CN113414363A - 一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统 - Google Patents

一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统 Download PDF

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刘文勇
刘佳骏
伍星
佘聪甫
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    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/16—Controlling or regulating processes or operations
    • B22D11/22—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould
    • B22D11/225—Controlling or regulating processes or operations for cooling cast stock or mould for secondary cooling

Abstract

本发明提供了一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，涉及冶金铸机技术领域，包括铸机一楼平台、二冷室、移坯区和电气室，所述铸机一楼平台包括供水总管和配水单元，且配水单元设有五流并与供水总管连通，每流所述配水单元均包括一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管；本发明为了满足快速的生产节奏，加快对品种钢的研发并保证钢坯高品质的成材率，改进完善了原有的配水方案，利用五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流配水单元的四区出水量，实现了连铸二冷配水单元的单独控制，可以任挑一流出来做试验，其它流正常生产。

Description

一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统
技术领域
本发明涉及冶金铸机技术领域，尤其涉及一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统。
背景技术
随着钢铁市场竞争力的增加，行业内对过程控制的要求也越来越高，在生产过程的监测和控制过程中，提高冷却控制是连铸过程中影响铸坯质量的关键与因素之一；
其中，在生产过程的监测和控制过程中，提高冷却控制是连铸过程中影响铸坯质量的关键与因素之一，特别的，二次冷却控制是直接关系着铸坯的热裂纹缺陷等性能的核心技术，现有的五机五流方坯铸机(150mmX150mm)，每流配套自动冷却喷水阀门四个，共20个自动喷水阀门，该工程项目自2010年竣工投产以来，二冷配水系统暴露出一系列问题，对生产造成了较为严重的影响，其现有的单一控制配水方式及数据模型限制了铸机的整体提速，由于不同钢钟对水量的要求存在差异，在单独研究单流单区水量与某一种品质钢的量化关系时，由于全机采用单一的计算公式而无法实现在线研究功能，无法研究单流单区水量与某一种品质钢的量化关系，局限了新钢种的开发研究，因此，本发明提出一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，该五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统为了满足快速的生产节奏，加快对品种钢的研发并保证钢坯高品质的成材率，改进完善了原有的配水方案，利用五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流配水单元的四区出水量，实现了连铸二冷配水单元的单独控制，可以任挑一流出来做试验，其它流正常生产。
为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，包括铸机一楼平台、二冷室、移坯区和电气室，所述铸机一楼平台包括供水总管和配水单元，且配水单元设有五流并与供水总管连通，每流所述配水单元均包括一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管，所述一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管上分别设有一区配水阀和一区配水流量表、二区配水阀和二区配水流量表、三区配水阀和三区配水流量表、四区配水阀和四区配水流量表，所述一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管的输出端延伸至二冷室内并分别设有一区配水喷嘴、二区配水喷嘴、三区配水喷嘴、四区配水喷嘴；
