论文部分内容阅读
摘要：本文通过建立非稳态的板坯连铸机铸坯凝固数学模型，应用建立的数学模型模拟铸坯凝固过程，确定连铸二冷配水的合理工艺参数，实现二冷区智能配水，以提高铸坯质量和铸机的生产能力。
关键词：板坯连铸；二冷水；动态控制模型
中图分类号：TF341.6 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 07-0000-01
SISG No.2 Slab Casting Secondary Cooling Dynamic Model Study
Zhao Cuiping1,Li Xiaowen2,Gui Xiongjun2
(1.Division of Steel Rolling Headquarters,Shaoguan Iron&Steel,Guangdong512123,China;2.Division of Steelmaking,Shaoguan Iron&Steel,Guangdong 512123,China)
Abstract:This article through the establishment of unsteady solidify-
cation slab caster of mathematical model,applied established mathematical model simulation slab continuous casting during solidification,determine the secondary cooling water,to realize the reasonable technological parameters with two cold area intelligence,in order to improve the water quality and casting billet production capacity of machine.
Keywords:Slab Casting;Secondary Cooling Water;Dynamic Control Model
二次冷却与铸机产量和铸坯质量密切相关。在其他工艺条件不变时，增加二冷强度，提高拉速，可提高铸机生产率；反过来说，二冷参数配置不当则是导致铸坯各种质量缺陷发生的主要原因之一。
2003年3月韶钢2#板坯连铸机热试投产后，曾出现大批量表面纵裂、角部裂纹、中心偏析和中心疏松严重等质量问题。这些质量问题的产生和本连铸机二冷系统的不合理性和不稳定性有很大的关系。
一、二冷动态模型
（一）计算机模型动态控制法。二冷动态配水计算机模型控制是指在浇铸过程中使冷却水量随拉速连续变化，且沿拉速方向最佳分布，从而获得良好的铸坯质量。
基于模型的动态控制方法是各冷却区域配水以冶金准则和传热学为基础，通过建立传热数学模型，计算出各段铸坯表面温度的分布，并给出各冷却回路的最佳配水参数，作为自动控制系统实现水量动态控制的依据。
（二）非稳态控制二冷配水控制方法。当外部条件稳定的情况下，铸坯坯壳的生长热量的导出只是时间的一维函数，与此时铸坯的速度和位置无关。坯壳在结晶器生成进入二冷区，不同的时间需要不同的水量：一般情况下，刚生成的铸坯由于坯壳薄，表面温度高，需要较大的冷却水量；随着冷却时间的延长，坯壳厚度增加，铸坯表面温度降低，所需要的水量逐渐减少。
非稳态控制方法以“坯龄”（坯壳生成后所经历的时间）为控制参数进行冷却控制，建立起“坯龄”和水量的对应关系。即铸坯生成一定时间就相应供给一定的水量，在非稳态控制中，拉速不再直接决定水量的大小，而是通过拉速计算出铸坯所在位置，从而决定在二冷区相应的位置供给它所需的水量。
控制实现方法是：把整个铸坯分割成足够小的切片（比如100mm），这时就可认为这个切片铸坯具有同一个“坯龄”。再编写控制逻辑，计算出整个二冷区内每个切片所处的位置，并记录它们的“坯龄”，根据“坯龄”给予相应的冷却水量。
（三）二冷动态配水方案。韶钢2#板坯连铸机有13个扇形段，冷却系统分成7个区域，包含13个控制回路控制二冷水量。参考国外先进生产厂家板坯连铸机二冷配水研究和生产经验，本研究拟采用非稳态控制方法。根据跟踪铸坯切片所花的时间计算出各切片平均速度，与瞬时速度加权平均计算出配水速度，并根据凝固模型计算的表面温度与目标温度比较修正各二冷回路所需水量。二冷动态配水方案如图1所示。
图1二冷动态配水方案图
二、软件功能设计
（一）软件功能。软件采用Visual C++ 6.0在WIN2000系统平台上进行开发，模型的功能主要有：设定符合实际工艺操作的过程参数，包括钢种、工艺参数和设备参数及环境参数；实时计算在生产铸坯的温度分布、坯壳厚度和液相穴长度等；计算二次冷却区各段的配水量，记录速度和二冷段水量历史趋势等。
（二）界面设计。软件的界面设计采取实用、直观的原则。在数学模型计算中，所涉及的参数大部分采用ACCESS数据库格式进行存储，程序启动初始化时自动读入参数，即使程序在使用过程中也可以方便地对浇注参数、钢种物性参数、二冷各回路计算传热系数参数、配水模型中k值、温度补偿水量进行修改。
三、韶钢2号板坯连铸二冷动态模型的应用效果
韶钢2号板坯连铸二冷动态模型通过建立非稳态的板坯连铸机铸坯凝固数学模型，应用建立的数学模型模拟铸坯凝固过程，确定连铸二冷配水的合理工艺参数，实现二冷区智能配水，取得如下效果：
（一）由于二冷系统的优化，使铸机的生产稳定。
（二）通过二冷区智能配水，提高拉速，进一步挖掘铸机潜力。
（三）调整和优化各相关系数，可提高铸坯质量。
（四）便于新产品的开发，对新开发的钢种设计好二冷配水方案，有利于缩短开发周期、降低开发费用。
参考文献：
[1]蔡开科.浇注与凝固.北京:冶金工业出版社,1987:83-106
[2]孙绍元等.连铸二冷控制的智能化方法.北京:北京科技大学学报,1997,19(2):188-191
[3]吴春京.冶金加工过程计算机仿真.北京科技大学讲义,2001
关键词：板坯连铸；二冷水；动态控制模型
中图分类号：TF341.6 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 07-0000-01
SISG No.2 Slab Casting Secondary Cooling Dynamic Model Study
Zhao Cuiping1,Li Xiaowen2,Gui Xiongjun2
(1.Division of Steel Rolling Headquarters,Shaoguan Iron&Steel,Guangdong512123,China;2.Division of Steelmaking,Shaoguan Iron&Steel,Guangdong 512123,China)
Abstract:This article through the establishment of unsteady solidify-
cation slab caster of mathematical model,applied established mathematical model simulation slab continuous casting during solidification,determine the secondary cooling water,to realize the reasonable technological parameters with two cold area intelligence,in order to improve the water quality and casting billet production capacity of machine.
