CN102756105A

CN102756105A - 根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水的方法

Info

Publication number: CN102756105A
Application number: CN2012102162957A
Authority: CN
Inventors: 钱亮; 陈志凌; 刘伟涛; 陶金明; 韩丽娜
Original assignee: Zhongye Continuous Casting Technology Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhongye Continuous Casting Technology Engineering Co Ltd; CCTec Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2012-10-31

Abstract

本发明提供一种根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水的方法，其特征在于，在有效拉速法的基础上，通过模型计算得到铸坯的凝固历程，从而动态计算出每个区的平均坯壳厚度，将每个区的权系数表示为公式4，从而实现权系数的在线动态自更正：（公式4）式中：为铸坯厚度尺寸；为平均坯壳厚度。本发明能够根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水，将铸坯凝固历程的概念用数学表达式集成到权系数上，从而实现权系数的在线自更正功能，使得水量的变化更合理、也能更平稳。

Description

根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水的方法

技术领域

本发明属于冶金机械制造技术领域，具体涉及连铸生成过程中一种根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水的方法。

背景技术

连铸过程中的二次冷却对连铸机生产的顺行和铸坯质量有重要的影响。尤其在拉速、中包温度等生产条件波动的“非稳态”浇注过程中，如果水量和水量变化不合适，很有可能导致浇注中断（滞坯或者卧坯事故）或者铸坯质量不合格等严重后果。

在二冷区，传热的限制性环节是坯壳的传热，坯壳薄的地方，铸坯内部的热能较快的传递到表面，这时就要求喷射到表面的水量比较大或者变化快；而坯壳较厚的地方，铸坯内部的热传导到表面的时间会较长，这就要求喷射到表面的水量较小或者变化慢。所以，坯壳也就是铸坯的凝固历程决定了二冷水量的变化。

二冷动态配水对于铸坯的冷却比较重要，经过多年的发展，也形成了许多方案，主要有以下方案：

（1）参数控制法

根据公式1实现在线的水量调整。

（公式1）

上式中Q为水量，A、B、C为常数，V为拉速。

（2）目标温度法

根据钢种的冶金特性制定设定点的目标表面温度，经过某个固定时间间隔，通过数值模型计算或者实测方法得到铸坯设定点处在线的实际表面温度，如果实际表面温度和目标表面温度差距较大，就进行水量的调节，如果实际表面温度高，则适当调高水量；如果实际表面温度低，则适当调低水量。一般用PID的方式实现水量的调节。

（3）平均拉速法

沿拉坯方向，将铸坯分割成一定数量的小“坯块”，对应公式2中的dx，每个坯块记录了自己从诞生到目前的时间，一般称为“坯龄”。经过某个固定的时间间隔，自动根据公式2计算每个区相应的平均拉速，然后通过平均拉速查表（提前存储在程序中）得到每个区相应的水量。

（公式2）

其中：

	回路i在t时刻的平均拉速
			回路i相对于液面的开始位置
	回路i相对于液面的结束位置
			坯块在铸机中坯龄

（4）有效拉速法

沿拉坯方向，将铸坯分割成一定数量的小“坯块”，每个坯块记录了自己从诞生到目前的时间，一般称为“坯龄”。经过某个固定的时间间隔，自动根据公式3计算每个区相应的有效拉速，然后通过有效拉速查表（提前存储在程序中）得到每个区相应的水量。

（公式3）

上式中：

称之为有效拉速；

是平均拉速；

是拉速；

是权重系数。的取值符合以下原则：在足辊区，坯壳较薄，

取较小的常数（例如0.2）；而在铸机的末端，坯壳较厚甚至已经完全凝固，

取较大的常数（例如0.8），或者根据二冷强度不同，各区取不同的

常数，如表1所示。

表1

常数的选取

方法（1）参数控制法仅仅和拉速直接相关，在拉速发生突变的时候，水量也会随之发生突变，而传热是需要一个过程的，这样会引起表面温度的突变。所以（1）参数控制法对生产条件变化的应变能力较差，只能适用于温度和拉速相对稳定的情况，并不能满足“非稳态”生产的要求。

方法（3）平均拉速法的目的是要消除参数控制法中拉速突变引起水量突变的问题，平均拉速是根据距离除以平均时间的形式得到的，肯定不会出现拉速突变的情况，也就不会出现水量突变的情况。但是有两个缺点：一个是坯龄并不能决定铸坯的冷却情况，即相同的坯龄，可能由于变化历程不一样，最终凝固历程并不相同，显然传热效果也是不同的；另一个是在拉速稳定的时候，平均拉速并不一定等于目前的拉速，这是算法自身的缺陷。

而方法（4）有效拉速法将拉速和平均拉速做了加权处理，不同的权系数决定了有效拉速的变化快慢，并且根据冷却强度的不同，每个区的权系数可以不同，可以使得有效拉速的变化能和实际情况尽量相符。问题也是显然的，铸坯的冷却情况随着浇注状态（拉速、中包温度、结晶器参数等）不同是不同的，而权系数是不能在线变化的。

