板坯连铸二次冷却水自动控制
板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响[兼容模式]
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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。
板坯连铸表面目标温度值二冷动态控制
各段的铸坯表面 目标温度值 ，连铸生产 中根据钢 种、 铸坯 断面尺寸、 中间包钢水温度 、 拉坯速度 、 结 晶器传热、 二冷水量等参数的变化 ， 应用铸坯传热
凝 固数 学 模 型 ， 隔一 个 时 间段 ， 线计 算 一 次 二 每 在
冷各段的铸坯表面温度 ｔ 用计算得到的铸坯实际表 面 温度 与 预 先 设 定 的铸 坯 表 面 目标 温 度值 进 行对
摘 要： 详细 阐述 了 １０ ｍ、０ ｍ ｌ０ ｍ ８ｍ ２ ０ ｍｘ ０ ｍ双流板坯铸机 １
的意 义 。
表面 目标温度值二冷动态控 制的原理 、 循的原则及表面 目 遵 标温度值的确定 ， 探讨 了二冷动态控制 系统 的开发 ， 为今后
新建与改造连铸机提供 了完整的控制技术。 关 键词 ：双 流板 坯连铸 ，二冷动态 控制系统 ， 面 目标 温 表 度值 ，二冷冶 金原则 ，钢种 高温力学性能
介绍。
图 １ 板 坯 连 铸 机 辊 列
该 板坯 连 铸 机二 次 冷 却 区共 分为 ８ 区 １ 个 ４条 回路 ， 具体 划分 详见 表 １ 基 于铸机 结构和 二冷冶 金 。 原 则制定 合理 的表 面 目标 温度 ，只需 确定沿 拉坯方 向若 干个控 制点 的 目标 温度 。每个 回路设 置一 个 目 标温度 点 ，目标 温度 点选择 在各个 二 次冷却 区的终 点位置 处 ， ８ 点 。 共 个 每条 回路 均设有 电磁流量 计和
Hale Waihona Puke ２ １ 铸机特性 ． １０ ｍ、０ ｍ １０ｍｍ板 坯 连 铸机 在 满 足用 ８ｍ ２０ ｍｘ ０ １
户要 求的生产 钢种 、产 品规格 及年产 量等基 本工 艺 参 数前提 下进 行总体 设计 ，确 定铸机机 型和铸 机基 本 弧半径 、 辊列 等参数 ， 划分 二 次冷却 区 。板坯 连铸 机 辊列如 图 １ 示 。 所
板坯连铸机自动控制
民 蕾科技 爪 需
板 坯连铸 机 自动控 制
夏永刚 ’ 李宏声 ２
科论 技坛
（、 １一重集团大连 国际科技 贸易有限公 司， 宁 大连 １ ６０ ２ 一重集团大连设计研究院 新品技 术研 究室， 宁 大连 １６０ ） 辽 １６０ 、 辽 １６ ０
摘 要： 主要介绍 了板坯连铸机Байду номын сангаас的 自动化控制和生产工序 。自动化控制的总体设计采 用了集成的 自动化平台， 包括 ＳＥ Ｎ ＩＭＥ Ｓ公 司的监控 、 编程
前言
作者简介 ： 永刚 ， 夏 一重集 团大连国际科技 贸易有限公司 ， 师。李宏声 ， 工程 一重集 团大连设计研 究院新品技术研 究室， 高级工程师。
软件及硬件 的设计使用 ，－ ２ ．￣ｆ太网及 Ｐｏｂｓ Ｙ ｒ ｕ 现场总线的应 用， ｉ ｆ 远程通讯控制的使 用， 使整套连铸机的 自动化控制 系统具有可靠、 稳定、 安全、 易操
作和可扩展等性能和特点。 关键词 ： 板坯连铸机 ； 自动化 ； 监控 ； 编程 ； 工业 以太网 ； 场总线 现 此时可在悬挂操作箱上 按下 “ 浇铸启动 ”按钮 ，浇铸 过程就 自动 近几年 电子技术 日新月异蓬 勃发 展 ，电气控制技术 的发展 相 当成 进 行 。 熟 。我 院在 ２０ ０７年设计 了一套 板坯连铸 机生 产线 ，设 计 生产 １０ ｘ ０ １ 设备故 障可在监控画面上反映。 １０ ｍ板坯 ，年 产连铸坯 １０ 万吨 ，二冷水采用气雾冷却方 式。工 ８ｍ ５约 尾坯控制 ： 艺都是我们 自行编制的 ，三电控制为三电合一的 自 化平 台控制。 