CN114653916A - 一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，包括：采集钢铁生产制造中相关设备的运行状态参数，并进行预处理；利用预处理后的运行状态参数构建可视化拓扑结构；基于所述可视化拓扑结构以及历史数据建立优化约束模型，调整控制板坯铸坯角部质量缺陷边部的二冷水量。本发明方法能有效降低铸坯边角部过冷情况，避免铸坯在7～8段矫直过程落入第Ш脆性区导致角部横裂纹，本发明通过铸机边部水量控制，实现板坯包晶普碳、微合金钢种边部质量稳定控制，提高轧后钢质优质率。

Description

一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法

技术领域

本发明涉及钢铁生产制造的技术领域，尤其涉及一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法。

背景技术

板坯铸坯边部裂纹控制是钢铁制造生产领域一个世界级的难题。众所周知，连铸结晶器振动目的一是脱模，二是防止坯壳粘结，这样不可避免地在铸坯表面留下横向振痕，边部角横裂纹与振痕共生位于铸坯宽面或窄面得任意位置，铸坯边部裂纹形成是一个非常复杂的过程，是传热、传质和应力互相作用的结果，当综合应力超过钢种临界强度及极限变形量就产生裂纹，特别是包晶低合金钢、包晶普碳钢种最容易产生边部裂纹缺陷。边部裂纹一般比较细，深度约2～8mm不等，表面被氧化铁皮覆盖很难被发现，经酸洗、火焰清理后裂纹才能暴露出来，生产过程一旦发现有边部裂纹就需要清除，清除工作费时费力，影响铸坯热装、热送，同时清理不好还会造成二次缺陷，导致扎后结疤、分层、裂纹甚至烂边。

研究表明，铸坯边部横裂纹产生于两个环节：1、在结晶器里，出生凝固坯壳收缩及冷却传热的不均匀性导致；2、铸坯出完结晶器接受二次冷却过强有关系。边部横裂纹缺陷产生跟铸坯二次冷却强度过大使板坯纵向和横向温度梯度过大产生较大的热应力有很大关系，尤其是角部过冷使铸坯表面温度了落入第Ш脆性区(小于900°)，又加上相当于应力集中“缺口效应”的振痕，铸坯矫直过程中在振痕的波谷相处导致边角部横裂纹的产生。对于含Nb、V、Ti微合金元素钢，控制二冷配水边角部水量降低铸坯边部冷却强度，又称之为“热行法”是行业内公认防止铸坯角部横裂纹有效措施。

原有板坯二冷配水方式，采用二维动态配水控制技术，主要根据生产不同钢种选择好对应目标温度，铸机二次冷却从上到下分为1区～10区，模型根据每个区的目标温度值结合当前的温度、拉速温度模型计算所需的水量，即动态配水的设定冷却水量。由于铸坯边角部是二维传热冷却速率相对于宽面比较快，该模型不能单独对边部水量不能自动调节控制，生产过程因边部过冷很容易产生边部横裂缺陷。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明解决的技术问题是：由于铸坯边角部是二维传热冷却速率相对于宽面比较快，传统方法中的模型不能单独对边部水量不能自动调节控制，生产过程因边部过冷很容易产生边部横裂缺陷。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：采集钢铁生产制造过程中相关设备的运行状态参数，并进行预处理；利用预处理后的运行状态参数构建可视化拓扑结构；基于所述可视化拓扑结构以及历史数据建立优化约束模型，调整控制板坯铸坯角部质量缺陷边部的二冷水量。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述运行状态参数包括根据设置的测点进行在线读取得到的运行状态参数。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述预处理的过程包括：清洗空缺值、格式内容、逻辑错误、非需求运行状态参数；对所述运行状态参数进行特征构造、数据分级及数据量化；对变换后的运行状态参数进行数据统计，将所述运行状态参数合并到统一的运行数据存储中；采用判别器对所述运行状态参数样本中仍可能出现异常的样本进行检测剔除。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述可视化拓扑结构的构建步骤包括：

