CN104226951A - 一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法 - Google Patents

Abstract

一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，属于连铸控制方法技术领域，用于在方坯连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量。本发明在充分考虑了停浇阶段中间包钢水温度、中间包残余钢水量对铸坯生产及铸坯质量影响的前提下，制定出中间包钢水重量与连铸各流浇铸重量之间的制约关系，计算出停浇阶段连铸机各流的有效浇铸时间，按照各流水口的钢水优先分配权顺序依次进行浇钢，在满足上述限制条件的情况下，通过控制每一流塞棒的运行，确保每一流水口被关闭后，对应本流连铸机的被火焰切割机分割的每一块铸坯的长度都能够满足定尺的要求，以提高合格定尺铸坯产量，提高中间包内钢水的利用率，促进产品质量和产量的提高，提升企业的经济效益。

Description

一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法

技术领域

本发明涉及一种在方坯连铸机停浇阶段减少定尺不合格铸坯产量，提高合格定尺铸坯产量的方法，属于连铸控制方法技术领域。

背景技术

在连铸生产中，从连铸机拉出的铸坯将被火焰切割机切分出规定的长度，这被称之为“定尺生产”。定尺是根据用户对钢材产品标准的要求而规定出的钢坯特定长度，定尺在后续的轧钢工序中，是一个极为重要的指标。通常，按照定尺要求生产的方坯，能够轧制出符合用户要求的钢材，而长度没有达到定尺要求的方坯，即使其长度只与定尺要求存在微小的差别，也无法生产出用户满意的产品，通常在这种情况下，不满足定尺要求的方坯只能被生产现场做判废处理，被切分成小块做废钢使用，从而造成极大的浪费，并导致钢材产量的下降，给钢铁企业带来较大的经济损失。

产生不合格定尺铸坯的原因在于：方坯的连铸生产过程主要分为正常浇钢和停浇(即：从该浇次的最后一钢包钢水浇铸完到连铸机各扇形段驱动电机停止运转)两个阶段。在正常浇钢环节，受用户订货合同的制约，铸坯定尺往往会被频繁更改；而在停浇环节，受生产节奏的影响，铸坯定尺往往比较固定。但是容易发生铸坯定尺不合格现象的环节往往会是在连铸机停浇阶段。这是因为在正常浇钢过程中，铸坯平稳有序的从连铸机拉出，现场操作人员只要表现出足够的责任心，就能够确保被火焰切割机切割下的铸坯的长度满足定尺的要求。但在连铸机的停浇阶段，由于当中间包塞棒关闭下水口后，连铸机内铸坯的长度件将被完全固定下来，此时按照定尺要求切割铸坯，通常容易造成最后一块铸坯的长度不符合定尺要求。

目前解决最后一块铸坯的长度不符合定尺要求有以下两种方法：

一是直接将不合定尺的最后一块铸坯做判废处理，这样往往会造成浪费现象的发生；

二是有些单位的现场操作人员凭借经验，控制每一流水口关闭的时机，确保该流的最后一块铸坯满足定尺要求。但这种处理方式由于受到停浇阶段中间包内温度及钢水剩余量的影响，控制并不准确。如果水口关闭过晚，容易造成钢水在水口的冷凝或是残余钢水中的夹杂物卷入铸坯现象的发生，从而影响连铸生产的运行或是对产品质量造成影响；如果水口关闭过早，又容易导致中间包内残余钢水较多，造成浪费。此外，受到中间包下水口数量的影响，该种方法在控制塞棒关闭下水口的时机方面比较复杂，尤其是在方坯连铸机方面，现场人员更是无法精确的确定关闭所有下水口的时刻，因此并不能完全解决在停浇阶段铸坯定尺不合的问题。

综上所述，在连铸生产过程中，最后一块铸坯的长度不符合定尺要求的问题一直没有得到有效解决，成为困扰连铸生产中的难题，直接影响了铸坯定尺生产的合格率，也影响了产品质量和企业的经济效益，亟待加以解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，这种方法是在充分考虑了停浇阶段中间包钢水温度、中间包残余钢水量对铸坯生产及铸坯质量影响的前提下，控制每一流塞棒的运行，确保每一流水口被关闭后，对应本流连铸机的剩余铸坯在被火焰切割机分割成若干块后，每一块铸坯的长度都能够满足定尺的要求，以提高合格定尺铸坯产量，提高中间包内钢水的利用率，最终达到促进产品质量和产量、提高金属收得率、提升钢铁企业经济效益的目的。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，它采用以下步骤进行：

