连铸二冷控制
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
连铸过程的冷却制度
连铸过程的冷却制度1.结晶器冷却（一次冷却）2.二冷区冷却（二次冷却）铸坯冷却的控制钢水在结晶器内的冷却即一冷确定，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来度量。
1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。
其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。
2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验，确定以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚度和确保结晶器安全运行的前提。
通常结晶器周边供水2L/min.mm。
进出水温差不超过8℃，出水温度控制在45-50℃为宜，水压控制在0.4-0.6Mpa.结晶器水质一般达到以下技术条件以免结晶器水槽内铜板表面结垢，影响结晶器传热。
固体不大于10㎎/L。
总悬浮物不大于400㎎/L。
硫酸盐不大于150㎎/L。
氯化物不大于100㎎/L。
总硬度（以CaCO3计）不大于10㎎/L。
PH值为7.5---9.5.小方坯用工业清水，板坯常用软水。
结晶器的作用◆在尽可能的拉速下，保证铸坯出结晶器是形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去，同时决定了连铸机的生产能力；◆结晶器内的钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。
结晶器内坯壳生长的行为特征(1)钢水进入结晶器，与铜板接触就会因为钢水的表面张力和密度在杠爷上部形成一个较小半径的弯月面。
在弯月面的根部由于冷却速度很快（可达100℃/s），初生坯壳迅速形成，钢水不断流入结晶器,新的初生坯壳就连续不断的生成，已生成的坯壳则不断增加厚度。
(2)已凝固的坯壳，因发生δ→γ的相变，使坯壳向内收缩而脱离结晶器铜板，直至与钢水静压力平衡。
(3)由于第（2）条的原因，在初生坯壳与铜板之间产生了气隙，这样坯壳因得不到足够冷却而开始回热，强度降低，钢水静压力又将坯壳贴向铜板。
(4)上述过程反复进行，直至坯壳出结晶器。
坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于这个过程之中。
(5)角部的传热为二维，开始凝固最快，最早收缩，最早形成气隙。
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
连铸二次冷却技术
连铸二次冷却技术连铸二次冷却技术是一种先进的冶金技术，广泛应用于钢铁生产中。
它能够有效地改善钢材的质量和性能，并提高生产效率。
本文将从连铸二次冷却技术的原理、应用和优势等方面进行阐述。
连铸二次冷却技术是在连铸过程中对钢坯实施二次冷却的一种方法。
连铸是将熔融的钢液直接注入铸型中，通过快速凝固形成钢坯的过程。
然而，由于连铸速度较快，钢坯内部的温度梯度较大，容易产生缺陷，如结晶器板裂纹、气孔等。
为了解决这些问题，连铸二次冷却技术应运而生。
连铸二次冷却技术的原理是在钢坯连铸过程中，通过在连铸机出口处设置冷却装置，对钢坯进行高效冷却。
冷却装置通常由喷淋系统和冷却器组成。
喷淋系统通过喷嘴将冷却介质均匀地喷洒在钢坯表面，使其迅速冷却。
冷却器则通过引入冷却介质，使钢坯内部也能得到充分的冷却。
这样，可以有效地控制钢坯的温度梯度，降低缺陷的产生。
连铸二次冷却技术在钢铁生产中具有广泛的应用。
首先，它可以改善钢材的质量和性能。
通过控制钢坯的冷却速度和温度分布，可以使钢材的晶粒细化，晶界清晰，提高其力学性能和耐热性能。
其次，连铸二次冷却技术还能降低钢铁生产的能耗和生产成本。
由于钢坯冷却时间缩短，生产周期减少，能耗也相应降低。
此外，冷却介质可以循环利用，减少资源的浪费。
