CN116100003A - 一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法 - Google Patents

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韩志伟
刘强
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Abstract

本发明涉及一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，属于铸坯技术领域。该方法包括实时获取生产数据，采用温度仿真的方法计算结晶器内铸坯的温度，获得铸坯任意位置的实时温度，同时，选定结晶器出口处铸坯表面中心位置为温度控制点，并根据工艺知识设定此点的最佳温度，在每个计算周期比较温度控制点的计算温度和设定温度的偏差，如果偏差大于允许范围，则对结晶器进水水量进行调整，以保证控制点温度稳定，采用此方法，可以确保在不同拉速下结晶器内铸坯温度的稳定，改善铸坯质量。

Description

一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法
技术领域
本发明属于铸坯技术领域，涉及一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法。
背景技术
连铸是钢铁生产中的重要一环，其主要过程高温的钢水在结晶器内部受强冷形成一定厚度的坯壳，内部仍然为液态钢液。从结晶器中出来的含有液心的铸坯，进入二冷区后，在水喷嘴或汽水雾化喷嘴的强冷下，继续冷却降温直至内部钢液完全凝固。
在连铸机生产中，结晶器是最关键的设备之一，结晶器冷却水控制系统是连铸机高效稳定生产的重要因素之一。结晶器冷却水冷却强度不合适会影响铸坯表面质量甚至诱发漏钢的恶性事故，因此实现精确控制连铸结晶器冷却水，是提高铸坯质量、提高浇铸效率的关键。
但是，受限于生产组织和自动化条件的限制，目前结晶器冷却水一般采用3组固定水量控制的方法，即强冷、中冷、弱冷，在生产不同断面、不同钢种时更加工艺规程选择不同的冷却水量，在生产中结晶器冷却水水量均是固定值。然而由于生产中经常发生浇铸温度、拉速等工艺参数的变化，结晶器所需要的冷却水量是不同的，当前控制的不足导致铸坯温度忽高忽低，最终严重影响铸坯质量，给企业带来巨大的经济损失。因此迫切需要一种能够在拉速、浇铸温度变化时实时计算结晶器内铸坯温度，根据所需冷却能力动态调整结晶器进水水量，确保铸坯温度稳定的控制方法。
查阅专利，在专利号为CN103192047B的“连铸机结晶器冷却水自动控制系统及其控制方法”中，公开了一种新型连铸机结晶器冷却水自动控制系统及其控制方法，本发明通过结晶器上的进水温度检测器和回水温度检测器计算出结晶器的热流值，根据热流值对结晶器冷却水设定流量进行修正，通过改变冷却水配水量达到消除结晶器导热性能发生改变时对铸坯质量和浇铸安全的影响。专利号为CN106984786A的“一种连铸结晶器的水流控制方法”中，为1650mm宽度板坯连铸机设计了不同拉速下结晶器宽面、窄面冷却水量随温度变化的水量表，但是此方法仅适用于特定宽度的连铸机，由于连铸生产形式多样，所述专利没有考虑不同宽度、钢种、不同浇铸温度的影响，普适性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，以更精准控制结晶器的冷却水的进水水量，确保不同生产工况下铸坯温度的稳定，从而避免因冷却能力的不稳定影响铸坯质量。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，该方法包括以下步骤：
实时获取生产数据，采用温度仿真的方法计算结晶器内铸坯的温度，获得铸坯任意位置的实时温度；
选定结晶器出口处铸坯表面中心位置为温度控制点，并根据工艺知识设定此点的最佳温度，在每个计算周期比较温度控制点的计算温度和设定温度的偏差，如果偏差大于允许范围，则对结晶器进水水量进行调整，保证控制点温度稳定，在不同拉速下结晶器内铸坯温度的稳定。
可选的，所述获得铸坯任意位置的实时温度具体为：通过有限差分法实时求解经典传热方程获得。
可选的，所述对结晶器进水水量进行调整，保证控制点温度稳定具体为：
将仿真计算得到的控制点温度和目标温度进行比较，如果计算温度高于目标温度，则加大结晶器进水水量；
如果计算温度低于目标温度，则减小结晶器进水水量。
可选的，所述每个计算周期为2s。
可选的，所述生产数据包括结晶器进水水量、进水温度、出水温度和浇铸温度。
