CN104759599B - 一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，实现节水和余热利用，节能降耗。该方法的步骤包括：将铸坯断面尺寸、材质、结晶器参数和保护渣参数按实际值输入工控机，由工控机按连铸坯坯壳厚度模型常规值预设定各点冷却强度值，由PLC发出配水指令给冷却水系统的各阀门；由工控机动态采集实测温度，由PLC发出配水指令给冷却水系统的各阀门；由工控机动态采集实际拉速，由PLC发出配水指令给各阀门；由工控机动态采集和控制后续冷却强度，直到二侧坯壳接触，即到达凝固终点。本发明可使连铸坯在切断点处的表面温度提高100‑200℃,年产百万吨的一套铸机每年可节省余热1.0X10¹⁴J,折合标准煤约3000t。

Description

一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法

技术领域

本发明涉及钢铁冶金连铸领域，特别是一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法。

背景技术

现有冶金连铸坯生产中，为形成坯壳和完全凝固，需要使用大量冷却水对铸坯结晶器和弧形段进行冷却，由于不能观测到坯壳厚度，为防止拉漏和切断处不完全凝固，只能凭经验给定各点水冷强度，这种做法往往偏于保守，使得连铸坯表面温度被降低到700—800℃，比安全运行的温度要低100--200℃。这不仅造成铸坯进入下一道热装加热工序时还要重新加热，浪费大量能源，还浪费大量冷却水资源。

发明内容

本发明提供了一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，实现冶金生产最大限度的节水和余热利用，节能降耗。

本发明提供的一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，其基本思想为：在不发生漏钢事故的前提下，提高连铸坯的温度，以便在后续的流程中，实施免加热直接轧制，或者提高连铸坯的热装炉温度。其控制流程为：按坯壳厚度模型预设定各区冷却强度→按实测液态铸体温度动态修正各区冷却强度→按实际拉速动态修正各区冷却强度→实现坯壳接触点与切断点位置的优化控制→获得最高的铸坯温度。

本发明提供的利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法包括以下步骤：

a.连铸开始前，将铸坯断面尺寸、材质、结晶器参数和保护渣参数按实际值输入工控机，由工控机按连铸坯坯壳厚度模型常规值预设定各点冷却强度值，由PLC发出配水指令给冷却水系统的各阀门，坯壳厚度公式为：

式(1)中h(x)为铸坯到结晶器弯月面距离为x处的坯壳厚度；h₀为铸坯边长；ψ(x)、分别为结晶器水冷强度、冷却1区水冷强度、冷却i区水冷强度和冷却n区水冷强度对坯壳厚度的影响项，它们与冷却介质的温度、流量、压力、分布状态等参数有关；α、β、γ为系数，与被浇铸液体温度、材质、铸坯断面尺寸、连铸机拉速、结晶器与坯壳间隙和保护渣性能等因素有关。

坯壳厚度与冷却强度有关，为了保证不发生漏钢事故，需要根据安全坯壳厚度的要求，配置冷却强度。影响冷却强度的主要因素是作用在铸坯表面各点的冷却水流量、压力、水温等，最直接、最简便的方法是控制冷却系统的阀门组态。

设定从结晶器开始到冷却终点，分为n个冷却区域，各个区域的冷却强度用Q1，Q2，…Qi,…Qn来表示，则向量{Q}为冷却强度组态，当其它参数不变，仅通过调整阀门的开口度来控制冷却强度时，{Q}就表示阀门组态：

{Q}＝{Q1，Q2，…，Qi,…，Qn} (2)

阀门组态需要根据对铸坯各段坯壳厚度的要求来进行控制，其控制算法如下：

$\left\{\begin{array}{c}Q1\\ .\\ Qi\\ .\\ Qn\end{array}\right\}=\left[\begin{array}{ccccc}A11& .& A1i& .& A1n\\ .& .& .& .& .\\ Ai1& .& Aii& .& Ain\\ .& .& .& .& .\\ An1& .& An1& .& Ann\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}h1\\ .\\ hi\\ .\\ hn\end{array}\right\}---\left(3\right)$

