板坯连铸二冷水控制模型_郗安民
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
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
成果简介
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。
欲得到优质铸坯，重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度，而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯，使铸坯表面温度保持在允许的范围内，对提高连铸坯的质量和连铸生产具有重要的作用。
原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题，主要是以济钢板坯连铸机二冷控制为研究对象，应用二维传热数学模型，建立了板坯连铸机二冷配水计算模型，编制了二冷配水计算软件，完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统，实现了对连铸二冷配水的在线控制。
本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统，结合现场具体条件，利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型和计算软件，计算配水参数，实现二冷水自动控制，从而确保连铸机高的产量和良好的质量。
经济效益及市场分析
本项目自1995年开发以来已与多家钢厂合作，如济钢、武钢、鞍钢等，连铸二冷配水自动控制系统投入应用后，铸坯质量明显改善，效果非常显著。
圆坯连铸动态二冷水控制模型的研究
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Ｐ Ｌ Ｃ 计算 出水量来进行Ｐ Ｉ Ｄ 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Ｍ ｖ 值不经 过Ｐ Ｉ Ｄ 运算 ，通过 操作人 员操 作 鼠标 （ 或键 盘） 改变 值 ，调 节 阀门开度 。在 计算机 系统 故障时 也可用控 制柜上 的后各 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 ： ‘
Ｉ 一 学 熏燕…………………………．
圆坯连铸 动Biblioteka 二冷 水控制模 型的研 究 山钢 集 团莱芜分公 司 自 动化部 毕研 然
【 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，Ｚ － 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 ２ Ｏ 秒） 计 算 出每 Ｖ － ＇ Ｊ ＇ 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８ ０ 年 代 中后期 ，欧 洲 、 日本 以及 美 国 的一些 先进 的连 铸机 己逐 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
矩型坯连铸机二冷水控制模型的研究与应用
注 到 成 材 需 要 经 过 两 次水 冷 却 ， 即 一 冷 次
却 和 二 次 冷 却 。 次 冷 却 是 由 结 晶 器 来 完 一 成 ， 水 在 这 个 阶 段 冻 结 成 型 ， 后 钢 坏 进 钢 然
入 二 冷 区 ， 次 冷 却 在 整 个 连 铸 生 产 中 尤 二
坯 连 铸 机 等 一 采 用 温 度 推 算 动 态 控 制 法 般
Ｋｅ Ｗ ｏ ｄ： ｃ ａ ｇｕ ａ ｂ ｌｅ ｃ ｎ ｉ ｏ ｃ ｓ ｉ ｇ ｍ ａ ｈｉ ｅ ｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｏ ｌｎｇ ｏ ｒ ｌ ｍｏ ｅ ｙ ｒ Ｒｅ ｔ ｎ ｌ ｒ ｉｌ ｔ ｏ ｔ ｎｕ ｕｓ ａ ｔ ｎ ｃ ｎ ｅ ｏ ｄ ｒ ｃ ｏ ｉ ｃ ｎｔ ｏ ｄｌ
１概述
目前 ， 内 钢 厂 的 铸 坯 生 产 大 多 都 采 国
用 立 弯 梁 式 连 铸 机 ， 类 型 的 连 铸 机 从 浇 该
出 最 合 适 的 冷 却 水 量 。 二 十 世 纪 ８ 年 代 在 ０ 中 后 期 ， 洲 、日本 以 及 美 国 的 一 些 先 进 的 欧 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
当 Ｖ＜ ０４ ｒｉ 时 ， ＝Ｏ Ｑ＝Ｂ． ．ｍ／ ｎ Ａ ， ． ａ