1、在方坯连铸机的每一流矫直区扇形段的驱动电机上安装编码器，用于反馈连铸坯在定尺阶段已运行的长度，并在中间包上安装称重计，将编码器和称重计与方坯连铸停浇控制系统相连接；

2、当本浇次的最后一钢包钢水浇铸完后，现场操作人员对中间包钢水温度进行检测，在检测完毕后，向方坯连铸停浇控制系统发出方坯各流连铸机进入停浇阶段的指令；

3、方坯连铸停浇控制系统在启动后，自动接收已检测到的中间包钢水温度T⁰和重量W⁰的信息，并采集当前时刻连铸机各流矫直区上的编码器所反馈的定尺运行的长度数据

4、方坯连铸停浇控制系统根据采集到的上述相关数据，自动计算出停浇阶段的有效中间包钢水重量，即：

式中：ΔW为有效中间包钢水重量，kg；W⁰为进入停浇阶段后，初始时刻的中间包钢水重量，kg；W_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限重量，kg；ρ为高温下固态钢的密度，kg/m³，设定值为7840kg/m³；S为铸坯的断面面积，m²；L_定i为连铸机第i流的定尺尺寸，m；为进入停浇阶段后，初始时刻第i流编码器所反馈的数值，m；L_铸机i为连铸机第i流结晶器弯月面到火焰切割机起始点之间的铸坯长度，m；INT(L_铸机i/L_定i)为L_铸机i与L_定i之间比值的整数部分；

5、方坯连铸停浇控制系统制定出有效中间包钢水重量与连铸各流浇铸重量之间的制约关系，即：连铸机各流所分坯到的钢水量总和要趋近于有效中间包钢水重量；

$\mathrm{\ΔW}\≥\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔW}}_i,$ 且 $\mathrm{\ΔW}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔW}}_i\→\min$

式中：ΔW_i为连铸机第i流所能够分配到的浇铸重量，kg，其中：ΔW_i＝N_i·ρ·S·L_定i，N_i为根据连铸机第i流所分配到的浇铸重量能够切割出的符合定尺要求的铸坯块数，根据实际工况，将N_i值规定为整数，且N_i≥1；

6、通过方坯连铸停浇控制系统计算出停浇阶段连铸机各流的有效浇铸时间，该值与中间包钢水温度和连铸机各流在停浇阶段的浇铸长度有关，因此会得到两种计算结果，即：

(1)与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间，即：

式中：t′_总为与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间，s；T⁰为进入停浇阶段后，初始时刻的中间包内钢水的温度，℃；T_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限温度，℃；ΔT为中间包内钢水的降温速度，℃/s，该值会受外界环境的影响而发生变化，其中：春、秋季节的ΔT值平均为1.0～1.2℃/min，夏季的ΔT值平均为0.8～0.9℃/min，冬季的ΔT值平均为1.2～1.6℃/min；

(2)连铸机单流在停浇阶段与浇铸长度有关的最大有效浇铸时间，即：

式中：t″_总为连铸机单流在停浇阶段与浇铸长度有关的最大有效浇铸时间，s；υ_min为连铸机各流在停浇阶段的最小拉速，m/min，N_max为连铸机单流在停浇阶段所能浇铸出的最大块数，L_定max为连铸机各流中的最小定尺，m；

为符合现场工艺要求，实际的有效浇铸时间为上述两个有效浇铸时间中最小的，即：

t_总i＝min[t′_总，t″_总]

7、设定连铸机各流水口的钢水优先分配权

设定中间包中间位置水口的钢水优先分配权最高，然后依次级别降低，中间包两端水口的钢水优先分配权最低，在正常浇钢过程中，按照各流水口的钢水优先分配权顺序依次进行浇钢，各流水口的最终浇钢重量按照浇钢顺序依次降低；

8、方坯连铸停浇控制系统根据连铸现场的实际工况，依据上述的限制性条件，对连铸机各水口的所要浇铸的钢水配额进行循环分配，在满足上述限制条件的情况下，得出能够在连铸机各流能够切割出长度符合定尺要求的铸坯块数N和每流从进入停浇阶段到塞棒关闭水口的时间time_i；

并对连铸机的每个水口进行计时处理，当记录的时间time等于所设定的某一水口的time_i时，控制所对应的塞棒关闭该水口。

上述连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，所述编码器完成一个定尺周期的运行后，编码器所记录的数据清零。

上述连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，在第二步骤完成后，连铸机各流的拉速υ_i和定尺L_定i不再改变，当现场生产要求对上述变量进行调整时，即：拉速的调整量|Δυ_i|≥0.1m/min或定尺的调整量|ΔL_定i|≥0.01m，需重新对中间包的钢水温度和重量进行检测，并对方坯连铸停浇控制系统做初始化操作。