动 “ 拉尾坯模式”只是在 “ 铸造模式”的状态下才有效 ，它是在浇铸 １ 系 统 配置 将要结束时 ，由操作人员在悬 挂操 作箱上按 “ 浇铸结束 ”按钮 ， 时 这 连铸 电气控 制系统配置了 四台工控 机 ，一台放置在主 电室 ，一台 将 自动进人 “ 拉尾坯模 式”的工作状态。 放置在二操室 ，另两台放置在主控室 。火焰 切割机 自动化控制 系统成 ４ 连 铸 电气 控 制 系统 主 要 软 件 设计 套供 货。其它设 备采用 Ｓ Ｍ Ｎ 公司 的 ｓ ＿ ｏ Ｌ Ｉ ＥＳ Ｅ ７ ４ ｏ Ｐ Ｃ产 品进 行控制 。 ４１ 冷却水系统设计 ． 应用 了 Ｐｏ ｂ ｓＤ ｒｆ ｕ— Ｐ现场总线技术 ，Ｐ Ｃ通 过 Ｓ Ｅ ７ ５ ｉ Ｌ Ｔ Ｐ ． ４软件编程 ，监 二冷 水动态控制 ：根据二 冷区铸 坯的实际情况来及时改变二冷水 控系统采用基于在 ＷＩ Ｄ ＷＳ Ｎ Ｏ 操作 系统下 的 ＳＭ ＴＣ Ｗｉ ｃ ． 组态监 量 的控制方法叫动态控 制。一般有三种控制方法： Ｉ Ａ Ｉ ｎ ６ ｃ ０ 控软件。 １ 比例控制 ：即二冷水 的水量与拉速成一定 的比例。 ） ２ 系统 组 态 通常表示为 ：Ｑ ａ＋ ＝ ｖｂ 板坯连铸机 由 ＳＥ Ｎ Ｉ ＭＥ Ｓ的 ￥ － ０ ７ ４ ０三套及 远程 Ｉ ／ Ｏ和四台 Ｈ 监 ＭＩ 式中 Ｑ 二冷水 的总量 ，Ｌｒｉ；Ｖ 拉速 ，ｍ ｍ ｎ 、ｂ 常数。 一 ／ｎ 一 ａ ／ ｉ ；ａ － 控站进行控制（ 切割机 自动化控制通过采用编码器信号及摄 像定 尺进行 ２ ）参数控制：建立符合 Ｑ ａ ＋ ｖ ｃ ＝ Ｃ ｂ＋ 的数学模 型，将 ａ 、Ｃ 、ｂ 参数 控制 ，是一套独立 的系统） 。主要功能 ：实现在主控 室、浇铸平 台、配 存人计算机 ，浇铸 时选取对应钢种 的参数 ，根据拉速 自动配置各 回路 。 水 室 、二 操 室 、液 压 室 、大包 平 台 进行 操 作 控 制 。远 程 Ｉ ／ Ｏ使用 水 量 。 Ｅ ２０ Ｔ ０ ，采用 Ｐｏｂ ｓ Ｄ ｒｆ ｕ— Ｐ现场总线 和 Ｐ Ｃ进行通讯 、数据交换 ，Ｐ Ｃ ｉ Ｌ Ｌ ３ 目标表面温度控制 ：考虑了钢种、拉速及 浇铸状态建立数学模 ） 通过工业 以太 网与监控站传输数据。采用 ＳＭＡ Ｉ ｎ ｄ ． Ｉ Ｔ Ｃ Ｗｉｃ ｉ ０制做人机 型 ，根据建立 的数学模 型计算 出目标温度 ，实测铸 坯表面温度 ，根据 对话界面 ， 实现在线修改和监控 的功能 。 二者 的差值 ，自动调整二冷水的水量。 ４２ 电控系统设计 ． ３ 控制对象及生产控 制流程 连铸机 为一机 两流 （ １０ １０ ｍ） １０ ｘ ８ ｍ 。控制对 象包括 大包 回转台 、 １ ）液压站控制设计 。 中间罐 车、煤气烘烤 站 、结 晶器 、拉矫机 、脱锭机 、切 割机 、辊道 、 液压部分包括 ：高压泵 、油箱及 附属 的油位 、温度计及加热器和 移钢机、蒸气排 出风机、液压站 、配水站等 。 冷却器、过滤器 、循环泵 、各种电磁阀及 蓄势器等。 生产控制流程 ： 在液压站有三 台高 压泵 ，在正常情况下 两台工作 ，一台备用 。在 站 内操作箱上有工作方式 选择开关 ，选择几号泵为 备用 ，当液压系统 工作时 ，工作泵启动运行 。当工作泵 出现故 障时 ，自动或人工停止工 作泵再启 动备用泵 。 ２ ）引锭杆跟踪系统。 工作方式及控制内容 ： 手动方式 ： 引锭杆跟踪系统 由引锭杆、安装在 ３ ６号和 ５ ８号辊上 的脉 冲发生 Ｌ 随时可将 工作方式转为手动 。当转为手动时 ，断开 自动控制和有 器及 Ｐ Ｃ的高速计数模块等组成 。 关设备 之间的联锁 ，这时设备运行状 态不发生任何 中断或 改变 ，直到 跟踪 系统分为三部分 ： 操作者 给出新 的控制指令 为止。 ａ ． 送引锭杆阶段 ； ｂ浇铸初期阶段 ； ． 自动方式 ： 连铸机 工作主要是在 自动方式 下进行 。在 自动状 态下 ，仅需要操 ｃ ． 拉尾坯阶段。 ３ ）拉矫和振动的电控设计。 作有关 的几 只按钮 ，其余各设备 的运 行是 由引锭杆跟 踪系统和联锁关 系控制 的。