当 Ｖ＞ ０ ４ ｒｉ 时 ， ； ， ．ｍ／ ｎ Ｂ＝０ Ｑ＝Ａｉ （） ａ × ３ 式 中Ｑｉ 一 二 冷 区 各 段 水 量 ， ｍｉ ～ Ｌ／ ｎｌ
Ｖ一 一 拉 速 ， ｍ／ｍｉ ｎ； ＡｉＢｉ 一 各 段 的 配 水 参 数 。 、 一 拉 速 小 于 ０． ｍ／ｍｉ ４ ｎ时 ， 冷 水 量 Ｑｉ 二 等
Ｑ＝Ａ Ｖ＋Ｂ ｘ
板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究的开题报告
板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究的开题报告
标题：板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究
研究背景和目的：
板坯连铸是铸造板材的重要工艺之一，具有高效、高品质、低成本等优点，在钢铁制造中应用广泛。
然而，连铸过程中不同的熔体温度、凝固速度和冷却率等因素会
影响板材的形态、质量和性能，因此需要开展相关研究，探索优化连铸过程的方法。
在板坯连铸过程中，二冷和轻压是常用的控制手段，可以改善板材的宽度差、结晶器压力和质量等问题。
研究板坯连铸动态二冷和轻压下的建模和控制，有助于优化
板材形态和质量，并提高生产效率和经济效益。
研究内容：
本研究旨在开展板坯连铸动态二冷与轻压下建模及控制的研究，具体研究内容包括：
1. 分析板材连铸过程中的温度、凝固和形变等因素，建立板材连铸的动态二冷和轻压模型，研究模型参数对板材形态和质量的影响。
2. 采用数值解法，对板材连铸的动态二冷和轻压过程进行仿真，分析不同控制参数对板材形态和质量的影响。
3. 基于仿真结果，设计合理的板材连铸动态二冷和轻压控制策略，建立控制系统框架，实现连铸过程的自动化控制。
研究意义：
本研究可以深入探索板坯连铸的动态二冷和轻压控制方法，优化板材形态与质量，提高生产效率和经济效益，具有重要的实际应用价值和学术意义。
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
图 1 连铸坯凝固示意图
2.1.1 凝固传热微分方程 传热一维平衡方程为：
ρCeff
∂T ∂t
=
∂ ∂x
(λ
∂T ∂x
)
式中， ρ 为密度； λ 为导热系数；固液两相区密度及比热取固相与液相平均值； ceff 为等效比热，
Ceff
= cp
−
L
∂fs ∂T
⋅ ⋅ ⋅ (TS
-T
- TL ) ， cp
为比热；t
本文通过建立二冷段凝固过程的数学模型，提出了一种结合有效拉速模型与目标表面温度模型两种动态 控制模型的方法，考虑铸坯生成时间，并以铸坯表面温降曲线为目标，动态计算出二冷各区相应的二冷水， 进而改善铸坯表面质量及减少三角区裂纹等铸坯缺陷。
2 动态二冷模型的开发
2.1 凝固传热数学模型
现以某钢厂 1650mm×230mm 板坯连铸机为目标机型，凝固传热方程简化为一维，只计算铸坯厚度方向 的温度变化。设板坯厚度方向为 x 轴，拉坯方向为 z 轴，考虑到铸坯及其冷却的对称性，取厚度一半为研究 对象。连铸坯凝固示意图如图 1 所示。
Qi = f (Vcial )
2.2.2 目标温度控制模型 目标表面温度动态控制考虑钢种、拉速及浇注状态，由二冷配水控制数学模型每隔一段时间计算一次铸 坯的表面温度，并与考虑了二冷配水原则所预先设定的目标表面温度进行比较，根据比较的差值结果给出各 段冷却水量，以使得铸坯的表面温度与目标的表面温度相吻合。 水量的调节按照如下方法实施:
P −1
]
板坯连铸二次冷却水自动控制
【 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 。
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
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。
连铸二冷水过程控制系统
连铸二冷水过程控制系统
魏巍巍
【期刊名称】《天津冶金》
【年(卷),期】2013(000)0z1
【摘要】介绍了天津钢铁集团有限公司炼钢厂4#板坯连铸机二次冷却水控制系统的总体结构,说明了二冷水控制的复杂性和重要性,比较了L1设定表(SPEEDTAB)控制和L2动态配水模型(DYNACS)控制方式的作用效果,并对两种控制方式进行了深入的分析和研究.为了实现工艺对连铸二冷水流量的控制,仅用基础自动化层的设定表设定值控制不能满足要求,需要用二冷水控制模型对不同工艺要求的各区域水流量进行设定,通过L2的模型计算配水量的设定值,并将设定值下传到L1中,由L1执行.使用二冷水过程控制系统更好的实现二冷水量的合理分配和控制,从而最终实现提高板坯质量的目的.
