CN106041011A - 一种连铸中包余钢模型的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连铸中包余钢模型的实现方法，包括获取生产过程工艺数据、坯长计算长度与测量长度校核、余钢分配起点判定、余钢分配计算、铸坯长度序列分布和塞棒关闭时间控制。本发明提供了合理的连铸过程中余钢分配和控制方法，最大化利用中包内钢液，减少废钢液的产生，有利于提高钢水收得率和资源利用率，提高生产效率，提高能源利用率，降低生产运营成本，促进企业效益最大化，具有重要的现实意义。

Description

一种连铸中包余钢模型的实现方法

技术领域

本发明属于先进工业制造控制技术领域，尤其涉及一种连铸中包余钢模型的实现方法。

背景技术

钢铁企业间直接面临着在技术、质量、管理、价格及服务等方面的竞争。因此，一方面，需要提升产品质量，提高服务、品牌效益；另一方面，需要控制生产运营成本，提升利润空间。

就连铸机管理和控制而言，目前仍然采用粗放型模式，人工干预程度过多，尤其在中间包处于浇余钢模式的情况下，人工操作因人因时因地而异，不能保证操作的一致，更加不可能考虑生产效率的协同优化，因而中包内的余钢没有达到充分的利用，造成了钢水收得率偏低，生产成本偏高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种连铸中包余钢模型的实现方法，可解决中包余钢合理利用的问题，减少或消除废铸坯，提高钢液收得率。

为此，本发明公开了一种连铸中包余钢模型的实现方法，包括如下步骤：

S1、获取生产过程工艺数据；

S2、坯长计算长度与测量长度校核：当存在定尺测长系统时，获取该铸坯的测量长度，并与计算长度进行对比校正，并通过调节修正长度使计算长度的偏差在可控范围内；

S3、余钢分配起点判定：余钢分配起点跟据工艺要求和约束，由计划信息和工艺状况共同决定；

S4、余钢分配计算：当满足余钢分配起点条件后记下当前时间分配时间点，获取每流从最近一次切割点到当前分配时间点的铸流长度，为每流补给最少量的钢液使该铸流长度为标准坯长的整数倍；计算中间包一次剩余钢液所含整数根标准坯；对每流完成最少补给量所需时间进行升序排序；按照排序结果对一次剩余钢液的整数根铸坯进行分配，最后得到第i流分配的钢水总重W_i分配；

S5、铸坯长度序列分布：由步骤S5计算得出每流总供给重量，得出每流浇注铸坯数量及长度序列；将数量及长度信息下发至对应切割系统，完成切割及铸流、铸坯跟踪；

S6、塞棒关闭时间控制。

进一步地，所述步骤S1中，从炼钢连铸各系统获取过程工艺数据，包括每炉炉次号、生产作业计划、浇次号、铸坯号、钢水供给情况、铸坯截面尺寸、坯长、正常生产流数、中间包寿命、每流拉速、定尺切割信息、切割后长度、中包重量、回转台工作状态及两臂重量。

进一步地，所述步骤S2中，坯长的计算公式为：

其中：

v_i为拉速的采样数据，m为该铸坯的两次切割时间点内的速度采样个数，ΔT为采样周期，L_修正为修正长度。

进一步地，所述步骤S3中，余钢分配起点的判定至少为如下a-e方式中的一种，则启动余钢分配计算：

a、浇次最后一炉钢水已全部注入中间包，中间包钢液重量下降至中间包下限设定值；

b、浇次内最后一炉钢水已注入中间包，且有断浇请求；

c、中间包钢液重量已经达到中间包下限设定值，大包回转台两臂都无盛钢液重包；

d、设备故障引起的断浇请求；

e、生产质量事件引起的断浇请求。

进一步地，所述步骤S4还包括：

如果还存在二次剩余钢液，则根据重量情况进行再次分配计算，当能构成整根铸坯，则分配给当前能最快完成的铸流；若不能构成整块铸坯，则根据最大化标准坯数量的原则，二次剩余钢液均分给一部分末端标准坯使其形成较长坯，或从一部分末端标准坯均匀取少许钢液使其形成较短坯。

进一步地，每流铸流长度的计算公式为：

L_i铸流＝L_i+L_i拉，其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，L_i铸流为第i流的铸流长度，L_i拉为第i流切割点到铸流断面的长度，L_i为第i流切割点到结晶器弯月面的长度。

