CN113996773B - 一种动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统，包括：根据连铸机工作状态下的相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分求解连铸坯凝固传输方程获得多元凝固特征参数，与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的冷却参数，进行显示并传输至各控制设备，从而对连铸坯进行动态多元化冷却控制。本发明全面考虑钢种凝固特性和热变形规律、连铸机的设备条件和工作状态、实时工况参数及其执行情况、连铸坯缺陷及关键影响因素等建立多元化指标，对铸坯温度、坯壳厚度、凝固组织、基体晶粒度/变形/析出等进行高效、精准、协调控制，提高了连铸坯质量和生产效率，降低了停浇事故的发生比例。

Description

一种动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统

技术领域

本发明涉及冶金技术领域，尤其涉及一种动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统。

背景技术

连铸是将液态钢水连续浇铸成具有一定形状的固态坯料的过程。从本质上来说，连铸是钢水的凝固过程，需要将自身热量通过冷却水来释放出去。通常，冷却介质与连铸钢水或坯壳表面的换热必须满足钢的凝固传热规律，否则影响成材率和产品性能。当外界换热量高于合理范围时，铸坯表面温度过低且温度梯度过大，除了给设备造成较大变形抗力外，铸坯也容易形成表面裂纹、柱状晶粗大和中心偏析严重等问题；当外界换热量低于合理范围时，铸坯表面温度过高且坯壳过薄，同样会使设备承受额外的热冲击或热疲劳损伤，且铸坯容易形成较大的漏钢倾向和中间裂纹、对角线裂纹和中心偏析等。如何合理的将钢的热量带走而不形成铸坯表面或内部缺陷一直是连铸领域的研究热点和难点。

当前，现有连铸冷却控制的特征是独立、半动态、少目标元，即结晶器、二冷区和空冷区的冷却强度控制是分开的，由不同的冷却系统来控制不同区域的冷却参数，不同冷却区之间的相互影响不能完全考虑；同时，结晶器、二冷区或空冷区未全部实现动态控制，一般来说，结晶器冷却仅随钢种的变化而变化，并未考虑到工艺参数如拉速、过热度的影响；空冷区多不进行调控或仅为手动或半自动控制；二冷区名义上采用动态控制，但约束二冷区冷却强度的目标元素一般不超过3个，对于日益复杂的钢种体系、工况参数和质量控制指标来说，已经不能完全适用，常出现铸坯缺陷上的顾此失彼，引起诸多客户的质量异议。

因此，有必要研发一种动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的缺点，旨在提供一种动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统，可实现当工况参数变化时连铸坯传输和变形的稳定控制，提高连铸坯表面质量和内部质量的稳定性和一致性。

本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。

一种动态多元化连铸冷却在线控制方法，包括如下步骤：

S1.实时读取连铸机运行状态下的相关工况信息；

S2.根据S1读取的相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分，求解连铸坯凝固传输方程并获得多元凝固特征参数，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数；