【总页数】4页(P69-71,75)
【作者】魏巍巍
【作者单位】天津钢铁集团有限公司炼钢厂,天津300301
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于西门子PLC S7-300连铸机二冷水控制系统设计及仿真 [J], 陈旭;龚璐
2.连铸二级二冷水控制系统 [J], 王国强
3.基于S7-300 PLC和WINCC的连铸机二冷水控制系统分析 [J], 汤中敏;何佳英
4.自动控制系统在连铸机二冷水改造系统上的应用 [J], 任里刚;
5.连铸机二冷水动态控制系统研究与应用 [J], 杨叶
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板坯连铸二冷配水模型及控制策略研究
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ １ — ２ ４
作者简介 ： 王明毅（ １ ９ ７ ２ 一 ） ， 电气工程师 ， 从事 电气管理 与维护 工作 。
５ ２ ｌ Ｗ Ｗ Ｗ ． ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｅ ｔ ． ｎ ｅ ｔ Ｉ 电工技术
Ｄ Ｃ Ｓ系统 在已知拉速 、冷 却水量 等条件下 ，Ｂ Ｐ神 经 网络模 型 的准 确性 与学习样本 的关 系很 大 ，Ｂ Ｐ神经 网络的学 习样本均 来 自现场采集值 。 本文在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ中建立一个前 向型 Ｂ Ｐ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 。Ｂ Ｐ神经 网络 结 构如 图 ３所示 。 验证结果如图 ５ 所示 。
Ｐ Ｌ Ｃ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
２ Ｂ Ｐ神 经 网络
Ｂ Ｐ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 。Ｂ Ｐ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 Ｂ Ｐ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 Ｂ Ｐ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 。 Ｂ Ｐ神经网络模型是对二 冷区板坯传热过 程的一种逼近 ，
方坯连铸机二冷水动态控制
方坯连铸机二冷水动态控制摘要：为了提高方坯连铸机二冷水的动态控制水平，需要对方坯连铸机二冷段配水进行研究和分析，探讨其对铸坯质量产生的影响。
与此同时，需要从钢种、铸坯断面以及拉速等不同因素出发对二冷段配水量的控制方法进行自动调节。
这样可以对二冷水进行有效的动态控制。
关键词：方坯连铸机；二冷水；动态控制前言某炼钢厂所使用的方坯连铸机为钢性引锭杆形式，二冷段以三段供水模式为主。
在供水过程中，供水结构是框架式弧管直接进行供水。
因为方坯断面相对较大，再加上不同钢种对二冷水的需求存在一定差异。
因此，需要加强二冷水控制工作，对原有的系统进行改进，可以提高二冷水动态控制水平。
1.二冷水确定过程在二冷区的二冷水具体分布要求是要确保铸坯的表面温度在出坯方向能够均匀下降。
在对水量进行分配时，必须以钢种、铸坯尺寸以及拉速等为基础进行确定。
对二冷水确定进行分析时，需要从以下方面出发：第一，确定水量。
因为不同的钢种产生的裂纹敏感性存在一定差异，而裂纹敏感性与其冷却强度是相对应的。
一般情况下，在确定二冷水量时，需要利用计算公式：。
在式中Q表示的是二冷水量单位为L/min；表示的是铸坯的断面，单位为m2；V表示的是拉速，单位为m/min；表示钢种密度，单位为kg/m3；表示冷却强度，单位为L/kg。
在实际计算过程中，需要根据某炼钢厂连铸机浇筑钢种的具体情况确定用水量[1]。
第二，水量分配。
因为铸坯在二冷段凝固速度以及时间的平方根存在反比关系，因此，在二冷区各段冷却水量需要根据时间的平方根倒数对其进行比例递减。