所述电气室对应五流所述配水单元分别设有五流西门子PLC315系统和公用西门子PLC318系统，且五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流所述配水单元的四区出水量。
进一步改进在于：所述移坯区内设有脱坯辊、拉娇辊、夹送辊和移坯辊，所述二冷室和移坯区内经过有一流热坯、二流热坯、三流热坯、四流热坯和五流热坯，所述一流热坯、二流热坯、三流热坯、四流热坯和五流热坯均由铸机中包内的熔熔钢水通过长水口导流到结晶器中振荡搅拌，由液态变成致密高温钢坯而成，且一流热坯、二流热坯、三流热坯、四流热坯和五流热坯通过拉娇辊的牵引经过二冷室，由五流所述配水单元喷水冷却成固态方坯，最后由脱坯辊、夹送辊、移坯辊处理收集并进入下一工序。
进一步改进在于：所述供水总管提供稳定压力的水源，五流所述配水单元中的一区配水阀、二区配水阀、三区配水阀、四区配水阀分别受五流西门子PLC315系统通过控制算法控制，所述一区配水阀、二区配水阀、三区配水阀、四区配水阀根据对应的一区配水流量表、二区配水流量表、三区配水流量表、四区配水流量表反馈控制。
进一步改进在于：每流所述配水单元中均包括四组配水阀，所述二冷室内共设有五流×四组配水阀＝二十组配水阀，二十组配水阀实行点阵式多维控制。
进一步改进在于：所述一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管的管径为40-50mm，且各支管水流量由大至小依次为：一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管，所述一区配水支管、二区配水支管、三区配水支管和四区配水支管水流量大小值由控制算法得出。
进一步改进在于：所述控制算法为：
Yt＝Aivj 2+Bivj+Ci
其中，j为拉速值号；i为钢种号；t：为配水阀号1、2、3、4、…20；Yt表示i钢种j拉速t号配水阀的喷水量，A、B、C表示不同钢种的常数，其值由工艺提供，v为拉速，值域为(0,5)米/分钟。
进一步改进在于：所述的五流西门子PLC315系统和公用西门子PLC318系统网络互通，并同时跟踪供水总管的水压和供水塔水位。
本发明的有益效果为：
1、本发明为了满足快速的生产节奏，加快对品种钢的研发并保证钢坯高品质的成材率，改进完善了原有的配水方案，利用五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流配水单元的四区出水量，实现了连铸二冷配水单元的单独控制，可以任挑一流出来做试验，其它流正常生产。
2、本发明利用控制算法作为根本，利用钢种成分、拉速等参数计算不同配水阀的喷水量，综合考虑二冷过程中各参数对二冷配水的影响，对二十个配水阀实行点阵式多维控制方法，打破传统的一个算法的模式，有利于开展品种钢研发。
3、本发明通过多维控制不同配水阀的喷水量，有利于拉速的提升，使得铸机产能提升了25％以上，经济效益显著。
附图说明
图1为本发明的水管布设简图；
图2为本发明的单一热坯侧面二冷配水工艺图；
图3为本发明的多维护动态水量特性曲线图；
图4为本发明的某流一区水量特性曲线图；
图5为本发明的多维动态配水浇注过程水量趋势图。
其中：1、铸机一楼平台；2、二冷室；3、移坯区；4、供水总管；5、一区配水支管；6、二区配水支管；7、三区配水支管；8、四区配水支管；9、一区配水阀；10、一区配水流量表；11、二区配水阀；12、二区配水流量表；13、三区配水阀；14、三区配水流量表；15、四区配水阀；16、四区配水流量表；17、一区配水喷嘴；18、二区配水喷嘴；19、三区配水喷嘴；20、四区配水喷嘴；21、脱坯辊；22、拉娇辊；23、夹送辊；24、移坯辊；25、一流热坯；26、二流热坯；27、三流热坯；28、四流热坯；29、五流热坯；30、铸机中包；31、长水口；32、结晶器。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2、3、4、5所示，本实施例提出了一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，包括铸机一楼平台1、二冷室2、移坯区3和电气室，所述铸机一楼平台1包括供水总管4和配水单元，且配水单元设有五流并与供水总管4连通，每流所述配水单元均包括一区配水支管5、二区配水支管6、三区配水支管7和四区配水支管8，所述一区配水支管5、二区配水支管6、三区配水支管7和四区配水支管8上分别设有一区配水阀9和一区配水流量表10、二区配水阀11和二区配水流量表12、三区配水阀13和三区配水流量表14、四区配水阀15和四区配水流量表16，所述一区配水支管5、二区配水支管6、三区配水支管7和四区配水支管8的输出端延伸至二冷室2内并分别设有一区配水喷嘴17、二区配水喷嘴18、三区配水喷嘴19、四区配水喷嘴20；
所述电气室对应五流所述配水单元分别设有五流西门子PLC315系统和公用西门子PLC318系统，且五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流所述配水单元的四区出水量。
