CN101406940B - 一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法 - Google Patents

Abstract

发明提供一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，由计算机控制系统针对连铸过程的特点，应用基于记忆识别模式的反馈和前馈互补控制模型算法，对连铸机整个二冷区的配水制度进行实时补偿控制，使设定的测温控制点的铸坯表面温度保持在目标温度范围之内，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行；该方法跟踪分析连铸过程中对铸坯温度的扰动因素，考虑拉速、水量变化历史累积效应，在测温点前后采用反馈控制与前馈控制互补的模式，双重控制连铸坯在整个二次冷却区的热状态，解决了温度反馈控制的滞后问题，使温度反馈控制算法能真实地反映连铸坯的冷却经历和当前热状态，并引入最佳温度区和微调温度区两个控制调节区进行有效、合理的控制。

Description

一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法

技术领域

本发明涉及主要应用于冶金过程钢铁材料及其他金属材料连铸成型领域，适用于各种类型的冶金连铸机。

背景技术

(1)连铸坯温度在线控制工艺研究现状

作为钢铁生产的一道重要工序，连铸过程是钢铁产品凝固成型质量控制的关键环节，连铸过程中的二次冷却与铸坯缺陷，特别是内部裂纹、中心疏松、偏析等密切相关，二次冷却不均匀或冷却强度不当都会造成连铸坯的质量缺陷。因此，研究连铸过程的二次冷却并掌握控制连铸坯的冷却凝固状态非常必要。

连铸坯温度是连铸二次冷却强弱最直观的反映，是研究连铸二冷传热过程的一个重要参数。一般是通过对连铸坯表面温度的控制来制定或优化二冷制度，并进行二次冷却的控制。连铸技术发展初期，连铸机的二次冷却通常由一个固定的水表进行控制，并由配水工人肉眼判断连铸坯的温度，对二冷水进行人为调整。随着自动化技术和计算机模拟技术的发展，连铸机的二次冷却控制变成了全自动控制。二次冷却水量已不是由固定的水表和人为判断调整，而是根据研究确定的连铸坯目标表面温度，通过离线传热仿真模型计算获得，二冷水量是一个固定的随拉速变化的曲线关系，这更加符合拉速连续变化的实际情况。随着自动控制技术的发展成熟，目前大部分连铸机的二次冷却控制发展成了在线的动态控制。此二冷动态控制大大加强了二次冷却控制的灵活性，可以一定程度上考虑了拉速等因素对二次冷却的影响，并能根据实际工艺操作参数自动调整连铸机的二冷配水。对于连铸过程的二冷动态控制技术，国内外学者都做了大量的研究。

从国内外学者对连铸二冷动态控制技术的研究文献以及钢铁企业连铸生产实践来看，二冷动态控制依然离不开铸坯温度，铸坯温度是二次冷却控制的依据，二次冷却控制的目标也在于控制铸坯温度。连铸二冷动态控制模型基本都是通过建立相应的连铸二冷传热模型，实时采集连铸生产操作参数(如拉速等)，计算连铸坯的温度场，并与预定的连铸坯目标表面温度作比较，在线确定铸机的二冷制度，并实施控制。二冷动态控制方法的应用，使连铸二次冷却控制有了很大的进步，灵活性大大增强，并一定程度上可以解决拉速等操作参数波动的干扰。但由于各方面的局限性，此种连铸二次冷却动态控制技术仍存在以下几个技术瓶颈：

①此二冷动态控制系统是一个开环控制系统，它不去考证实际铸坯表面温度，而是把自身传热模型计算得到铸坯温度场当作连铸坯实际温度，并用于判断和二冷控制。

②二冷动态控制系统的控制效果完全依赖于它的传热模型的准确性和可靠性。如果传热模型的边界条件与实际连铸机边界条件不相符，传热模型计算的铸坯温度场就无法正确反映连铸坯的真实热状态，这直接影响甚至恶化二冷动态控制的效果。

③连铸过程是一个连续运动的非常复杂的冷却凝固过程。由于在线控制时间上的要求和数学模型建立求解的局限性，通常动态传热模型都会做了很多简化假设，传热模型的边界条件很难完全符合连铸机生产的实际边界条件。

二冷动态控制的上述3个限制性技术问题，正是目前很多钢铁企业连铸机的二冷动态控制系统和二冷动态轻压下系统应用效果不佳的重要原因。虽然国内外不少学者对二冷动态控制模型进行了研究，但此问题仍然无法解决，仍然是当前全球性的技术难题。