当在 “ 浇铸 ”时，把选择开关转为 “ 手动” ，各设备间的联 拉矫和振动电气控制 系统采用了 Ｓ ＭＥ Ｓ系列的交流变频装 置 ， Ｉ Ｎ Ｅ 锁就 被解除 ，跟踪系统将 继续工作 ，其所送 出的信号不 起控制作 用 ， 其具有高稳 态精度和优 良的动态 响应 ，可通过 内部的 软件进行调试 ， 仅作 为参考 。当把选择开关从 “ 手动”转为 “ 动 ”时 ，自动顺序控 操作简单 。同时该装置具 有高效的故障诊 断功能 ，通过网络接 口进行 自 信息交换 ，拉矫机速度给定通过 Ｐ Ｃ Ｌ 实时控 制 ，以求拉速和二冷水符 制将按照跟踪系统继续进行 。 下列设备 完全与 “ 自动” “ 手动”工作方式选择 无关 ：大包 回转 合工艺设计要求 。振动电机的振动频率也是和拉速同步调节 。 台；ｌ 、２号 中间罐 车；引锭杆存放装置 ；辊 道设备 ；火焰 切割机 ；液 ４ ）切 割 系统 。 切割 系统为成套供货设备 ， 铸坯切割分为 自 动和半 自动两种方式 。 压设备 。 自动方式的切割信号为摄 像定尺发 出达到定 尺信 号 自动发 出切割信号 送引锭控制 ： 半 动方式为达到定尺长度时，人为发 出切割信号 。 当送引锭杆准备好后 ，将开关打到 “ 插入模式” ，在主操作台及悬 来完成 ； 自 结束语 挂操作箱上 “ 插入模式 ”灯亮 。 连铸 机对 自动化水平及 可靠性的要求很 高，本连铸 机从调试到投 如果未准备好 而选择 “ 插入模式” ，此时 “ 插入模式”灯闪烁 ，直 到 “ 准备模式 ”好后为平光 。但这不影响各设备在送引锭前的准备。 产 ，一直正常运行 。实践证 明 ，该系统设计合理 ，安全 可靠 ，操作方 便 ，大大减 轻了工人的劳动强 度 ，提高工作效率 。所有信 号都 是通过 浇铸控 制 ： 如果浇铸条件具 备 ，则各操作 台上 相应 灯亮 ；如果浇铸 条件 不具 工业 以太 网及 Ｐｏｂｓ 场总线来完 成的 ，大 大降低了成本 和施 工难 ｒ ｕ现 ｉ ｆ 度 ，为用户增加了可观的经济效益 。 备 ， 灯闪烁 ， 则 直到进行有关操作后 ， 灯光 变为平光 。
连铸二冷区凝固传热及冷却控制
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：Ａ Ｌ＝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●ｔ㈨ ｓ…＜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。×Ｗ ｘ ＡＯ／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
冷却水对铸坯质量的影响
连铸机冷却水对铸坯质量的影响一、一冷水控制1、水温结晶器进水温度过高会使热面温度提高，减小结晶器传热效率，容易产生渗钢、粘连等事故；结晶器水温过低，会使坯壳冷却过强，造成坯壳在结晶器内凝固收缩量增大，容易产生振痕深和表面横裂等缺陷。
水温差一般控制在5-6℃，不大于10℃，过小会造成铸坯宽面纵裂。
2、水流速水流速一般控制在6-12m/s，水速增加，可明显降低结晶器冷面温度，避免间歇式地水沸腾，消除热脉动，可减少铸坯菱变和角部裂纹。
但是水速超过一定范围时，随着水速增加热流量增加很少，但系统阻力增加很多，因而水速过大也没有必要。
3、水质当大量的热量通过铜壁传给冷却水，铜板冷面温度有可能超过100℃，使水沸腾，水垢沉积在铜板表面形成绝热层，增加热阻，热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水的沸腾，严重影响铜板传热，对振痕、脱方、偏离角内裂和漏钢都有不利影响。
所以，结晶器必须使用软水，其总盐含量不大于400mg/l，硫酸盐不大于150mg/l，氯化物不大于50mg/l，硅酸盐不大于40mg/l，悬浮质点小于50mg/l，质点尺寸不大于0.2mm，碳酸盐硬度不大于1-2°dH, pH值为7-8. 4、水流量结晶器的最大供水量，对于板坯和大方坯，每流为500-600m3/h，对于小方坯为100-150m3/h。
异形坯腹板裂与板坯宽面纵裂一样都与凝固初期冷却强度过高有关。