与传统的连铸技术相比，连铸二次冷却技术具有明显的优势。
首先，连铸二次冷却技术可以灵活地调整冷却参数，适应不同钢种和规格的生产需求。
其次，该技术的操作简单，易于控制，减少了人为因素对产品质量的影响。
再次，连铸二次冷却技术具有较高的冷却效率，能够快速冷却钢坯，提高生产效率。
最后，该技术可以降低环境污染。
由于冷却介质可以循环利用，减少了废水和废气的排放。
连铸二次冷却技术是一种先进的冶金技术，对于改善钢材质量、提高生产效率具有重要意义。
通过合理应用该技术，可以有效地控制钢坯的温度梯度，减少缺陷的产生，提高钢材的质量和性能。
同时，连铸二次冷却技术还能降低能耗和生产成本，减少环境污染，具有广阔的应用前景。
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
连铸二冷区技术原理
148CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊由于铸坯凝固速度比拉坯速度慢很多，随着浇注的进行，铸坯内形成一个很长的液相穴。
铸坯带着液芯进入二冷区接受喷水冷却，目的是使铸坯完全凝固，表面温度分布均匀，内外温度梯度小，然后进入拉矫机。
铸坯在二冷区要全部凝固还需散出 210～294kJ/kg 的热量。
所以，从结晶器出口到拉矫机前的一定范围内设置一个喷水冷却区，叫二冷区，向铸坯表面喷射雾化水滴，铸坯表面温度突然降低，铸坯表面和中心之间形成了较大的温度梯度，这是铸坯向外传热的动力。
二冷水的控制特点是要求流量控制范围大，控制精度高，因此常采用高精度的电磁流量计对水流量进行检测。
凌钢1700ASP 连铸铸坯生产过程中，边角温度下降快，二冷区采取气—水雾化冷却系统控制，借以避免局部水楔和开浇、停浇时残流所造成的冷却不均匀。
2 系统概况凌钢1700ASP 连铸二冷水系统采取气—水雾化冷却控制，即在8个冷却区中，第1区（即结晶器喷水区）喷水冷却，防止拉漏和鼓肚，2~8区采取气—水雾化冷却。
气—水冷却系统分区如图1所示。
以上各冷却区均设置流量调节阀，一级计算机根据钢坯横截面、拉速、钢种等修正参数、设定冷却水、二冷空气流量的设定值，同时控制各区的流量调节阀的开度，实现对气水配比控制。
二次冷却水流量与拉速满足以下关系:Qi A v B v C xax i i i 2=++b ^h 式中：Qi 为某一控制回路的流量设定值;连铸二冷区技术原理The Theory of Second Cooling Zone1 引言众所周知，在连铸生产工艺流程中，从结晶器拉出来的铸坯凝固成一个薄的外壳，而中心仍为高温钢水。
（1）中国仪器仪表 CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊149v 为拉坯速度;α为过冷补偿系数;β为喷水宽度调整补偿系数（仅第三段控制回路有此项）。
3 气水冷却配比控制在汽水冷却段，为了达到气水喷雾冷却的预期效果，必须保证冷却水与压缩空气的正确配比。
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 。
大方坯连铸二次冷却工艺研究
大方坯连铸二次冷却工艺研究大方坯连铸二次冷却工艺是现代钢铁生产过程中重要的一部分，它是将原料连续铸造成长条形、宽板条型或其他形状的钢坯，再将其通过二次冷却的工艺精炼成各种形状的型材。
其主要特点有：高质量，高效率，绿色环保，低能耗，可以有效改善规格复杂的型材生产过程中的产品品质，节约能源，提高经济效益，满足多元化的需求。
一、大方坯连铸冷却工艺实现机制大方坯连铸二次冷却工艺分为两个主要阶段，即热处理阶段和冷却阶段。
热处理阶段：在这个阶段，钢坯经过精细煅烧，以提高坯体的力学性能。
其中，温度控制是调节材料性能的关键，温度的高低会影响材料的均匀性、微观结构、硬度等。
冷却阶段：在这个阶段，将已经加热的钢坯安装在专用的铸轧机上，然后通过冷却装置进行二次冷却，使其受热位移、变形膨胀和减薄膨胀回复形变等处理，最终得到熔融分离的长条或宽板条形。
二、连铸二次冷却工艺技术应用1.加工方面：连铸二次冷却工艺在加工方面，可以提供精密、灵活的加工对象，从而满足客户对型材外形质量及内外表面质量要求。