S3.将S2求出的所述各种冷却参数进行显示并传输至各控制设备；

S4.所述各控制设备根据接收的所述各种冷却参数对连铸坯进行动态多元化冷却控制。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述步骤S2中的所述冷却参数包括均化拉速、均化温度和铸坯表面最大变形量,所述均化拉速为所述结晶器、二冷区和空冷区对应长度铸坯瞬时拉速积分之和的平均；所述均化温度为结晶器、二冷区和空冷区对应长度铸坯温度积分之和的平均；所述铸坯表面最大变形量为所述结晶器、二冷区和空冷区对应区间内铸坯表面外鼓或内凹变形的最大值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述所述S1中的工况信息包括：连铸坯断面尺寸、连铸钢种信息、连铸设备信息、冷却介质信息及工艺和状态参数信息,其中,所述冷却介质信息包括结晶器冷却水的纯净度、温度、流量、压力和速度、二冷区冷却水和空气的温度、流量、压力、喷出高度、角度和幅度及空冷区气体类别、流量、压力和速度。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2中的冷却参数包括坯壳厚度、铸坯表面温度回升值，其中，所述坯壳厚度为所述结晶器、二冷区和空冷区中指定位置的固态坯壳厚度；所述铸坯表面温度回升值为所述结晶器、二冷区和空冷区不同冷却区之间或/和二冷区子冷却区之间或/和空冷区子冷却区之间冷却强度过渡位置单位长度的铸坯表面温度回升值或单位时间的铸坯表面温度回升值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S2中的冷却参数包括矫直辊入口处的铸坯表面温度特征、高温强度和塑性特征、表层基体相变特征、析出特征和奥氏体晶粒特征，其中，所述矫直辊入口处的铸坯表面温度特征指铸坯表面的温度及其分布；所述高温强度和塑性特征指钢种高温拉伸时的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率；所述表层基体相变特征指奥氏体晶界处先共析铁素体的比例、尺寸和形貌；所述析出特征指含有Ti、Nb、V、Al、B元素时的对应碳化物、氮化物和碳氮化物的数量、尺寸、分布和形貌；所述奥氏体晶粒特征指奥氏体晶粒尺寸大小和形貌。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述S1中的所述连铸钢种信息包括钢水化学成分，密度、比热、导热系数、粘度、合金元素的溶质分配系数和扩散系数；所述连铸设备信息包括钢包和中间包结构参数、结晶器锥度、长度、厚度和倒角半径、二冷区的空间划分及喷嘴布置和性能参数、空冷区的空间划分及气冷系统参数、辊子尺寸及辊列设计参数、铸坯切割设备参数；所述工艺和状态参数信息包括每个周期的瞬时拉速，钢水和铸坯温度、铸坯表面的变形量，电磁搅拌参数和拉矫机油缸压力。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述冷却参数包括铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置和铸坯凝固终点的位置，其中，所述铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置为铸坯凝固枝晶由柱状向等轴状转变的界面位置；所述铸坯凝固终点的位置为铸坯内部凝固潜热释放完全的位置。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述在线控制方法的动态调控冷却周期小于等于3秒。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述动态调控冷却周期内，所述在线控制方法对所述结晶器冷却水流量和压力、水槽或水缝中水流速进行调整；并同时对所述二冷各区冷却水量和压力、二冷喷嘴角度、幅度、高度和开关度，二冷喷淋时间，气水流量和压力比参数进行调整；对所述空冷区保温罩开关度、风速、风温、风向参数进行实时调整。

本发明还提供了一种动态多元化连铸冷却在线控制系统，所述系统包括数据采集模块、求解运算模块、输出和显示模块和通讯模块；

其中，所述数据采集模块用于实时读取连铸机工作状态下的相关工况信息；

所述求解运算模块，连接所述数据采集模块，用于根据读取的所述相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数；

所述输出和显示模块连接所述求解运算模块，用于在指定界面显示所述各种冷却参数；

通讯模块，连接所述输出和显示模块与所述各控制设备，用于将所述各种冷却参数由所述输出和显示模块传输至各控制设备。

本发明的有益技术效果

本发明的动态多元化连铸冷却在线控制方法，先由连铸机运行状态下实时读取相关工况信息；再根据读取的相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分求求解连铸坯凝固传输方程并获得多元凝固特征参数，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数；之后将求出的各种冷却参数进行显示并传输至各控制设备；然后各控制设备根据接收的各种参数对连铸坯进行动态多元化冷却控制。本发明全面考虑钢种凝固特性和热变形规律、连铸机的设备条件和工作状态、实时工况参数及其执行情况、连铸坯缺陷倾向及其关键影响因素等建立多元化指标，可以实现对铸坯温度、坯壳厚度、凝固组织、基体晶粒度/变形/析出等方面进行高效、精准、协调控制，一方面可显著提高连铸坯质量，大幅降低缺陷比例，另一方面可有效提升连铸生产效率，降低停浇事故的发生比例。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1为本发明的实施例中的方法流程图；