上述连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，在第六步骤中，T_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限温度，当中间包的钢水温度降低到此温度时，各流对应的塞棒则必须关闭。

上述连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，在第七步骤中，对于传统的连铸机8流水口布置方式，水口从1#至8#顺序排列，各流水口的钢水优先分配权顺序是：4#＞5#＞3#＞6#＞2#＞7#＞1#＞8#，各流水口的最终浇钢重量为：W₄≥W₅≥W₃≥W₆≥W₂≥W₇≥W₁≥W₈，，设定N₁～N₈分别为连铸机各流水口在停浇阶段所能够按照各自的定尺要求切分出的铸坯块数，均为正整数，则有，N₄L_定4≥N₅L_定5≥N₃L_定3≥N₆L_定6≥N₂L_定2≥N₇L_定7≥N₁L_定1≥N₈L_定8；当其中一个水口因突发性事件导致非计划性关闭，它的钢水优先分配权将按照顺序传递给下一个水口。

本发明的有益之处在于：

本发明提供了一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，这种方法是在充分考虑了停浇阶段中间包钢水温度、中间包残余钢水量对铸坯生产及铸坯质量影响的前提下，制定出中间包钢水重量与连铸各流浇铸重量之间的制约关系，计算出停浇阶段连铸机各流的有效浇铸时间，按照各流水口的钢水优先分配权顺序依次进行浇钢，在满足上述限制条件的情况下，得出能够在连铸机各流能够切割出长度符合定尺要求的铸坯块数N和每流从进入停浇阶段到塞棒关闭水口的时间time_i，通过控制每一流塞棒的运行，确保每一流水口被关闭后，对应本流连铸机的剩余铸坯在被火焰切割机分割成若干块后，每一块铸坯的长度都能够满足定尺的要求，以提高合格定尺铸坯产量，提高中间包内钢水的利用率，最终达到促进产品质量和产量、提高金属收得率、提升钢铁企业经济效益的目的。

本发明有效解决了困扰连铸过程中最后一块铸坯的长度不符合定尺要求的难题，提高了铸坯定尺生产的合格率，提高了产品质量和企业的经济效益。

具体实施方式

本发明借助于安装在每一流方坯连铸机矫直区扇形段上的编码器和所开发的方坯连铸停浇控制系统，在停浇阶段，根据工艺标准对中间包内钢水停浇温度及残余钢水量的要求，将中间包内的钢水重量分配到每一流连铸机上，并根据分配结果动态确定关闭方坯连铸机每一流水口的时刻，并通过PLC对连铸机每一流所对应的中间包塞棒的运行进行控制，从而实现水口的自动关闭，确保在稳定连铸连铸生产和保证铸坯质量的前提下，每一流连铸机生产的铸坯，其长度均能够满足定尺要求。

具体步骤如下：

1、在方坯连铸机的每一流矫直区扇形段的驱动电机上安装编码器，用于反馈连铸坯在定尺阶段已运行的长度，并在中间包上安装称重计。将编码器和称重计与方坯连铸停浇控制系统相连接。

2、方坯连铸停浇控制系统自动采集编码器的数据，并在编码器完成一个定尺周期的运行后，将编码器所记录的数据清零。

3、当本浇次的最后一钢包钢水浇铸完后，现场操作人员对中间包钢水温度进行检测，在检测完毕后，向方坯连铸停浇控制系统发出方坯各流连铸机进入停浇阶段的指令，从而启动该系统。

4、确保在启动该系统后，连铸机各流的拉速υ_i和定尺L_定i不再改变。当现场生产要求对上述变量进行调整时，即：拉速的调整量|Δυ_i|≥0.1m/min或定尺的调整量|ΔL_定i|≥0.01m，需重新对中间包的钢水温度和重量进行检测，并对方坯连铸智能停浇控制系统做初始化操作。

5、方坯连铸停浇控制系统在启动后，接收已检测到的中间包钢水温度T⁰和重量W⁰的信息，并采集当前时刻连铸机各流矫直区上的编码器所反馈的数据

6、方坯连铸停浇控制系统根据在采集到的上述相关数据后，计算出停浇阶段的有效中间包钢水重量，即：

式中：ΔW为有效中间包钢水重量，kg；W⁰为进入停浇阶段后，初始时刻的中间包钢水重量，kg；W_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限重量，kg；ρ为高温下固态钢的密度，kg/m³，设定值为7840kg/m³；S为铸坯的断面面积，m²；L_定i为连铸机第i流的定尺尺寸，m；为进入停浇阶段后，初始时刻第i流编码器所反馈的数值，m；L_铸机i为连铸机第i流结晶器弯月面到火焰切割机起始点之间的铸坯长度，m；INT(L_铸机i/L_定i)为L_铸机i与L_定i之间比值的整数部分。