2.产量方面：连铸二次冷却工艺能满足客户的大批量订单要求，大大提高生产效率，提升经济效益。
3.产品质量方面：连铸二次冷却工艺能够有效改善型材内外表面质量，能达到抛光等级，提升产品品质。
4.技术先进性：连铸二次冷却工艺涉及技术比较复杂，在操作方面需要经验丰富的技术人员，生产时需要实时反馈、控制、调节，提高生产过程中的可靠性。
三、连铸二次冷却工艺部分设备1.冷却塔：冷却塔是连铸二次冷却工艺的核心设备，主要用于控制坯体的冷却温度，实现坯体表面温度的快速降温，控制坯体变形和减薄膨胀回复形变。
2.辊道：辊道是常用的连铸二次冷却工艺设备，主要用于拉伸坯体，实现改变坯体外形和精细加工坯体表面等。
3.焊接机：焊接机是连铸二次冷却工艺的支撑设备，主要用于连接各加工过程的设备，保证坯体的原位运动和防止污染。
4.水冷棒：水冷棒是一种现代的铸造工具，它可以根据客户的要求，调整坯体的厚度和形状，以达到精确的加工精度。
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。
连铸二冷冶金准则
连铸二冷冶金准则为保证铸坯的外表和内部质量，二冷的制定应遵循连铸二冷冶金准那么的根本要求。
铸机冶金长度限制准那么根据连铸机最大拉坯速度计算出来的铸坯液心长度就是连铸机的冶金长度，为保证铸坯质量，铸坯完全凝固点距离铸坯定尺切割点至少2m。
结晶器出口处铸坯坯壳厚度限制准那么钢水在结晶器内通过一次冷却凝固形成一定厚度的铸坯坯壳。
为防止漏钢事故的发生，结晶器出口处铸坯凝固最小坯壳厚度应保证在8-15ram左右。
铸坯外表冷却速度限制准那么铸坯在二冷区内进行喷淋冷却，铸坯外表快速冷却会使铸坯外表处于张应力状态，从而扩大外表已形成的裂纹，并在外表温度处于低延性区域时产生新的外表裂纹。
沿铸坯长度方向，铸坯的外表冷却速度一般控制在150~C／m以下。
铸坯外表温度上升限制准那么在二冷区，如果各段之间的冷却不均匀，铸坯外表温度呈周期性上升。
铸坯外表温度的过度上升会引起坯壳膨胀，在铸坯凝固前沿产生过大的张应力。
当应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯外表与中心之间就会产生内部裂纹。
在铸坯接近完全凝固时，过大的温度上升会产生中心偏析和中心裂纹。
铸坯外表的温度上升一般控制在100~C／m以下。
脆性区铸坯矫直变形限制准那么每个钢种的高温力学特性不同，都有一条相应的热塑性曲线。
根据铸坯的热塑性曲线将连铸过程从液相线温度TL至铸坯温度600cI二分为三个温度区，第一温度区为韧脆转变区，液相线温度TL～1200℃；第二温度区为奥氏体区，1200～900℃，一般为最正确塑性区；第三温度区为低塑性区，900～600℃，是钢延性最低的口袋区。
该区出现塑性最低值，与铸坯的外表裂纹密切相关。
矫直区的铸坯外表温度应避开低延性区温度，以免矫直时铸坯外表产生横裂。
通常采取的措施是调整二冷制度，使铸坯在矫直点的温度高于塑性较低的第三温度区，保持在900℃以上。
二冷区铸坯外表温度限制准那么二冷区内铸坯外表温度波动范围越小越好，最好保持不变，总体来看应保证在850～1150℃范围内。
连铸二冷室气雾冷却技术的控制系统
力变送器等 。 这些设备 、 器件共同组成 了一个闭环 的控
制系统 ， 以快速 、 可 准确的控制进入喷嘴的压缩空气 的
在连铸二次冷却系统 中采用气雾冷却技术是非常 ＷＷ ｃ ｉ ｍ． Ｗ． ｔ Ｃ ｈｊ Ｏ ｔ Ｊ ｊＪ ｏ ｊ ＠ｔ ． ｍ ｙ ｙｃ
冷 却 满足 艺 要求 ， 提高 了铸 坯 质量 水 平 ， 得 了 理想 的效 果 。 取
关键词 连铸
１ 前 言
二冷 室 气雾冷却技 术
调 节
必要 的。它可 以精确地控 制每一流 每一 区的气／ 配 水 比， 从而达 到精确控制铸坯表 面冷却效果 的 目的， 对提 高铸坯表面质量非常有利。
是其 电气 控制技术 。 该技术采用 了 ＰＤ调节 ， Ｉ 在有相对
２ 气雾冷却技 术简介 ． １ 气雾冷却技术是在传统 的喷淋水冷却技术之上发 展而来的 ， 它可 以实现均匀 、 可调的冷却效果 。在生产