弱冷却有利于减少纵裂。
当结晶器冷却水量从180-210 m3/h减少到100m3/h时，腹板裂纹减少。
当结晶器喷淋水从6m3/h减少到4m3/h时，纵裂减少。
二、二冷水控制1、冷却强度在整个二冷区应当采取自上到下冷却强度由强到弱的原则，要避免铸坯表面局部降温剧烈而产生裂纹，故应使铸坯表面横向及纵向都能均匀降温。
通常铸坯表面冷却速度应小于200℃/m，铸坯表面温度回升应小于100℃/m。
同时铸坯在矫直时要避开700-900℃的脆性温度区，以免产生横裂纹。
连铸的生产工艺流程
连铸的生产工艺流程：将装有精炼好钢水的钢包运至回转台，回转台转动到浇注位置后，将钢水注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。
结晶器是连铸机的核心设备之一，它使铸件成形并迅速凝固结晶。
拉矫机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的板坯。
连铸钢水的准备一、连铸钢水的温度要求：钢水温度过高的危害：①出结晶器坯壳薄，容易漏钢；②耐火材料侵蚀加快，易导致铸流失控，降低浇铸安全性；③增加非金属夹杂，影响板坯内在质量；④铸坯柱状晶发达；⑤中心偏析加重，易产生中心线裂纹。
钢水温度过低的危害：①容易发生水口堵塞，浇铸中断；②连铸表面容易产生结疱、夹渣、裂纹等缺陷；③非金属夹杂不易上浮，影响铸坯内在质量。
二、钢水在钢包中的温度控制：根据冶炼钢种严格控制出钢温度，使其在较窄的范围内变化；其次，要最大限度地减少从出钢、钢包中、钢包运送途中及进入中间包的整个过程中的温降。
实际生产中需采取在钢包内调整钢水温度的措施：1）钢包吹氩调温2）加废钢调温3）在钢包中加热钢水技术4）钢水包的保温中间包钢水温度的控制一、浇铸温度的确定浇铸温度是指中间包内的钢水温度，通常一炉钢水需在中间包内测温3次，即开浇后5min、浇铸中期和浇铸结束前5min,而这3次温度的平均值被视为平均浇铸温度。
浇铸温度的确定可由下式表示（也称目标浇铸温度）：T=TL+△T 。
二、液相线温度：即开始凝固的温度，就是确定浇铸温度的基础。
推荐一个计算公式：T=1536-{78[%C]+7.6[%Si]+4.9[%Mn]+34[%P]+30[%S]+5.0[%Cu]+3.1[% Ni]+1.3[%Cr]+3.6[%Al]+2.0[%Mo]+2.0[%V]+18[%Ti]}三、钢水过热度的确定钢水过热度主要是根据铸坯的质量要求和浇铸性能来确定。
钢种类别过热度非合金结构钢10-20℃铝镇静深冲钢15-25℃高碳、低合金钢5-15℃四、出钢温度的确定钢水从出钢到进入中间包经历5个温降过程：△T总=△T1+△T2+△T3+△T4+△T5△T1出钢过程的温降；△T2出完钢钢水在运输和静置期间的温降(1.0～1.5℃/min)；△T3钢包精炼过程的温降（6～10℃/min）；△T4精炼后钢水在静置和运往连铸平台的温降(5～1.2℃/min）；△T5钢水从钢包注入中间包的温降。
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
板坯连铸机二冷水自动化控制的实现
・
２ ・ ４
安 徽 冶 金 科 技 职 业 学 院 学 报
２０ ０８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
量 Ｑ 与铸 坯拉 速 Ｖ的关 系为 ： ｉ
Ｑ ＝ ａ俨 ＋ｂ ｉ ｌ Ｖ＋Ｃ
（ ＝１… ， ） ｉ ， １ ２
度分 布 一致 。
１２ 数 学模 型 ．
根据 铸坯 实际 断面 尺 寸 ， 考虑 到冷 却 的对 称 并 性 ， 铸坯 的 １ 取 ／ 面 为 研 究 对 象 ， 图 １所 示 。 ４断 如
在 限定的条件下 ， 建立传热微分方程 。根据确定的 初始条件、 边界条件、 偏微分方程构成二维非稳态
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 ａ ｂ、ｉ ｉ ｉＣ传送 至 ＰＣ 、 Ｌ 控制器 ， Ｐ Ｃ根据拉速和各 回路配水参 数进行 由 Ｌ