7、方坯连铸停浇控制系统制定出有效中间包钢水重量与连铸各流浇铸重量之间的制约关系，即：连铸机各流所分坯到的钢水量总和要趋近于有效中间包钢水重量

$\mathrm{\ΔW}\≥\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔW}}_i,$ 且 $\mathrm{\ΔW}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔW}}_i\→\min$

式中：ΔW_i为连铸机第i流所能够分配到的浇铸重量，kg，其中：ΔW_i＝N_i·ρ·S·L_定i，N_i为根据连铸机第i流所分配到的浇铸重量能够切割出的符合定尺要求的铸坯块数，根据实际工况，将N_i值规定为整数，且N_i≥1。

8、方坯连铸停浇控制系统计算出停浇阶段连铸机各流的有效浇铸时间，该值与中间包钢水温度和连铸机各流在停浇阶段的浇铸长度有关，因此会得到两种计算结果：

(1)与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间：

式中：t′_总为与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间，s；T⁰为进入停浇阶段后，初始时刻的中间包内钢水的温度，℃；T_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限温度，℃(当中间包的钢水温度降低到此温度时，各流对应的塞棒则必须关闭)；ΔT为中间包内钢水的降温速度，℃/s，该值会受外界环境的影响而发生变化，其中：春、秋季节的ΔT值平均为1.0～1.2℃/min，夏季的ΔT值平均为0.8～0.9℃/min，冬季的ΔT值平均为1.2～1.6℃/min。

(2)连铸机单流在停浇阶段与浇铸长度有关的最大有效浇铸时间：

式中：t″_总为连铸机单流在停浇阶段与浇铸长度有关的最大有效浇铸时间，s；υ_min为连铸机各流在停浇阶段的最小拉速，m/min，N_max为连铸机单流在停浇阶段所能浇铸出的最大块数，L_定max为连铸机各流中的最小定尺，m。

为符合现场工艺要求，实际的有效浇铸时间为上述两个有效浇铸时间中最小的，即：

t_总i＝min[t′_总，t″_总]

9、设定连铸机各流水口的钢水优先分配权

通过设定连铸机各流水口的钢水优先分配权，来决定各流水口的关闭顺序。对于传统的连铸机8流水口布置方式，为避免夹杂物、低温等因素对铸坯质量的影响，设定中间包中间位置水口的钢水优先分配权最高，然后依次级别降低，中间包两端水口的钢水优先分配权最低。因此在正常浇钢过程中，各流水口的钢水优先分配权顺序是：4#＞5#＞3#＞6#＞2#＞7#＞1#＞8#；各流水口的最终浇钢重量为：W₄≥W₅≥W₃≥W₆≥W₂≥W₇≥W₁≥W₈；设定N₁～N₈分别为连铸机各流水口在停浇阶段所能够按照各自的定尺要求切分出的铸坯块数，均为正整数，因此，N₄L_定4≥N₅L_定5≥N₃L_定3≥N₆L_定6≥N₂L_定2≥N₇L_定7≥N₁L_定1≥N₈L_定8。此外当其中一个水口因突发性事件导致非计划性关闭，它的钢水优先分配权将按照顺序传递给下一个水口。而此项工作，将由方坯连铸智能停浇控制系统自动完成。

10、方坯连铸停浇控制系统根据连铸现场的实际工况，依据上述的限制性条件，对连铸机各水口的所要浇铸的钢水配额进行循环分配。在满足上述限制条件的情况下，得出能够在连铸机各流能够切割出长度符合定尺要求的铸坯块数N和每流从进入停浇阶段到塞棒关闭水口的时间time_i：

并对连铸机的每个水口进行计时处理，当记录的时间time等于所设定的某一水口的time_i时，系统会向现场PLC发出指令信号，控制所对应的塞棒关闭该水口，确保在关闭该水口后，所浇铸出的铸坯能够按照定尺要求进行整数划分。

以下是本发明的具体实施例：

实施例1

以目前较为流行的8流连铸机为例：

此时为春季，连铸机的8个流均工作正常。

在连铸机进入停浇状态之前，现场操作人员对中间包内的钢水温度和重量进行测量，其中：钢水温度检测为1550℃，钢水重量为38000kg。待检测完毕后，启动方坯连铸智能停浇控制系统，中间包内的钢水温度和重量信息将自动穿输入系统中。