定义钢铁生产制造过程中相关设备的节点数和同步相量数分别为x和y，将其线性化同步方程定义为：

W＝XY+c

其中，W表示同步相量，其维度为y，X表示同步矩阵，其维度为y×(2x-1)，Y表示各节点运行状态参数集，其维度为(2x-1)，c表示扰动向量，其维度为y。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述可视化拓扑结构的构建步骤还包括：

基于图论策略，将钢铁生产制造系统描述为m个顶点和n条边所组成的拓扑集合：

U＝<L，T>

其中，U表示图的拓扑集合，L表示图的顶点集合，T表示图的边集合，L、T分别与拓扑中的节点和线路集合相对应；

U’＝<L’，T’>

其中，U’＝<L’，T’>表示由等量测量单元组成的同步相量测量子网，其集合满足

比较测量子网集合U’和拓扑集合U，如果满足

即子网集合U’包含了拓扑集合U中的所有顶点，表示拓扑结构中的所有顶点都可以通过测量子网进行测量得到，则这个结构即为可视化拓扑结构。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述优化约束模型包括：

其中，n表示分区个数，_Xt、X_g、X_m表示不同的时间段，γ_t、γ_g、γ_m表示不同时间段的水量，

表示铸机i在t时间点的边部水量的温度，

表示铸机i在t-1时间点的边部水量的温度，t＞1。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述优化约束模型的约束条件包括：

0≤P(t₁)+P(t₂)+P(t₃)+P(t₄)＜3302.1

0≤P(t₁)＜1500

0≤P(t₂)＜1.1

0≤P(t₃)＜1800

0≤P(t₄)＜1

30≤A≤37

其中，P(t₁)、P(t₂)、P(t₃)、P(t₄)分别表示铸坯断面、铸坯断面拉速、铸坯断面、铸坯断面拉速，A表示“0”段水量降低值。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：所述铸机二次冷却从上到下分为1区～8区。

作为本发明所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的一种优选方案，其中：定义1～4区的窄面足辊水设定为：1区窄面足辊水设定为60L/min；2区选择设定为270L/min；3区选择设定为350L/min；4区选择设定为270L/min。

本发明的有益效果：本发明方法能有效降低铸坯边角部过冷情况，避免铸坯在7～8段矫直过程落入第Ш脆性区导致角部横裂纹，本发明通过铸机边部水量控制，实现板坯包晶普碳、微合金钢种边部质量稳定控制，提高轧后钢质优质率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明一个实施例提供的一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的基本流程示意图；

图2为本发明一个实施例提供的一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的板坯边部水量调整控制程序界面示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参照图1～2，为本发明的一个实施例，提供了一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，包括：

