CN106270432A - 一种基于钢水量换算的板坯切割优化方法及其控制系统 - Google Patents

Abstract

一种基于钢水量换算的板坯切割优化方法及其控制系统，涉及专门适用于金属轧机或其加工产品的控制设备或方法，尤其涉及一种用于连铸生产线板坯切割的优化方法及其控制系统，从生产管理系统接收生产铸造计划和板坯切割命令，获取板坯切割基础数据，通过基础自动化级接收切割实绩反馈；根据换算铸造长和铸流铸造长确定计算铸造长，结合切割实绩反馈值，修正计算切割范围，根据切割命令长度范围进行切割优化计算，生成最优切割方案进行切割设定，控制板坯切割。通过对大包、中间包内钢水量的切割预测，扩展计算切割范围，增加板坯切割的预测计算块数，提高板坯切割计算范围与精度，保障生产物流顺行和稳定，减少尾部钢水量的浪费。

Description

一种基于钢水量换算的板坯切割优化方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及用于金属连续铸造现场对铸造坯料进行后处理或后加工过程的控制设备或方法，尤其涉及一种用于连铸生产线板坯切割的优化方法及其控制系统。

背景技术

在连铸生产过程中，板坯切割是重要的一环。因为它不仅影响了生产收得率，而且对合同脱钩率等指标也起着至关重要的作用。若切割不恰当，不仅会造成大量优质钢水量的浪费，而且还可能影响后续生产物流。连铸生产流程如图1所示，现有的板坯切割方法往往只针对结晶器3之后的铸流4区域内的钢水量计算切割长度切割，对于大包1、中间包2内的钢水量部分则不纳入计算。现有连铸生产线的板坯切割控制系统的结构如图2所示，过程自动化级L2从生产管理系统L3接收到相关的板坯切割命令并选择计算范围，其计算范围仅仅局限在切割机5的切割枪至结晶器3顶部的铸流4，L2按照目标长生成板坯切割计划，将切割设定值传送给基础自动化级L1，由基础自动化系统控制切割机5进行切割，并将板坯6送至轧机进行后续轧制。特别是在铸流中存在质量异常时，往往需要通过板坯切割计算，将这些异常单独切割或附带在正常板坯的头尾一起切割，而不是将异常附在板坯的中部进行切割，造成整块板坯的浪费。而现有的板坯切割方法为板坯目标长切割法，如图3所示，缺少对切割长度的先期预判和优化，只是直接从生产管理系统L3接收板坯切割命令，直接按照切割命令长度(目标长)进行切割，不进行优化计算，以致于到板坯切割后期时，所剩钢水量有限，无法进行调控，最后使得尾部剩余的优良钢水量不能切割成一块正常的板坯，只能与质量异常钢水量一起切割报废，形成钢水量浪费。同时，现有的操作方式还造成了切割范围内的物流组织不协调。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于钢水量换算的板坯切割优化方法，通过将大包、中间包内的钢水量纳入切割优化范围，根据实际浇铸情况，依据切割命令长度中的目标长、上限长和下限长，对切割范围内的钢水量进行切割优化计算和预测，自动进行快速调整校正，从而提高板坯切割的稳定性和准确性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种基于钢水量换算的板坯切割优化方法，用于连铸生产线的板坯切割控制，其特征在于包括以下步骤：

S100：从生产管理系统接收生产铸造计划和板坯切割命令，获取板坯切割基础数据，通过基础自动化级接收切割实绩反馈值，其中，板坯切割基础数据包括大包、中间包钢水量，大包剩余钢水量，奇流、偶流的铸流铸造长和拉速，以及板坯的厚度、宽度和切割命令长度，切割实绩反馈值包括奇流和偶流的实绩反馈板坯长；

S200：将大包、中间包的钢水量换算为换算铸造长；

S300：根据换算铸造长和铸流铸造长确定计算铸造长，结合切割实绩反馈值，修正计算切割范围；

S400：根据切割命令长度范围进行切割优化计算，生成最优切割方案；

S500：根据最优切割方案进行切割设定，控制板坯切割。

本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法的一种较佳的技术方案，其特征在于所述的步骤S200按照以下步骤确定钢水量的换算铸造长：