图2为本发明实施例中控制系统结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。

如图1所示，本发明的一种动态多元化连铸冷却在线控制方法，包括如下步骤：

(1).实时读取连铸机运行状态下的相关工况信息：其中，相关工况信息包括连铸坯断面尺寸、连铸钢种信息、连铸设备信息、冷却介质信息及工艺和状态参数信息,其中,所述冷却介质信息包括结晶器冷却水纯净度/温度/流量/压力/速度、二冷区冷却水和空气的温度/流量/压力和喷出高度/角度/幅度及空冷区气体类别/流量/压力/速度等；所述连铸钢种信息包括钢水化学成分，密度、比热、导热系数、粘度、合金元素的溶质分配系数和扩散系数等；所述连铸设备信息包括钢包和中间包结构参数、结晶器锥度/长度/厚度/倒角半径、二冷区的空间划分及喷嘴布置和性能参数、空冷区的空间划分及气冷系统参数、辊子尺寸及辊列设计参数、铸坯切割设备参数等；所述工艺和状态参数信息包括每个周期的瞬时拉速，钢水和铸坯温度、铸坯表面的变形量，电磁搅拌参数、拉矫机油缸压力等；连铸坯在连铸机中边运行边凝固，而连铸坯的凝固质量不仅与基础工艺参数有关，还受到设备和介质条件的影响，且设备和介质因素对缺陷形成的影响程度愈发凸显，本发明通过实时读取连铸机工作状态下的工况信息，充分考虑了各种设备长时间运行过程中因机械载荷和热载荷而形成的硬件变化，同时监测不同炉次和同一炉次不同时间的钢水化学成分与温度的变化，进而对连铸坯冷却进行协调控制，确保对连铸坯进行实时在线的质量控制。

(2).根据步骤(1)读取的相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分求解凝固传输方程并获得凝固特征参数，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数，各种冷却参数包括但不限于：均化拉速、均化温度、铸坯表面最大变形量、指定位置的坯壳厚度和温度回升值、矫直辊入口处的表面温度、高温强度和热塑性、表层基体相组成、析出物类别/尺寸/分布/数量和奥氏体晶粒度；铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置和铸坯凝固终点的位置等。连铸坯质量仅通过调控表面温度是不能完全保障的，对于某些高端钢材来说，其缺陷可能出现在铸坯内部或者中心区域，本发明提出的多元化动态控制，选择均化拉速、均化温度、坯壳厚度、铸坯表面温度、铸坯表面变形量、温度回升、矫直辊入口处的高温强度和热塑性、表层基体相组成、析出物类别/尺寸/分布/数量、奥氏体晶粒度、柱状晶向等轴晶转变位置和铸坯凝固终点位置等多个参数作为多元化指标，基本覆盖了与连铸坯凝固质量相关的所有关键因素，可全面、有效、精准的调控连铸坯质量。上述多元化指标具有可选择性，可根据不同钢种和设备状况选择其中任意两个或多个进行协同控制。

(3).将步骤(2)求出的各种参数进行显示并传输至各控制设备；本发明控制方法为一个闭环控制，正常条件下需要的人工操作较少，但是，当生产一些新钢种或尝试一些新工艺时，现场技术人员有必要对过程数据进行跟踪和监测，本发明将各种冷却参数传递到控制设备进行冷却调控的同时将数据同时进行显示，可以为人工调控提供参考，从而为本发明的控制方法提供了更灵活、更广泛的应用工况。

(4).各控制设备根据接收的各种冷却参数对连铸坯进行动态多元化调控冷却。本发明的各控制设备根据各相应的冷却参数实现对结晶器冷却水纯净度/温度/流量/压力/速度等、二冷区冷却水和空气的温度/流量/压力喷出高度/角度/幅度等、空冷区气体类别/流量/压力/速度等各个变量的调节，可以实现更高效、更灵活的调节方式。例如，本发明可以通过调整喷出高度和角度来实现冷却强度的增大或减小，实现对个别变量的实时在线调节控制。

优选地，本发明的实施例中实时读取连铸机运行状态下每个周期的瞬时拉速，基于结晶器、二冷区和空冷区的空间划分求出各区和各子冷却区的均化拉速；

优选地，本发明的实施例中实时读取连铸机运行状态下每个周期不同位置处的铸坯温度，基于结晶器、二冷区和空冷区的空间划分求出各区和各子冷却区的均化温度；

优选地，本发明的实施例中实时读取连铸机运行状态下每个周期不同位置处的铸坯表面的变形量，基于结晶器、二冷区和空冷区的空间划分求出各区和各子冷却区的最大变形量；

优选地，本发明的实施例中实时读取连铸机运行状态下每个周期的工况信息参数，基于结晶器、二冷区和空冷区的空间划分求出各区和各子冷却区指定位置的坯壳厚度和温度回升值；

优选地，本发明的实施例中实时读取连铸机运行状态下每个周期的工况信息参数，基于结晶器、二冷区和空冷区的空间划分和矫直装备位置求出矫直辊入口处的表面温度、高温强度和热塑性、表层基体相组成、析出物类别/尺寸/分布/数量和奥氏体晶粒度等这些冷却参数；