进一步地，每流最少钢液补给量的计算公式为：

W_i＝(A_i×L_标-L_i铸流)×S_截×ρ_钢，其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，A_i为第i流最小补给后铸流为标准坯长的整数倍，L_标为标准坯长，L_铸流为铸流长度，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差别)。

进一步地，所述步骤S6为：由步骤S4得出的每流分配的钢液重量W_i分配，计算当前每流塞棒预计关闭时间，计算公式为：

其中：

t为当前时间，也即中间包刚进入余钢模式时间；t_i塞棒关为第i流塞棒预计关闭时间。

或，所述步骤S6为：实时跟踪每流实际补给的重量，当该值的累积结果达到每流分配的钢液重量W_i分配时，则为该塞棒的关闭时间。

进一步地，还包括步骤S7：

当系统未按给定值关闭塞棒时，重复以上计算，重新分配钢液，并下发切割计划。

与现有技术相比，本发明提供了合理的连铸过程中余钢分配和控制方法，最大化利用中包内钢液，减少废钢液的产生，有利于提高钢水收得率和资源利用率，提高生产效率，提高能源利用率，降低生产运营成本，促进企业效益最大化，具有重要的现实意义。

附图说明

图1为本发明提供的所述连铸中包余钢模型的实现方法的流程图；

图2为步骤S4中不考虑剩余钢液的分配情况示意图；

图3为步骤S4中考虑二次余钢的分配情况示意图；

图4为步骤S4中剩余钢水均匀分配在E+1块标准坯上时钢液的分配情况示意图；

图5为步骤S4中整数坯分配后剩余钢液不能铸成完整坯时钢液的分配情况示意图；

图6为步骤S5中不考虑二次剩余钢液的分配情况示意图；

图7a为步骤S5中考虑二次剩余钢液的分配情况下，W_二次余≥L_min×S_截×ρ_钢时的分配情况示意图；

图7b为步骤S5中考虑二次剩余钢液的分配情况下，W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢且时的分配情况示意图；

图7c为步骤S5中考虑二次剩余钢液的分配情况下，W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢且时的分配情况示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详述。

请参阅图1，本发明提供一种连铸中包余钢模型的实现方法，包括如下步骤：

S1、获取生产过程工艺数据；

S2、坯长计算长度与测量长度校核：当存在定尺测长系统时，获取该铸坯的测量长度，并与计算长度进行对比校正，并通过调节修正长度使计算长度的偏差在可控范围内；

S3、余钢分配起点判定：余钢分配起点跟据工艺要求和约束，由计划信息和工艺状况共同决定；

S4、余钢分配计算：当满足余钢分配起点条件后记下当前时间分配时间点，获取每流从最近一次切割点到当前分配时间点的铸流长度，为每流补给最少量的钢液使该铸流长度为标准坯长的整数倍；计算中间包一次剩余钢液所含整数根标准坯；对每流完成最少补给量所需时间进行升序排序；按照排序结果对一次剩余钢液的整数根铸坯进行分配，最后得到第i流分配的钢水总重W_i分配；

S5、铸坯长度序列分布：由步骤S5计算得出每流总供给重量，得出每流浇注铸坯数量及长度序列；将数量及长度信息下发至对应切割系统，完成切割及铸流、铸坯跟踪；

S6、塞棒关闭时间控制。

所述步骤S1中，从炼钢连铸各系统获取过程工艺数据，包括每炉炉次号、生产作业计划、浇次号、铸坯号、钢水供给情况、铸坯截面尺寸、坯长、正常生产流数、中间包寿命、每流拉速、定尺切割信息、切割后长度、中包重量、回转台工作状态及两臂重量。