较短 的响应时间内 ， 可以精确控制每一流每一 区的气／ 水配 比。在／ ￣水量的情况下仍可 以很好地控制水的 ＩＬ ， 流量 ， 从而达到精确控制铸坯表面冷却效果 的 目的 ， 对 提高铸坯表 面质量非常有利 。这些控制特点是以前喷
２ 气雾冷却技 术在 大规格 圆坯 生产 中的优越性 ． ３ 由于我 厂生产 重点 由生产 ０ １ ｍ规格转 向主 ２ ０ｍ
在圆坯连铸生产中 ，二次冷却系统对铸坯 的表面
质量 、 坯壳厚度均匀形成 、 矫直效果等都有至关重要 的 作用 。 尤其是在大规格 ３０ｍ Ｌ） 的生产 中， ５ ｍ １ 铸坯 ． ２ 二次冷却系统 的性能更是直接决定 了铸 坯的质量 。由
《2024年异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》范文
《异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》篇一一、引言随着现代冶金工业的快速发展，异形坯连铸技术已成为钢铁生产中的重要环节。
在连铸过程中，二冷区动态配水控制技术对于保证铸坯质量、提高生产效率具有重要意义。
本文针对异形坯连铸二冷区动态配水控制技术进行研究，旨在为实际生产提供理论依据和技术支持。
二、异形坯连铸概述异形坯连铸是指生产具有特殊断面形状的铸坯的连续铸造过程。
与普通连铸相比，异形坯连铸具有更高的技术要求和更复杂的生产过程。
其中，二冷区动态配水控制是影响铸坯质量的关键因素之一。
三、二冷区动态配水控制的重要性二冷区是连铸过程中铸坯冷却的关键区域，其冷却效果直接影响到铸坯的质量。
动态配水控制技术能够根据铸坯的实际冷却状况，实时调整冷却水的流量和分布，从而保证铸坯的均匀冷却，提高铸坯的质量和合格率。
四、异形坯连铸二冷区动态配水控制技术研究1. 控制系统设计异形坯连铸二冷区动态配水控制系统主要包括传感器、控制器和执行机构。
传感器负责实时检测铸坯的冷却状况，控制器根据检测结果进行计算和分析，然后通过执行机构调整冷却水的流量和分布。
在控制系统设计过程中，需要考虑以下因素：（1）传感器的选择和布置：传感器应具有高精度、高稳定性的特点，且布置位置应能够准确反映铸坯的冷却状况。
（2）控制算法的选择：控制算法应能够快速、准确地响应铸坯冷却状况的变化，并能够根据实际情况进行自我调整和优化。
（3）执行机构的选型和配置：执行机构应具有快速响应、高精度的特点，且配置应合理，以保证冷却水的流量和分布的准确性。
2. 配水策略研究配水策略是二冷区动态配水控制的核心，其合理与否直接影响到铸坯的冷却效果。
在异形坯连铸过程中，需要根据铸坯的实际冷却状况、浇注速度、钢种等特点，制定合理的配水策略。
具体而言，配水策略应考虑以下因素：（1）冷却强度的控制：根据铸坯的实际情况，合理控制冷却强度，避免过冷或过热现象的发生。
（2）水量的分配：根据铸坯的断面形状、浇注速度等因素，合理分配水量，保证铸坯的均匀冷却。
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
34
连铸技术
35
连铸技术
36
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,
12
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。
13
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
《2024年异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》范文
《异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》篇一一、引言随着现代冶金工业的快速发展，异形坯连铸技术已成为钢铁生产过程中的关键环节。
在连铸过程中，二冷区作为决定铸坯质量的重要环节，其动态配水控制技术显得尤为重要。
本篇论文将重点探讨异形坯连铸二冷区动态配水控制的相关研究，旨在提高铸坯的质量和生产效率。
二、异形坯连铸二冷区概述异形坯连铸是指生产具有特殊形状和尺寸要求的铸坯的连续铸造过程。