优选地，本发明的实施例中实时读取连铸机运行状态下每个周期每个周期与凝固组织演变相关的热状态参数，求出连铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置冷却参数；

优选地，本发明的实施例中在连铸机运行状态下实时读取每个周期连铸坯内部与凝固潜热释放相关的热状态参数，求出连铸坯凝固终点的位置；

优选地，本发明的实施例中在连铸机运行状态下实时读取连铸坯钢种、断面、设备、介质和工艺参数等信息，基于上述多元化指标参数，多元化参数是指根据读取的工况信息及连铸机冷却区的空间划分，求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的均化拉速、均化温度、铸坯表面最大变形量、坯壳厚度和温度回升值；基于结晶器、二冷区和空冷区的空间划分和矫直装备位置求出矫直辊入口处的表面温度特征、高温强度和热塑性、表层基体相组成、析出物类别/尺寸/分布/数量和奥氏体晶粒度；根据钢种特性和铸坯凝固特征参数(温度梯度、冷却速率和凝固速率等)求出铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置和铸坯凝固终点位置，上述均化拉速、均化温度、铸坯表面最大变形量、坯壳厚度、温度回升值、表面温度特征、高温强度、热塑性、表层基体相组成、析出物类别/尺寸/分布/数量和奥氏体晶粒度、铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置和铸坯凝固终点位置等十二个参数作为多元化参数，与目标数据库中存储的相应目标参数值进行对比，以实现对连铸坯结晶器、二冷区和空冷区冷却效果的动态调控；

目标数据库根据钢种、断面、设备、介质和工艺参数与产品质量要求和指标之间的关系采用理论分析、数学回归、人工智能或大数据等方法建立的一系列以表格、图片、公式或模型等表示的目标参数值；目标数据库初始建立的是理想状态下设备在正常工作的各个参数和质量之间的关系，随着控制方法和系统在生产中不断应用，考虑到设备、操作、材料的各异性和变动性，本发明通过机械学习或神经网络等方法对目标数据库进行动态实时更新和完善，从而使建立得到的目标数据库具备高精度和高可靠性。

优选地，本发明的实施例中的步骤(4)具体为：

各控制设备根据接收的结晶器、二冷区和空冷区的均化拉速参数来对连铸坯动态调控冷却；和/或

各控制设备根据接收的结晶器、二冷区和空冷区的均化温度参数来对连铸坯动态调控冷却；和/或

各控制设备根据接收的结晶器、二冷区和空冷区的铸坯最大变形量参数来对连铸坯动态调控冷却；和/或

各控制设备根据接收的结晶器、二冷区和空冷区出口坯壳厚度和铸坯表面温度回升值参数来对连铸坯动态调控冷却；和/或

各控制设备根据接收的矫直辊入口处铸坯表面温度特征、高温强度和塑性特征、表层基体相变特征、析出特征和奥氏体晶粒特征参数对连铸坯动态调控冷却；和/或

各控制设备根据接收的铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置参数来对连铸坯动态调控冷却；和/或

各控制设备根据接收的铸坯凝固终点位置来参数对连铸坯动态调控冷却；和/或

通过实时读取连铸钢种、断面、设备、介质和工艺参数等信息，基于上述信息求取的多元化指标参数与目标数据库对比实现对连铸坯动态调控冷却；

优选地，本发明的实施例中的所述均化拉速为结晶器、二冷区和空冷区对应长度铸坯单元体拉速积分之和的平均值；所述均化温度为结晶器、二冷区和空冷区对应长度铸坯单元体温度积分之和的平均值。实际生产中拉速变动并不是一直连续平缓的，大多数时候是跃阶式的，根据瞬时拉速和有效拉速的陡峭变化求出的冷却强度变化同样是非常剧烈且异常的，本发明提出的均化拉速为冷却区内多个单元体拉速积分之和的平均值，即几何平均值，即使拉速发生骤变，均化拉速的变化也是连续的，且充分考虑不同单元体的凝固状态，控制精准性更高。同样的，采用均化温度具有类似的效果，即避免了只关注表面温度而不考虑内部温度的情况，本发明基于均化温度的冷却控制稳定性和可靠性更高。