根据上述分析可知，另外一个比较可靠的连铸二次冷却在线控制方法就是对连铸过程中的铸坯温度进行实际测量，并将实测温度在线反馈控制二次冷却，从而控制连铸坯的温度。在国内外相关研究中，提到了在连铸过程中实测铸坯表面温度，并用于反馈控制二次冷却的文献不多。通过对这些文献的查阅，发现这些文献研究大多还存在如下几个未解决的问题：

①连铸过程测温在线反馈控制，是冷却与铸坯温度的相互作用过程。定点测温用于反馈控制是采用当前测定的温度对其前面的冷却作用结果进行判断，并对二次冷却水进行调整，其中存在一个反馈滞后的问题。所查文献中均不考虑反馈滞后问题，只是以比较简单的一个温差乘以系数的方法进行反馈控制，如：A×(T-T_aim)。这样简单的控制不能够考虑控制过程中拉速、二冷水量变化历史等对铸坯温度的影响，不能根据铸坯的实际冷却作用进行有效控制，控制也无法稳定。甚至在工艺操作参数比较稳定的情况下，会导致二冷水控制反复波动。

②只考虑测温点前的二次冷却区的反馈控制作用，测温点后的二次冷却区不采取补偿控制。这不利于掌控连铸坯在整个二冷区的冷却凝固状态。

③由于连铸过程中二冷区的水雾、水蒸气、粉尘、油污等比较严重，而且连铸坯表面上还存在氧化铁皮、水膜、残渣等，对实际测温的干扰影响因素特别多，测温环境恶劣，无法准确地进行铸坯温度在线测量。不能提供一个可靠的铸坯温度用于反馈控制。

④部分文献研究因为上述原因无法解决，只在研究连铸二冷动态控制的基础上，提出在线测量铸坯实际温度用于二次冷却控制的想法，并不着手研究。

(2)通过专利检索，在先专利(申请)存在以下不足：

有关连铸坯温度在线控制相关的在先专利(申请)，均停留在温度测试结果的显示分析处理上，并未将温度信号实时地反馈到连铸过程的二次冷却控制上。例如ZL200510110014.X“一种连铸坯表面目标温度监控分析方法及其装置”，但该发明是通过红外测温仪检测生产过程中的铸坯实际温度，并对数据进行分析存储，主要内容是关于连铸坯温度的在线检测和数据分析处理，并没有根据测得的数据进行在线反馈控制连铸二次冷却。而其余专利均不涉及连铸坯温度在线控制。

(3)连铸坯温度在线控制的现状

连铸坯温度的在线控制，就是要通过实时调节二次冷却强度，有效避开或抵消在生产过程中拉速、浇铸温度等对铸坯表面温度的影响，从而控制连铸坯热状态，达到高质量生产的目的。目前对铸坯温度的在线控制方法主要有两种。第一种是根据实时采集的工艺参数，通过计算机传热模型计算推断铸坯的温度场，并进行二冷水的实时控制，从而控制铸坯温度。此方法属于开环控制，完全依赖传热模型的准确性和与连铸实际的符合程度，控制效果得不到保证。第二种方法是对连铸过程的铸坯温度进行在线测量，并反馈控制二次冷却水，从而在线控制连铸坯温度。此方法已经有相关文献研究过，但只是简单的系数乘以温差的控制作用，不考虑温度反馈控制的滞后性和拉速、水量变化历史，基本不能按实际情况反应连铸坯的冷却经历，铸坯温度无法稳定控制到目标值，这在我们的试验分析中得到了证实。

连铸坯二次冷却动态控制系统对连铸坯的温度有控制调节作用，但不采用实测铸坯温度，只是通过传热模型计算推断铸坯温度，执行开环控制，这不能够准确地把握和反应连铸坯实际热状态，尤其是非正常浇铸状态下的铸坯热状态，因此控制效果也受到了传热模型准确性等的限制。

由于上述问题的限制，连铸坯温度线控制目前在工业生产上还得不到好的应用。为此，针对这些问题，本申请人在国家自然科学基金(项目号：50774105)和国内钢铁企业的资助下，对连铸坯温度的在线控制方法进行了深入的探索研究。

