CN104226953A - 基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法。针对在连铸机生产过程中，在浇铸包晶钢系列时不稳定鼓肚造成结晶器钢水面波动太大，影响铸坯质量，易造成拉漏事故的问题。本发明的方法包括如下步骤：（1）取样计算，绘制出拉坯力的偏差波形和结晶器液位偏差波形；（2）对拉坯力的偏差波形和结晶器液位偏差波形进行比较，找到与当前结晶器液位同相的拉坯力，将拉坯力平移后与当前结晶器液位相同；（3）进行调整、修正使得平移后的拉坯力超前于当前结晶器液位，从而使得补偿的塞棒开度提前作用直至液位波动到达预期效果。本发明的方法用于结晶器液位控制。

Description

基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法

 

技术领域：

本发明涉及一种基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法，属于结晶器钢水液位波动控制技术领域。

背景技术：

在钢铁企业连铸机生产中，结晶器液位控制系统在钢水浇铸过程中具有重要的作用，不仅能够改善劳动强度，更重要的是能够使结晶器钢水液面稳定在一定范围内，改善了铸坯表面质量。

但是，在一些连铸机上浇铸包晶钢系列时，在支撑辊之间的坯壳鼓肚引起结晶器液位的波动情况时有发生，最大幅度超过20mm，同时拉坯力和拉坯速度也表现为较大幅度的波动，连铸机被迫降低拉坯速度进行浇铸，液位波动严重时，结晶器液位控制系统也无法使用，手动维持液面稳定也非常困难，在连铸机生产过程中，在浇铸包晶钢系列时不稳定鼓肚造成结晶器钢水面波动太大，卷入渣子在铸坯表面形成皮下夹渣，影响铸坯质量，易造成拉漏事故。液位波动严重时，结晶器液位控制系统也无法使用，严重影响了生产的正常进行。

不稳定鼓肚的成因：结晶器内钢水液面的稳定性决定于中间包浇入到结晶器内的钢水量和从结晶器内拉出的铸坯量的平衡。不稳定鼓肚在连续铸造中是一种受工艺和设备共同影响的复杂现象，尤其是在辊间距相同或接近的连铸机上浇铸包晶钢和铁素体不锈钢时。在连铸机上靠近结晶器的支撑辊之间特别是弯曲段和扇形段区域，铸坯内没有完全凝固的钢水对表面刚形成的坯壳存在着静压力，这个静压力的作用是导致铸坯形成鼓肚，由于坯壳薄且软这些鼓肚是不稳定的。这样，在拉坯力作用下鼓肚铸坯沿浇铸方向移动过程中，不稳定的坯壳在这些区域内会受到支撑辊挤压产生振动，使得铸坯内液态钢水产生时升时降，即打破了进出结晶器钢水量的平衡，鼓肚的效应传递到结晶器最终表现为结晶器钢水液位的上下波动。

发明内容：

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法，通过对钢水液位波动的机理进行试验、研究，分析大量和结晶器钢水相关的数据如钢水液位、拉坯力及速度等之间的联系，以自动控制为基础采用先进的控制算法，寻找到了一种有效的解决方法，很好地解决了上述实际生产中的问题，保障连铸生产工艺的顺利进行。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法，该方法包括如下步骤：

（1）取样计算，绘制出拉坯力的偏差波形和结晶器液位偏差波形；

（2）对拉坯力的偏差波形和结晶器液位偏差波形进行比较，两路同频信号经过零比较后，得到两路同周期的方波，该两路同周期的方波经异或后得到的脉冲宽度可获结晶器液位滞后于拉坯力的时间，找到与当前结晶器液位同相的拉坯力，将拉坯力平移后与当前结晶器液位相同； 

