困难。钢中氮含量过高，

钢会出现“时效现象”，降低钢的冲击韧性和塑性；钢加热到一定温度时，钢会

出现“蓝脆”现象，同时恶化钢的焊接性能；在含铝钢中，氮形成的AlN可以降

低时效，细化奥氏体晶粒。基于此，对电炉连铸坯中氮含量控制技术进行研究，

以供参考。

关键词：电炉；连铸坯；氮含量；控制技术

引言

铸坯低倍质量通常用来评价连铸机生产能力和水平以及验证生产工艺可行性，并且在一定程度上决定轧材质量。铸坯中的裂纹是常见缺陷，占缺陷总数的65%

以上，连铸坯裂纹的产生与钢在高温下的力学性能有直接关系。钢的延展性试验

表明，除了横裂纹以外的裂纹都是在第一和第二脆化区内形成的，其中第一脆化

区是从1340℃左右到固相线温度，树枝晶间存在硫化物薄膜引起延展性低，第二

脆化区是从900℃到1200℃之间，在晶间沉积有硫化物和氧化物等引起延展性低。

1钢液吸氮原理分析

（1）热力学分析，在电炉炼钢过程中，氮在钢液中的溶解和排出是一个动

态平衡过程，在实际电炉炼钢流程生产中，影响PN2分压的主要因素为钢包吹氮

操作、负压操作和钢液暴露在空气中，氮分压越高，氮溶解量越高；影响fN活

度系数的主要因素为钢液化学成分构成及含量，（2）动力学分析，吸氮和放氮

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圆坯连铸动态二冷水控制模型的研究

【摘要】二次冷却水控制是连铸生产中的一项核心技术，二次冷却水控制的效果直接影响到最终板坯质量的优劣。因此，二冷水控制模型的研究与应用也显得尤为重要。本文主要针对莱钢圆坯连铸机，对二冷水控制模型进行深入的分析与研究。

【关键词】圆坯连铸机；二次冷却；控制模型

1.概述

目前，国内钢厂的铸坯生产大多都采用立弯梁式连铸机，该类型的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，钢水在这个阶段冻结成型，然后钢坯进入二冷区，二次冷却在整个连铸生产中尤为重要，二次冷却水控制是连铸生产中的一项核心技术，二次冷却水控制的效果直接影响到最终板坯质量的优劣。根据钢坯的型号、大小的不同对二次冷却水的要求也是不一样的，下面将主要根据山钢集团特钢事业部连铸模型进行详细的说明。

2.工艺简介

二冷水自动控制连铸机在开浇、浇铸不同钢种以及拉速变化时需要及时对二冷水量进行适当调整。早期连铸采用手动调节阀门来改变二冷水量，人为因素影响很大，在改变

拉速时往往来不及调整，造成铸坯冷却不均匀。二冷水的自动控制方法主要可分为静态控制法和动态控制法两类。

静态控制法一般是利用数学模型，根据所浇铸的断面、钢种、拉速、过热度等连铸工艺条件计算冷却水量，将计算的二冷水数据表存入计算机中，在生产工艺条件变化时计算机按存入的数据找出合适的二冷水控制量，调整二冷强度。静态控制法是目前广泛采用的二冷水控制方法，在稳定生产时基本能够满足要求。

根据二冷区铸坯的实际情况及时改变二冷水的控制方法为动态控制。目前能够测得的铸坯温度仅为表面温度，如果能够准确测得铸坯的表面温度，则可根据表面温度对二冷水及时调整。但是，铸坯表面覆盖的一层氧化铁皮、水膜以及二冷区存在的大量水蒸气严重影响测量结果的准确性。因此，在实际生产中根据实测的铸坯表面温度进行动态控制的方法很少被采用。

比较可行的方法是进行温度推算控制法。温度推算控制法的思路是将铸坯整个长度分成许多小段，根据铸坯凝固传热数学模型每隔一定时间（例如20秒）计算出每一小段的温度，然后与预先设定的铸坯所要求的最佳温度相比较，根据比较结果给出最合适的冷却水量。在二十世纪80年代中后期，欧洲、日本以及美国的一些先进的连铸机已逐步采用二冷动态控制系统。我国现有的大部分铸机采用静态控制

法控制二冷水量，引进的现代化板坯连铸机、薄板坯连铸机等一般采用温度推算动态控制法进行二冷水的调节。

3.控制思路

铸坯质量的好坏与冷却效果息息相关，一次冷却在结晶器，其可控性较弱，二冷区无疑是进行连铸生产冷却控制的最佳区域。所以，二冷区配水数学模型的研究与应用由来已久。其主体方向与思路为：采用铸坯表面温度控制法实施冷却水量分布与动态控制，保证在任一浇注条件下，使冷却水量随拉速连续变化，且水量沿拉速方向按最佳状态分布，以控制铸坯表面温度符合目标温度。

根据不同的介质参数、各钢种的热物性参数及计算条件、设备及铸坯参数，可以得到各段的水流密度、表面温度、凝固壳厚度、液相穴深度和水量参数。根据铸坯表面目标温度分布和数学模型计算，在其他因素确定的条件下，二冷区各段冷却水量Qi与铸坯拉速V的关系为：

4.二冷水数学模型的控制方式

连铸机二次冷却区，可分段进行冷却控制。一般足辊段与其后各段冷却方式有所不同。足辊段为全水冷，单一回路。其后各段为水汽喷雾结合冷却，依据内外弧和宽窄边面为不同回路。

二冷水水量控制使由结晶器出来的液芯钢坯在结晶器中进行初步凝固后，进入二冷区。莱钢板坯连铸机二冷区

主要包括足辊、一段、二段、三段。调节方式分为手动和自动方式。其中自动方式时，在每流的一段、二段、三段根据拉矫机速度按配水数学模型公式由PLC计算出水量来进行PID控制。足辊水量不安装调节阀，按模型给出的设定值手动微调。手动方式输出MV值不经过PID运算，通过操作人员操作鼠标（或键盘）改变MV值，调节阀门开度。在计算机系统故障时也可用控制柜上的后备手操器实行人工手动调节。手/自动为无扰切换。

水量调节关系式为：

5.结论

经过对圆坯连铸机二冷水控制模型的深入研究，使其具有了很高的控制水平，控制功能丰富、完善，实用性增强；经过在生产中的应用与检验，对提高圆坯连铸机铸坯质量起到了很好的效果，取得了十分显著的经济效益。而且，本模型具有很强的实用性和可移植性，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。

参考文献

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