综上所述，为了提高连铸坯质量，提高生产率，需要加强对连铸过程中连铸坯的冷却凝固状态的掌控力度，需要突破连铸坯温度在线控制的局限性问题，研究连铸过程中拉速、水量历史累积效应对铸坯温度的影响，解决温度在线反馈控制的滞后性问题，改进和创新连铸坯温度在线控制方法，并应用到连铸工业生产中。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，通过二冷水动态补偿方式，对连铸过程的二冷水进行在线控制；该方法采用记忆识别模式，跟踪分析连铸过程中对铸坯温度的扰动因素，考虑拉速、水量变化历史累积效应，在测温点前后采用反馈控制与前馈控制互补的模式，双重控制连铸坯在整个二次冷却区的热状态，解决温度反馈控制的滞后问题，使温度反馈控制算法能真实地反映连铸坯的冷却经历和当前热状态，并引入最佳温度区和微调温度区两个控制调节区进行有效、合理的控制。

本发明的目的是这样实现的：一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，由计算机控制系统针对连铸过程特点，应用基于记忆识别模式的反馈和前馈互补控制模型算法，对连铸机整个二冷区的配水制度进行实时补偿控制，使设定的测温控制点的铸坯表面温度保持在目标温度范围之内，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行；具体步骤包括：

1)连铸坯温度在线测量

在连铸机的二冷区设置测温控制点，通常在连铸坯矫直区域；在测温控制点之前和之后均有二次冷却回路；对所述测温控制点的铸坯表面温度进行连续测量，测得的温度信号与目标温度值进行比较；

2)将步骤1)获取的温度差值通过反馈控制算法和前馈控制算法，并基于记忆识别模式，分别对测温控制点前、后采用反馈和前馈互补的方式，对整个二冷区的配水制度进行实时调整；

其中，①反馈控制算法

测温控制点之前的二次冷却回路，包括测温控制点所在的回路，采用反馈控制模型；对连铸机二冷水的反馈控制算法如公式(1)；

$\mathrm{\Δ}{Q}_i\left(\mathrm{\τ}\right)=k_t[\mathrm{\Δ}{Q}_i(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_c)+e_{\mathrm{bi}}{p}_b\mathrm{\Δ}{T}_t\left(\mathrm{\τ}\right)-{\∫}_{\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{bi}}}^{\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_c}\mathrm{\Δ}{Q}_i\left(l\right)\mathrm{dl}]---\left(1\right)$

式中，i-各二冷控制回路的序号，对应反馈控制支路，i＝1，2，…，m；

ΔQ_i(τ)-第i控制回路在时刻τ的由测温回馈计算的二冷水量总增益，L/min；

ΔT_t(τ)-时刻τ测温控制点的温度测量值与目标温度值的差值，℃；

τ_bi-测温控制点相对第i控制回路的延迟时间，min；τ_bi＝(L_t-L_i)/V，L_t为测温控制点距结晶器弯月面的距离，m，L_i为第i控制回路距结晶器弯月面的距离，m，V为时刻τ-τ_bi时刻τ的等效拉坯速度，m/min；

τ_c-测温控制时间步长，min；即当前控制时间到下次控制时间的时间间隔；

e_bi-反馈水量分配系数；即第i控制回路二冷配水量对测温控制点铸坯表面温度的影响系数；此系数与二冷控制回路、二冷段长度等有关，以铸坯均匀冷却表面温度均匀下降的原则进行确定；对于反馈控制支路的水量分配系数有：e_b1+e_b2+…+e_bm＝1；

p_b-温度对反馈水量的影响系数；即测温控制点铸坯表面温度降低(增加)1℃，测温点之前的反馈控制支路所需增加(减少)的总水量，L/(min·℃)；p_b值与钢种类别、铸坯的断面尺寸、与铸机的二冷结构等因素有关；

k_t-温度控制系数；k_t可以用于调节测温信号对二冷配水作用的效果与强弱；

为时刻τ的连铸坯被测点从运动到达第i控制回路时刻开始，一直到τ-τ_c时刻截止，第i控制回路所经历的水量增益总和；

②前馈控制算法

测温控制点之后的二次冷却回路，采用前馈控制模型；连铸机二冷水的前馈控制算法见公式(2)：

ΔQ_i(τ+τ_fi)＝k_le_fip_fΔT_t(τ)    (2)