S210：依照公式T＝(DW+ZW-SW)/(K1×H×V1×P+K2×H×V2×P)计算大包、中间包钢水的预期浇铸时间，其中，T为大包、中间包钢水的预期浇铸时间，DW为大包钢水量，ZW为中间包钢水量，SW为大包剩余钢水量，H为板坯厚度，K1为奇流板坯宽度，K2为偶流板坯宽度，V1为奇流拉速，V2为偶流拉速，P为钢水量密度；

S220：依照公式DL＝V×T确定钢水量的换算铸造长，其中，DL为大包、中间包钢水量的换算铸造长，T为大包、中间包钢水的预期浇铸时间，V为铸坯拉速，对应于奇流或偶流的换算铸造长，铸坯拉速V为奇流拉速V1或者偶流拉速V2。

本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法的一种更好的技术方案，其特征在于所述的步骤S300按照以下步骤确定计算铸造长并修正计算切割范围：

S310：依据公式L＝ZL+DL确定计算铸造长，其中，L为计算铸造长，ZL为奇流的铸流铸造长，DL为大包、中间包钢水量的换算铸造长；

S320：根据前一块割板坯的切割实绩反馈，依据公式LL＝L+(Ln-1)-(FLn-1)修正计算切割范围，其中，LL为计算切割范围，L为奇流的计算铸造长，Ln-1为前一块已切割板坯(板坯n-1)的预定切断板坯长，FLn-1为板坯n-1的实绩反馈板坯长。

本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法的一种优选的技术方案，其特征在于所述的步骤S400包括以下动作：

S410：依据公式1进行板坯目标长切割计算，确定末块可切割板坯序列号和板坯目标长切割的剩余坯料长：

LX0＜板坯下限长(K)

其中，LX0为板坯目标长切割的剩余坯料长，LL为计算切割范围，J为满足公式1的目标长切割板坯的末块板坯序列号，板坯下限长(K)为生产铸造计划中后续板坯K的下限长；

S420：依据公式2进行板坯下限长切割计算，使得第n块至第J块之间节省出的钢水，可以与板坯目标长切割的剩余坯料长LX0合并为一块符合切割命令长度的板坯K：

板坯下限长(I)≤优化板坯长(I)≤板坯目标长(I) (2)

其中，LX1为板坯下限长切割的剩余坯料长；

S430：依据公式3进行板坯上限长切割计算，将剩余坯料长LX分配到第n块与第J块板坯之间：

板坯目标长(I)≤优化板坯长(I)≤板坯上限长(I) (3)

其中，LX2分别为板坯上限长切割的剩余坯料长；

S440：比较板坯目标长切割的剩余坯料长LX0、板坯下限长切割的剩余坯料长LX1和板坯上限长切割的剩余坯料长LX2，选择剩余钢水量最小的方案作为最优切割方案，最优切割方案的剩余坯料长LX可依据公式4求得：

LX＝min(LX0，LX1，LX2) (4)。

本发明的另一个目的是提供一种使用上述基于钢水量换算的板坯切割优化方法的板坯切割控制系统，本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种使用上述基于钢水量换算的板坯切割优化方法的板坯切割控制系统，设置在连铸产线三级计算机控制系统的过程控制级，包括切割范围计算单元，板坯切割计划生成单元和板坯切割计划设定单元；所述的切割范围计算单元通过通讯网络连接到生产管理系统，从连铸生产管理子系统收取生产铸造计划和板坯切割命令；所述的板坯切割计划设定单元连接到基础自动化级，将切割设定值传送给板坯切断控制单元，控制切割机执行板坯切割；其特征在于：

所述的板坯切割控制系统还包括切割优化计算单元；

所述的切割范围计算单元设有钢水量换算模块，用于将大包、中间包内的钢水量换算为换算铸造长；

所述的切割优化计算单元连接到切割范围计算单元，结合来自板坯切断控制单元的实绩反馈值，进行板坯切割优化计算并选出最优切割方案；

所述的板坯切割计划生成单元连接到所述的切割优化计算单元，根据最优切割方案生成板坯切割计划，再通过板坯切割计划设定单元传送给板坯切断控制单元，控制切割机执行板坯切割；