所述步骤S2中，坯长的计算公式为：

其中：

v_i为拉速的采样数据，m为该铸坯的两次切割时间点内的速度采样个数，ΔT为采样周期，L_修正为修正长度，需要考虑切割损耗、凝固收缩、在线调宽方面的因素。

所述步骤S3中，余钢分配起点的判定至少为如下a-e方式中的一种，则启动余钢分配计算：

a、浇次最后一炉钢水已全部注入中间包，中间包钢液重量下降至中间包下限设定值；

b、浇次内最后一炉钢水已注入中间包，且有断浇请求；

c、中间包钢液重量已经达到中间包下限设定值，大包回转台两臂都无盛钢液重包；

d、设备故障引起的断浇请求；

e、生产质量事件引起的断浇请求。

所述步骤S4还包括：

如果还存在二次剩余钢液，则根据重量情况进行再次分配计算，当能构成整根铸坯，则分配给当前能最快完成的铸流；若不能构成整块铸坯，则根据最大化标准坯数量的原则，二次剩余钢液均分给一部分末端标准坯使其形成较长坯，或从一部分末端标准坯均匀取少许钢液使其形成较短坯。

每流铸流长度的计算公式为：

L_i铸流＝L_i+L_i拉，其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，L_i铸流为第i流的铸流长度，L_i拉为第i流切割点到铸流断面的长度，L_i为第i流切割点到结晶器弯月面的长度。

每流最少钢液补给量的计算公式为：

W_i＝(A_i×L_标-L_i铸流)×S_截×ρ_钢，其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，A_i为第i流最小补给后铸流为标准坯长的整数倍，L_标为标准坯长，L_铸流为铸流长度，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差别)。

中包一次余钢重量的计算公式为：

其中：

W_浇铸为中间包能浇铸的钢液重量，n为开浇的铸流总数，W_一次余为中间包钢液重量减去最小补给重量后的一次余钢重量，W_i为第i流最小补给重量。

中包二次余钢重量的计算公式为：

其中：

L_标为标准坯长，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差别)，B为一次余钢还能铸造的标准坯个数，W_二次余为一次余钢分配整数块标准坯后剩余钢液重量，也即二次余钢重量，该重量小于一个标准坯重量，即W_二次余＜L_标×S_截×ρ_钢。

各流完成最少补给量的时间的计算公式为：

其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，T_i为第i流完成最少补给的时间，W_i为第i流最少补给量，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差异)，v_i拉为第i流当前时刻的拉速。

对各流完成最少补给量的时间按升序排序，得到i流的排序编号N_i，排序编号越小，说明其完成最少补给量的时间越短，在任务量不多的情况下，是应该先给他安排后续任务的。

不考虑二次余钢的分配情况且当W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢时，二次剩余钢液不足，为减少计算的复杂性，可以考虑将其直接作废处理。这时每流钢液分配情况的计算过程如下：

计算分配数量：

其中：

B为一次余钢还能构成的标准坯数，n为正浇铸的铸流总数，R为商，即可分配的轮数，S为余数，即不够分配一轮的数量。

不考虑剩余钢液的分配情况示意图请参阅图2。

考虑二次余钢的分配情况下，当W_二次余≥L_min×S_截×ρ_钢时，整数铸坯分配后剩余钢液能直接形成完整坯，则钢液分配情况请参阅图3。

当W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢且时；

判别式中L_max为坯长的上限值，L_min为坯长的下限值，为二次余钢分配的界限值，当小于该值，将二次余钢铸成较长坯，否则铸成较短坯。

整数坯分配后，二次余钢不能铸成完整坯，将钢液再次分配给末端部分标准坯使这些坯达到坯长的上限值或者接近上限值，做较长坯处理。

标准坯数量的计算公式为：

其中：

L_标为标准坯长，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差异)，W_二次余为中包二次剩余钢液重量，L_max为坯长的上限值，E为商，F为余数，该重量小于(L_max-L_标)×S_截×ρ_钢。

需要将剩余钢水分配到最后E+1根标准坯中，保证无钢液剩余。

最后E+1根标准坯需额外增加的重量G的计算公式为：

其中：

G为最后E+1根标准坯需要额外增加的重量。

当剩余钢水均匀分配在E+1块标准坯上时钢液分配情况请参阅图4。

当W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢且时

整数坯分配后，剩余钢液不能铸成完整坯，将最后部分标准坯中均匀取出一部分钢液(使其达到坯的下限)，同剩余钢液组成一块达到下限的整块坯，做较短坯处理。

标准坯数量的计算公式为：

其中：

L_标为标准坯长，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差异)，W_二次余为中间包二次剩余钢液重量，L_min为坯长的下限值，T为商，U为余数，该重量小于(L_标-L_min)×S_截×ρ_钢。