所述移坯区3内设有脱坯辊21、拉娇辊22、夹送辊23和移坯辊24，所述二冷室2和移坯区3内经过有一流热坯25、二流热坯26、三流热坯27、四流热坯28和五流热坯29，所述一流热坯25、二流热坯26、三流热坯27、四流热坯28和五流热坯29均由铸机中包30内的熔熔钢水通过长水口31导流到结晶器32中振荡搅拌，由液态变成致密高温钢坯而成，且一流热坯25、二流热坯26、三流热坯27、四流热坯28和五流热坯29通过拉娇辊22的牵引经过二冷室2，由五流所述配水单元喷水冷却成固态方坯，最后由脱坯辊21、夹送辊23、移坯辊24处理收集并进入下一工序。
所述供水总管4提供稳定压力的水源，五流所述配水单元中的一区配水阀9、二区配水阀11、三区配水阀13、四区配水阀15分别受五流西门子PLC315系统通过控制算法控制，所述一区配水阀9、二区配水阀11、三区配水阀13、四区配水阀15根据对应的一区配水流量表10、二区配水流量表12、三区配水流量表14、四区配水流量表16反馈控制。
每流所述配水单元中均包括四组配水阀，所述二冷室2内共设有五流×四组配水阀＝二十组配水阀，二十组配水阀实行点阵式多维控制。
所述一区配水支管5、二区配水支管6、三区配水支管7和四区配水支管8的管径为40-50mm，且各支管水流量由大至小依次为：一区配水支管5、二区配水支管6、三区配水支管7和四区配水支管8，所述一区配水支管5、二区配水支管6、三区配水支管7和四区配水支管8水流量大小值由控制算法得出。
所述控制算法为：
Yt＝Aivj 2+Bivj+Ci
其中，j为拉速值号；i为钢种号；t：为配水阀号1、2、3、4、…20；Yt表示i钢种j拉速t号配水阀的喷水量，A、B、C表示不同钢种的常数，其值由工艺提供，v为拉速，值域为(0,5)米/分钟。
所述的五流西门子PLC315系统和公用西门子PLC318系统网络互通，并同时跟踪供水总管4的水压和供水塔水位。
验证例：
在生产实验中，现有的一次线性函数关系的初次配水控制系统基本能满足生产普通钢材的要求，但对开发及生产品质钢材有一定的限制性，主要表现为：
(1)品种钢对喷水量与拉速呈二次函数变化需求；
(2)不同钢钟对水量的要求存在差异；
(3)对于五流铸机，在单独研究单流单区水量与某一种品质钢的量化关系时，由于全机采用单一的计算公式而无法实现在线研究功能，不能作差异性在线生产实验。
因此，在钢的连铸过程中，钢种成分、拉速等参数都会对二次冷却的效果产生一定的影响。所以综合考虑二冷过程中的钢种成分等参数对二冷配水的影响，建立了一元二次多维动态二冷配水控制系统。
Yt＝Aivj 2+Bivj+Ci
其中，j为拉速值号；i为钢种号；t：为阀号1、2、3、4、…20；Yt表示i钢种j拉速t号冷却阀门的喷水量。A、B、C表示不同钢种的常数，其值由工艺提供，v为拉速，值域为(0,5)米/分钟。
一元二次多维动态二冷配水控制系统准确性校验：
图3为水量特性曲线，其中，不同的变化曲线代表某流某区水量控制趋势，全铸机实行多维曲线控制方案。图4为现场某流一区磨合整定的水量曲线变化模型，在现场工况情况下，在拉速从0-5m/min的变化情况下，水量同步从0-50t/h的曲线趋势变化。实验证明一区水量符合这一变化规律，能满意各种要求。
根据二冷配水算法Yt＝Aivj 2+Bivj+Ci，铸机各区域配水可按照多维动态数据控制变化，解决了生产工艺上的瓶颈，其配水模式水量参考数如表1所示：
表1:各区配水有效范围
区名 3米拉速水量(m<sup>3</sup>/h) 最大水量(m<sup>3</sup>/h)
一区 25 50
二区 16 45
三区 10 25
四区 8 15
配水算法Yt＝Aivj 2+Bivj+Ci中的工艺参数A、B、C受钢水温度、钢种、品质等多种因素影响，由工艺临时提供，配水阀提供在线调整功能。
一元二次多维动态二冷配水控制系统应用效果：
在铸机生产过程中，在保证质量的前提下如何提高拉速，一直是冶金工业中的重要目标。本发明建立的品种钢的二冷配水系统，经过现场磨合与试验，目前在某钢厂已成功上线应用。图5为五机五流成功投运的某流四区开浇过程配水变化趋势图，图中显示了拉速从0提速到3.73米/分钟的全程四区段配水量化趋势。该二冷配水模型的投运较好地解决了实际问题，并己推广到公司各台铸机使用。方案于2020年度在该公司技术支持了铸机拉速最大达到了4.73米/分钟,为国内第一的拉速。
结论:
通过对铸机实际生产过程中问题的分析给出了品种钢的二冷配水问题的描述。对现有的初次配水模型进行了深入的研究与分析，在简化区域配水系统的基础上，建立了二冷配水控制系统。通过实验及现场投运效果，证明了本发明的新方案能够做到配水量的实时动态控制，且具有较高的准确性和稳定性，具有较高的推广价值