所述的板坯切断控制单元，通过切割机获取实际切割的板坯长，作为实绩反馈值反馈给切割优化计算单元。

本发明的有益效果是：

1、本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法及其控制系统，通过对大包、中间包内钢水量的切割预测，扩展了计算切割范围，增加了板坯切割的预测计算块数，提高板坯切割计算范围与精度，保障生产物流顺行和稳定。

2、本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法及其控制系统，通过采用板坯下限长切割和上限长切割方法，对板坯切割方案进行优化，减少了尾部钢水量的浪费，提升了计算准确性。

附图说明

图1是冶金企业连铸生产线的工艺流程示意图；

图2是现有的连铸生产线板坯切割控制系统示意图；

图3是现有的板坯目标长切割方法示意图；

图4是本发明的连铸生产线板坯切割控制系统总体框架示意图；

图5是本发明的连铸生产线板坯切割控制系统示意图；

图6是钢水量换算示意图；

图7是计算切割范围修正示意图；

图8是板坯切割命令长度范围示意图；

图9是板坯下限长切割示意图；

图10是板坯上限长切割示意图；

图11是本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法流程图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。在现代钢铁企业中所使用的连铸机一般都是一机多流的，以便能够在具有相同连铸机设备的条件下提高生产效率。以下实施例均以1机2流的连铸机为例对本发明的技术方案加以说明，这些技术方案同样适用于一机多流的连铸机。

本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法用于连铸生产线的板坯切割控制，连铸生产线板坯切割过程自动化系统总体框架如图4所示，由生产控制级L3、过程控制级L2和基础自动化级L1组成三级计算机控制系统，对连铸生产线进行控制；本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法，通过在连铸过程控制机房设置的控制服务器执行。控制服务器从生产管理系统L3接收生产铸造相关的计划和板坯切割命令，同时结合来自基础自动化级L1的实绩反馈值，进行切割优化计算，最后将计算结果设定到基础自动化系统L1。板坯切割过程自动化系统L2通过在连铸切割操作室设置的显示终端，显示从生产管理系统L3接收的生产铸造计划，并且同时显示切割优化计算结果，以此提示、指导现场操作人员，实现板坯切割自动化。

图11所示的本发明的板坯切割优化方法的实施例包括以下步骤：

S100：过程控制级L2从生产管理系统L3接收生产铸造计划和板坯切割命令，获取板坯切割基础数据，通过基础自动化级L1接收切割实绩反馈数据，其中，板坯切割基础数据包括大包、中间包钢水量，大包剩余钢水量，奇流、偶流的铸流铸造长和拉速，以及板坯的厚度、宽度和切割命令长度；切割命令长度是用板坯的目标长、下限长和上限长表示的长度范围，如图8所示；本步骤首先收集切割优化计算所需的数据，包括从生产管理系统L3中接收的生产计划和切割命令，以及从基础自动化系统中收集实绩反馈值，这些数据包括大包钢水量、中间包钢水量、大包剩余钢水量、板坯厚度、奇流板坯宽度、偶流板坯宽度、奇流拉速、偶流拉速、奇流的铸流铸造长、偶流的铸流铸造长，切割实绩反馈值包括奇流和偶流的实绩反馈板坯长。

S200：将大包、中间包的钢水量换算为换算铸造长DL；大包、中间包的钢水量换算参见图6和图7，图中的连铸机结构为1机2流(奇流、偶流)，本实施例以计算奇流的铸造长为例，偶流类似。系统通过将大包、中间包内的钢水量换算成铸造长度DL，同时结合铸流内的铸流铸造长ZL形成计算铸造长L。钢水量换算过程是将大包、中间包内的钢水量(重量)换算成为铸造长。由于在铸造时，每一流的板坯的宽度、厚度、拉速一般是恒定的，且一般两流的板坯厚度都是一致的，本步骤首先根据DW、ZW、SW、H、K1、K2、V1、V2、P、ZL等已知量，计算出大包、中间包钢水浇完所需要的预期浇铸时间T，再由预期浇铸时间计算出换算长度，最后再得出计算铸造长。本实施例按照以下具体步骤确定换算铸造长DL：