式中，i-各二冷控制回路的序号，对应前馈控制支路，i＝m+1，m+2，…，n；

τ_fi—第i控制回路相对测温控制点的延迟时间，min；τ_fi＝(L_i-L_t)/V；

e_fi—前馈水量分配系数；此系数与二冷控制回路、二冷段长度等有关，以铸坯均匀冷却表面温度均匀下降的原则进行确定；对于前馈控制支路的水量分配系数有：e_fm+1+e_fm+2+…+e_fn＝1；

p_f—温度对前馈水量的影响系数。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

①本发明连铸坯温度在线控制方法，温度反馈控制算法采用了记忆识别模式，利用计算机系统对连铸坯在二冷区运动期间所经历的拉速、水量改变历史进行识别分析，并将拉速、水量变化的历史累积效应与温度的延迟嵌入到温度反馈控制算法中，解决了温度反馈控制滞后的问题，使温度反馈控制算法能真实地反映连铸坯的冷却经历和当前热状态，并进行有效、合理的控制。

②在测温控制点前后采用反馈和前馈互补的方式，对测温控制点后的二次冷却支路进行预测性前馈调节，可以弥补反馈控制稳定的滞后性，双重掌控连铸坯在整个二次冷却区的热状态和温度调节。

③在连铸坯温度的调节控制制度上，引入了最佳温度区域和微调温度区域，预测连铸坯温度的变化趋势，并决定对二冷配水模型的调节作用，有效减小了控制调节中的铸坯温度波动，缩短温度调节时间，提高控制效率。控制调节具有较高的稳定性和时效性。

④本发明可用于单点或多点测温在线控制，成本低，应用实现容易；已经在实际生产应用上得到验证，控制效果较好。

附图说明

图1是本发明连铸坯温度在线控制原理方框图。

具体实施方式

一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，由计算机控制系统针对连铸过程特点，应用基于记忆识别模式的反馈和前馈互补控制模型算法，对连铸机整个二冷区的配水制度进行实时补偿控制，使设定的测温控制点的铸坯表面温度保持在目标温度范围之内，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行；具体步骤包括：

1)连铸坯温度在线测量

在连铸机的二冷区设置测温控制点，通常在连铸坯矫直区域；在测温控制点之前和之后均有二次冷却回路；对所述测温控制点的铸坯表面温度进行连续测量，测得的温度信号与目标温度值进行比较；

2)将步骤1)获取的温度差值通过反馈控制算法和前馈控制算法，并基于记忆识别模式，分别对测温控制点前、后采用反馈和前馈互补的方式，对整个二冷区的配水制度进行实时调整；

其中，①反馈控制算法

测温控制点之前的二次冷却回路，包括测温控制点所在的回路，采用反馈控制模型；对连铸机二冷水的反馈控制算法如公式(1)；

$\mathrm{\Δ}{Q}_i\left(\mathrm{\τ}\right)=k_t[\mathrm{\Δ}{Q}_i(\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_c)+e_{\mathrm{bi}}{p}_b\mathrm{\Δ}{T}_t\left(\mathrm{\τ}\right)-{\∫}_{\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_{\mathrm{bi}}}^{\mathrm{\τ}-{\mathrm{\τ}}_c}\mathrm{\Δ}{Q}_i\left(l\right)\mathrm{dl}]---\left(1\right)$

式中，i-各二冷控制回路的序号，对应反馈控制支路，i＝1，2，…，m；

ΔQ_i(τ)—第i控制回路在时刻τ的由测温回馈计算的二冷水量总增益，L/min；

ΔT_t(τ)—时刻τ测温控制点的温度测量值与目标温度值的差值，℃；

τ_bi—测温控制点相对第i控制回路的延迟时间，min；τ_bi＝(L_t-L_i)/V，L_t为测温控制点距结晶器弯月面的距离，m，L_i为第i控制回路距结晶器弯月面的距离，m，V为时刻τ—τ_bi到时刻τ的等效拉坯速度，m/min；