拉速相同时，拉坯时间与铸坯的长度为正比关系，二冷区各段水量分配可以利用以下公式进行计算：在公式中Q1到Qn指的是二冷段的冷却水量，L/min；H1到Hn表示的是不同而冷端中点到结晶器液面的距离，m。
1.方坯连铸机二冷水动态控制过程在对二冷水进行动态控制时，需要从拉速调节水量、钢水温度修正水量以及钢坯温度调节水量等方面出发，保证二冷水动态控制效果。
板坯连铸机二次冷却水量对铸坯质量的影响与控制措施
107科学技术Science and technology板坯连铸机二次冷却水量对铸坯质量的影响与控制措施闫 彪（河北钢铁集团 唐钢信息自动化部，河北 唐山 063000）摘 要：随着世界科技不断进步，现代化企业越来越重视工业自动化的发展，在重型钢铁冶金企业里，自动化设备不仅能有效减低人工劳动强度，更能够在过程控制中达到更精准，更平稳，更迅速的级别，使产品生产的质量和效率远远超过传统的生产方式，但是，先进的设备控制过程也相对复杂，稳定高效的运行，是带来生产效益的必要条件。
自动化设备主要由硬件和软件两部分组成，质量可靠的硬件和完善高效的算法，是生产平稳进行和质量品控的可靠保障。
关键词：工业自动化；钢铁冶金企业；自动化设备中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）05-0107-2收稿日期：2019-05作者简介：闫彪，男，生于1980年，天津人，本科，冶金自动化工程师，研究方向：电气自动化。
在现代大型钢铁企业里，生产环节主要包含炼焦，炼铁，炼钢，连铸，轧钢。
其中连铸环节的作用就是通过结晶器、扇形段拉矫机等设备，使1600℃左右的高温液态钢水，冷却凝固成为固态的板坯，以供轧机轧制。
其中结晶器的作用是先生成表面坯壳，而板坯壳内的液心则需要在扇形段拉矫机的二次冷却水下进行逐渐冷却凝固。
图1 板坯连铸机二次冷却水量过程1 连铸机二次冷却水的冷却过程概述二次冷却水是通过在扇形段内弧和外弧均匀分布的喷淋水嘴，与高压气体混合后喷射在红热铸坯表面，再通过铸坯外壳逐渐传导内部液心，以达到整个铸坯冷却凝固的目的。
根据生产工艺要求，不同的钢种对应不同的冷却程序，即冷却水表，扇形段从上到下的每个区域对水量大小也有严格要求，并且随着铸坯拉速的改变，水量也会自动根据实时拉速，进行相应的调整。
这个调整过程的控制，是一个闭环的控制，通过流量传感器采集到的水量信号，以模拟量传回PLC 输入模板，比较与设定水量的大小，从而判定水阀的开度，再通过输出模板将模拟信号传到现场的气动控制阀门。
中薄板坯连铸二冷动态控制模型的研究
中薄板坯连铸二冷动态控制模型的研究中薄板坯连铸是铸造工艺中的一种重要方法，它可以直接高效地将熔融金属浇铸成板坯，应用广泛于钢铁行业。
连铸过程中，二冷段是冷却板坯的关键环节，其冷却控制直接影响板坯质量和产能。
因此，建立中薄板坯连铸二冷动态控制模型具有重要的理论和应用价值。
首先，需要建立二冷段的数学模型。
该模型需要考虑多种参数，如板坯厚度、温度分布、冷却介质等因素，并基于能量守恒和热传导原理建立方程组。
通过对方程组求解，可以得到不同参数下板坯的冷却情况，为后续的控制策略提供基础。
其次，需要设计二冷段的控制策略。
根据数学模型的求解结果，可以确定控制目标和控制变量。
常见的控制策略有PID控制、模糊控制和神经网络控制等。
这些控制策略可以根据具体的需求进行调整和优化，以实现板坯的理想冷却效果。
此外，还需要对控制系统进行进一步的改进与优化。
例如，可以引入先进的控制器、传感器和执行机构，提高控制系统的稳定性和精度。
同时，还可以利用模拟仿真软件对系统进行测试和验证，减少实际操作的风险和成本。
最后，需要对模型和控制策略进行实际应用与验证。
将建立的动态控制模型应用于实际的中薄板坯连铸生产线上，对冷却过程进行实时监测和控制。
通过与传统的手动控制相比较，评估该模型的控制效果和经济效益。
总之，中薄板坯连铸二冷动态控制模型的研究涉及多个方面的知识和技术，需要综合考虑冷却过程的各种参数和控制策略。
通过建立合理的数学模型和控制系统，可以实现对板坯冷却过程的精确控制，提高产品质量和生产效率。
对于铸造行业的发展和优化具有重要的意义。
转载矩型坯连铸机二冷水控制数学模型的实现
转载矩型坯连铸机二冷水控制数学模型的实现矩型坯连铸机二冷水操纵数学模型的实现[2006年11月15日]关键词：操纵,冷却,冷却水,冷水,二次,钢坯,连铸机,结晶器,方法,1 概述目前钢铁生产厂的铸坯生产大多都采纳立弯式连铸机，该类型的连铸机从浇注到成材需要通过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。