S210：依照公式T＝(DW+ZW-SW)/(K1×H×V1×P+K2×H×V2×P)计算大包、中间包钢水的预期浇铸时间，其中，T为大包、中间包钢水的预期浇铸时间，DW为大包1中的钢水量，ZW为中间包2中的钢水量，SW为大包剩余钢水量，H为板坯厚度，K1为奇流板坯宽度，K2为偶流板坯宽度，V1为奇流拉速，V2为偶流拉速，P为钢水量密度；

S220：依照公式DL＝V×T确定钢水量的换算铸造长，其中，DL为大包、中间包钢水量的换算铸造长，T为大包、中间包钢水的预期浇铸时间，V为铸坯拉速，对应于奇流或偶流的换算铸造长，铸坯拉速V为奇流拉速V1或者偶流拉速V2。

S300：根据换算铸造长和铸流铸造长确定计算铸造长，结合切割实绩反馈值，修正计算切割范围，参见图7；本实施例按照以下步骤确定计算铸造长L并修正计算切割范围LL：

S310：依据公式L＝ZL+DL确定计算铸造长，其中，L为计算铸造长，ZL为铸流铸造长，DL为大包、中间包钢水量的换算铸造长；

S320：根据前一块割板坯的切割实绩反馈，依据公式LL＝L+(Ln-1)-(FLn-1)修正计算切割范围，其中，LL为计算切割范围，L为计算铸造长，Ln-1为前一块已切割板坯(板坯n-1)的预定切断板坯长，FLn-1为板坯n-1的实绩反馈板坯长；在计算出计算铸造长L之后，由于每次切割实绩长度与预定切断长度并不一定相同，因此，需要根据实绩反馈板坯长对计算切割范围进行修正，并计算出最终的计算切割范围LL，参见图7。

S400：根据切割命令长度范围进行切割优化计算，生成最优切割方案；在实际生产中，按照板坯目标长进行切割到最后总免不了会产生钢水的剩余和浪费。为了消除这一现象，本发明的板坯切割优化方法从板坯切割命令的长度范围(如图8所示)入手，增加板坯下限长切割和上限长切割计算过程，并且通过计算结果的比较优化，最后采用浪费最少的方案生成板坯切割计划。在图11所示的本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法的实施例中，本步骤包括以下动作：

S410：依据公式1进行板坯目标长切割计算，确定末块可切割板坯序列号和板坯目标长切割的剩余坯料长：

LX0＜板坯下限长(K)

其中，LX0为板坯目标长切割的剩余坯料长，LL为计算切割范围，J为满足公式1的目标长切割板坯的末块板坯序列号，板坯下限长(K)为生产铸造计划中后续板坯K的下限长；

S420：依据公式2进行板坯下限长切割计算，使得第n块至第J块之间节省出的钢水，可以与板坯目标长切割的剩余坯料长LX0合并为一块符合切割命令长度的板坯K，从而使得最后浪费的钢水量也可消化，参见图9：

板坯下限长(I)≤优化板坯长(I)≤板坯目标长(I) (2)

其中，LX1为板坯下限长切割的剩余坯料长；板坯下限长切割是让板坯在下限长至目标长之间的范围内进行调整，通过反复迭代得出一组优化板坯长(I)的最优组合，使得最后剩余部分最少。

S430：依据公式3进行板坯上限长切割计算，将剩余坯料长LX分配到第n块与第J块板坯之间：

板坯目标长(I)≤优化板坯长(I)≤板坯上限长(I) (3)

其中，LX2分别为板坯上限长切割的剩余坯料长；板坯上限长切割是让板坯在目标长至上限范围内进行调整，通过反复迭代得出一组优化板坯长(I)的最优组合，使得最后剩余部分最少。

S440：比较板坯目标长切割的剩余坯料长LX0、板坯下限长切割的剩余坯料长LX1和板坯上限长切割的剩余坯料长LX2，选择剩余钢水量最小的方案作为最优切割方案，最优切割方案的剩余坯料长LX可依据公式4求得：