（3）进行调整、修正使得平移后的拉坯力超前于当前结晶器液位，从而使得补偿的塞棒开度提前作用直至液位波动到达预期效果。

有益效果：

本发明人经过多次现场研究发现：铸坯内不稳定液态钢水的不断进出影响结晶器的钢水液位，并导致一个在时域上是周期性的波动。鼓肚的效应以结晶器液位波动的形式被表征出来，在拉坯速度不变的情况下，波动的频率在频谱上为一个或多个离散分布。每个鼓肚的频率 f 是弯曲段或弧形段区域支撑辊辊间距proller和拉坯速度v_c 的函数：f= v_c/proller；鼓肚的频率 f 也可用波长来表征：λ=proller。通过数据分析和实际趋势能够清晰地看出，结晶器液位和拉坯力有着紧密的对应关系，在频域上不稳定的鼓肚导致拉坯力也产生一个或多个离散地信号峰值，并与结晶器液位峰值对应。如图1所示，同时，在时域上拉坯力和结晶器液位的频率是一致的，但拉坯力先于结晶器液位对鼓肚的反应，即拉坯力的相位超前于结晶器液位。如图2所示。基于上述结晶器液位和拉坯力的关系，在结晶器液位波动时，以拉坯力为判断依据提前对塞棒开度进行补偿，从而可以抑制结晶器液位波动。进一步，为了使补偿更加有效，拉坯力超前于结晶器液位的相位差可根据补偿投用后的效果评估进行再调整、修正，最终鼓肚补偿使得结晶器液位波动减小或趋于消失，维持钢水液面的稳定。

附图说明：

图1 拉坯力和结晶器液位对应关系频谱图。

图2拉坯力和结晶器液位对应关系时域图。

具体实施方式：

对拉坯力F设置一先入先出（fifo）堆栈，设采样周期为t，采样数量为n（即拉坯力采样点有ｆ1、ｆ2、ｆ3、……、ｆn），这样，该堆栈的时间长度依据拉坯力F的采样周期t和采样数量n决定，则F堆栈在时域上的时间长度为nt。采样数量n和采样周期t可根据拉坯力的频率f= vc/proller进行实时控制，以保证根据拉坯力采用需求，

拉坯力：实际值F，平均值Fm=ｆ1+ｆ2+ｆ3+……+ｆn/n，拉坯力偏差ΔＦ=F-Fm，

结晶器液位：实际值L，平均值Lm=设定值，结晶器偏差ΔＬ=L-Lm，

对拉坯力偏差ΔＦ波形和结晶器液位偏差ΔＬ波形进行比较，两路同频信号经过零比较后，得到两路同周期的方波。该两方波经异或后得到的脉冲宽度可获得相位差ΔＴ（以时间为单位），即结晶器液位滞后于拉坯力的时间。设Δｎ＝ΔＴ／ｔ，根据Δｎ可找到与当前结晶器液位同相的拉坯力，则拉坯力平移Δｎ个采样点后与当前结晶器液位对应（同相），

拉坯力偏差波形的控制参数：移相后的拉坯力偏差波形，计算平移时间ΔＴ（或Δｎ）、大小、方向等参数，根据结晶器液位评估补偿效果、进一步调整移相后的拉坯力。

依据Δｎ对拉坯力进行往后平移得到移相后的拉坯力，移相后的拉坯力的频率f= vc/proller不变。

移相后的拉坯力的相位在时间长度上往后平移ΔＴ使得移相后的拉坯力与当前结晶器液位同相。平移时间ΔＴ（或Δｎ）可根据补偿功能投用后的结晶器液位效果评估，若结晶器液位仍然波动或效果不明显，则可减小拉坯力平移时间ΔＴ（或Δｎ），进行微量调整、修正使得平移后的拉坯力超前于当前结晶器液位，从而使得补偿的塞棒开度提前作用直至液位波动到达预期效果，

移相后的拉坯力的大小正比于当前结晶器液位实际值L，以使得通过移相后的拉坯力计算的补偿的塞棒开度与结晶器液位对应。由于控制钢流的塞棒开度与结晶器液位的变化方向是相反的，故将移相后的拉坯力取反后才能作为进行补偿的塞棒开度，正确保持结晶器液位的稳定，并通过结晶器液位、结晶器宽度、浇铸速度、塞棒开度极限值等参数控制保证补偿的塞棒开度在合理范围内（本案例±12mm），

根据浇铸速度、结晶器宽度控制方式、结晶器宽度及结晶器液位等条件产生补偿功能允许等。

以上仅是本发明的最佳实施例，本发明的方法包括但不限于上述实施例所公开的技术方案，本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (1)

1.一种基于拉坯力补偿结晶器钢水液位的方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）取样计算，绘制出拉坯力的偏差波形和结晶器液位偏差波形；

（2）对拉坯力的偏差波形和结晶器液位偏差波形进行比较，两路同频信号经过零比较后，得到两路同周期的方波，该两路同周期的方波经异或后得到的脉冲宽度可获结晶器液位滞后于拉坯力的时间，找到与当前结晶器液位同相的拉坯力，将拉坯力平移后与当前结晶器液位相同； 

（3）进行调整、修正使得平移后的拉坯力超前于当前结晶器液位，从而使得补偿的塞棒开度提前作用直至液位波动到达预期效果。