二冷区是连铸过程中的重要环节，主要作用是使铸坯在凝固过程中得到适当的冷却，以获得良好的表面质量和内部组织结构。
二冷区的配水控制直接影响到铸坯的质量、生产效率和设备寿命。
三、动态配水控制技术动态配水控制技术是针对二冷区的一种先进控制方法，它能够根据铸坯的实际凝固情况和生产要求，实时调整冷却水的流量和分布，以达到最佳的冷却效果。
该技术主要包括以下几个方面：1. 传感器技术：通过安装在高炉上的传感器，实时监测铸坯的温度、形状和尺寸等参数，为配水控制提供依据。
2. 控制系统：采用先进的控制算法和软件，根据传感器提供的数据，实时计算并调整冷却水的流量和分布。
3. 执行机构：包括水泵、阀门等设备，根据控制系统的指令，实时调整冷却水的流量和分布。
四、异形坯连铸二冷区动态配水控制研究针对异形坯连铸二冷区的动态配水控制，本研究主要从以下几个方面展开：1. 优化传感器布局：通过优化传感器的布局和类型，提高监测数据的准确性和可靠性，为配水控制提供更准确的依据。
2. 改进控制算法：采用先进的控制算法和软件，提高控制系统的响应速度和准确性，使配水控制更加智能和灵活。
3. 实验研究：通过在实际生产中进行大量实验，验证动态配水控制技术的可行性和有效性，为工业应用提供有力支持。
五、实验结果与分析通过在实际生产中进行实验，我们发现采用动态配水控制技术后，铸坯的质量得到了显著提高。
具体表现在以下几个方面：1. 表面质量改善：由于冷却水的流量和分布得到了合理调整，铸坯的表面质量得到了显著改善，减少了裂纹和夹杂等缺陷。
连铸二冷控制及拉速调节系统
各 段 的 冷 却水 量 分 配 为 ：
Ｑ ｌ ： Ｑ ２ ： Ｏ ３ ＝ ÷ ： ÷ ： ÷
４ ｓ ，、 ／ ２ 、 ／ ３
其 中 流 量 控 制 为 副 Ｑ 、Ｑ２ 、Ｑ３ 分 别为第 一、 二、 三段 的 个 温 度 串 级 控 制 系统 ，
回路 ， 由控 制 器 、电动 调 节 阀 等 组 成 ， 铸 坯
工 业 技 术
Ｓ Ｃ Ｌ Ｅ Ｎ Ｃ Ｅ＆Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ ０ Ｌ Ｏ ０ Ｙ
匝圆
连铸 二冷控制及拉 速调节系统
高 维 （ 中冶华 天南京 工程技 术有 限公司 自动化所 江苏 南京 ２ １ ０ ０ １ ９ ）
・
摘 要： 铸坯 质量 和铸机 生 产率在 很 大程度 上 决定 于二次 冷却 强度 冷却 水 的分配 与控 制 ． 冷却 方式 、 二冷 区设备 的水 平 。 二冷 强度 的 增加 可 以使得 拉速 增大 ， 生产 率提 高； 二冷控 制直 接 影响 着铸 坯的 质量 ， 铸坯 的 内部 裂纹 ， 表 面裂 纹 、 铸 坯鼓 肚 俦坯 菱 变等缺 陷均 由不 合 理 的二冷遗 成 。 由此 可见 ， 二冷 对于连铸 生 产具有重 大 的意义 。 拉坯速 度是连 铸 生产操 作 中的重要控 制参 数 。 正 确控 制拉 速是 保证 顺 利 浇铸 、 充 分 发挥 连 铸机 的生 产 能 力、 改 善铸 坯 质 量 的关键 因素之 一 。 关键 词 ： 连铸 生产状况 二冷控制 连铸 自动化 中图分类 号 ： Ｔ Ｍ７ 文 献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ： １ ６ ７ ２ － ３ ７ ９ １ （ ２ ０ Ｉ ４ ） ０ １ （ ｅ ） － ｏ １ ２ １ － ｏ ２
１
速。 从而 可 得 ：
连铸二次冷却控制技术的发展
童
加
熟
２１ ０ ２年 第 ４ｌ 第 ２期 卷
ＶＯ１ ４１ Ｎ Ｏ． ２０１ ． ２ ２
Ｉ ＮＤＵＳ ＴＲＩ ＡＬ ＨＥＡＴＩ ＮＧ
ＤＯ ： １ ．９ ９ ． ｓ ．１０ －６ ９２ １．２０ ９ Ｉ ０３ ６ ８ ｉ ｎ ０ ２１３ ． ２０ ． ｓ ０ ０
连铸 二次冷却控 制技术 的发展
王 水 根 一， 冯 科 一， 韩 志伟 一，孔 意 文 ， 曹建峰 ２ 一 ，
（．国家钢 铁冶炼装备系统集 成工程技术研究 中心，重庆 １ ２ ．中冶赛迪 工程 技术股份有 限公司 ，连铸事 业部，重庆 ４ １２ ； ０ １２ ４０ １） ００ ３