LX＝min(LX0，LX1，LX2) (4)。

S500：根据最优切割方案进行切割设定，控制板坯切割。

本发明的使用上述基于钢水量换算的板坯切割优化方法的板坯切割控制系统的一个实施例如图5所示，设置在三级计算机控制系统的过程控制级L2，包括切割范围计算单元200，板坯切割计划生成单元220和板坯切割计划设定单元240；所述的切割范围计算单元200通过通讯网络连接到生产管理系统L3，从连铸生产管理子系统300收取生产铸造计划和板坯切割命令；所述的板坯切割计划设定单元240连接到基础自动化级L1，将切割设定值传送给板坯切断控制单元100，控制切割机5执行板坯切割；

如图5所示，所述的板坯切割控制系统还包括切割优化计算单元210；

所述的切割范围计算单元200设有钢水量换算模块，用于将大包、中间包内的钢水量换算为换算铸造长DL；

所述的切割优化计算单元210连接到切割范围计算单元200，结合来自板坯切断控制单元100的实绩反馈值，进行板坯切割优化计算并选出最优切割方案；

所述的板坯切割计划生成单元220连接到所述的切割优化计算单元210，根据最优切割方案生成板坯切割计划，再通过板坯切割计划设定单元240传送给板坯切断控制单元100，控制切割机5执行板坯切割；

所述的板坯切断控制单元100，通过切割机5获取实际切割的板坯长，作为实绩反馈值反馈给切割优化计算单元210。

本发明的基于钢水量换算的板坯切割优化方法及其控制系统，在某连铸机投入使用后，板坯切割对比试验结果如表1和表2所示。比较表1和表2可以看出，通过增加大包、中间包内钢水的切割预测，明显扩展了计算切割范围，计算切割范围从53米提升到94米，预测计算块数从5块扩展到9块，同时计算准确率从74％提升到90％。

表1 原有方法连续5个工作日的板坯切割计算统计表

	21日	22日	23日	24日	25日	总计
							平均每次计算切割范围LL(米)	55	58	48	57	49	53(平均)
平均每次计算板坯数(块)	5	6	5	6	5	5(平均)
							计算总次数	179	228	221	214	228	1070(总数)
准确次数	132	167	172	160	164	795(总数)
							准确率	74％	73％	78％	75％	72％	74％(平均)

表2 本发明的方法连续5个工作日的板坯切割计算统计表

	20日	21日	22日	23日	24日	总计
							平均每次计算切割范围LL(米)	87	93	85	97	99	94(平均)
平均每次计算板坯数(块)	9	9	8	9	9	9(平均)
							计算总次数	244	267	186	197	243	1137(总数)
准确次数	220	245	160	173	226	1024(总数)
							准确率	90％	92％	86％	88％	93％	90％(平均)

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的技术方案，而并非用作为对本发明的限定，任何基于本发明的实质精神对以上所述实施例所作的变化、变型，都将落在本发明的权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于钢水量换算的板坯切割优化方法，用于连铸生产线的板坯切割控制，其特征在于包括以下步骤：

S100：从生产管理系统接收生产铸造计划和板坯切割命令，获取板坯切割基础数据，通过基础自动化级接收切割实绩反馈值，其中，板坯切割基础数据包括大包、中间包钢水量，大包剩余钢水量，奇流、偶流的铸流铸造长和拉速，以及板坯的厚度、宽度和切割命令长度，切割实绩反馈值包括奇流和偶流的实绩反馈板坯长；

S200：将大包、中间包的钢水量换算为换算铸造长；

S300：根据换算铸造长和铸流铸造长确定计算铸造长，结合切割实绩反馈值，修正计算切割范围；

S400：根据切割命令长度范围进行切割优化计算，生成最优切割方案；

S500：根据最优切割方案进行切割设定，控制板坯切割。

2.根据权利要求1所述的基于钢水量换算的板坯切割优化方法，其特征在于所述的步骤S200按照以下步骤确定钢水量的换算铸造长：

S210：依照公式T＝(DW+ZW-SW)/(K1×H×V1×P+K2×H×V2×P)计算大包、中间包钢水的预期浇铸时间，其中，T为大包、中间包钢水的预期浇铸时间，DW为大包钢水量，ZW为中间包钢水量，SW为大包剩余钢水量，H为板坯厚度，K1为奇流板坯宽度，K2为偶流板坯宽度，V1为奇流拉速，V2为偶流拉速，P为钢水量密度；