根据工艺规程要求，将中间包钢水的下限重量W_下限设定为15000kg，将中间包钢水的下限温度T_下限设定为1520℃，设定当前时刻中包内的钢水温降速度为1.0℃/min。设定进入停浇阶段后，方坯连铸机各流的拉速υ_i均为1.5m/min，定尺L_定i均为6m，且保持不变。此外，连铸机各流从结晶器弯月面到火焰切割机的起始位置的长度L_铸机i为10m，各流编码器所反馈的数值为2m。铸坯的断面尺寸为200mm×200mm，因此有效中间包钢水重量ΔW为：

$\mathrm{\ΔW}=38000-15000-\underset{i=1}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}7840\·(0.2\×0.2)\·\left\{(2\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\right\}$

$=7947.2\mathrm{kg}$

与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间为：

假设有效钢水只从连铸机一个流的水口中流出，则：N_max的最大值为：

则在停浇阶段，单流所能浇铸的最大有效浇铸时间为：

由于t′_总＞t″_总，因此，连铸机各流最长的浇铸时间t_总i不会超过1200s，而不用考虑钢水降温对浇铸时间的影响。

由于此时连铸机的8流水口均能正常工作，根据连铸机各流水口的钢水优先分配权原则，完成以下步骤计算，得出连铸机各流所能分配到的浇铸重量：

第一步：将第一块定尺铸坯的钢水份额分配给4#水口。即：N₄＝1，4#水口的定尺L_定4为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₁＝ΔW-ρ·S·L_定4＝7947.2-1881.6＝6065.6kg。

第二步：将第二块定尺铸坯的钢水份额分配给5#水口。即：N₅＝1，5#水口的定尺L_定5为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₂＝ΔW₁-ρ·S·L_定5＝6065.6-1881.6＝4184kg。

第三步：将第三块定尺铸坯的钢水份额分配给3#水口。即：N₃＝1，3#水口的定尺L_定3为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₃＝ΔW₂-ρ·S·L_定3＝4184-1881.6＝2302.4kg。

第四步：将第四块定尺铸坯的钢水份额分配给6#水口。即：N₆＝1，6#水口的定尺L_定6为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₄＝ΔW₃-ρ·S·L_定6＝2302.4-1881.6＝420.8kg。

第五步：经过前四步的分配，剩余的有效钢水重量为420.8kg，已无法完成后续的定尺浇铸，因此停止钢水分配，则N₂＝N₇＝N₁＝N₈＝0。

在完成钢水分配权操作后，得出各流水口在停浇阶段的浇铸时间，即：

第4流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_4=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第5流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_5=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第3流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_3=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第6流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_6=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第2流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_2=\frac{60\×\{(0+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=240s$

第7流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_7=\frac{60\×\{(0+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=240s$

第1流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_1=\frac{60\×\{(0+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=240s$

第8流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_8=\frac{60\×\{(0+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=240s$

方坯连铸停浇控制系统对所得到的连铸机各流水口在停浇阶段的浇铸时间进行计时处理，当系统累计的时间达到240s时，系统会向PLC发出指令信号，控制2#、7#、1#、8#水口上方的塞棒机构执行动作，关闭2#、7#、1#、8#水口；当系统累计的时间达到480s时，系统会再次向PLC发出指令信号，控制4#、5#、3#、6#水口上方的塞棒机构执行动作，关闭4#、5#、3#、6#水口。

实施例2

以目前较为流行的8流连铸机为例：

此时为夏季，连铸机的有7个流工作正常，分别是1#、2#、4#、5#、6#、7#、8#，而3#水口没有开启，则此次的连铸机各流水口的钢水优先分配权为：4#＞5#＞6#＞2#＞7#＞1#＞8#。

在连铸机进入停浇状态之前，现场操作人员对中间包内的钢水温度和重量进行测量，其中：钢水温度检测为1560℃，钢水重量为38000kg，待检测完毕后，启动方坯连铸停浇控制系统，此时中间包内的钢水温度和重量信息将自动输入系统中。

根据工艺规程要求，将中间包钢水的下限重量W_下限设定为15000kg，将中间包钢水的下限温度T_下限设定为1520℃，设定当前时刻中包内的钢水温降速度为0.8℃/min，设定进入停浇阶段后，方坯连铸机各流的拉速υ_i均为1.5m/min，定尺L_定i均为6m，且保持不变。此外，连铸机各流从结晶器弯月面到火焰切割机的起始位置的长度L_铸机i为10m，各流编码器所反馈的数值为2m，铸坯的断面尺寸为200mm×200mm。因此有效中间包钢水重量ΔW为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔW}=38000-15000-\underset{i=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}7840\·(0.2\×0.2)\·\left\{(2\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\right\}\\ =9828.8\mathrm{kg}\end{array}$