τ_c—测温控制时间步长，min；即当前控制时间到下次控制时间的时间间隔；

e_bi—反馈水量分配系数；即第i控制回路二冷配水量对测温控制点铸坯表面温度的影响系数；此系数与二冷控制回路、二冷段长度等有关，e_bi可以通过对实际连铸生产工艺进行仿真计算获得，以铸坯均匀冷却表面温度均匀下降的原则进行确定；对于反馈控制支路的水量分配系数有：e_b1+e_b2+…+e_bm＝1；

p_b—温度对反馈水量的影响系数；即测温控制点铸坯表面温度降低(增加)1℃，测温点之前的反馈控制支路所需增加(减少)的总水量，L/(min·℃)；p_b值与钢种类别、铸坯的断面尺寸、与铸机的二冷结构等因素有关；p_b值可通过对实际连铸生产工艺进行仿真计算获得；

k_t—温度控制系数；k_t可以用于调节测温信号对二冷配水作用的效果与强弱；当连续测温控制系统正常运行时，控制系数k_t为1，测温信号对二冷配水的调节修正起作用；不需进行调整二冷配水时，或连续测温控制系统出现异常现象无法正常反馈温度信息时，控制系数k_t为0，测温信号对二冷配水的调节修正不起作用；同时，通过调节控制系数k_t在1.0左右小范围变化，可以调节测温反馈环节对二冷配水反馈作用的强弱。

为时刻τ的连铸坯被测点从运动到达第i控制回路时刻开始，一直到τ—τ_c时刻截止，第i控制回路所经历的水量增益总和；此积分项考虑了连铸坯从第i控制回路运动到测温控制点的过程中，拉速、二次冷却强度变化历史的累积效应对铸坯表面温度的影响，可有效解决测温反馈控制的滞后问题，并根据各反馈控制支路在控制过程中的水量变化趋势，预测测温控制点铸坯表面温度的变化趋势，有效防止反馈控制过程中铸坯表面温度的反复波动，缩短反馈控制调节时间，它跟测温控制点对二冷控制回路的反馈(响应)快慢程度等有关。

在温度在线控制模型算法的计算机实现中，采用数值分析方法，离散求解积分项，并针对连铸过程特点，应用记忆识别模式，对反馈控制模型算法编程实现。

②前馈控制算法

测温控制点之后的二次冷却回路，采用前馈控制模型；连铸机二冷水的前馈控制算法见公式(2)：

ΔQ_i(τ+τ_fi)＝k_te_fip_fΔT_t(τ)    (2)

式中，i-各二冷控制回路的序号，对应前馈控制支路，i＝m+1，m+2，…，n；

τ_fi-第i控制回路相对测温控制点的延迟时间，min；τ_fi＝(L_i-L_t)/V；

e_fi-前馈水量分配系数；此系数与二冷控制回路、二冷段长度等有关，e_fi可以通过对实际连铸生产工艺进行仿真计算获得，以铸坯均匀冷却表面温度均匀下降的原则进行确定；对于前馈控制支路的水量分配系数有：  e_fm+1+e_fm+2+…+e_fn＝1；

p_f-温度对前馈水量的影响系数；即测温控制点铸坯表面温度升高(降低)1℃，测温控制点后面的前馈二冷支路需增加(减少)的水量，L/(min·℃)；p_f值与钢种类别、铸坯的断面尺寸、与铸机的二冷结构等因素有关，p_f值可通过对实际连铸生产工艺进行仿真计算获得。

下面结合本发明的原理、控制方式和效果对本发明作进一步说明。

一、如图1所示，本发明基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法原理为：

要控制二冷区连铸坯的凝固热状态，最直接的手段就是控制铸坯的二次冷却强度。本发明的连铸坯温度在线控制就是对一特定测温控制点的铸坯表面温度进行连续测量，测得的温度信号与目标温度值进行比较，并采用基于记忆识别模式的反馈控制算法，对整个二冷区的配水制度进行实时调整，使测温控制点的铸坯表面温度保持在一个合理的温度范围(目标温度)，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行。

本发明可用于单点或多点测温在线控制，造价成本较低，控制效果明显。连铸坯在矫直区域最易产生内部或表面缺陷，连铸坯温度在线控制的测温控制点通常设定在连铸机的矫直区域，即测温控制点通常在二冷区的中后期。在测温控制点之前和之后均有二次冷却回路。

