宝钢二冷轻压下控制模型与工艺的优化

2011年9月 连 铸 增刊

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宝钢二冷轻压下控制模型与工艺的优化

张群亮, 郭朝晖

(宝山钢铁股份有限公司研究院自动化所，上海 201900)

摘 要：介绍了宝钢开发的动态二冷模型及动态轻压下模型控制技术，从原理和控制系统架构角度对模型控制技术进行了分析，并对控制模型的功能及特点进行了总结。为了便于工艺优化，宝钢还开发了连铸工艺参数辅助优化工具，实现了连铸工艺参数的计算机设计。自主研发的动态二冷及动态轻压下模型控制技术已经应用于宝钢内外多台连铸机，控制效果良好，具有很高的稳定性及可靠性。 关键词：板坯连铸；二次冷却；轻压下；模型控制；工艺优化

Baosteel's Control Model of Secondary Cooling and Soft

Reduction and Optimization of Process

ZHANG Qun-liang, GUO Zhao-hui

(Research Institute,Baoshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Shanghai 201900，China)

Abstract: The model technology of dynamic secondary cooling and soft reduction developed by Baosteel is introduced. Model principle and control system architecture are summarized, functions and features of model are also given. In order to facilitate process optimization, an assitant softeware tool for optimizing process parameters was developed, by which process parameters can be determined based on computer design. The self-developed dynamic secondary cooling and soft reduction model technology have been applied to several continous casting machines inside and outside Baosteel, desired control results were achieved with good stability and reliability.

Key words: slab casting ；secondary cooling ；soft reduction ；model control

1 引言

二次冷却和轻压下技术是连铸生产的关键技术

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，对铸坯质量影响很大。铸坯出结晶器后，外层的坯壳厚度很薄，内部全部是高温的液态钢水。进入二冷区后，在二冷水的强烈作用下，在出铸机之前完成冷却凝固过程。在二冷过程中，冷却强度以及冷却水的分布都会对铸坯质量造成影响。如果二次冷却工艺制度不合理，会导致铸坯产生角裂、表面横裂、三角区裂纹等多种缺陷。轻压下则是为改善铸坯内部质量而发展起来的一种技术，其原理是在铸坯凝固末端，通过在铸坯厚度方向上施加一定的压下量，用来弥补铸坯内部液芯凝固过程中的体积收缩，促进枝晶脱落和重熔，增加等轴晶比例，减少中心疏松和缩孔并可能促进中心裂纹的焊合，从而达到提高连铸坯中心致密度的效果。同时，一个合适的轻压下量还可以减少或避免富含溶质的浓

化钢液的流动和积聚，从而减轻板坯中心宏观偏析的程度。

过去的二冷喷水控制和轻压下控制主要使用静态控制方式。静态控制参数一般事先根据设备、工艺及生产特点进行制定，并存储于控制计算机的数据库中。生产过程中，过程控制计算机根据所浇注的钢种、规格及工艺条件选择合适的控制方式号，从数据库中自动索引相应的控制参数，进一步完成冷却水量和轻压下过程的控制。静态控制方法实现过程相对简单、稳定性和可靠性较高，相对稳态的情况下，该方法可以满足生产过程控制的基本需要。然而，由于生产物流的变化、设备状态的变化以及其它方面的一些原因，连铸生产不可能一直处于稳定的生产状态。当生产处于非稳态的情况下，静态控制方法就难以保证铸坯的质量，而动态模型控制方法则可以根据工艺的调整及铸坯的实际状态设定合理适度的控制参数，从而避免铸坯缺

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陷的发生。目前，越来越多的钢铁生产企业开始采用模型控制技术，本文主要对宝钢自主研发的二冷及轻压下模型控制技术进行介绍。另外，连铸工艺参数优化是生产过程中经常面临的问题，而传统的试验方式又往往难以找到最优的工艺参数。为此，宝钢开发了连铸工艺参数辅助优化工具，实现了工艺参数的计算机设计。

2 铸坯传热计算基础

二冷控制的基础是铸坯的温度场状态，而轻压下控制主要基于铸坯内部的凝固状态。因此，利用模型计算控制参数时，必须要实时获得铸坯的内外部状态信息。在现有条件下，该部分信息难以通过物理手段进行检测，通常用数值模拟计算结果替代进行计算，模拟计算的核心是热传导方程：

))

,((),(x t x U K x t t x U c ∂∂∂∂=∂∂ρ

其中x 为距铸坯表面的距离，m ；t 为铸造开始时间(min)；),(t x U 为铸坯横截面的温度场分布，℃；ρ为铸坯的密度，3kg

；c 为比热，/(J kg ⋅℃)；K

为热传导率，/(KCal m h ⋅⋅℃）。

将上述方程及边界条件离散化，转化成计算机

可以实现的差分格式，再结合适当的边界条件，即可用于铸坯的凝固传热计算。热传导计算在铸坯切片上进行，切片示意图如图1。

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图1 铸坯切片示意图

在铸坯状态信息可以实时计算的情况下，二冷配水控制模型根据铸坯表面温度的变化对水量调整。二冷模型控制的目标是通过控制各冷却回路的冷却水量，把铸坯的表面温度控制在工艺目标温度

曲线附近。动态轻压下模型则根据铸坯的中心凝固率来确定合适的压下区域，而压下量与压下分配则与设备及钢种有关，需要根据具体情况制定。

3 主要技术介绍

3.1 模型控制系统整体结构

动态二冷及轻压下过程控制模型的计算需要输入浇注过程数据和生产计划数据，其中过程数据主要来自于L1计算机，生产计划数据主要来自于L2

计算机，它们之间的逻辑关系如图2所示。

图2 模型控制系统结构

由图2可以看出，控制模型计算所需要的数据

在数据库中完成整合，并定周期输入到动态控制模型，动态控制模型的计算结果经数据库输出到L1计算机完成执行过程。模型计算的温度场信息、冷却水量信息、轻压下扇形段辊缝开口度信息则显示在不同的画面上。通过模型参数配置画面，可以直接对模型计算所需的各类参数进行配置。 3.2 模型功能与特点

模型控制系统能够根据L1及L2的输入数据进行计算，根据钢种类型、规格及浇注工艺参数的变化自动调节每个冷却回路的冷却水量，并根据铸坯的内部凝固状态自动优化计算轻压下工艺参数，为每个扇形段设定合适的辊缝，满足二冷及轻压下的生产工艺要求。

在大生产当中，由于各种原因，有时过程数据可能会出现异常或者错误，考虑到这种情况，模型内嵌入了完善的异常处理流程，偶发的数据异常不会对模型控制产生影响，从根本上确保了模型控制方式的稳定性和可靠性。

宝钢的模型控制技术有如下特点。 1）冷却水量调节速度快、超调小。

2）在工艺参数存在干扰波动时，能自动消除冷却水量的“抖动”变化。