S1：采集钢铁生产制造过程中相关设备的运行状态参数，并进行预处理。

需要说明的是，运行状态参数包括根据设置的测点进行在线读取得到的运行状态参数。

其中，预处理的过程包括：

清洗空缺值、格式内容、逻辑错误、非需求运行状态参数；

对运行状态参数进行特征构造、数据分级及数据量化；

对变换后的运行状态参数进行数据统计，将运行状态参数合并到统一的运行数据存储中；

采用判别器对运行状态参数样本中仍可能出现异常的样本进行检测剔除。

S2：利用预处理后的运行状态参数构建可视化拓扑结构。

需要说明的是，可视化拓扑结构的构建步骤包括：

定义钢铁生产制造过程中相关设备的节点数和同步相量数分别为x和y，将其线性化同步方程定义为：

W＝XY+c

其中，W表示同步相量，其维度为y，X表示同步矩阵，其维度为y×(2x-1)，Y表示各节点运行状态参数集，其维度为(2x-1)，c表示扰动向量，其维度为y。

可视化拓扑结构的构建步骤还包括：

基于图论策略，将钢铁生产制造系统描述为m个顶点和n条边所组成的拓扑集合：

U＝<L，T>

其中，U表示图的拓扑集合，L表示图的顶点集合，T表示图的边集合，L、T分别与拓扑中的节点和线路集合相对应；

U’＝<L’，T’>

其中，U’＝<L’，T’>表示由等量测量单元组成的同步相量测量子网，其集合满足

比较测量子网集合U’和拓扑集合U，如果满足

即子网集合U’包含了拓扑集合U中的所有顶点，表示拓扑结构中的所有顶点都可以通过测量子网进行测量得到，则这个结构即为可视化拓扑结构。

S3：基于可视化拓扑结构以及历史数据建立优化约束模型，调整控制板坯铸坯角部质量缺陷边部的二冷水量。

需要说明的是，优化约束模型包括：

其中，n表示分区个数，X_t、X_g、X_m表示不同的时间段，γ_t、γ_g、γ_m表示不同时间段的水量，

表示铸机i在t时间点的边部水量的温度，

表示铸机i在t-1时间点的边部水量的温度，t＞1。

其中，优化约束模型的约束条件包括：

0≤P(t₁)+P(t₂)+P(t₃)+P(t₄)＜3302.1

0≤P(t₁)＜1500

0≤P(t₂)＜1.1

0≤P(t₃)＜1800

0≤P(t₄)＜1

30≤A≤37

其中，P(t₁)、P(t₂)、P(t₃)、P(t₄)分别表示铸坯断面、铸坯断面拉速、铸坯断面、铸坯断面拉速，A表示“0”段水量降低值。

从上式看出，边部水量调整控制条件：(1)铸坯断面≥1500mm，拉速≥1.1m/min时，铸坯断面≥1800mm，拉速≥1.0m/min时，对边部水量进行调整控制。拉速低于规定拉速，1～4区恢复串级配水；(2)C％＝0.12～0.16的包晶钢种，1～4区配水按规定要求设定；(3)低合金钢种含控AL、Nb、V、B(其中任一成分)钢种，5～8区边部水量调整系数设“0.7”，切换不控AL、Nb、V、B钢种边部水量调整系数恢复“1”。

进一步的，铸机二次冷却从上到下分为1区～8区。

定义1～4区的窄面足辊水设定为：

1区窄面足辊水设定为60L/min；2区选择设定为270L/min；3区选择设定为350L/min；4区选择设定为270L/min。

5～8区边部水量控制：当当铸机拉速≥1.0m/min时，将铸机5～8区边部水量比原配水量降低30-37％，铸坯边角部过冷得到明显改善，可以有效控制因铸坯角部过冷在弯曲矫直过程产生的边部横裂纹缺陷。

更进一步的，如图2所示，通过开发板坯边部水量控制程序，铸机拉速正常后对应钢种5～8区边部水量修正系数设定为“0.7”，程序对原有动态配水设定值重新修正计算后，赋值修正后水量值作为动态配水边部水量的设定值，当拉速低于1.0m/min时，边部水量修正系数修改“1”。

本发明主要应用于板坯连铸机动态配水生产包晶普碳及包晶微合金钢种对边部水量的调整控制方法，通过此调整控制方法边部水量降低30％～37％，有效降低铸坯边角部过冷情况，避免铸坯在7～8段矫直过程落入第III脆性区导致角部横裂纹，本发明通过铸机边部水量控制，实现板坯包晶普碳、微合金钢种边部质量稳定控制，提高轧后钢质优质率。

实施例2

该实施例为本发明另一个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是，提供了一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法的验证测试，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用边部水量调整控制方法前、后包晶低合金、普碳钢铸坯角部温度提高及轧后热轧低合金、普碳钢边裂缺陷率控制进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果，其测试结果如表1～2所示。

表1：采用边部水量调整前、后铸坯边角温度对比表。

表2：采用边部水量调整前后热轧、中板轧后边裂钢质缺陷对比表。

从上表可以看出，生包晶普碳钢、低合金钢对边部水量按本发明方法调整控制后，有效解决包晶普碳、低合金钢边部冷却过强导致裂纹缺陷，提高了铸坯边角部温度，避免因边部过冷导致弯曲、矫直过程产生边部横裂纹缺陷，体现了本发明方法的有效性。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。计算机程序能够应用于输入数据以执行本文所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