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
‘
（） △ ｙ
Ｊ 】 ［ １ ］
表面温度、 凝固壳厚 （ 计算 ， １ ） 可得到各段 的水流密度 、 度、 液相穴深度和比水量参数。模型的功能框图如
时控 制 。
关 键词 ： 连铸； 二冷水； 计算机控制
中图分 类号 ：Ｐ ７ ：Ｇ ３ ． 文 献标 识 码 ： 文 章编 号 ：６ ２ ９ ４ ２ ０ ）２ ０ ３ ２ Ｔ ２３Ｔ ２３６ Ｂ １７ —９９ （０ ８ ０ —０ ２ —０
二冷控制
连铸技术
铸坯的质量在很大程度上取决于二次冷却。为了 在不同的浇注条件下，获得理想的铸坯表面温 度分布，生产出无缺陷铸坯，必须采用控制二 次冷却。二冷控制的方法，主要是指对二冷喷 水系统的控制，目前二冷控制方法主要有：人 工控制方法、比例控制方法、参数控制方法、 实测表面温度反馈动态控制法、目标表面温度 控制方法等
3.1 静态控制 3.2动态参数控制 3.3目标温度反算法 3.4冶金准则函数优化法
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连铸技术
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连铸技术
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连铸技术
求解方程的边界条件: a)铸坯表面:结晶器 ,二冷区 ,空冷区 b)固液界面 c)铸坯中心 方程求解初始条件 ： 1）t=0 时，结晶器中钢水温度等于浇铸温度 2) t=0 时铸坯初期表面温度为 Ts,
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连铸技术
(4)限制液芯长度。对于单点矫直的弧形连铸机， 为避免带液芯矫直引起的内裂纹，要求液芯长 度小于设备的冶金长度（从弯液面到第一对水 平拉矫辊的弧形中心线长度）。对于其他类型 板坯连铸机，要求液芯长度小于到最后一对夹 辊的距离。
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连铸技术
(5)限制铸坯鼓肚。铸坯在二冷区冷却过程中， 由于钢水静压力的作用，在两对夹辊之间高温 坯壳会发生鼓肚变形，鼓肚变形量的大小取决 于辊间距、坯壳厚度、坯壳温度、钢水静压力 及钢的性能等。在其它条件不变的情况下，铸 坯表面温度降低，鼓肚量减小。经验表明，把 铸坯表面温度限定在1100℃以内，铸坯鼓肚 一般不会超过1mm。因此，就不致因鼓肚而 产生内裂纹。
5
连铸技术
等比水量的比例控制法
传统的控制方法，根据经验模型的比水量，以水 表形式给出拉速喷水量的直线对应关系(，Q 为喷水量，v为拉速，k为系数)进行比例控制。 但这种方法具有明显不足之处，当拉速急剧变 化时会引起铸坯表面温度大幅度回升和滞后变 化，容易产生热裂纹。 实测表面温度反馈动态控制
板坯连铸二次冷却喷嘴状态异常的分析处理
板坯连铸二次冷却喷嘴状态异常的分析处理周卓锁① 李隆宇 齐利国 李凯明（唐山钢铁集团有限公司热轧事业部 河北唐山０６３６０６）摘 要 唐钢新建的１９００ｍｍ板坯连铸机的投产后，系统运行正常，但二次冷却水系统存在一些问题，发生喷嘴堵塞和泄漏报警，通过对系统运行异常点的分析，对水系统、油脂含量、反冲洗过滤器和离线喷嘴检测等进行优化处理，制定措施处理，使隐患得以消除，系统长期处于稳定运行中。
关键词 二次冷却水系统 堵塞和泄漏 喷嘴 分析中图法分类号 ＴＧ１５５．４ 文献标识码 ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２２ Ｚ２ ０１４１ 前言连铸二次冷却水系统直接影响连铸机铸坯质量，运行存在问题则会导致铸坯表面裂纹，中心偏析和疏松等内部质量缺陷。