摘要 ：通过对 连铸 二冷控制技术 的归类 ，简述 了拉 速关联配水 、基于传热模型在线计算动 态控制 、基 于传感 器测温反馈控制 、基于 有效拉速计算 动态控制 、人工智能优化控制 ５大类 控制方式的控制理念及特 点 ，在连铸设计及 生产 中 ，提 出了各类 二次冷却控制方
ｌ ｅｔ ｅ ｍａ ｏ ｅ ｏ ｔｏ ，ｓ ｎ ｏ ｅ ｂ ｃ ｏ ｔｏ ，ｅ ｅ ｅ ｔｌ ｅ ｔ ｏ ｕ ｅ ｙ ａ ｉ ｏ ｔ ｌ ｒｉ ｃ ａ ｔｌｉｅ ｃ ｙ ａ ｉ ｏ ｔｏ ，ｗｅ ｅ ｉ ｒ ｌ ｄ ｌ ｎ ｌ ｅ ｓ ｒ ｅ ｄ ａ ｋｃ ｎ ｌ ｌｍ ｎ ・ ｆ － ｍｅｃ ｍｐ ｔ ｒ ｎ ｍ ｃｃ ｎ ｏ ，ａ ｔ ｉ ｌｎ ｅ ｌ ｎ ｅｄ ｎ ｍ ｃｃ ｎ ｌ ｎ ｈ ｍ ｃ ｒ ｆ ｒ ｉ ｉ ｄ ｒ ｉ ｆ ｉ ｇ ｒ ｒ ｉ ｔ ｄ ｃ ｄ ｂ ｉｆｙ ａ ｃ ｒ ｉ ｇ ｔ ｅ ｃａ ｓｆｃ ｔｏ ｆｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｃ ｏ ｉ ｇ ｃ ｎ ｏ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆ ｒｃ ｎ ｎ ｏ ｓｃ ｓｉ ｇ ｎ ｏ ｕ ｅ ｒｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｏ ｔ ｌｓ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｏ ｄ ｒ ｏ ｌ ｏ ｔ ｌ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｔ ｕ ｕ ａ ｔ ．Ａ ｕ ｇ ｓｉ ｎ ｏ ｏ ｒ ｌ ｈ ｉ ｅ ｎ ｒ ｔ ｏ ｉ ｎ ｓ ｇ ｅ ｔ ｆ ｍｂ ｎ ｄ ｏ ｃ ｉｅ ｕ ｅ ｏ ｅ ｅｗｈ ｃ ａ ｘ ｌ ｒ ｅ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｎ ｖ ｉ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｕ ｉ ｇ ｄ ｓｇ ｎ ｒ ｄ ｃｉ ｎ ｗａ ｒ ｐ ｓ ｄ ｓ ｆｔ ｓ ｉｈ ｃ ｎ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｄ ａ ｔ ｇ ｓａ ｄ ａ ｏ ｄ ｄ ｓ ｄ ａ ｔ ｇ ｓｄ ｒ ｅ ｉ ｎ ａ ｄ ｐ ｏ ｕ ｔ ｓｐ ｏ ｏ ｅ ．Ｒｅ ｓ ｎ ｂ ｅ ｓ ｃ ｎ ａｙ ｈ ｈ ｎ ｏ ａ ｏ ａ ｌ ｅ ｏ ｄ ｒ ｃ ｏ ｉ ｇ ｃ ｎ ｏ ｌｙ ｎ ｉ ｏ ｔ ｎ ｌ ｎ ｕ ｉ ｇ ａ ｅ ｕ ｔ ｏ ｌ ｇ ｏ ｒ ｎ ｎ ｅ ａｉ ｕ ｏ ｄ ｔ ｎ ． ｏ ｌ ｏ ｔ ｌ ａ ｓａ ｎ ｒ ｐ ｍｐ ｒａ ｔ ｏ ｅ ｉ ｅ ｓ ｒｎ ｄ ｑ ａ ｅｃ ｏ ｉ ｆｓ ａ ｄ ｕ ｄ ｒｖ ｒｏ ｓｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｒ ｎ ｎ ｔ ｉ Ｋｅ ｒ ｓ ｃ ｎ ｉｕ ｕ ａ ｔ ｇ ｅ ｏ ｄ ｒ ｏ ｌ ｇ ｏ ｔｏ ｔ ｏ ；ｕ ｉ ｒ ｏ ｌ ｇ ｌｂ ｑ ａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ： ｏ ｔ ｏ ｓｃ ｓｉ ；ｓ ｃ ｎ ａ ｙ ｃ ｏ ｉ ；ｃ ｎ ｌ ｎ ｎ ｎ ｒ ｍｅ ｈ ｄ ｎ ｆ ｍ ｃ ｏ ｉ ；ｓ ｕ ｌ ｙ ｏ ｎ ａ ｔ
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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偏析裂纹/中间裂纹
三角区裂纹 内部缺陷 对角线裂纹 中心线裂纹 中心偏析/疏松 角部纵向裂纹 表面缺陷 横向表面裂纹
冷却不均，偏析严重
宽面鼓肚 窄面鼓肚 液芯末端鼓肚 冷却制度不合理 冷却不均匀 冷却不均
