动态二冷配水技术研究

动态二冷配水技术研究

田陆

镭目公司北京研究所北京市100080

摘要根据板坯连铸机的生产特点，建立了动态轻压下二冷配水模型和在线控制系统．介绍了配水模型和控制系统的实现方法，在一定的冶金准则下，结合目标温度，确定连铸二冷区配水合理工艺参数。关键词二冷配水模型在线控制系统目标温度引言连铸过程中出现的铸坯中心偏析和中心疏松将会引起铸坯内部质量问题，为了改善铸坯质量，必须积极寻求减少中心偏析和中心疏松的解决方案。动态轻压下是目前比较理想的用来消除中心偏析和中心疏松问题的技术。在连铸生产过程中，二次冷却制度、钢水的过热度和铸机拉速是影响连铸坯内部质量的重要因素，以前的二冷控制都是通过离线计算，在事先计算好水量的基础上进行数据调用来进行控制，但是离线计算的数据是有限的，并且是非连续的，这必然与现场情况会有所差异，为了能够较真实的反应铸坯的工艺情况，针对某钢厂板坯我们采用在线跟踪的方法，通过各钢种的高温塑性力学性能，确定出铸坯表面目标温度，并用凝固传热数学模型计算铸坯表面温度，建立动态二冷配水模型，实时控制二冷水量，提高铸坯质量。1 铸机工艺参数超低头连铸机，铸机半径5．7 m，结晶器长度900 mm，铸机断面180×1200mm，二冷段长度分布如表1：

2 动态二冷配水模型镭目公司配水模型是以传热学和冶金理论为基础，结合钢厂实际生产情况，适时采集铸机工艺参数，利用凝固传热数学模型在线计算出铸坯表面温度，结合上位机和PLC技术，与设定的目标表面温度相比较，修正各二冷回路所需水量，达到提高铸坯质量的目的。并配水模型如图1所示。

3表面目标温度的确定(1)铸坯二冷冶金准则在连铸操作过程中，为保证铸坯质量，提高铸坯产量，铸坯的二次冷却应符合如下铸坯二冷冶金准则：出结晶器后，铸坯表面温度应平缓下降；为防止鼓肚，沿出坯方向铸坯表面温度应小于ll00℃；出二冷区后，铸坯最大允许冷却速度为200℃／m，表面温度回升应不超过100℃／m；铸坯在矫直点处应完全凝固，在矫直点处铸坯表面温度应在950℃以上[1]。

在生产过程中，由于铸坏内部热流向外传递与冷却水带走的热流的不平衡性，使铸坏表面温度经历了低一高一低的冷却过程，如果确定了几个关键点的表面温度，根据二冷段各区的长度，用比例的方法可以确定各区末的目标温度。(2)结晶器出口处目标温度的确定结晶器出口温度与二冷无关，但对铸坯在二冷段各区的温度有重大影响。出口温度过低，会有Nb(C，N)大量析出，导致钢的高温性能变坏。应控制结晶器冷却，使铸坏的结晶器出El温度在合适的范围之内。根据钢种的塑性温度曲线可以找出合适的温度区间，通过调整二冷水量使铸坯运行在此温度区间内，保证铸坯的塑性变形，减少各种裂纹发生的机会。(3)铸坯矫直表面温度和铸坯矫直点温度可以确定铸坯二冷各段末的目标温度，方法是在2个温度之间连一条直线，找出二冷各段末在这条直线上的投影位置，就可确定二冷各段末的目标温

度[4]。根据冶金理论并结合铸机工艺性能，某钢厂板坯连铸机在拉速为1．15 m／min，浇注钢种为

Q235，浇注断面为180×1200 mm2时，在结晶器出口表面中心、各二冷段出口表面中心设计目标表面温度，控制铸坯表面温度与目标温度的差值在±15℃范围内，各控制点设定的目标温度如下：

4铸坯凝固传热数学模型确定二冷区各段出口处铸坯表面温度需要用二维热传导方程计算铸坯的温度场[5]形式如下：

式中，Q为钢的密度；K为钢的导热系数；T为铸坯温度；t为时间；x、y为铸坯断面坐标；q为铸坯向外传热热流；A、B为常数；h为二冷喷嘴传热系数；T b为铸坯表面温度；T w为二冷水温度；σ为斯帝芬一波尔兹曼常数；ε为辐射系数；T a为环境温度；T0为中间包钢水温度。 5 动态二冷配水控制系统程序的实现配水计算功能模块的原理：在确定了初始水量和回归曲线后，由设定的目标温度和模型在线计算温度相比较。二者相等时，各段水量不变，把该次水量作为下次计算的初始水量；二者不等时，冷却水量的调整量是根据目标表面温度与实际计算温度的差值△T乘以调节系数实现对公式Q ＝aV2+bV+c中a、b和c这三个参数的调节，根据这三个参数重新计算各段水量，通过PID控制各冷却回路流量控制阀调节水量大小。模块的核心：模块的输入变量是设定好的目标表面温度Tin，控制变量是各区的冷却水量Qi，输出变量是控制点温度Tout。设定的目标温度点和温度控制点都是结晶器出口表面中心、各二冷段出口的表面中心［6］。原理图如图2所示，其实现的流程如图3所示：

6 结论(1)本配水模型及控制系统针对具体的工艺参数和铸机结构，对连铸坯凝固传热过程进行计算分析，具有很好的准确性和实用性，可以计算出任意断面温度分布、坯壳厚度、液芯长度、水量分布等，可以以此来优化工艺参数和二次冷却控制制度，提高铸坯质量。(2)由温度场计算模型、水量调节模型、PID控制器构成的连铸坯目标温度动态控制系统可以按照设定的目标温度准确控制连铸坯表面

温度，实现连铸二冷动态配水。