CN112296290A - 一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，属于炼钢连铸技术领域；本发明包括以下步骤，步骤1：按炉次取钢水样，进行化学分析出钢水样的实际成分数据；步骤2：实时检测中间包钢水的浇铸温度；步骤3：根据钢水的液相线温度和所述浇铸温度计算出精确的钢水实时过热度；步骤4：确立各钢种在不同过热度浇铸条件下的最大连铸拉速基准值；步骤5：根据过热度和最大连铸拉速基准值来决定拉速；本发明能有效避免铸坯拉漏事故，实现最大产能的稳定生产，还能够实现自动浇钢控制，推动连铸智能制造技术的发展。

Description

一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法
技术领域
本发明涉及一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，属于炼钢连铸技术领域。
背景技术
高效而稳定地生产出合格的铸坯是连铸工艺一直追求的目标。连铸拉坯速度与钢水过热度相匹配是保证连铸生产稳定和铸坯质量稳定的重要因素之一。目前，钢铁企业中，连铸拉坯速度和钢水过热度的匹配主要依靠人工计算。连铸实际生产中，首先，现场操作人员人工检测中间包钢水浇铸温度；随后，人工求解钢水浇铸温度和基于钢种目标成分的液相线温度的差值，获得钢水过热度；最后，根据钢水过热度允许的拉速基准确定连铸拉坯速度。
该方法虽然实现了连铸拉坯速度与钢水过热度的匹配控制，但是这种控制是粗放的。主要体现在以下两个方面：一是钢种液相线温度是其成分的函数，而该控制方法依据钢种标准目标成分确定该钢种液相线温度，得出的是一个定值，而实际浇铸同一钢种的不同炉次的钢水成分是标准上限和标准下限之间的一个区间，因而同一钢种各炉次间的钢水的实时液相线温度也是一个区间范围的动态变化值，所以依据钢种标准目标成分确定该钢种液相线温度相对实际成分的液相线温度是有偏差的。二是现场操作人员每5-10分钟检测一次钢水浇铸温度，不能及时并准确地实现连铸拉坯速度和钢水过热度的匹配控制。由于连铸机结晶器冷却水流量在同一钢种设定是固定的，当钢水浇铸温度越高，钢水的过热度越大，铸坯出结晶器下口的坯壳厚度就越薄，同时，拉坯速度越大，铸坯出结晶器下口的坯壳厚度也越薄，当拉坯速度超过该钢水过热度条件下所允许的最大拉速，容易导致铸坯拉漏事故。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于开发一种连铸拉坯速度与钢水过热度自动匹配的控制模型，实现依据实时钢水实际成分和实时浇铸温度条件下动态匹配的拉速自动控制。
本发明采用的技术方案为： 一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，包括以下步骤：
步骤1：按炉次取钢水样，进行化学分析出钢水样的实际成分数据，计算钢水样的液相线温度，以钢水样的液相线温度作为炉次钢水的液相线温度；
步骤2：实时检测中间包钢水的浇铸温度；
步骤3：根据钢水的液相线温度和浇铸温度计算出精确的钢水实时过热度；
步骤4：确立各钢种在不同过热度浇铸条件下的最大连铸拉速基准值；
步骤5：根据所述过热度和所述最大连铸拉速基准值来决定拉速，通过所述拉速进一步控制连铸拉坯的速度。
上述方案的进一步改进在于：钢水实时过热为钢水实时浇铸温度与实时液相线温度之差。
上述方案的进一步改进在于：液相线温度TL的计算公式为：
TL=1536.6−Factor×[%C]−8×[%Si]−6×[%Mn]−28×[%P]−25×[%S]−2×[%Ti]−2×[%Mo]−8×[%Cu]−4×[%Ni]−1.5×[%Cr]−5.1×[%Al]−90×[%N]；
上述方案的进一步改进在于：所述Factor为碳元素影响系数；所述C、Si、Mn、P、S、Ti、Mo、Cu、Ni、Cr、Al和N分别为碳元素、硅元素、锰元素、磷元素、硫元素、钛元素、钼元素、铜元素、镍元素、铬元素、铝元素和氮元素的比例。
本发明的有益效果在于：能有效避免铸坯拉漏事故，实现最大产能的稳定生产，还能够实现自动浇钢控制，推动连铸智能制造技术的发展；有效地解决钢水过热度过大、拉速过高情况铸坯拉漏事故和铸坯质量缺陷，同时能确保生产、质量安全可控的条件下实现铸机产能最大化。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明具体实施方法中连铸拉坯速度和钢水过热度动态自动匹配的流程图；
图2是本发明实施例中钢水实时浇铸温度曲线图；
图3是本发明实施例中钢水实时过热度曲线图；
图4是本发明实施例中与钢水实时过热度动态匹配连铸拉坯速度图；
图5是本发明对比例中人工检测中间包钢水浇铸温度曲线图；
图6是本发明对比例中人工计算钢水过热度曲线；
图7是本发明对比例中钢水过热度匹配连铸拉坯速度图；
图8是本发明实施例和对比例的连铸拉坯速度的对比图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例