优选地，本发明的实施例中的所述铸坯表面最大变形量为结晶器、二冷区和空冷区对应区间内铸坯表面外鼓或内凹变形的最大值；连铸坯整体上是由表及里、由前至后逐步凝固的。当连铸坯没有完全凝固之前，其坯壳温度较高、强度较低，因钢水静压力或/和辊子不对中支撑力的作用会差生内凹或外鼓，这种异常变形会导致坯壳内部凝固前沿处产生拉应变，当拉应变超过临界应变(一般小于0.5％)时即形成内部裂纹。因此，本发明提出基于铸坯表面外鼓和内凹最大变形的控制指标，当变形超过一定范围时，可以通过强化冷却增大坯壳厚度并降低温度，提高坯壳自身强度，从而避免内部裂纹出现。优选地，本发明的实施例中的所述坯壳厚度为结晶器、二冷区(内含1个或多个子冷却区)和空冷区(内含1个或多个子冷却区)中各子冷却区指定位置的固态坯壳厚度；所述铸坯表面温度回升为结晶器、二冷区(内含1个或多个子冷却区)和空冷区(内含1个或多个子冷却区)不同冷却区或/和子冷却区之间冷却强度过渡位置单位长度的温度回升值或单位时间的温度回升值。连铸坯表面回温是冷却区之间因冷却强度衔接不好而引起的，通常是因后一冷却区冷却强度过小导致的，本发明的方法中既关注铸坯表面整个范围的回温分布规律，又关注某一具体位置回温随着时间的变化特征，为减轻铸坯内部裂纹提供了更全面、可靠的依据。

优选地，本发明的实施例中的所述矫直辊入口处铸坯表面温度特征指铸坯表面的温度及其分布，高温强度和塑性特征指钢种高温拉伸时的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率等，表层基体相变特征指奥氏体晶界处先共析铁素体的比例、尺寸和形貌，析出特征指含有Ti、Nb、V、Al、B等元素时对应碳化物、氮化物和碳氮化物的数量、尺寸、分布和形貌等，奥氏体晶粒特征指奥氏体晶粒尺寸大小和形貌。连铸坯的表面裂纹宏观上与其高温力学参数有关，微观上受到相组成、晶粒尺寸、析出物等因素的影响，从微观因素方面对裂纹形成进行调控更加可靠，本发明提出通过调控冷却参数，在微观上实现对铸坯热状态的调控，进而对相组成、晶粒尺寸和析出物特征进行调控，使调控更加高效。

优选地，本发明的实施例中的所述柱状晶向等轴晶转变位置是铸坯凝固枝晶由柱状向等轴状转变的界面位置。柱状晶向等轴晶转变是合金钢连铸坯质量的重要参数。因柱状晶和等轴晶的形态和尺寸不同，其对应的均质性和变形特性也不相同，因此，将柱状晶向等轴晶转变位置作为多元化指标之一来对连铸坯进行冷却调控，从而保证连铸坯的质量。优选地，本发明的实施例中的所述凝固终点是铸坯内部凝固潜热释放完全的位置。当凝固终点位置超出最后一对夹持辊时会形成鼓肚缺陷，会造成连铸坯直接报废；当凝固终点位置超出切割机时，连铸坯切开后内部未凝钢水会流出，因此，对连铸坯凝固终点位置控制可避免上述的生产事故，因此，通过调控冷却强度保证凝固终点处于合理位置是非常必要的。

优选地，本发明的实施例中的所述动态调控冷却是以不超过3s为一个周期，对结晶器冷却水流量和压力、水槽或水缝中水流速的调整；对二冷各区冷却水量和压力，喷出角度、幅度、高度和开关度，二冷喷淋时间，气水流量和压力比等参数的调整；对空冷区保温罩开关度、风速、风温、风向等参数进行实时调整。