对于测温控制点之前的二次冷却回路(包括测温控制点所在的回路)，采用温度信号反馈控制。在反馈控制支路，温度测量反馈控制相对滞后。当前测温控制点所采集到的温度信号并不是当前反馈支路水量的冷却结果，而是铸坯被测点从进入二冷区开始，一直运动到测温控制点所经历的不同时刻、不同二冷段的冷却水的共同冷却作用结果。在这个运动期间，各个二冷段的冷却水均在调节变动。本发明采用记忆识别模式，可以对这个运动期间铸坯所经历的拉速、水量改变历史进行识别分析，并嵌入到温度反馈控制算法中，解决了反馈控制的滞后性问题，使温度反馈控制算法能真实地反映连铸坯的冷却经历和当前热状态，并进行有效、合理的控制。

生产过程中，反馈控制开始到控制稳定需要一定的控制调节时间，测温控制点的铸坯温度还未得到稳定控制或者浇铸条件改变时，铸坯温度会有一定的波动，在测温控制点后面的二冷区中，如果没有控制作用，出二冷区的铸坯温度也会跟随着波动，不利于生产顺行，甚至会造成安全事故；本发明在测温控制点后面的二冷区中采用前馈控制，可以弥补反馈控制稳定时间的滞后性，在测温控制点铸坯温度尚未稳定时，预测性调节测温控制点后面二冷支路(前馈控制支路)的冷却强度，以确保连铸坯在出二冷区后的温度保持在合理的范围。

二、本发明在线控制方式包括：

连续测温返回的温度信号通常为时间间隔较小的连续信号。而在连铸生产过程中，铸坯表面往往会存在氧化铁皮或残渣等温度相对较低的干扰物；测温时铸坯是相对测温仪不断运动的，温度较低的干扰物在铸坯运动的同时可能会进入温度检测点，这会导致测得的温度值会有一定的波动。为此，本发明的温度在线控制系统引入一个控制时间步长，在一定时间范围(控制时间步长)内，取连续测温返回的最高温度值作为铸坯的真实表面温度，用于在线控制。此方法可以有效地避开氧化铁皮或残渣等干扰因素对温度在线控制的影响。

在铸坯表面温度的调节控制制度上，引入一个最佳温度区域和一个微调温度区域(最佳温度区包含在微调温度范围之内)，所述最佳温度区域是连铸坯表面温度控制最终目标区域，此区域通常是一个温度值及其允许的控制误差范围；微调温度区域是为了避免控制过程中铸坯温度上下波动，在接近目标温度的区域设置的一个温度趋势预测区；例如：最佳温度区域设置为1000±5℃时，微调温度区域可以设定为980-1020℃；具体的最佳温度区域和微调温度区域与连铸生产工艺操作制度和钢种的低延性区有关，需根据连铸实际生产工艺设定。当铸坯表面温度在微调温度区域外时，控制系统根据铸坯实际表面温度与目标表面温度的差值对二冷配水模型作相应的判断调节；当铸坯表面温度进入了微调温度区域，控制系统会预测铸坯表面温度变化趋势，决定对二冷配水模型的调节作用；当铸坯表面温度进入了最佳温度区域，控制系统不再对二冷配水模型进行调节。在整个调节控制过程中，控制系统考虑了水量与温度的延迟以及温度的变化趋势，可以防止铸坯温度过高或者过低，同时确保连铸坯温度高于裂纹敏感温度区。连铸坯温度在线控制系统的温度控制方式主要体现在控制系数k_t上，通过控制系数k_t的取值大小决定测温控制项的作用效果。

连铸坯温度在线控制系统的控制时间步长可以根据实际生产过程中的铸坯表面情况而确定。最佳温度区域和微调温度区域则需根据具体的连铸机结构、钢种和生产工艺参数，结合钢种的高温性能进行确定。同时，连铸坯温度在线控制系统还可以根据实际生产情况制定一系列操作安全保证措施，控制方法制度比较灵活。

三、本发明的使用效果：

本发明的连铸坯温度在线控制方法通过了大量的试验验证，并在板坯连铸机的实际生产中进行了应用验证，应用效果非常明显。该板坯连铸机，由于铸机设备和工艺条件限制，其拉速、浇铸温度等工艺参数在生产过程中波动较大，尤其是拉速，在1分钟之内的波动幅度最大可达0.6m/min。本发明在该板坯连铸机应用之前，铸坯表面温度反复波动较大(短时波动最大可达100多摄氏度)，铸坯质量得不到保证，这从铸坯的低倍质量分析上可以得到证实。本发明的连铸坯温度在线控制系统在该铸机应用之后，连铸坯的表面温度(测温控制点设置在矫直段中部)得到了很好的控制，温度波动明显改善。生产工艺参数(如拉速、浇铸温度等)波动较大时，铸坯温度能迅速控制到目标温度区域，波动较小；生产工艺参数小范围波动时，铸坯温度基本上不会出现明显波动。从连铸坯取样的低倍质量分析可知，应用本发明的连铸坯温度在线控制系统后，铸坯质量有了明显的提高，生产中的铸坯质量比较稳定。