如图1所示，一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，包括以下步骤：
本实施例取样钢种为AQ4440K1。
步骤1：按炉次取钢水样，进行化学分析出钢水样的实际成分数据，计算钢水样的液相线温度，以所述钢水样的液相线温度作为所述炉次钢水的液相线温度；
本实施例按炉次取样的钢水成分比例为：
熔炼号 C Si Mn P S Al N Cu Ni Cr Ti Mo
5093396 0.146 0.011 0.739 0.016 0.005 0.024 0.0033 0.0011 0.008 0.018 0.0004 0.007
5093397 0.115 0.010 0.630 0.017 0.005 0.032 0.0035 0.0013 0.0070 0.018 0.0006 0.006
液相线温度TL的计算公式为：
TL=1536.6−Factor×[%C]−8×[%Si]−6×[%Mn]−28×[%P]−25×[%S]−2×[%Ti]−2×[%Mo]−8×[%Cu]−4×[%Ni]−1.5×[%Cr]−5.1×[%Al]−90×[%N]；
C、Si、Mn、P、S、Ti、Mo、Cu、Ni、Cr、Al和N分别为碳元素、硅元素、锰元素、磷元素、硫元素、钛元素、钼元素、铜元素、镍元素、铬元素、铝元素和氮元素的比例。
C元素的Factor数如下表：
[%C] Factor
0.000<C≤0.025 89.0
0.025<C≤0.050 83.0
0.050<C≤0.101 85.0
0.101<C≤0.500 84.4
0.500<C≤0.600 84.1
0.600<C≤0.700 84.2
0.700<C≤0.800 83.2
0.800<C≤100.0 82.3
根据钢水实际成分，C元素的Factor数取84.4，炼钢二级系统拉速自动控制模型根据实际钢水成分，求得1炉次钢水实时液相线温度为：
TL=1536.6−84.4×0.146−8×0.011−6×0.739−28×0.016−25×0.005−2×0.0004−2×0.007−8×0.0011−4×0.008−1.5×0.018−5.1×0.024−90×0.0033
=1519 ℃；
求得2炉次钢水实时液相线温度为：
TL=1536.6−84.4×0.115−8×0.010−6×0.630−28×0.017−25×0.005−2×0.0006−2×0.006−8×0.0013−4×0.007−1.5×0.018−5.1×0.032−90×0.0035
=1522 ℃。
步骤2：实时检测中间包钢水的浇铸温度，实时浇铸温度如图2所示。
步骤3：根据所述钢水的液相线温度和所述浇铸温度计算出精确的钢水实时过热度；实施过热度如图3所示。
步骤4：通过连铸机铸坯冷却工艺要求，确立各钢种在不同过热度浇铸条件下的最大连铸拉速基准值；
本实施例取样的钢种的过热度与最大拉速基准值表如下：
过热度（℃） 最大拉速基准值（m/min)
≦25 1.4
26~30 1.3
31~35 1.2
36~40 1.1
>40 1.0
根据图3中钢水实时过热度可知，连铸过程中钢种AQ4440K1的过热度范围为17℃~31℃。另据上表可知，在此过热度范围内，连铸拉速有三个值：当过热度17℃~25℃，最大拉速基准值为1.4 m/min；当过热度26℃~30℃最大拉速基准值为1.3 m/min；当过热度31℃最大拉速基准值为1.2 m/min。
步骤5：根据过热度和最大连铸拉速基准值来决定拉速，通过拉速进一步控制连铸拉坯的速度。
浇铸钢种AQ4440K1，如图4所示，第5096696炉浇铸开始，连铸拉坯速度1.4m/min控制，16:32:38时刻，实时钢水过热度为26℃，拉速自动降至1.3 m/min控制，16:50:14时刻，实时钢水过热度降低到30℃，拉速自动升至1.3 m/min控制；第5096697炉浇铸开始，即在17:00:16时刻，实时钢水过热度降低到25℃，拉速自动升至1.4 m/min控制，17:13:20时刻，实时钢水过热度为26℃，拉速自动降至1.3 m/min控制，17:17:35时刻，实时钢水过热度为24℃，拉速自动升至1.4 m/min控制，直至该炉浇铸结束。
比较例。
实际生产中仅进行了人工测温。仅仅根据人工测温结果推演连铸拉坯速度的控制过程，包括以下步骤：
步骤1：本实施例选定钢种AQ4440K1，该钢种是C的范围在0.11%~0.15%的包晶钢。在连铸制造标准中，其标准成分目标和范围如下表，该钢种液相线温度是根据标准目标计算获得的，浇铸该钢种时，液相线温度统一设为1520 ℃：
成分 C Si Mn P S Al N Cu Ni Cr Ti Mo
标准最小 0.110 0.000 0.600 0.000 0.000 0.015 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
标准目标 0.130 0.017 0.700 0.010 0.008 0.035 0.003 0.025 0.015 0.015 0.025 0.005