与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间为：

假设有效钢水只从连铸机一个流的水口中流出，则N_max的最大值为：

则在停浇阶段，单流所能浇铸的最大有效浇铸时间为：

由于t′_总＞t″_总，因此连铸机各流最长的浇铸时间t_总i不会超过1440s，而不用考虑钢水降温对浇铸时间的影响。

由于此时连铸机的7个流水口能正常工作，根据连铸机各流水口的钢水优先分配权原则，完成以下步骤计算，得出连铸机各流所能分配到的浇铸重量：

第一步：将第一块定尺铸坯的钢水份额分配给4#水口。即：N₄＝1，4#水口的定尺L_定4为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₁＝ΔW-ρ·S·L_定4＝9828.8-1881.6＝7947.2kg。

第二步：将第二块定尺铸坯的钢水份额分配给5#水口。即：N₅＝1，5#水口的定尺L_定5为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₂＝ΔW₁-ρ·S·L_定5＝7947.2-1881.6＝6065.6kg。

第三步：将第三块定尺铸坯的钢水份额分配给6#水口。即：N₆＝1，6#水口的定尺L_定6为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₆＝ΔW₂-ρ·S·L_定6＝6065.6-1881.6＝4184kg。

第四步：将第四块定尺铸坯的钢水份额分配给2#水口。即：N₂＝1，2#水口的定尺L_定2为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₄＝ΔW₃-ρ·S·L_定2＝4184-1881.6＝2302.4kg。

第五步：将第五块定尺铸坯的钢水份额分配给7#水口。即：N₇＝1，7#水口的定尺L_定7为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₅＝ΔW₄-ρ·S·L_定7＝2302.4-1881.6＝420.8kg。

第六步：经过前四步的分配，剩余的有效钢水重量为420.8kg，已无法完成后续的定尺浇铸，因此停止钢水分配，则N₁＝N₈＝0。

在完成钢水分配权操作后，得出各流水口在停浇阶段的浇铸时间，即：

第4流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_4=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第5流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_5=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第6流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_6=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第2流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_2=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第7流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_7=\frac{60\×\{(1+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=480s$

第1流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_1=\frac{60\×\{(0+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=240s$

第8流水口在停浇阶段的浇铸时间为：

${\mathrm{time}}_8=\frac{60\×\{(0+2)\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\}}{1.5}=240s$

方坯连铸停浇控制系统对所得到的连铸机各流水口在停浇阶段的浇铸时间进行计时处理，当系统累计的时间达到240s时，系统会向PLC发出指令信号，控制1#、8#水口上方的塞棒机构执行动作，关闭1#、8#水口；当系统累计的时间达到480s时，系统会再次向PLC发出指令信号，控制4#、5#、6#、2#、7#水口上方的塞棒机构执行动作，关闭4#、5#、6#、2#、7#水口。

实施例3

以目前较为流行的8流连铸机为例：

此时为冬季，连铸机的有6个流工作正常，分别是1#、2#、5#、6#、7#、8#，而3#、4#水口没有开启，连铸机各流水口的钢水优先分配权为：5#＞6#＞2#＞7#＞1#＞8#。

在连铸机进入停浇状态之前，现场操作人员对中间包内的钢水温度和重量进行测量，其中：钢水温度检测为1560℃，钢水重量为38000kg。待检测完毕后，启动方坯连铸停浇控制系统，中间包内的钢水温度和重量信息将自动输入系统中。

根据工艺规程要求，将中间包钢水的下限重量W_下限设定为15000kg，将中间包钢水的下限温度T_下限设定为1520℃，设定当前时刻中包内的钢水温降速度为1.2℃/min。设定进入停浇阶段后，方坯连铸机各流的拉速υ_i均为1.5m/min，定尺L_定i均为6m，且保持不变。此外，连铸机各流从结晶器弯月面到火焰切割机的起始位置的长度L_铸机i为10m，各流编码器所反馈的数值为2m。铸坯的断面尺寸为200mm×200mm。因此有效中间包钢水重量ΔW为：

$\begin{array}{c}\mathrm{\ΔW}=38000-15000-\underset{i=1}{\overset{6}{\mathrm{\Σ}}}7840\·(0.2\×0.2)\·\left\{(2\×6-2-[\frac{10}{6}-\mathrm{INT}\left(\frac{10}{6}\right)]\×6\right\}\\ =11710.41\mathrm{kg}\end{array}$