横向角部裂纹
铸坯鼓肚 形状缺陷 厚度偏差
冷却过强、棱边过冷、脆性区矫直
冷却制度不合理 冷却不均、辊子位置不合理
挠曲、不直……
……
（1）二次冷却与铸坯质量
表面缺陷 内部缺陷 形状缺陷
缺陷分类 产生原因 解决措施 相关工作
冷却不均匀
冷却强度不合理
优化喷嘴布置和选型
优化二冷水量
研究二冷边界换热机理 动态二冷配水
（2）连铸二次冷边界换热机理
二冷区散热机理示意图
（3）动态二冷配水与控制
比例控制法
Q aV b
铸坯尺寸280×380 铸坯尺寸280×325
二冷区 结晶器
5 10
空冷区
15 到弯月面距离(m) 20 25
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0
铸坯尺寸280×380 铸坯尺寸280×325
温度(℃)
温度(℃)
读取喷嘴性能数据
计算并输出整个铸坯表面 的水流密度分布
修正喷嘴的流量计 算水斑形状
（7）前处理模块－喷嘴流量特性
10 9 8 7
2.8 2.6 2.4 NO.1 NO.2 NO.3
NO.1 NO.2 NO.3
相对水流密度（％） 水流量(L/min)
2.2
6 2.0 5 1.8 4 1.6 3 1.4 2 1.2 1 1.0 0.1
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）厚板坯连铸机结构
厚板坯连铸机喷嘴与辊列布置图
（2）厚板坯连铸工艺参数
计算所用工艺参数
铸坯断面尺寸
拉速 钢种 过热度
19000mm×220mm×34200mm
i
（５）边界条件
结晶器内采用第二类边界条件
q 2675200 B z v
二冷区采用第三类边界条件
hnat 0.8418(Tsurface Tambient )
2 2
0.33
自然对流 辐射 水雾冷却
hrad (Tsurface Tambient )(Tsurface Tambient )
内弧热流密度分布 热流密度分布
内弧温度分布 温度分布
（3）厚板坯温度场模拟结果
1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 到弯月面距离(m)
中心温度 表面温度 目标温度 换热系数
（5）本研究主要内容
1. 建立三维稳态凝固传热数学模型，并开发相应的静 态模拟仿真系统。考虑复杂的二冷边界冷却条件和 换热机理以及糊状区凝固特征； 2. 模拟不同铸机多工艺条件下的温度场，分析工艺因 素对连铸坯温度场的影响。 3. 建立用于动态二冷控制的二维非稳态数学模型，开 发动态二冷模拟仿真系统； 4. 模拟不同目标条件下的动态二冷控制过程。
Q235B 45 U71Mn
温度(℃)
温度(℃)
二冷区 结晶器
5 10 15
空冷区
20 25
到弯月面距离(m)
Q235B 45 U71Mn
温度(℃)
钢种对铸坯温度场的影响
二冷区 结晶器
5 10 15 20 25
空冷区
到弯月面距离(m)
（8）连铸工艺参数化－铸坯尺寸
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0
铸 坯 表 面 点 温 度 梯 度
350 300 250 200
铸坯厚度方向温度梯度 铸坯宽度方向温度梯度 铸坯拉坯方向温度梯度
温度梯度(℃/cm)
150 100 50 0 -50
-100 -150 -200 0 5 10 20 到弯月面距离(m) 15 25 30
（4）大方坯连铸机辊列分布
大方坯辊列分布图
（3）能量守恒方程
ρ－密度(kg/m3) Cp－定压比热(J/kg· K) keff－热传导系数(W/m· K) Sl －内热源(W/m3)
（4）凝固模型
糊状区温度
Tmush Tpure m C
i
i
i i 1 1
溶质浓度守恒
C0 Cs 1 Cl
反扩散方程
12 Ds i i i i i i Vcast Cs Vcast Cl 2 Cl Cs z z 2
Q aV 2 bV c Qi aiV bi
参数控制法（拉速串级配水控制法） 非稳态控制方法 目标表面温度动态控制法
（4）目前研究现状