唐钢新建的１９００ｍｍ板坯连铸机于２０２０年９月８日投产，连铸机二次冷却水系统采用普锐特设计动态配水ＤＡＹＡＣＳ，根据不同钢种特性，模型计算出铸坯表面不同位置的温度，模型驱动调整二次冷却水系统，使铸坯的表面温度尽量逼近目标表面温度，达到最优化的控制。
连铸二次冷却水系统的主要目的为：钢水通过水口进入结晶器，在结晶器内通过铜板冷却结壳，结壳后的板坯经过弯曲段、扇形段，通过二次冷水不断的喷淋降温，直至板坯内钢水完全凝固，此过程要尽可能的在最短时间将板坯冷却，以提高板坯质量及稳定性，在持续过程中要平衡水量及拉坯速度，将铸坯在要求范围内稳定降温，铸坯内外质量才能得以保障。
２ 二次冷却水系统管路堵塞和泄漏原因分析我公司引进的普锐特的ＤＹＮＡＣＳ动态二冷水模型中，有喷嘴专家模型，专门用于对各区喷嘴状态进行，实施监测喷嘴状态，并给出报警信息进行处理。
如下图：图１ 喷嘴状态监测 上图中在标准中心线下部表示堵塞程度，模型设定当实际流量小于理论流量的２０％时，颜色变为红色报警；标准中心线上部表示泄漏程度，模型设定当设计流量大于理论流量的２０％时，颜色变为红色报警。
板坯连铸二次喷淋冷却改造实践
次冷 却 系统 改造 的主要 措施 ， 造后 提 高 了铸坏 质 量 ， 改 降低 了维修 成 本及 故障 时 间 ， 升 了产 量 ， 得 显著 经济 效益 。 提 取 关 键 词 ： 坯连 铸 ； 次 冷 却 ； 造 板 二 改
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在 高 拉速 条 件 下 ， 坯 温 度 升 高 ， 壳减 薄 ， 易 铸 坯 容 产 生铸坯 鼓肚 、 内裂 、 偏析 等缺 陷 。因此 ， 实际 生产
济钢板坯连铸机二次冷却优化改造的实现
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２ 二冷结构 的优 化改造
维普资讯
２ ０ 年第 ３ ０８ 期 总 第 １７期 ２
冶 金
动 力
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冷却水对铸坯质量的影响
连铸机冷却水对铸坯质量的影响一、一冷水控制1、水温结晶器进水温度过高会使热面温度提高，减小结晶器传热效率，容易产生渗钢、粘连等事故；结晶器水温过低，会使坯壳冷却过强，造成坯壳在结晶器内凝固收缩量增大，容易产生振痕深和表面横裂等缺陷。
水温差一般控制在5-6℃，不大于10℃，过小会造成铸坯宽面纵裂。
2、水流速水流速一般控制在6-12m/s，水速增加，可明显降低结晶器冷面温度，避免间歇式地水沸腾，消除热脉动，可减少铸坯菱变和角部裂纹。
但是水速超过一定范围时，随着水速增加热流量增加很少，但系统阻力增加很多，因而水速过大也没有必要。
3、水质当大量的热量通过铜壁传给冷却水，铜板冷面温度有可能超过100℃，使水沸腾，水垢沉积在铜板表面形成绝热层，增加热阻，热流下降，导致铜壁温度升高，加速了水的沸腾，严重影响铜板传热，对振痕、脱方、偏离角内裂和漏钢都有不利影响。
所以，结晶器必须使用软水，其总盐含量不大于400mg/l，硫酸盐不大于150mg/l，氯化物不大于50mg/l，硅酸盐不大于40mg/l，悬浮质点小于50mg/l，质点尺寸不大于0.2mm，碳酸盐硬度不大于1-2°dH, pH值为7-8. 4、水流量结晶器的最大供水量，对于板坯和大方坯，每流为500-600m3/h，对于小方坯为100-150m3/h。
异形坯腹板裂与板坯宽面纵裂一样都与凝固初期冷却强度过高有关。
弱冷却有利于减少纵裂。
当结晶器冷却水量从180-210 m3/h减少到100m3/h时，腹板裂纹减少。
当结晶器喷淋水从6m3/h减少到4m3/h时，纵裂减少。
二、二冷水控制1、冷却强度在整个二冷区应当采取自上到下冷却强度由强到弱的原则，要避免铸坯表面局部降温剧烈而产生裂纹，故应使铸坯表面横向及纵向都能均匀降温。
通常铸坯表面冷却速度应小于200℃/m，铸坯表面温度回升应小于100℃/m。
同时铸坯在矫直时要避开700-900℃的脆性温度区，以免产生横裂纹。
板坯连铸机自动控制