需要由T+1根标准坯向剩余钢水提供钢液，保证无钢液剩余。

均分后下限坯重的计算公式为：

其中：

T+2为由T+1块标准坯向剩余钢水提供钢液共生成的T+2块坯，W_下限为均分后下限坯重量。

分配数量的计算公式为：

其中：

B+1为最小补给后中间包余钢还能构成的铸坯数，包括最后由二次剩余钢水生成的坯；n为正浇铸的铸流总数；R′为商，可以分配的轮数；S′为余数，不够分配一轮的数量。

分配组别的计算方式为：

其中：

V为商，表示可以分配的轮数；K为余数，表示不够分配一轮的剩余数量。

整数坯分配后剩余钢液不能铸成完整坯时钢液的分配情况请参阅图5。

所述步骤S5中，由上述计算得出每流总供给重量，得出每流浇注铸坯数量及长度序列；将数量及长度信息下发至对应切割系统，完成切割及铸流、铸坯跟踪。

不考虑二次剩余钢液的分配情况下，当W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢，则每流的分配情况请参阅图6。

该图6描述的是：如果第i流的排序编号小于等于S，则其共分配A_i+R+1块铸坯，且每块铸坯长都是标准坯长；如果第i流的排序编号大于S，则其共分配A_i+R块铸坯，且每块铸坯长都是标准坯长。

考虑二次剩余钢液的分配情况下，当W_二次余≥L_min×S_截×ρ_钢时，则每流的分配情况请参阅图7a。

该图7a描述的是：如果第i流的排序编号小于等于S，则其共分配A_i+R+1块铸坯，且每块铸坯长都是标准坯长；如果第i流的排序编号等于S+1，则其共分配A_i+R+1块铸坯，前A_i+R块坯的长度为标准坯长，最后一块坯长为如果第i流的排序编号大于S+1，则其共分配A_i+R块铸坯，且每块铸坯长都是标准坯长。

考虑二次剩余钢液的分配情况下，当W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢且时，则每流的分配情况请参阅图7b。

该图7b描述的是：如果第i流的排序编号小于等于S且小于等于J，则该流共分配A_i+R+1块铸坯，前A_i+R-I块坯为标准坯长，后I+1块坯的长度为如果第i流的排序编号小于等于S且大于J，则该流共分配A_i+R+1块铸坯，前A_i+R+1-I块坯为标准坯长，后I块坯长为如果第i流的排序编号大于S且小于等于J，则该流共分配A_i+R块铸坯，前A_i+R-I-1块坯为标准坯长，后I+1块坯的长度为如果第i流的排序编号大于S且大于J，则该流共分配A_i+R块铸坯，前A_i+R-I块坯为标准坯长，后I块坯长为

考虑二次剩余钢液的分配情况下，当W_二次余＜L_min×S_截×ρ_钢且时，则每流的分配情况请参阅图7c。

该图7c描述的是：如果第i流的排序编号小于等于S′且小于等于K，则该流共分配A_i+R′+1块铸坯，前A_i+R′-V块坯为标准坯长，后V+1块坯的长度为如果第i流的排序编号小于等于S′且大于K，则该流共分配A_i+R′+1块铸坯，前A_i+R′+1-V块坯为标准坯长，后V块坯长为如果第i流的排序编号大于S′且小于等于K，则该流共分配A_i+R′块铸坯，前A_i+R′-V-1块坯为标准坯长，后V+1块坯的长度为如果第i流的排序编号大于S′且大于K，则该流共分配A_i+R′块铸坯，前A_i+R′-V块坯为标准坯长，后V块坯长为

所述步骤S6的塞棒关闭时间控制可由两种方式可出，方式一为：由步骤S4得出的每流分配的钢液重量W_i分配，计算当前每流塞棒预计关闭时间，计算公式为：

上式中t指的是当前时间，也即中间包刚进入余钢模式时间；t_i塞棒关指的是第i流塞棒预计关闭时间。

方式二为：实时跟踪每流实际补给的重量，当该值的累积结果达到每流分配的钢液重量W_i分配时，则为该塞棒的关闭时间。

进一步地，还包括步骤S7：

当系统未按给定值关闭塞棒时，重复以上计算，重新分配钢液，并下发切割计划。

综上，本发明提供了合理的连铸过程中余钢分配和控制方法，最大化利用中包内钢液，减少废钢液的产生，有利于提高钢水收得率和资源利用率，提高生产效率，提高能源利用率，降低生产运营成本，促进企业效益最大化，具有重要的现实意义。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、获取生产过程工艺数据；