一次冷却是由结晶器来完成，那个时期的目的是使钢水冻结成型，然后钢坯进入二冷区，二次冷却水在整个连铸生产时期是最重要的，它的冷却成效直截了当阻碍着钢坯的质量。
依照钢坯的规格，对二次冷却水的要求也是不一样的，本文要紧介绍大方坯连铸机的二次冷却水模型。
2 二冷水的工艺简介及操纵思路钢水从钢包注入中间罐后，经由水口进入结晶器进而冻结成型，然后在引锭杆的牵引下钢坯进入二冷区。
二冷水的操纵方式依照现场实际工艺要求（包括钢种、规格、质量等要求），理论上确定沿浇铸方向推测凝固厚度梯度和温度分布变化，与实测表面温度和拉速来操纵冷却水的流量和压力。
再通过PID调剂对钢坯进行不同程度的冷却。
3 二冷水数学模型的操纵方式第一要对矩形坯连铸机的生产工艺特点及设计操纵系统的优缺点进行具体的分析，把握各设备的操纵方法和操纵参数，然后确定相应的运算方法。
3.1 二冷水操纵方法配水系统分为结晶器冷却水和二次冷却水两大部分，结晶器冷却为全水冷却，分为宽窄两个回路，水量不同；二次冷却水分四段进行配水操纵，即足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段,共分为七个回路。
其中足辊段为全水冷，单一回路。
其他三段为水汽喷雾冷却，依据内外弧和窄边分为六个回路。
结晶器水量为固定参数，不予调剂。
二冷各段采纳水表操纵。
各回路二冷水量分配比:4.2 要紧实验理论上较理想的配水曲线应该是一条二次曲线：Q=aV2+bV+c，但实际上运算a、b、c系数是十分困难的，因此一样用折线仿真曲线的方法进行配水操纵，即每一段的配水依照拉速的变化运算公式为：V---拉速M/分；Qi---各段水量L/分；Ai,Bi----二冷配水参数，随冷却方式和铸坯断面不同而不同。
八钢一号板坯连铸机二冷水量的优化
八钢一号板坯连铸机二冷水量的优化发表日期：2007-10-26 阅读次数：180摘要：采用具有较强通用性的板坯连铸过程静态仿真软件CCPS OFFLINE，以新疆八一钢铁集团一号板坯连铸机为分析对象，针对Q235B钢和08A1钢的浇铸进行了二次冷却水量的优化设计，并在实际的浇钢过程中加以了应用。
生产结果表明，二冷水量优化后对应的铸坯质量(尤其是三角区裂纹)较之优化前有了明显的改善，说明通过板坯连铸凝固传热仿真计算获得的优化二冷水量具有较好的合理性和适用性，该仿真软件可广泛地应用于板坯连铸机的二冷设计之中。
关键词：板坯连铸机；二次冷却；仿真软件；优化设计新疆八一钢铁集团(以下简称八钢)一号板坯连铸机自2006年5月投入试生产以来，浇铸生产较为顺利，同时在不断优化调整二冷水量的过程中，出现了三角区裂纹等质量缺陷。
从三角区裂纹形成的机理方面(板坯宽度方向上横向冷却的不均匀性导致铸坯内部和表面同时存在着数个相互邻接的高温区和低温区，具体数目取决于喷嘴的布置及其冷态特性，当低温区基本凝固时，高温区依然会存在着一定数量的液相钢，此时若连铸机扇形段的对弧精度不高且辊缝设置不合理以致铸坯鼓肚严重，则残余液相就将会使初生坯壳发生变形，当凝固前沿所受拉应变超过临界值时，凝固坯壳即会撕裂，若相邻钢液不能进行充分填充，则将形成裂纹)进行分析，可初步判断出该铸机可能存在着以下两个方面的问题，即：(1)二冷工艺方面二冷强度过大，矫直区铸坯温度处于钢种的脆性温度区间(700～900℃)；拉坯方向上二冷水量分配不合理；铸坯宽度方向上二冷强度分布不均匀，角部过冷严重；钢种成分波动较大，尤其是对裂纹敏感性影响较大的元素(如[C]、[S])。
(2)机械设备方面喷嘴发生堵塞或因腐蚀发生性能参数的变化；扇形段对弧精度不够或辊缝设置不合理，导致铸坯产生较大的内部应力；夹辊布置不合理，铸坯鼓肚现象严重。
对于三角区裂纹来说，二冷工艺往往是影响最大的因素，欲对其加以有效抑制，则必须对二次冷却系统进行合理的设计，包括二冷喷嘴的选型和布置、纵向水量分配以及二冷强度(比水量)设定等。
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H
t+ i
1=
H
t i
+
$
t×K
(
T
t i+
1-
2T ti+
Q×$x 2
T
t i
-
1)
中心节点:
( 0< i< N ) ( 6)
H
= t+ 1
i
H
ti+
2K Q$ x 2
(
T
t i-
1-
T
t i
)
( i= N )
( 7)
表面节点:
H
= t+ 1
i
H
ti+
2K$t Q3;
·2 8 · 重 型 机 械 2000 N o. 1
板坯连铸二冷水控制模型
北京科技大学 郗安民 曹天明 刘 颖
摘要 运用连铸和传热学理论, 建立板坯传热微分 方程, 采用数值计算技术求解微分方程, 对其解 进行二次回归处理, 得到了板坯连铸二冷水拉速串级配水控制模型。
热量( dy dz 面) , 然后代入热平衡方程, 化简后得:
QC
Tt +
QV C
T z
-
x
KTx
=0
( 2)
为简化凝固潜热给 解微分方程带来的 复杂 性, 取微元体相对速度为零, 采用转换热焓法表 示, 把 dH = CdT 带入上式得:
QHt =
x
KTx
( 3)
微分方程的初始条件 t= 0 x = 0时, T 0 = T c ( 浇注温度) , 二冷区的边界条件为:
Descriptors slab continuous cast ing, secondary cooling water, cont rol, computer em ulation
1 前言
二冷水控制是连铸集散控制系统的重要组成 部分, 二冷水的控制直接影响铸坯 的内部和外部 质量。像内部裂纹、表面裂纹和铸坯鼓肚等缺陷均 与配水质量有关。二次冷却的控制方法有人工配 水方法、比例控制法、拉速串级配水控制法、目 标表面温度动态控制法和温度反馈控制法。本文 选择了实用的拉速串级配水控制法, 研制了一种 板坯连铸二冷水控制模型。
温 度 /℃ 33. 80 34. 17 34. 34 34. 50 34. 75
回 路 4
水 量 温 度 / L / m in / ℃
平均热流 密度 qp / kW/ m2
瞬时热 流密度 Bs 值
416. 3 33. 65 951
33 6
416. 3 34. 05 980
35 7
413. 7 34. 14 1026
37 1
416. 2 34. 35 1047
38 9
416. 2 34. 60 1087
40 0
表2 钢种 Q 235、断面220mm×1000mm 铸坯 仿真结果表
拉速/ m / min
0. 6
0. 7
0. 8
0. 9
Q1
Q2
Q3
二冷
Q4
水支
Q5
路水
Q6
量/ L
Q7
Q8
Q9
Q 10
总水量 Q/ L
计算程序由一个主程序和结晶器传热、二冷 区传热、热焓温度转换、钢密度、导热系数五个 子程序组成。以一个生产品种为例, 计算其不同拉 速下的配水量 ( 表2) 。
·3 0 · 重 型 机 械 2000 N o. 1
表1 不同拉速下结晶器的平均热流密 度
1. 0 28. 65 1526. 0 34. 75
回 路 2
水 量 / L / min 406. 2 406. 2 406. 2 406. 2 406. 2
温 度 /℃
33. 60 34. 10 34. 24 34. 45 34. 60
回 路 3
水 量 / L / min 1417. 5 1417. 0 1417. 5 1417. 5 1417. 5
方程组。
3 微分方程的离散处理
铸坯凝固过程是一个不稳定的传热过程, 用 解析法求解是非常困难的。本文利用计算机采用
有限差分法求解。
3. 1 微分方程的离散化 在结晶器弯月面以下1/ 2厚度的区域取一薄
片, 将它分成许多相等的网格, 如图2所示。设 e 为 1/ 2铸坯厚度, 分成 N 个节点, 则空间步长 $X = e/ ( N - 1) , $ Z= v×$t , v 为拉速, $t 为时间步 长。区域内离散化的每个节点, 都集中周围区域的 热容。小格子中心温度代替整个格子温度, 一系列 离散节点温度代表着连续区域的温度分布。节点 i 在 t 时刻的温度表示为 T ti。经推导, 各节点离散以 后的差分方程为:
2 一维板坯传热微分方程
2. 1 建立坐标系 如图1所示, 设板坯厚度方向为 X 轴, 宽度方
向为 Y 轴, 拉坯方向为 Z 轴, 建立直角坐标系。考 虑到铸坯冷却的对称性, 取1/ 2厚度断面为研究对 象。