同时，采用模拟试验方法，分别对基于记忆识别模式和不采用记忆识别方式的连铸坯温度在线控制方法进行了模拟分析。模拟分析结果表明，不采用记忆识别模式的温度控制方法不能解决拉速、水量变化历史累积对铸坯温度波动的影响，无法将铸坯表面温度稳定控制到目标温度区域，温度反复波动不收敛。而采用本发明的基于记忆识别模式的温度控制方法，在控制稳定性和时效性上均有很好的效果。

在连铸过程中，通过温度监控将铸坯控制在最佳的热状态，是保证铸坯质量的一个重要手段，尤其是质量缺陷产生敏感区域——矫直区的热状态监控。由于矫直力的作用，铸坯在矫直区域最易产生内部或表面缺陷，是铸坯内部和表面裂纹的易发区，对这些区域的铸坯温度进行监控具有较大实际意义。

在连铸生产中，能把铸坯的温度稳定地保持在低延性区外的一个合理温度范围，是保证铸坯质量的关键。但由于各种因素的影响，铸坯的温度总是难以稳定。影响二冷区铸坯表面温度最直接的因素就是二冷配水，二冷配水决定了连铸坯在二冷区的冷却凝固状态。而导致铸坯表面温度波动的主要因素是工艺操作参数的波动，如拉速、浇铸温度等的波动。

本发明，可直接在各种类型的连铸机上使用。通过大量试验，并在连铸机的实际生产上得到了应用验证，应用效果明显。本发明的连铸坯温度在线控制系统可以直接嵌入连铸车间中控室的配水系统，并实时采集连铸过程参数，结合连铸坯实测温度，对连铸坯的温度进行在线控制。本发明可以进一步推广，在各种类型的连铸机上应用。

本发明对冶金连铸生产过程中的连铸坯温度进行在线控制，连铸坯温度在线控制模型考虑了拉速、水量变化的历史累积与温度的延迟，在测温点前后采用反馈控制与前馈控制互补的模式，双重控制连铸坯在整个二次冷却区的热状态。并引入最佳温度区域和微调温度区域两个控制调节区，有效地减小了控制调节中的铸坯温度波动，缩短温度调节时间，提高控制效率。此连铸坯温度在线控制系统成本低，效果明显。可以解决工艺操作不稳定带来的影响，掌控连铸坯的冷却凝固过程及其热状态，对提高连铸坯质量和提高生产率具有重要的意义。

Claims (5)

1.一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，由计算机控制系统针对连铸过程特点，应用基于记忆识别模式的反馈和前馈互补控制模型算法，对连铸机整个二冷区的配水制度进行实时补偿控制，使设定的测温控制点的铸坯表面温度保持在目标温度范围之内，从而保证铸坯质量和连铸生产顺行；具体步骤包括：

1)连铸坯温度在线测量：

在连铸机的二冷区设置测温控制点，在测温控制点之前和之后均有二次冷却回路；对所述测温控制点的铸坯表面温度进行连续测量，测得的温度信号与目标温度值进行比较；

2)将步骤1)获取的温度差值通过反馈控制算法和前馈控制算法，并基于记忆识别模式，分别对测温控制点前、后采用反馈和前馈互补的方式，对整个二冷区的配水制度进行实时调整；

其中，①反馈控制算法：

测温控制点之前的二次冷却回路，包括测温控制点所在的回路，采用反馈控制算法；对连铸机二冷水的反馈控制算法如公式(1)；

${\mathrm{\ΔQ}}_i\left(\mathrm{\τ}\right)=k_t[{\mathrm{\ΔQ}}_i\left({\mathrm{\τ}-\mathrm{\τ}}_c\right)+e_{\mathrm{bi}}{p}_b{\mathrm{\ΔT}}_t\left(\mathrm{\τ}\right)-{\∫}_{{\mathrm{\τ}-\mathrm{\τ}}_{\mathrm{bi}}}^{{\mathrm{\τ}-\mathrm{\τ}}_c}{\mathrm{\ΔQ}}_i\left(l\right)\mathrm{dl}]---\left(1\right)$