S2、坯长计算长度与测量长度校核：当存在定尺测长系统时，获取该铸坯的测量长度，并与计算长度进行对比校正，并通过调节修正长度使计算长度的偏差在可控范围内；

S3、余钢分配起点判定：余钢分配起点跟据工艺要求和约束，由计划信息和工艺状况共同决定；

S4、余钢分配计算：当满足余钢分配起点条件后记下当前时间分配时间点，获取每流从最近一次切割点到当前分配时间点的铸流长度，为每流补给最少量的钢液使该铸流长度为标准坯长的整数倍；计算中间包一次剩余钢液所含整数根标准坯；对每流完成最少补给量所需时间进行升序排序；按照排序结果对一次剩余钢液的整数根铸坯进行分配，最后得到第i流分配的钢水总重W_i分配；

S5、铸坯长度序列分布：由步骤S5计算得出每流总供给重量，得出每流浇注铸坯数量及长度序列；将数量及长度信息下发至对应切割系统，完成切割及铸流、铸坯跟踪；

S6、塞棒关闭时间控制。

2.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，所述步骤S1中，从炼钢连铸各系统获取过程工艺数据，包括每炉炉次号、生产作业计划、浇次号、铸坯号、钢水供给情况、铸坯截面尺寸、坯长、正常生产流数、中间包寿命、每流拉速、定尺切割信息、切割后长度、中包重量、回转台工作状态及两臂重量。

3.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，所述步骤S2中，坯长的计算公式为：

其中：

v_i为拉速的采样数据，m为该铸坯的两次切割时间点内的速度采样个数，ΔT为采样周期，L_修正为修正长度。

4.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，所述步骤S3中，余钢分配起点的判定至少为如下a-e方式中的一种，则启动余钢分配计算：

a、浇次最后一炉钢水已全部注入中间包，中间包钢液重量下降至中间包下限设定值；

b、浇次内最后一炉钢水已注入中间包，且有断浇请求；

c、中间包钢液重量已经达到中间包下限设定值，大包回转台两臂都无盛钢液重包；

d、设备故障引起的断浇请求；

e、生产质量事件引起的断浇请求。

5.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：

如果还存在二次剩余钢液，则根据重量情况进行再次分配计算，当能构成整根铸坯，则分配给当前能最快完成的铸流；若不能构成整块铸坯，则根据最大化标准坯数量的原则，二次剩余钢液均分给一部分末端标准坯使其形成较长坯，或从一部分末端标准坯均匀取少许钢液使其形成较短坯。

6.根据权利要求5所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，每流铸流长度的计算公式为：

L_i铸流＝L_i+L_i拉，其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，L_i铸流为第i流的铸流长度，L_i拉为第i流切割点到铸流断面的长度，L_i为第i流切割点到结晶器弯月面的长度。

7.根据权利要求5所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，每流最少钢液补给量的计算公式为：

W_i＝(A_i×L_标-L_i铸流)×S_截×ρ_钢，其中：

i为铸流编号{1,2,...,n}，n为开浇的总流数，A_i为第i流最小补给后铸流为标准坯长的整数倍，L_标为标准坯长，L_铸流为铸流长度，S_截为铸坯截面积，ρ_钢为铸坯密度(不同钢种、温度有差别)。

8.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，所述步骤S6为：由步骤S4得出的每流分配的钢液重量W_i分配，计算当前每流塞棒预计关闭时间，计算公式为：

其中：

t为当前时间，也即中间包刚进入余钢模式时间；t_i塞棒关为第i流塞棒预计关闭时间。

9.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，所述步骤S6为：实时跟踪每流实际补给的重量，当该值的累积结果达到每流分配的钢液重量W_i分配时，则为该塞棒的关闭时间。

10.根据权利要求1所述的连铸中包余钢模型的实现方法，其特征在于，还包括步骤S7：

当系统未按给定值关闭塞棒时，重复以上计算，重新分配钢液，并下发切割计划。