有效拉速法中的权系数概念基本上已经有铸坯凝固历程的概念了，如表1：如果用弱冷方式，则用小的权系数，这是因为铸坯凝固较弱，坯壳较薄，铸坯表面热流对铸机浇注状态的变化比较敏感；如果是强冷方式，则相同的区用较大的权系数，这是因为坯壳较厚，铸坯表面热流对铸机浇注状态的变化不敏感，有效拉速变化应该较慢。

因此，如何在有效拉速法的基础上实现权系数在线更新，成为铸坯二冷动态配水的关键。本发明即是要解决这一问题。

有关这方面的文献报道例如申请号为201010547459.5的名为方坯连铸机二冷配水先进控制方法的发明专利，公开了一种包括拉坯速度、中包钢水温度与二冷配水水量控制的方坯连铸机二冷配水控制方法，具体是：将拉坯速度这个参数按照工艺规定的时间间隔内采用有效拉速的方法进行处理，并且当拉速的波动超过给定范围时再改变给定水量，以防止铸坯表面温度出现过大波动，从而保证使冷却回路水量的变化与拉速的变化之间有一个延迟；针对浇注温度可能出现波动较大的状况，以中包钢水温度或过热度作为前馈信号，对二冷区各段给定水量加以修正，动态计算出二冷区各段配水量；经过上述步骤，实现对方坯连铸机二冷配水的控制。本发明可以防止铸坯表面温度出现过大波动，能够动态计算出二冷各段水量，从而解决了传统的冷却水量-拉速设定方法的不足。然而，上述专利并没有涉及到对有效拉速法的权系数实现在线更新，从而实现在线动态配水。而这方面技术尚未有公开文献披露。

发明内容

本发明的目的是：根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水，解决“非稳态”浇注过程中水量不合适可能导致的严重后果。本发明在已经得到铸坯温度场的基础上，将铸坯凝固历程的概念用数学表达式集成到权系数上，从而实现权系数的在线自更正功能，使得水量的变化更合理、也能更平稳。

本发明所采用的技术方案是：一种根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水的方法，其特征在于，在有效拉速法的基础上，通过模型计算得到铸坯的凝固历程，从而动态计算出每个区的平均坯壳厚度，将每个区的权系数

表示为公式4，从而实现权系数

的在线动态自更正：

（公式4）

式中：

为铸坯厚度尺寸；

为平均坯壳厚度。

本发明的有益效果是：本发明是概念上将铸坯的凝固历程做为影响水量的本质因素提出（而不是仅仅基于拉速、平均拉速和有效拉速），并且采取表达式表达出来，实现了有效拉速法中权系数的自更正，使模型能完全适应在线动态的要求。另外，根据铸坯的凝固历程的动态配水，能充分的考虑拉速、中包温度等操作参数，以及钢种等模型参数和设备参数的影响，同时，这些因素对凝固历程的影响又比对表面温度的影响小很多，所以根据铸坯的凝固历程的动态配水在线过程更容易稳定可靠，这也是在线程序的必要条件。

附图说明

图1是不同权系数情况下的有效拉速的变化过程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

本发明经过大量的数值模拟，发现生产过程中，拉速对铸坯的凝固历程影响最大，所以在简化的模型中都直接和拉速相关，用拉速来反应凝固历程的变化。但是影响铸坯凝固进程的不只是拉速，还有中包温度、结晶器传热和二冷各因素等，所以应该综合考虑各个因素的影响。

本发明技术方案是基于“坯龄”概念，以坯龄的方式组织程序数据结构，实现坯块温度场以及凝固历程的管理。每个控制周期，可以从坯块中计算得到公式3中的各变量，确定有效拉速。对于不同的权系数，有效拉速可以有不同的变化过程，如图1所示。可见，权系数对有效拉速有决定性的作用，从而也决定了水量的变化。

就实际的铸坯冷却过程而言，是内部高温钢液的显热和潜热通过已凝固的初生坯壳的传导而散失，从而不断的冷却，坯壳厚度也不断增加的过程。根据凝固平方根定律，冷却时间（在坯龄模型中称为坯龄）越长或者冷却强度越大，坯壳越厚；坯壳越厚，相同内部热量传导坯壳表面所需的时间越长。所以，相同的铸坯内部热量通过凝固坯壳传导至铸坯表面的快慢是和目前坯壳厚度有关的。

要保持铸坯表面温度的稳定，就要保证二冷段内冷却水带走的热量恰好等于通过坯壳传导至铸坯表面的内部热量，这样内部热量到铸坯表面的传导时间就决定了水量的变化快慢，而传导时间由凝固历程决定，可以直观的用坯壳厚度来表征，所以本发明将每个区的权系数表示为公式4，从而实现权系数的在线动态自更正：

（公式4）

式中：

为铸坯厚度尺寸；为平均坯壳厚度，为凝固历程的一个标量。实际应用中，通过模型计算可以得到铸坯的凝固历程，从而动态计算出所在区的平均坯壳厚度，来反应传热的快慢，这样权系数就可以实现在线动态自更正。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种根据铸坯的凝固历程实现在线动态配水的方法，其特征在于，在有效拉速法的基础上，通过模型计算得到铸坯的凝固历程，从而动态计算出每个区的平均坯壳厚度，将每个区的权系数表示为公式4，从而实现权系数

的在线动态自更正：

（公式4）

式中：为铸坯厚度尺寸；为平均坯壳厚度。