与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间为：

假设有效钢水只从连铸机一个流的水口中流出，则N_max的最大值为：

则在停浇阶段，单流所能浇铸的最大有效浇铸时间为：

由于t′_总＜t″_总，因此连铸机各流的最长浇铸时间t_总不会超过1500s。

由于此时连铸机的6个流水口能正常工作，根据连铸机各流水口的钢水优先分配权原则，完成以下步骤计算，得出连铸机各流所能分配到的浇铸重量：

第一步：得出连铸机各流水口在初始浇铸时间，

第二步：将第一块定尺铸坯的钢水份额分配给5#水口。即：N₅＝1，5#水口的定尺L_定5为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₁＝ΔW-ρ·S·L_定5＝11710.4-1881.6＝9828.8kg，其5#水口的浇钢时间调整为：t_总5＝240+6×60/1.5＝480s。

第三步：将第二块定尺铸坯的钢水份额分配给6#水口。即：N₆＝1，6#水口的定尺L_定6为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₂＝ΔW₁-ρ·S·L_定6＝9828.8-1881.6＝7947.2kg，其6#水口的浇钢时间调整为：t_总6＝240+6×60/1.5＝480s。

第四步：将第三块定尺铸坯的钢水份额分配给2#水口。即：N₂＝1，2#水口的定尺L_定2为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₃＝ΔW₂-ρ·S·L_定2＝7947.2-1881.6＝6065.6kg，其2#水口的浇钢时间调整为：t_总2＝240+6×60/1.5＝480s。

第五步：将第四块定尺铸坯的钢水份额分配给7#水口。即：N₇＝1，7#水口的定尺L_定7为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₄＝ΔW₃-ρ·S·L_定7＝6065.6-1881.6＝4184kg，其7#水口的浇钢时间调整为：t_总7＝240+6×60/1.5＝480s。

第六步：将第五块定尺铸坯的钢水份额分配给1#水口。即：N₁＝1，1#水口的定尺L_定1为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₅＝ΔW₄-ρ·S·L_定1＝4184-1881.6＝2302.4kg，其1#水口的浇钢时间调整为：t_总1＝240+6×60/1.5＝480s。

第七步：将第六块定尺铸坯的钢水份额分配给8#水口。即：N₈＝1，8#水口的定尺L_定8为6m，则单块铸坯的重量为7840×0.2×0.2×6＝1881.6kg，此时钢水ΔW₆＝ΔW₅-ρ·S·L_定8＝2302.4-1881.6＝420.8kg，其8#水口的浇钢时间调整为：t_总8＝240+6×60/1.5＝480s。

第八步：经过前六步的分配，剩余的有效钢水重量为420.8kg，已无法完成后续的定尺浇铸，因此停止钢水分配。此时，

t_总5＝t_总6＝t_总2＝t_总7＝t_总1＝t_总8＝480s＜1500s

方坯连铸停浇控制系统对所得到的连铸机各流水口在停浇阶段的浇铸时间进行计时处理，当系统累计的时间达到480s时，系统会向PLC发出指令信号，控制1#、2#、5#、6#、7#、8#水口上方的塞棒机构执行动作，关闭1#、2#、5#、6#、7#、8#水口。

Claims (5)

1.一种连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

(1)在方坯连铸机的每一流矫直区扇形段的驱动电机上安装编码器，用于反馈连铸坯在定尺阶段已运行的长度，并在中间包上安装称重计，将编码器和称重计与方坯连铸停浇控制系统相连接；

(2)当本浇次的最后一钢包钢水浇铸完后，现场操作人员对中间包钢水温度进行检测，在检测完毕后，向方坯连铸停浇控制系统发出方坯各流连铸机进入停浇阶段的指令；

(3)方坯连铸停浇控制系统在启动后，自动接收已检测到的中间包钢水温度T⁰和重量W⁰的信息，并采集当前时刻连铸机各流矫直区上的编码器所反馈的定尺运行的长度数据

(4)方坯连铸停浇控制系统根据采集到的上述相关数据，自动计算出停浇阶段的有效中间包钢水重量，即：

式中：ΔW为有效中间包钢水重量，kg；W⁰为进入停浇阶段后，初始时刻的中间包钢水重量，kg；W_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限重量，kg；ρ为高温下固态钢的密度，kg/m³，设定值为7840kg/m³；S为铸坯的断面面积，m²；L_定i为连铸机第i流的定尺尺寸，m；为进入停浇阶段后，初始时刻第i流编码器所反馈的数值，m；L_铸机i为连铸机第i流结晶器弯月面到火焰切割机起始点之间的铸坯长度，m；INT(L_铸机i/L_定i)为L_铸机i与L_定i之间比值的整数部分；