该五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统为了满足快速的生产节奏，加快对品种钢的研发并保证钢坯高品质的成材率，改进完善了原有的配水方案，利用五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流配水单元的四区出水量，实现了连铸二冷配水单元的单独控制，可以任挑一流出来做试验，其它流正常生产，且利用控制算法作为根本，利用钢种成分、拉速等参数计算不同配水阀的喷水量，综合考虑二冷过程中各参数对二冷配水的影响，对二十个配水阀实行点阵式多维控制方法，打破传统的一个算法的模式，有利于开展品种钢研发，同时，通过多维控制不同配水阀的喷水量，有利于拉速的提升，使得铸机产能提升了25％以上，经济效益显著。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，包括铸机一楼平台(1)、二冷室(2)、移坯区(3)和电气室，其特征在于：所述铸机一楼平台(1)包括供水总管(4)和配水单元，且配水单元设有五流并与供水总管(4)连通，每流所述配水单元均包括一区配水支管(5)、二区配水支管(6)、三区配水支管(7)和四区配水支管(8)，所述一区配水支管(5)、二区配水支管(6)、三区配水支管(7)和四区配水支管(8)上分别设有一区配水阀(9)和一区配水流量表(10)、二区配水阀(11)和二区配水流量表(12)、三区配水阀(13)和三区配水流量表(14)、四区配水阀(15)和四区配水流量表(16)，所述一区配水支管(5)、二区配水支管(6)、三区配水支管(7)和四区配水支管(8)的输出端延伸至二冷室(2)内并分别设有一区配水喷嘴(17)、二区配水喷嘴(18)、三区配水喷嘴(19)、四区配水喷嘴(20)；
所述电气室对应五流所述配水单元分别设有五流西门子PLC315系统和公用西门子PLC318系统，且五流西门子PLC315系统采用控制算法分别控制五流所述配水单元的四区出水量。
2.根据权利要求1所述的一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，其特征在于：所述移坯区(3)内设有脱坯辊(21)、拉娇辊(22)、夹送辊(23)和移坯辊(24)，所述二冷室(2)和移坯区(3)内经过有一流热坯(25)、二流热坯(26)、三流热坯(27)、四流热坯(28)和五流热坯(29)，所述一流热坯(25)、二流热坯(26)、三流热坯(27)、四流热坯(28)和五流热坯(29)均由铸机中包(30)内的熔熔钢水通过长水口(31)导流到结晶器(32)中振荡搅拌，由液态变成致密高温钢坯而成，且一流热坯(25)、二流热坯(26)、三流热坯(27)、四流热坯(28)和五流热坯(29)通过拉娇辊(22)的牵引经过二冷室(2)，由五流所述配水单元喷水冷却成固态方坯，最后由脱坯辊(21)、夹送辊(23)、移坯辊(24)处理收集并进入下一工序。
3.根据权利要求2所述的一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，其特征在于：所述供水总管(4)提供稳定压力的水源，五流所述配水单元中的一区配水阀(9)、二区配水阀(11)、三区配水阀(13)、四区配水阀(15)分别受五流西门子PLC315系统通过控制算法控制，所述一区配水阀(9)、二区配水阀(11)、三区配水阀(13)、四区配水阀(15)根据对应的一区配水流量表(10)、二区配水流量表(12)、三区配水流量表(14)、四区配水流量表(16)反馈控制。
4.根据权利要求3所述的一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，其特征在于：每流所述配水单元中均包括四组配水阀，所述二冷室(2)内共设有五流×四组配水阀＝二十组配水阀，二十组配水阀实行点阵式多维控制。
5.根据权利要求4所述的一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，其特征在于：所述一区配水支管(5)、二区配水支管(6)、三区配水支管(7)和四区配水支管(8)的管径为40-50mm，且各支管水流量由大至小依次为：一区配水支管(5)、二区配水支管(6)、三区配水支管(7)和四区配水支管(8)，所述一区配水支管(5)、二区配水支管(6)、三区配水支管(7)和四区配水支管(8)水流量大小值由控制算法得出。
6.根据权利要求5所述的一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，其特征在于：所述控制算法为：
Yt＝Aivj 2+Bivj+Ci
其中，j为拉速值号；i为钢种号；t：为配水阀号1、2、3、4、…20；Yt表示i钢种j拉速t号配水阀的喷水量，A、B、C表示不同钢种的常数，其值由工艺提供，v为拉速，值域为(0,5)米/分钟。
7.根据权利要求1所述的一种五流方坯铸机一元二次多维动态二冷配水控制系统，其特征在于：所述的五流西门子PLC315系统和公用西门子PLC318系统网络互通，并同时跟踪供水总管(4)的水压和供水塔水位。
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