优选地，本发明的实施例中还提供了一种控制系统，包括：数据采集模块、求解运算模块、输出和显示模块、通讯模块、存储模块和设置模块等，其中：

所述数据采集模块用于连铸机工作状态下实时读取相关工况信息；

所述求解运算模块，连接所述数据采集模块，用于根据读取的所述相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分求解凝固传输方程并获得凝固特征参数，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数；即该模块求解连铸坯的凝固进程，具体涉及传热、流动和溶质扩散偏微分方程的求解，涉及电磁方程、变形方程、形核、相变、析出等的求解；

输出和显示模块：连接所述求解运算模块，用于在指定界面显示所述各种冷却参数；将求解运算模块获得的温度、浓度、速度、压力和气水流量等信息输出到通讯模块，同时显示在指定界面方便用户监测；显示界面可为单流单界面或多流同界面等形式，具有图、表、框、文字等多类数据显示控件；输出和显示模块可为独立线程，也可与其他模块同一线程；

通讯模块：连接所述输出和显示模块与所述各控制设备，用于将所述各种冷却参数由所述输出和显示模块传输至各控制设备，建立系统数据与各控制设备(PLC或仪器仪表等)之间的信息传递接口；通讯具有数据读、写功能，可采用同步或者异步模式；通讯模块可为独立线程，也可与其他模块同一线程；

各控制设备为实际的控制设备，包括PLC、仪器仪表、传感器和温度计等。

存储模块：用于存储控制系统输入数据、输出数据和操作设置数据等的数据库；存储形式可采用专业数据库或其他文件格式，数据具有选择性加密功能；存储模块可为独立线程，也可与其他模块同一线程；

设置模块：用于设置系统功能和参数，包括但不限于目标参数的多元选择和确定，运行周期的设定，求解算法设定，目标数据库更新等；设置模块可为独立线程，也可与其他模块同一线程。

实施例1：

某厂200mm×1200mm双机双流板坯连铸机采用传统随拉速而变化的静态配水生产Q345低合金钢，工作拉速1.2-1.5m/min，过热度25-35℃，比水量设定为0.7L/kg，铸坯出现表面裂纹1.5级、内部裂纹2.5级、中心偏析2.5级等缺陷的比例达30％以上，严重影响成材率和市场效益。分析表明，铸坯表面裂纹缺陷是矫直温度过低引起，内部裂纹是坯壳变形量过大导致的，而中心偏析与凝固进程不合理有关。原来的静态冷却模型只能实施随拉速变化的水量，对铸坯温度、坯壳厚度和凝固进程等无法调控。本发明的动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统上线应用之后，采用均化拉速+均化温度+最大变形量+出口坯厚和回温+矫直温度的多元控制手段后，铸坯质量评级表面裂纹1.0级、内部裂纹1.5级、中心偏析1.5级比例超过95％。

实施例2：

某280mm×380mm四机四流方坯连铸机采用传统有效拉速+目标温度的动态配水模式，中碳非调质钢38CrMoAl过热度30-40℃，拉速0.7-0.8m/min，比水量0.45L/kg，铸坯常出现表面裂纹、中心缩孔和中心偏析超标的问题，轧制棒材出现翘皮或探伤不合等缺陷，下游客户常有异议。分析表明，表面裂纹是铸坯表面晶粒度过于粗大且沿晶界析出AlN有关，中心缩孔和中心偏析与凝固进程不合理有关。本发明的动态多元化连铸冷却在线控制方法与系统上线应用之后，采用均化拉速+均化温度+矫直温度+矫直强度和塑性+表层基体相+表层析出物+表层晶粒度的多元控制参数后，相同拉速和过热度条件下该钢种连铸坯质量合格率达到98.6％。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.实时读取连铸机运行状态下的相关工况信息；

S2.根据S1读取的相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分，求解连铸坯凝固传输方程并获得多元凝固特征参数，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区、空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数；

S3.将S2求出的所述各种冷却参数进行显示并传输至各控制设备；

S4.所述各控制设备根据接收的所述各种冷却参数对连铸坯进行动态多元化冷却控制。

2.根据权利要求1所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述冷却参数包括均化拉速、均化温度和铸坯表面最大变形量,所述均化拉速为所述结晶器、二冷区和空冷区对应长度铸坯瞬时拉速积分之和的平均；所述均化温度为结晶器、二冷区和空冷区对应长度铸坯温度积分之和的平均;所述铸坯表面最大变形量为所述结晶器、二冷区和空冷区对应区间内铸坯表面外鼓或内凹变形的最大值。