在建立板坯传热微分方程之前, 作如下假设: 忽略拉坯方向 ( 垂直方向) 传热, 忽略板坯宽度 方向传热, 简化为一维传热; 假定液相穴是停滞 的; 考虑液相穴对流传热的影响, 取液相穴的传 热系数为固相传热系数的4～7倍; 各相的密度、传 热系数视为常数; 假定结晶器钢水温度与中间包 温度相同; 连铸机同一冷却段冷却均匀; 沿铸坯
微元体的热量= 接收热量- 支出热量 ( 1) 按照传热学理论, 推导出钢流从顶面带入微 元体的热量( dx dy 面) 、铸坯中心传给微元体的热 量 ( dydz 面) 、微元体内储存的热量、微元体向下 运动带走的热量 ( dx dy 面) 和微元体侧面传走的
2000 No . 1 重 型 机 械 · 2 9·
1-
T
t i
)
-
2$t Q$ x
õq
( i = 0) ( 8)
稳定和收敛条件:
K$ QC$
t x
2
≤
1 2
( 9)
上面四式就组成了板坯传热差分模型方程组。
图2 网格划分示意图
3. 2 确定物性参数 根据理论分析、参考文献、材料特性和现场
实测数据, 分别确定液相线、固相线温度, 过热 度, 各冷却区的导热系数, 热焓, 密度, 结晶器 的热流密度, 二冷区的综合传热系数和各生产品 种的目标表面温度值。其中结晶器的瞬时热流密 度 Bs 反映结晶器的传热速率, 按照前人经过大量 实验归纳出的计算公式和我们现场实测的有关数 据便可导出不同拉速下结晶器瞬时热流密度系数 值 ( 表1) 。 3. 3 计算配水量
0. 67 1172
22. 8 9. 6
1. 0
66. 50 99. 68 197. 12 123. 48 141. 12 176. 34 175. 00 245. 00 145. 32 203. 00 1572. 56
0. 69 1177
21. 6 10. 6
4 二冷水控制模型
通过计算机仿真程序运算, 可以得到一系列
不同钢种、不同断面、不同拉速条件下的各路二
冷水配水量, 但这些数据是不连续的, 很难直接
用于集散控制系统进行拉速串级配水, 因此必须 对数据进行处理。
根据最小二乘法原理, 编制一元高次回归方 程程序, 将同一钢种、同一断面、不同拉速下的 水量输入到回归程序中, 即可得到该钢种、该断 面下的拉速串级自动配水参数。将这些参数输入
叙词 板坯连铸 二冷水 控制模型
Abstract Using continuous cast ing t heory and heat transf er theory to establish dif ferent ial equat ion of heat transf er and using comput er emulat ion t echnology to solve the dif ferent ial equation and do the secondary regression has got the control mode of secondary cooling w ater cascade w at er distribut ion t o slab.
- KTx = q
( 4)
其中
q= h× ( T b- T W )
( 5)
上述各式中: Q为钢密度; K为钢导热系数; C
为钢比热; H 为钢的热焓; T 为温度; q 为钢坯与 冷却水之间的热流密度; h 为钢坯与冷却水之间 的综合传热系数; T b 为铸坯表面温度; T W 为二冷
水温度。
上述公式便构成了板坯一维非稳态传热微分
比水量 L / kg
铸坯出口结晶器温度/ ℃
铸坯出口结晶器厚度/ mm
液芯长度 L m/ m
36. 40 54. 60 110. 60 70. 98 57. 68 72. 10 77. 14 107. 94 48. 02 67. 34 702. 80 0. 52 1146 31. 2
6. 3
45. 36 68. 04 134. 68 86. 52 83. 30 104. 16 105. 84 148. 12 71. 82 100. 52 948. 36 0. 59 1160 27. 6
到板坯集散控制系统中, 即可完成对二冷水的拉 速串级配水控制。
本系统的二冷水控制模型如下:
Zi= A iv 2+ B iv + Ci
( 10)
式中 Zi 特定钢种、断面条件下二冷区第 i
回路配水量
A i 、Bi、Ci
特定钢种、断面条件下二
冷区第 i 回路控制模型参数 只要确定出上式中控制模型参数, 就可得到