或者简记为：

{O}＝[A]{h} (4)

这里{Q}表示阀门组态，{h}为坯壳厚度分布，hi为i处的坯壳厚度，[A]为冷却强度控制矩阵。

b.在液态铸体到达中间包后，由工控机动态采集实测温度、动态修正α、β、γ，并按公式(3)确定各冷却区域的阀门组态，由PLC发出配水指令给冷却水系统的各阀门。

c.在液态铸体到达结晶器后，先在结晶器内表面形成弯月形坯壳，由工控机动态采集实际拉速、动态修正α、β、γ，进而按公式(3)重新计算各冷却区段的阀门组态，由PLC发出配水指令给各阀门。

d.当坯壳离开结晶器后，继续由工控机动态采集和控制后续冷却强度，使坯壳不断增厚，直到二侧坯壳接触，即到达凝固终点。在此处切坯不会发生漏钢事故。

凝固终点与切断点的位置关系如图1。图中L≥0，当L＝0时，表示凝固终点与切割点重合，此时获得最高的铸坯温度；L>0表示在凝固终点与切割点之间有一段安全距离。

当影响坯壳厚度因素发生变化时，工控机重新计算各点冷却强度值，再利用(3)式计算出阀门组态，由PLC发出配水指令给各阀门，如此循环，始终保持切断点与凝固终点之间的位置关系，实现铸坯温度最优化。

步骤a所述的铸坯为黑色金属坯、有色金属坯及其合金坯。

步骤a所述的水冷强度包括水量、水压、水温及其分布。

步骤c所说坯壳形状为方坯、矩形坯、板坯、异型坯。

本发明显著的有益效果体现在：克服了现有工艺存在的浪费热能、浪费水资源问题。与现有工艺相比，可使连铸坯在切断点处的表面温度提高100-200℃,折合吨钢可利用余热达100GJ，节约循环水5m³，节电1度。年产百万吨的一套铸机每年可节省余热1.0X10¹⁴J,折合标准煤约3000t。

附图说明

图1是连铸过程坯壳厚度示意图。

图中编号：1中间包；2钢水；3浇铸水口；4保护渣；5结晶器；6冷却1区；7坯壳；8液芯；9凝固终点；10切断点；11冷却i区；12冷却n区

图2连铸坯坯壳厚度控制原理图。

图中编号：5结晶器；6冷却1区；7坯壳；8液芯；11冷却i区；12冷却n区；13可编程控制器(PLC)；14测温仪；15工控机

具体实施方式

下面结合附图用实施例详细描述本发明。

如图1和图2所示，一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，以1机5流连铸机生产方钢坯为例，本发明的步骤如下：

a.连铸开始前，将铸坯断面150X150mm、HRB400、结晶器长度912mm、保护渣碱度0.425、粘度(1300℃)0.11Pa.s、熔化温度1120℃、比重712Kg/m3、105℃条件下的含水量0.2％等参数按实际值输入工控机15，由工控机按坯壳厚度模型常规值预设定结晶器5的水冷强度为86.5、冷区1区6冷却强度ψ(x)为52.3、冷却i区11冷却强度为1.6，冷却n区12冷却强度为0.5由PLC13下达各冷却区域的阀门组态指令，进行预配水。

b.当液态铸体流入中间包1后，工控机15收到钢水实际温度值为1510℃，与模型设定值1530℃比较后，将α修正为0.991、β修正为0.982、γ修正为0.956，进而自动按公式 确定结晶器水冷强度为83.2、冷却1区冷却强度ψ(x)为49.4、冷却i区冷却强度为0.9，冷却n区冷却强度为0.5据此由PLC按照式计算出各冷却区域的阀门组态，进行配水。