字量 采用 ３ ２点 Ｄ ／ Ｏ模 块 ，模 拟 量 输 入采 用 ８点 Ｉ Ｄ Ａ 模 块 ，模 拟 量 输 出采 用 ４点 Ａ Ｉ Ｏ模 块 ，高 速 计 数 模 块 Ｆ 计 数 器用 于 铸 坯 跟 踪 、测 长等 ；采 用 Ｍ Ｐｏ ｂ ｓ Ｄ 现 场 总 线 技 术 ， Ｐ Ｃ 的 编 程 软 件 ｒｆ ｕ — Ｐ ｉ Ｌ
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连铸二冷工艺设计及过程控制教材
铸机辊列辊缝设计意义
四。辊列设计不当/对弧不良后果（图） 1）铸流不畅、铸坯机械应力应变大，导 致行坯不稳、结晶器液面波动大等 2）鼓肚应变与变形 3）不对中应变
铸机辊列辊缝设计意义
五。辊缝设计不当的后果 1）辊缝过大（辊缝锥度小） —坯形不保 —鼓肚应变大、中心疏松、中心偏析级别高 2）辊缝过小（辊缝锥度大） —拉坯阻力大 —铸坯变形抗力大、辊子及其轴承座载荷大 —铸坯蠕变宽展大 —坯壳接触导热强度大，表面温度起伏大
2011年4月
板坯连铸辊缝设计与 控制技术
张家泉 北京科技大学钢铁冶金系 jqzhang@
139 1117 1237
提纲
➢ 铸机辊列与辊缝设计的意义 ➢ 铸机辊缝控制技术的发展 ➢ 辊间距/辊缝设计的依据 ➢ 连铸过程钢凝固与收缩的特点 ➢ 钢铸态热膨胀特性 ➢ 连铸过程钢坯的热—力学行为（宽展及其控制） ➢ 板坯连铸基础辊缝设计与动态轻压下辊缝控制
钢的凝固温区
液相线温度
固相线温度
1530 1517 1523 1520 1517 1515
1496 1453 1474 1470 1454 1456
算例：断面1280×210mm； 钢种Q235A；
拉速1.6m/min
温度，℃
坯壳厚度，mm (自然收缩量×40，mm)
1550 1500 1450 1400 1350 1300 1250 1200 1150 1100 1050 1000
基础辊缝 进出辊缝 收缩辊缝
收缩辊缝 收缩辊缝
231.0
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
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【 编 辑 ：刘 雷】
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２ ｏ １ ３ 年１ 月 ｆ 中国 设备工程
４ ７
零 撼
菽
改造与更新
路的 Ⅱ～ Ⅶ区。各 回路设有独 自的控制系统 ，主要对冷却水流 量 ，冷却气压力进行调节控制 ，水流量检测采用 电磁流量计 ， 冷却水及气压力检测采用压力变送器 ，测量信号经相应的变送 器转换后送至Ｐ Ｌ Ｃ ，由Ｐ Ｌ Ｃ 进行Ｐ Ｉ Ｄ 调节控制 ，当压力达到低限 时 ，由Ｈ ＭＩ 监控画面进行报警显示 。采用热电阻测量二次冷却 水进水 温度 ，并将温度值送￣ Ｉ Ｊ Ｐ Ｌ Ｃ ，在Ｈ ＭＩ 监控 画面上显示。 五、 Ｐ Ｉ Ｄ调节 调节器 的作 用是把测量 值和给定 值进行 比较 ，得 出偏 差后 ，根据 一定 的调节 规律产 生输 出信号 ，推 动执行 器 ， 对生产 过程进行 自动调节 。由于普 通的 调节器 存在不 能达 到调节 过程平稳准 确 ，不能｝ 肖除静差等缺 点 ，所 以在 板坯
二次冷却水控制系统的情 况。 关键词 ：水 冷系统 ；二次冷却水 ；动态控制 ；Ｐ Ｉ Ｄ 调节
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３
引 言
文 献标 识 码 ：Ｂ
一
、
因此 ，必须控 制铸坯表 面温度 ，使其尽 可能达 到横 向温度
一
２ ０ ０ ５ 年唐 钢投产 的 １ ７ ０ ０ 板 坯 连 铸 机 是 由 我 国 首 次 自行 研 究 、设 计 、安 装 、 调 试 的 完 整 的 带 钢 热 连 铸 三 电 系 统 ，
的定时正压 喷吹清 洁 ，基本 上无需人 工拆卸切 割鼓轮 进行
清洁吸附孔及气流通道 。
３ ． 在配 气 阀和切割鼓 轮 的轮芯上 增加 了两个 轴承 （ ３ 和 ６ ） ，增加 了切割鼓轮的支撑刚性 。