S220：依照公式DL＝V×T确定钢水量的换算铸造长，其中，DL为大包、中间包钢水量的换算铸造长，T为大包、中间包钢水的预期浇铸时间，V为铸坯拉速，对应于奇流或偶流的换算铸造长，铸坯拉速V为奇流拉速V1或者偶流拉速V2。

3.根据权利要求1所述的基于钢水量换算的板坯切割优化方法，其特征在于所述的步骤S300按照以下步骤确定计算铸造长并修正计算切割范围：

S310：依据公式L＝ZL+DL确定计算铸造长，其中，L为计算铸造长，ZL为奇流的铸流铸造长，DL为大包、中间包钢水量的换算铸造长；

S320：根据前一块割板坯的切割实绩反馈，依据公式LL＝L+(Ln-1)-(FLn-1)修正计算切割范围，其中，LL为计算切割范围，L为奇流的计算铸造长，Ln-1为前一块已切割板坯(板坯n-1)的预定切断板坯长，FLn-1为板坯n-1的实绩反馈板坯长。

4.根据权利要求1所述的基于钢水量换算的板坯切割优化方法，其特征在于所述的步骤S400包括以下动作：

S410：依据公式1进行板坯目标长切割计算，确定末块可切割板坯序列号和板坯目标长切割的剩余坯料长：

LX0＜板坯下限长(K)

其中，LX0为板坯目标长切割的剩余坯料长，LL为计算切割范围，J为满足公式1的目标长切割板坯的末块板坯序列号，板坯下限长(K)为生产铸造计划中后续板坯K的下限长；

S420：依据公式2进行板坯下限长切割计算，使得第n块至第J块之间节省出的钢水，可以与板坯目标长切割的剩余坯料长LX0合并为一块符合切割命令长度的板坯K：

板坯下限长(I)≤优化板坯长(I)≤板坯目标长(I) (2)

其中，LX1为板坯下限长切割的剩余坯料长；

S430：依据公式3进行板坯上限长切割计算，将剩余坯料长LX分配到第n块与第J块板坯之间：

板坯目标长(I)≤优化板坯长(I)≤板坯上限长(I) (3)

其中，LX2分别为板坯上限长切割的剩余坯料长；

S440：比较板坯目标长切割的剩余坯料长LX0、板坯下限长切割的剩余坯料长LX1和板坯上限长切割的剩余坯料长LX2，选择剩余钢水量最小的方案作为最优切割方案，最优切割方案的剩余坯料长LX可依据公式4求得：

LX＝min(LX0，LX1，LX2) (4)。

5.一种使用权利要求1至4之任一项所述的板坯切割优化方法的板坯切割控制系统，设置在连铸产线三级计算机控制系统的过程控制级，包括切割范围计算单元，板坯切割计划生成单元和板坯切割计划设定单元；所述的切割范围计算单元通过通讯网络连接到生产管理系统，从连铸生产管理子系统收取生产铸造计划和板坯切割命令；所述的板坯切割计划设定单元连接到基础自动化级，将切割设定值传送给板坯切断控制单元，控制切割机执行板坯切割；其特征在于：

所述的板坯切割控制系统还包括切割优化计算单元；

所述的切割范围计算单元设有钢水量换算模块，用于将大包、中间包内的钢水量换算为换算铸造长；

所述的切割优化计算单元连接到切割范围计算单元，结合来自板坯切断控制单元的实绩反馈值，进行板坯切割优化计算并选出最优切割方案；

所述的板坯切割计划生成单元连接到所述的切割优化计算单元，根据最优切割方案生成板坯切割计划，再通过板坯切割计划设定单元传送给板坯切断控制单元，控制切割机执行板坯切割；

所述的板坯切断控制单元，通过切割机获取实际切割的板坯长，作为实绩反馈值反馈给切割优化计算单元。