如在本申请所使用的，术语“组件”、“模块”、“系统”等等旨在指代计算机相关实体，该计算机相关实体可以是硬件、固件、硬件和软件的结合、软件或者运行中的软件。例如，组件可以是，但不限于是：在处理器上运行的处理、处理器、对象、可执行文件、执行中的线程、程序和/或计算机。作为示例，在计算设备上运行的应用和该计算设备都可以是组件。一个或多个组件可以存在于执行中的过程和/或线程中，并且组件可以位于一个计算机中以及/或者分布在两个或更多个计算机之间。此外，这些组件能够从在其上具有各种数据结构的各种计算机可读介质中执行。这些组件可以通过诸如根据具有一个或多个数据分组(例如，来自一个组件的数据，该组件与本地系统、分布式系统中的另一个组件进行交互和/或以信号的方式通过诸如互联网之类的网络与其它系统进行交互)的信号，以本地和/或远程过程的方式进行通信。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，包括：

采集钢铁生产制造过程中相关设备的运行状态参数，并进行预处理；

利用预处理后的运行状态参数构建可视化拓扑结构；

基于所述可视化拓扑结构以及历史数据建立优化约束模型，调整控制板坯铸坯角部质量缺陷边部的二冷水量。

2.如权利要求1所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述运行状态参数包括根据设置的测点进行在线读取得到的运行状态参数。

3.如权利要求1或2所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述预处理的过程包括：

清洗空缺值、格式内容、逻辑错误、非需求运行状态参数；

对所述运行状态参数进行特征构造、数据分级及数据量化；

对变换后的运行状态参数进行数据统计，将所述运行状态参数合并到统一的运行数据存储中；

采用判别器对所述运行状态参数样本中仍可能出现异常的样本进行检测剔除。

4.如权利要求1所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述可视化拓扑结构的构建步骤包括：

定义钢铁生产制造过程中相关设备的节点数和同步相量数分别为x和y，将其线性化同步方程定义为：

W＝XY+c

其中，W表示同步相量，其维度为y，X表示同步矩阵，其维度为y×(2x-1)，Y表示各节点运行状态参数集，其维度为(2x-1)，c表示扰动向量，其维度为y。

5.如权利要求4所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述可视化拓扑结构的构建步骤还包括：

基于图论策略，将钢铁生产制造系统描述为m个顶点和n条边所组成的拓扑集合：

U＝<L，T>

其中，U表示图的拓扑集合，L表示图的顶点集合，T表示图的边集合，L、T分别与拓扑中的节点和线路集合相对应；

U’＝<L’，T’>

其中，U’＝<L’，T’>表示由等量测量单元组成的同步相量测量子网，其集合满足

比较测量子网集合U’和拓扑集合U，如果满足

即子网集合U’包含了拓扑集合U中的所有顶点，表示拓扑结构中的所有顶点都可以通过测量子网进行测量得到，则这个结构即为可视化拓扑结构。

6.如权利要求1、4～5任一所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述优化约束模型包括：

其中，n表示分区个数，X_t、X_g、X_m表示不同的时间段，γ_t、γ_g、γ_m表示不同时间段的水量，

表示铸机i在t时间点的边部水量的温度，

表示铸机i在t-1时间点的边部水量的温度，t＞1。

7.如权利要求6所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述优化约束模型的约束条件包括：

0≤P(t₁)+P(t₂)+P(t₃)+P(t₄)＜3302.1

0≤P(t₁)＜1500

0≤P(t₂)＜1.1

0≤P(t₃)＜1800

0≤P(t₄)＜1

30≤A≤37

其中，P(t₁)、P(t₂)、P(t₃)、P(t₄)分别表示铸坯断面、铸坯断面拉速、铸坯断面、铸坯断面拉速，A表示“0”段水量降低值。

8.如权利要求6所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，所述铸机二次冷却从上到下分为1区～8区。

9.如权利要求8所述的板坯铸坯角部质量缺陷边部二冷水量调整控制方法，其特征在于，定义1～4区的窄面足辊水设定为：

1区窄面足辊水设定为60L/min；2区选择设定为270L/min；3区选择设定为350L/min；4区选择设定为270L/min。

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