式中，i-各二次冷却回路的序号，对应反馈控制支路，i＝1，2，…，m；

ΔQ_i(τ)-第i二次冷却回路在时刻τ的由测温回馈计算的二冷水量总增益，单位为L/min；

ΔT_t(τ)-时刻τ测温控制点的温度测量值与目标温度值的差值，单位为℃；

τ_bi-测温控制点相对第i二次冷却回路的延迟时间，单位为min；τ_bi＝(L_t-L_i)/V，L_t为测温控制点距结晶器弯月面的距离，单位为m，L_i为第i二次冷却回路距结晶器弯月面的距离，单位为m，V为时刻τ-τ_bi到时刻τ的等效拉坯速度，单位为m/min；

τ_c-测温控制时间步长，单位为min；即当前控制时间到下次控制时间的时间间隔；

e_bi-反馈水量分配系数；即第i二次冷却回路二冷配水量对测温控制点铸坯表面温度的影响系数；此系数与二次冷却回路和二冷段长度有关，以铸坯均匀冷却、表面温度均匀下降的原则进行确定；对于反馈控制支路的水量分配系数有：e_b1+e_b2+…+e_bm＝1；

p_b-温度对反馈水量的影响系数；即测温控制点铸坯表面温度降低或增加1℃，测温点之前的反馈控制支路所需增加或减少的总水量，单位为L/(min·℃)；p_b值与钢种类别、铸坯的断面尺寸、与铸机的二冷结构有关；

k_t-温度控制系数；k_t用于调节测温信号对二冷配水作用的效果；当连续测温控制系统正常运行时，控制系数k_t为1，测温信号对二冷配水的调节修正起作用；不需进行调整二冷配水时，或连续测温控制系统出现异常现象无法正常反馈温度信息时，控制系数k_t为0，测温信号对二冷配水的调节修正不起作用；

为时刻τ的连铸坯被测点从运动到达第i二次冷却回路时刻开始，一直到τ-τ_c时刻截止，第i二次冷却回路所经历的水量增益总和；

②前馈控制算法：

测温控制点之后的二次冷却回路，采用前馈控制算法；连铸机二冷水的前馈控制算法见公式(2)：

ΔQ_i(τ+τ_fi)＝k_te_fip_fΔT_t(τ)       (2)

式中，i-各二次冷却回路的序号，对应前馈控制支路，i＝m+1，m+2，…，n；

τ_fi-第i二次冷却回路相对测温控制点的延迟时间，单位为min；τ_fi＝(L_i-L_t)/V；

e_fi-前馈水量分配系数；此系数与二次冷却回路和二冷段长度有关，以铸坯均匀冷却、表面温度均匀下降的原则进行确定；对于前馈控制支路的水量分配系数有：e_fm+1+e_fm+2+…+e_fn＝1；

p_f-温度对前馈水量的影响系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，所述测温控制点为单点或多点，设置在二冷区的连铸坯矫直区域内。

3.根据权利要求1所述的一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，所述反馈控制算法采用了记忆识别模式，利用计算机系统对连铸坯在二冷区运动期间所经历的拉速、水量改变历史进行识别分析，并将拉速、水量变化的历史累积效应与温度的延迟嵌入到反馈控制算法中。

4.根据权利要求1所述的一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，对于测温控制点及其之前的二次冷却回路，采用温度信号反馈控制；对测温控制点后的二次冷却支路进行预测性前馈调节，弥补反馈控制稳定的滞后性，掌控连铸坯在整个二冷区的温度调节。

5.根据权利要求1所述的一种基于记忆识别模式的连铸坯温度在线控制方法，其特征在于，当测温控制点实测的连铸坯表面温度在微调温度区域外时，控制系统根据铸坯实际表面温度与目标表面温度的差值对二冷配水模型作相应的判断调节；当铸坯表面温度进入了微调温度区域，控制系统会预测铸坯表面温度变化趋势，决定对二冷配水模型的调节作用；当铸坯表面温度进入了最佳温度区域，控制系统不再对二冷配水模型进行调节；所述最佳温度区域是连铸坯表面温度控制最终目标区域，微调温度区域是为了避免控制过程中铸坯温度上下波动，在接近目标温度的区域设置的一个温度趋势预测区。

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