c.当液态钢水2通过浇铸水口3到达结晶器5后，先在结晶器内表面形成弯月形坯壳7，坯壳上方有保护渣4，此时工控机收到连铸机实际拉速值为每分钟1.8m，与模型设定值2.5m比较后，将α自动修正为0.782、β自动修正为0.757、γ修正自动为0.723，进而按公式(3)确定结晶器水冷强度为79.5、冷却1区冷却强度ψ(x)为42.6、冷却i区冷却强度为0.8，冷却n区冷却强度为0.5，据此由PLC按照(3)式计算出各冷却区域的阀门组态调整量，进行配水调整。

d.当坯壳7离开结晶器后，继续由工控机动态采集和控制后续冷却强度，使液芯8不断减小、坯壳在前进中不断增厚，当到达凝固终点9时，刚好凝固完毕，坯壳厚度刚好为75mm，并进入钢坯切断点10，测温仪14显示钢坯表面温度为992℃，比传统工艺提高100-200℃。

Claims (4)

1.一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a.连铸开始前，将铸坯断面尺寸、材质、结晶器参数和保护渣参数按实际值输入工控机，由工控机按连铸坯坯壳厚度模型常规值预设定各点冷却强度值，由PLC发出配水指令给冷却水系统的各阀门，坯壳厚度公式为：

式(1)中h(x)为铸坯到结晶器弯月面距离为x处的坯壳厚度；h₀为铸坯边长；ψ(x)、分别为结晶器水冷强度、冷却1区水冷强度、冷却i区水冷强度和冷却n区水冷强度对坯壳厚度的影响项，α、β、γ为系数，设定从结晶器开始到冷却终点，分为n个冷却区域，各个区域的冷却强度用Q1，Q2，…Qi,…Qn来表示，则向量{Q}为冷却强度组态，当其它参数不变，仅通过调整阀门的开口度来控制冷却强度时，{Q}就表示阀门组态：

{Q}＝{Q1，Q2，…，Qi,…，Qn} (2)

阀门组态需要根据对铸坯各段坯壳厚度的要求来进行控制，其控制算法如下：

$\left\{\begin{array}{c}Q1\\ .\\ Qi\\ .\\ Qn\end{array}\right\}=\left[\begin{array}{ccccc}A11& .& A1i& .& A1n\\ .& .& .& .& .\\ Ai1& .& Aii& .& Ain\\ .& .& .& .& .\\ An1& .& An1& .& Ann\end{array}\right]\left\{\begin{array}{c}h1\\ .\\ hi\\ .\\ hn\end{array}\right\}---\left(3\right)$

或者简记为：

{Q}＝[A]{h} (4)

这里{Q}表示阀门组态，{h}为坯壳厚度分布，hi为i处的坯壳厚度，[A]为冷却强度控制矩阵；

b.在液态铸体到达中间包后，由工控机动态采集实测温度、动态修正α、β、γ，并按公式(3)确定各冷却区域的阀门组态，由PLC发出配水指令给冷却水系统的各阀门；

c.在液态铸体到达结晶器后，先在结晶器内表面形成弯月形坯壳，由工控机动态采集实际拉速、动态修正α、β、γ，进而按公式(3)重新计算各冷却区段的阀门组态，由PLC发出配水指令给各阀门；

d.当坯壳离开结晶器后，继续由工控机动态采集和控制后续冷却强度，使坯壳不断增厚，直到二侧坯壳接触，即到达凝固终点，当影响坯壳厚度因素发生变化时，工控机重新计算各点冷却强度值，再利用(3)式计算出阀门组态，由PLC发出配水指令给各阀门，如此循环，始终保持切断点与凝固终点之间的位置关系，实现铸坯温度最优化。

2.根据权利要求1所述的一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，其特征是步骤a所述的铸坯为黑色金属坯、有色金属坯及其合金坯。

3.根据权利要求1所述的一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，其特征是步骤a的水冷强度包括水量、水压、水温及其分布。

4.根据权利要求1所述的一种利用坯壳厚度控制系统提高铸坯温度的方法，其特征是步骤c所说坯壳形状为方坯、矩形坯、板坯、异型坯。