3.根据权利要求1所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述S1中的工况信息包括：连铸坯断面尺寸、连铸钢种信息、连铸设备信息、冷却介质信息及工艺和状态参数信息,其中,所述冷却介质信息包括结晶器冷却水的纯净度、温度、流量、压力和/或速度、二冷区冷却水和空气的温度、流量、压力、喷出高度、角度和幅度及空冷区气体类别、流量、压力和速度。

4.根据权利要求1所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述S2中的冷却参数包括坯壳厚度、铸坯表面温度回升值，其中，所述坯壳厚度为所述结晶器、二冷区和空冷区中指定位置的固态坯壳厚度；所述铸坯表面温度回升值为所述结晶器、二冷区和空冷区不同冷却区之间和/或二冷区子冷却区之间和/或空冷区子冷却区之间冷却强度过渡位置单位长度的铸坯表面温度回升值或单位时间内的铸坯表面温度回升值。

5.根据权利要求1所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述S2中的冷却参数包括矫直辊入口处的铸坯表面温度特征、高温强度和塑性特征、表层基体相变特征、析出特征和奥氏体晶粒特征，其中，所述矫直辊入口处的铸坯表面温度特征指铸坯表面的温度及其分布；所述高温强度和塑性特征指钢种高温拉伸时的屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩率；所述表层基体相变特征指奥氏体晶界处先共析铁素体的比例、尺寸和形貌；所述析出特征指含有Ti、Nb、V、Al、B元素时的对应碳化物、氮化物和碳氮化物的数量、尺寸、分布和形貌；所述奥氏体晶粒特征指奥氏体晶粒尺寸大小和形貌。

6.根据权利要求3所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述S1中的所述连铸钢种信息包括钢水化学成分，密度、比热、导热系数、粘度、合金元素的溶质分配系数和扩散系数；所述连铸设备信息包括钢包和中间包结构参数、结晶器锥度、长度、厚度和倒角半径、二冷区的空间划分及喷嘴布置和性能参数、空冷区的空间划分及气冷系统参数、辊子尺寸及辊列设计参数、铸坯切割设备参数；所述工艺和状态参数信息包括每个周期的瞬时拉速，钢水和铸坯温度、铸坯表面的变形量，电磁搅拌参数和拉矫机油缸压力。

7.根据权利要求1所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述冷却参数包括铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置和铸坯凝固终点的位置，其中，所述铸坯内部柱状晶向等轴晶转变位置为铸坯凝固枝晶由柱状向等轴状转变的界面位置；所述铸坯凝固终点的位置为铸坯内部凝固潜热释放完全的位置。

8.根据权利要求1所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，所述在线控制方法的动态调控冷却周期小于等于3秒。

9.根据权利要求8所述的动态多元化连铸冷却在线控制方法，其特征在于，在所述动态调控冷却周期内，所述在线控制方法对所述结晶器冷却水流量和压力、水槽或水缝中水流速进行调整；并同时对所述二冷区各区冷却水量和压力、二冷喷嘴角度、幅度、高度和开关度、二冷喷淋时间、气水流量和压力比参数进行调整；对所述空冷区保温罩开关度、风速、风温和风向参数进行实时调整。

10.一种动态多元化连铸冷却在线控制系统，其特征在于，所述系统包括数据采集模块、求解运算模块、输出和显示模块及通讯模块；

其中，所述数据采集模块用于实时读取连铸机运行状态下的相关工况信息；

所述求解运算模块，连接所述数据采集模块，用于根据读取的所述相关工况信息及连铸机冷却区的空间划分，求解连铸坯凝固传输方程并获得多元凝固特征参数，通过与目标数据库进行多元化对比求出结晶器区、二冷区及其各子冷却区和空冷区及其各子冷却区的各种冷却参数；

所述输出和显示模块连接所述求解运算模块，用于在指定界面显示所述各种冷却参数；

通讯模块，连接所述输出和显示模块与各控制设备，用于将所述各种冷却参数由所述输出和显示模块传输至各控制设备。

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