可选的，所述计算温度和目标温度的阈值为5℃。
本发明的有益效果在于：本发明根据实时仿真的控制点计算温度和目标温度的温度差调节进水水量，能够使所述结晶器的出口铸坯表面温度达到目标温度，更精准的控制结晶器内的铸坯温度，降低了拉速等因素变化导致的铸坯温度波动，有利于提升铸坯质量。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为系统流程图；
图2为现有方案不同拉速下结晶器内铸坯表面中心温度；
图3为采用本发明后不同拉速下结晶器内铸坯表面中心温度。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
请参阅图1，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。
为了说明本发明的实时效果，以生产Q235B钢种，浇铸断面为220×1600mm板坯连铸机为例进行说明，生产中拉速的变化情况选定为0.5m/min、1.0m/min、1.5m/min。
在现有企业生产中，设定了不同生产模式下结晶器水量的标准，如表1：
表1结晶器冷却水量设定
Figure BDA0004102408040000031
生产中，此钢种采用弱冷模式，即不论拉速如何变化，结晶器宽面冷却水量均为4850l/min，生产中由于拉速变化，在不同拉速下结晶器出口控制点的温度如图2，可以看出，最大温度偏差达到了56.1℃。
下面采用本发明专利进行温度控制，其控制过程如下；
1)中包开浇，连铸生产过程启动；
2)系统运行，以2s一个周期进行计算；
3)每个新的周期，通过PLC获取生产数据，如：结晶器进水水量、进水温度、出水温度、浇铸温度等；
4)进行温度仿真，获得铸坯控制点的计算温度；
5)计算控制点的计算温度和目标温度的差值，即温度差；
6)如果温度差的绝对值≤5℃，不进行水量调整，此周期结束；
7)如果计算温度-目标温度＞5℃，进行水量调整，提高进水水量；
8)如果目标温度-计算温度＞5℃，进行水量调整，降低进水水量；
9)水量调整后，此周期结束；
10)如果生产在继续，就进入下一个计算周期；
11)重复2-10步骤，直到生产结束。
采用本发明后，在拉速为0.5m/min、1.0m/min、1.5m/min的变化工况下，经过系统控制后的结晶器水量冷却的铸坯温度稳定性显著提高，温度曲线如图3所示，出口的控制点温度波动减小到11.2℃，较远方案稳定性大幅提高，铸坯质量得到了保障。
最后说明的是，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，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
实时获取生产数据，采用温度仿真的方法计算结晶器内铸坯的温度，获得铸坯任意位置的实时温度；
选定结晶器出口处铸坯表面中心位置为温度控制点，并根据工艺知识设定此点的最佳温度，在每个计算周期比较温度控制点的计算温度和设定温度的偏差，如果偏差大于允许范围，则对结晶器进水水量进行调整，保证控制点温度稳定，在不同拉速下结晶器内铸坯温度的稳定。
2.根据权利要求1所述的一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，其特征在于：所述获得铸坯任意位置的实时温度具体为：通过有限差分法实时求解经典传热方程获得。
3.根据权利要求1所述的一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，其特征在于：所述对结晶器进水水量进行调整，保证控制点温度稳定具体为：
将仿真计算得到的控制点温度和目标温度进行比较，如果计算温度高于目标温度，则加大结晶器进水水量；
如果计算温度低于目标温度，则减小结晶器进水水量。
4.根据权利要求1所述的一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，其特征在于：所述每个计算周期为2s。
5.根据权利要求1所述的一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，其特征在于：所述生产数据包括结晶器进水水量、进水温度、出水温度和浇铸温度。
6.根据权利要求1所述的一种基于铸坯温度仿真的结晶器水控制方法，其特征在于：所述计算温度和目标温度的阈值为5℃。
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