(5)方坯连铸停浇控制系统制定出有效中间包钢水重量与连铸各流浇铸重量之间的制约关系，即：连铸机各流所分坯到的钢水量总和要趋近于有效中间包钢水重量；

$\mathrm{\ΔW}\≥\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔW}}_i,$ 且 $\mathrm{\ΔW}-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ΔW}}_i\→\min$

式中：ΔW_i为连铸机第i流所能够分配到的浇铸重量，kg，其中：ΔW_i＝N_i·ρ·S·L_定i，N_i为根据连铸机第i流所分配到的浇铸重量能够切割出的符合定尺要求的铸坯块数，根据实际工况，将N_i值规定为整数，且N_i≥1；

(6)通过方坯连铸停浇控制系统计算出停浇阶段连铸机各流的有效浇铸时间，该值与中间包钢水温度和连铸机各流在停浇阶段的浇铸长度有关，因此会得到两种计算结果，即：

A.与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间，即：

式中：t′_总为与中间包钢水温度有关的有效浇铸时间，s；T⁰为进入停浇阶段后，初始时刻的中间包内钢水的温度，℃；T_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限温度，℃；ΔT为中间包内钢水的降温速度，℃/s，该值会受外界环境的影响而发生变化，其中：春、秋季节的ΔT值平均为1.0～1.2℃/min，夏季的ΔT值平均为0.8～0.9℃/min，冬季的ΔT值平均为1.2～1.6℃/min；

B.连铸机单流在停浇阶段与浇铸长度有关的最大有效浇铸时间，即：

式中：t″_总为连铸机单流在停浇阶段与浇铸长度有关的最大有效浇铸时间，s；υ_min为连铸机各流在停浇阶段的最小拉速，m/min，N_max为连铸机单流在停浇阶段所能浇铸出的最大块数，L_定max为连铸机各流中的最小定尺，m；

为符合现场工艺要求，实际的有效浇铸时间为上述两个有效浇铸时间中最小的，即：

t_总i＝min[t′_总，t″_总]

(7)设定连铸机各流水口的钢水优先分配权

设定中间包中间位置水口的钢水优先分配权最高，然后依次级别降低，中间包两端水口的钢水优先分配权最低，在正常浇钢过程中，按照各流水口的钢水优先分配权顺序依次进行浇钢，各流水口的最终浇钢重量按照浇钢顺序依次降低，当其中一个水口因突发性事件导致非计划性关闭，它的钢水优先分配权将按照顺序传递给下一个水口；

(8)方坯连铸停浇控制系统根据连铸现场的实际工况，依据上述的限制性条件，对连铸机各水口的所要浇铸的钢水配额进行循环分配，在满足上述限制条件的情况下，得出能够在连铸机各流能够切割出长度符合定尺要求的铸坯块数N和每流从进入停浇阶段到塞棒关闭水口的时间time_i；

并对连铸机的每个水口进行计时处理，当记录的时间time等于所设定的某一水口的time_i时，控制所对应的塞棒关闭该水口。

2.根据权利要求1所述的连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，其特征在于：所述编码器完成一个定尺周期的运行后，编码器所记录的数据清零。

3.根据权利要求2所述的连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，其特征在于：在第二步骤完成后，连铸机各流的拉速υ_i和定尺L_定i不再改变，当现场生产要求对上述变量进行调整时，即：拉速的调整量|Δυ_i|≥0.1m/min或定尺的调整量|ΔL_定i|≥0.01m，需重新对中间包的钢水温度和重量进行检测，并对方坯连铸停浇控制系统做初始化操作。

4.根据权利要求3所述的连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，其特征在于：在第六步骤中，T_下限为工艺规程所设定的中间包钢水的下限温度，当中间包的钢水温度降低到此温度时，各流对应的塞棒则必须关闭。

5.根据权利要求4所述的连铸机停浇阶段提高合格定尺铸坯产量的方法，其特征在于：在第七步骤中，对于传统的连铸机8流水口布置方式，水口从1#至8#顺序排列，各流水口的钢水优先分配权顺序是：4#＞5#＞3#＞6#＞2#＞7#＞1#＞8#，各流水口的最终浇钢重量为：W₄≥W₅≥W₃≥W₆≥W₂≥W₇≥W₁≥W₈，，因此，N₄L_定4≥N₅L_定5≥N₃L_定3≥N₆L_定6≥N₂L_定2≥N₇L_定7≥N₁L_定1≥N₈L_定8，其中N₁～N₈分别为连铸机各流水口在停浇阶段所能够按照各自的定尺要求切分出的铸坯块数，均为正整数。