标准最大 0.150 0.034 0.800 0.020 0.015 0.050 0.006 0.050 0.030 0.030 0.050 0.010
步骤2：人工检测5093396和5093397炉次的中间包钢水浇铸温度，如图5所示。其中，5093396炉次检测获得1542 ℃、1544 ℃、1545 ℃、1550 ℃和1549 ℃五个间断温度值；而5093397炉次检测获得1544 ℃、1546 ℃、1545 ℃、1544 ℃和1539 ℃五个间断温度值。
步骤3：人工计算该炉次实际生产的钢水过热度，如图6所示，其中，5093396炉次的过热度分别为22 ℃、24 ℃、25 ℃、30 ℃和29 ℃；5093397炉次的过热度分别为24 ℃、26℃、25 ℃、24 ℃和19 ℃。
步骤4：与实施例中相同，不同之处在于：根据图6中人工计算的钢水过热度可知，连铸过程中钢种AQ4440K1的过热度范围为19℃~30℃。根据实施例中的最大拉速基准表可知，在此过热度范围内，连铸拉坯速度有两个值：当过热度19℃~25℃，最大拉速基准值为1.4 m/min；当过热度26℃~30℃最大拉速基准值为1.3 m/min。
步骤5：浇铸钢种AQ4440K1，如图7所示，第5096696炉浇铸开始，连铸拉坯速度1.4m/min控制，16:41:37时刻，实时钢水过热度为30℃，拉速降至1.3 m/min控制，16:50:14时刻，实时钢水过热度降低到30℃，拉速升至1.3 m/min控制；第5096697炉浇铸开始，即在17:00:16时刻，实时钢水过热度降低到24℃，拉速自动升至1.4 m/min控制，17:13:20时刻，实时钢水过热度为26℃，拉速降至1.3 m/min控制，17:09:13时刻，实时钢水过热度为26℃，拉速升至1.3 m/min控制，17:18:35时刻，钢水过热度为25 ℃，拉速升至1.4 m/min，直至该炉浇铸结束。
通过对比实施例与对比例发现，图8给出两种控制方法给出的连铸拉坯速度图。如图8所示，连铸浇铸5093396炉次过程中，在16:32:38至16:38:07期间，根据实时钢水过热度为26 ℃~28 ℃，拉坯速度应降低至1.3 m/min。然而，对比例中因采用目标成分计算的液相线温度，比实际的液相线温度高1 ℃，从而导致该方法计算的过热度比实际的过热度低1℃；同时，人工测温不及时，导致该方法计算的过热度比实际的过热度又低了1℃~2 ℃。最终导致对比例中未降低连铸拉坯速度。拉速过高，存在较大的铸坯拉漏事故风险。特别是16:39:07至16:40:37期间，由于上述两因素，导致对比例中计算的过热度比实际的过热度低了6 ℃，本应将拉坯速度应降低至1.2 m/min，然而，对比例的控制方法仍为1.4 m/min，这将极易导致严重的铸坯拉漏事故和产生铸坯质量问题。在浇铸5093397炉次生产过程中，根据实际钢水成分，该炉次的实际液相线温度为1522 ℃，在17:08:42至17:12:19期间，对比例中因采用目标成分计算的液相线温度，比实际的液相线温度低2 ℃，从而导致对比例中计算的过热度比实际的过热度高2 ℃，实际生产过程应按照1.4 m/min进行生产，然而，在对比例中的连铸拉坯速度仅为1.3 m/min，没有进行升速调整，这损失了铸机产能最大化。
本发明不局限于上述实施例，凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：按炉次取钢水样，进行化学分析出钢水样的实际成分数据，计算钢水样的液相线温度，以所述钢水样的液相线温度作为所述炉次钢水的液相线温度；
步骤2：实时检测中间包钢水的浇铸温度；
步骤3：根据所述钢水的液相线温度和所述浇铸温度计算出精确的钢水实时过热度；
步骤4：确立各钢种在不同过热度浇铸条件下的最大连铸拉速基准值；
步骤5：根据所述过热度和所述最大连铸拉速基准值来决定拉速，通过所述拉速进一步控制连铸拉坯的速度。
2.根据权利要求2所述的连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，其特征在于：所述钢水实时过热为所述钢水实时浇铸温度与实时液相线温度之差。
3.根据权利要求2所述的连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，其特征在于：所述液相线温度TL的计算公式为：
TL=1536.6−Factor×[%C]−8×[%Si]−6×[%Mn]−28×[%P]−25×[%S]−2×[%Ti]−2×[%Mo]−8×[%Cu]−4×[%Ni]−1.5×[%Cr]−5.1×[%Al]−90×[%N]。
4.根据权利要求4所述的连铸拉坯速度与钢水过热度匹配的自动控制方法，其特征在于：所述Factor为碳元素影响系数；所述C、Si、Mn、P、S、Ti、Mo、Cu、Ni、Cr、Al和N分别为碳元素、硅元素、锰元素、磷元素、硫元素、钛元素、钼元素、铜元素、镍元素、铬元素、铝元素和氮元素的比例。
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