1. 大部分现有模型采用基于经验公式的凝固液、固 相线温度表达式，糊状区温度和固相分数之间的 关系处理过于简单； 2. 大部分现有的模型采用平均换热系数处理二冷区 不同扇型段的冷却强度，忽略了辊子与铸坯间的 热传导，忽略了不同喷嘴型号带来的水斑形状的 差异； 3. 大部分现有模型往往取铸坯的四分之一作为研究 对象，忽略了铸机结构对热量传输的影响以及铸 坯内外弧面的差异带来的换热机理的区别；
1.0m/min Q235B 20℃
Q235B钢主要化学成分
钢种 Q235B C 0.16 Si 0.20 Mn 0.5 S 0.04 P 0.04 Cr 0.2 Ni 0.2 Cu 0.2
（3）厚板坯温度场模拟结果
水流密度分布 铸坯表面温度分布 糊状区形貌
（3）厚板坯温度场模拟结果
内弧水流密度分布 水流密度分布
（4）目前研究现状
4. 大部分现有模型对热物性参数的选择过于简单， 不能反映钢液成分、铸坯温度等因素对材料热物 性参数的影响； 5. 大多数动态控制模型是针对特定铸机的一维动态 控制，通用性不高，不能可靠地反映浇注条件频 繁发生变化的实际连铸过程； 6. 国内许多钢厂的连铸二冷模型都是与连铸机一并 从国外引进的，其传热计算、控制策略等核心算 法存在缺陷，不能满足工艺的需要求。
15 20 25
到弯月面距离(m)
（8）连铸工艺参数化－拉速
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500
v=0.6 v=0.8 v=1.0
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 0 v=0.6 v=0.8 v=1.0
（8）温度场计算模块
开始 读取输入文件 三维网格剖分
设置边界条件及参数的初始值
用 TDMA方法求解 xy方向上的节点温度
更新 xy方向上的固相分数及节点温度
否
计算收敛？
是
输出计算结果
Z方向计算结束 ?
否
是
计算结束
（9）导热模型验证
初始条件 T x, y, t t 0 1000 边界条件
（5）大方坯温度场模拟结果
铸坯表面水流密度分布
铸坯表面温场
（5）大方坯温度场模拟结果
1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 600 500
2 1 3 1
铸坯纵截面固相分数
1.0
0.0
温度（℃）
Y
X
2 3
1.0
0.7
7 .3 .7 0. 0 0.30
Abaqus VCast
40000 35000 30000
Abaqus VCast
温度(℃)
12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 0 10 20 30 40 50 60 时间(s) 70
温度(℃)
25000 20000 15000 10000
A
5000
B
80
90 100
连铸凝固传热与二冷控制数值模拟
报告内容
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）二次冷却与铸坯质量
鼓肚 中间裂纹
表面纵裂纹
星形裂纹
常见的铸坯缺陷
（1）二次冷却与铸坯质量
缺陷类型 缺陷名称 产生原因
报告内容
1. 绪论 2. 连铸二冷三维稳态温度场数学模型 及计算方法 3. 连铸三维温度场数值模拟 4. 连铸二冷动态控制模拟仿真 5. 结论
（1）三维空间坐标系的建立
y x
1. 取整个铸坯为计算区域：
z
2. 可取 ¼ 铸坯为计算区域：
（2）模型基本假设
由于拉坯速度远大于拉坯方向的导热速度， 故忽略铸坯拉坯方向的导热； 忽略由于凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化； 假设钢液的对流传热可用等效增强导热系数 处理； 对固定坐标系而言，假设在拉坯速度稳定的 情况下铸坯处于任一空间位置的温度不随时 间变化，即连铸凝固传热为稳态传热过程。
0.0
Z
二冷区 结晶器
0 5 10
空冷区
15 到弯月面距离（m） 20 25
0 1.
1. 0
0.7
关键点温度变化曲线
1.0
7 0.
（6）大方坯温度场计算结果