参考文献 ：
［ １ ］ 董祥云． Ｙ Ｊ １ ７ 一 Ｙ Ｊ ２ ７ 卷接机组［ Ｍ ］ ． 中国科学技术出版社出版 ，２ ０ ０ １ ． ［ ２ 】 常 德烟草机 械有 限责任公 司． Ｙ Ｊ ２ ７ 型滤 嘴接装机 使用说 明书 【 Ｍ 】 ．
２ ０ ０ ６
４ ． 改进型切割鼓轮装配时鼓 轮轴 向定位简易 ，较原切割 鼓轮装配时需调整进气盘和配气盘间隙的工作量减少许多 。
四 、 改进 效 果
１ ． 从 根本上 杜绝 了原 机切割鼓 轮缺滤 棒 的问题 ，避 免 了烟支体剔 除消耗 。
收稿 Ｅ ｔ 期 ：２ ０ １ ２ — ０ ９ — ０ ９
确定 ，对喷淋水的控制是影 响铸坯质量 的重要 因素 。
三 、 二 冷 水 控 制 方 法
（ 简称二冷水） 系统在板坯连铸生产 中对铸坯表 面质 量和 内部
质量有显著 的影 响。
二 、二 次 冷 却 的重 要 性
二次 冷却 水控制 调节 分 为静 态控 制和 动态 控制 两种 。 唐钢 １ ７ ０ ０ 板 坯连铸 二次冷却水 控制调 节采用 动态控 制 ，一
改 造 与更新 文章 编号 ：１ ６ ７ １ — ０ ７ １ １（ ２ ０ １ ３ ）０ １ — ０ ０ ４ ７ — ０ ２
投
版
板 坯 连 铸 二 次 冷 却 水 自动控 制
梁 云
（ 唐钢 自动化公 司 ，河北 摘 唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ０ ）
要 ：介绍 了唐钢 １ ７ ０ ０ 板坯 连铸机水冷 系统 的组成 ，着重 阐述了二次冷却水 在板坯连铸 中的重要性及
２ ． 将切 割鼓轮 的支撑 由原来 的单悬臂 轴支撑 改为双 支 撑 ，使切割鼓轮的运转更 稳定 。
３ ． 减少 了设备维 护工作量 、提 高了生产效率 。 ４ ． 新切 割鼓轮 的装配工作 简易快 捷 ，减少 了维 修工作
量。
上 原有 的鼓 轮正压 清洁控制 系统实现 切割鼓轮 滤棒 吸附孔
据 拉 速 自动 配 置 各 回路 水 量 。 式 中 ：Ｑ ——ｉ 区 的喷 水 量 ；Ｌ ／ ｍ ｉ ｎ ；
— —
拉 速 ，ｍ ／ ｍｉ ｎ ；
、
ｂ 、Ｃ — — 动态配水 的基本参数。 ｉ
（ ３ ） 目标表面温 度控制法 。考虑 了钢种 、拉 速及浇 注状 态 建立 数学模 型 ，根据建 立 的数学模 型计算 出 目标 温度 ，
式中 ：９ ——二次冷却总水量 ，Ｌ ／ ｍｉ ｎ ；
— —
拉速 ，ｍ ／ ｍ ｉ ｎ ；
ａ 、ｂ — — 系数 。
（ ２ ） 参数控 制 。建 立符合 Ｑ ． ＝ ｃ ｔ ｉ Ｖ ２ ＋ ｂ ＋ ｃ ＿ 的数学 模型 ，将 ｎ ｉ 、ｂ ， 、ｃ ｉ 参数存入计算机 ，浇注时选取对 应钢种的参数 ，根
致 ，纵 向温度 均匀 降低 ，防止铸坯表面裂纹或 中间裂纹 ，
或 扩 大 原 有 的各 种 裂 纹 。 铸 坯 的 表 面 温 度 通 常 由 喷 水 流 量
是一项 多层次 、大 规模 、复 杂的 系统 工程 。在该控 制系统 中 ，水 冷系统 占据 着相 当重 要的地位 ，尤其 是二次冷 却水
般 有 三 种 控 制方 法 。
二 次冷却技术 是板坯连 铸 的关 键技术 之一 。铸坯表 面
（ １ １比例控 ） 制 。即二 次冷却水 量与拉 速成一 定 比例 的控 制。通 常表示为 ： Ｑ ＝ ａ Ｖ ＋ ｂ
裂 纹 、内部 裂纹 、铸坯 鼓肚 、中心偏析 和中心裂 纹等缺 陷 的形成 与二 次冷却 有 紧密联 系 。尤 其是 在高拉 速 条件 下 ， 铸坯 温度升 高 ，坯壳减 薄 ，容 易产生铸坯 鼓肚 、内裂 、偏 析等 缺陷 。因此要求二 次冷却控 制以减轻 或防止 高拉速 引
起 的铸坯鼓肚 、内裂等缺陷。 在板坯 二次冷却 段 内，铸 坯处 于凝 固过程 ，这时铸坯 强度 低 、塑性差 ，特别是 在 固液界 面处 ，容易 产生 裂纹 ， ２ ． 改进 型滤棒切 割鼓轮在 切割鼓 轮配气 阀上设计 增加 了滤棒 吸附孔定 时正压 喷吹 自洁装置 ，其利 用Ｙ Ｊ ２ ７ 接装机