Keywords:Slab Casting;Secondary Cooling Water;Dynamic Control Model
二次冷却与铸机产量和铸坯质量密切相关。在其他工艺条件不变时，增加二冷强度，提高拉速，可提高铸机生产率；反过来说，二冷参数配置不当则是导致铸坯各种质量缺陷发生的主要原因之一。
2003年3月韶钢2#板坯连铸机热试投产后，曾出现大批量表面纵裂、角部裂纹、中心偏析和中心疏松严重等质量问题。这些质量问题的产生和本连铸机二冷系统的不合理性和不稳定性有很大的关系。
一、二冷动态模型
（一）计算机模型动态控制法。二冷动态配水计算机模型控制是指在浇铸过程中使冷却水量随拉速连续变化，且沿拉速方向最佳分布，从而获得良好的铸坯质量。
基于模型的动态控制方法是各冷却区域配水以冶金准则和传热学为基础，通过建立传热数学模型，计算出各段铸坯表面温度的分布，并给出各冷却回路的最佳配水参数，作为自动控制系统实现水量动态控制的依据。
（二）非稳态控制二冷配水控制方法。当外部条件稳定的情况下，铸坯坯壳的生长热量的导出只是时间的一维函数，与此时铸坯的速度和位置无关。坯壳在结晶器生成进入二冷区，不同的时间需要不同的水量：一般情况下，刚生成的铸坯由于坯壳薄，表面温度高，需要较大的冷却水量；随着冷却时间的延长，坯壳厚度增加，铸坯表面温度降低，所需要的水量逐渐减少。
非稳态控制方法以“坯龄”（坯壳生成后所经历的时间）为控制参数进行冷却控制，建立起“坯龄”和水量的对应关系。即铸坯生成一定时间就相应供给一定的水量，在非稳态控制中，拉速不再直接决定水量的大小，而是通过拉速计算出铸坯所在位置，从而决定在二冷区相应的位置供给它所需的水量。
控制实现方法是：把整个铸坯分割成足够小的切片（比如100mm），这时就可认为这个切片铸坯具有同一个“坯龄”。再编写控制逻辑，计算出整个二冷区内每个切片所处的位置，并记录它们的“坯龄”，根据“坯龄”给予相应的冷却水量。
（三）二冷动态配水方案。韶钢2#板坯连铸机有13个扇形段，冷却系统分成7个区域，包含13个控制回路控制二冷水量。参考国外先进生产厂家板坯连铸机二冷配水研究和生产经验，本研究拟采用非稳态控制方法。根据跟踪铸坯切片所花的时间计算出各切片平均速度，与瞬时速度加权平均计算出配水速度，并根据凝固模型计算的表面温度与目标温度比较修正各二冷回路所需水量。二冷动态配水方案如图1所示。
图1二冷动态配水方案图
二、软件功能设计
（一）软件功能。软件采用Visual C++ 6.0在WIN2000系统平台上进行开发，模型的功能主要有：设定符合实际工艺操作的过程参数，包括钢种、工艺参数和设备参数及环境参数；实时计算在生产铸坯的温度分布、坯壳厚度和液相穴长度等；计算二次冷却区各段的配水量，记录速度和二冷段水量历史趋势等。
（二）界面设计。软件的界面设计采取实用、直观的原则。在数学模型计算中，所涉及的参数大部分采用ACCESS数据库格式进行存储，程序启动初始化时自动读入参数，即使程序在使用过程中也可以方便地对浇注参数、钢种物性参数、二冷各回路计算传热系数参数、配水模型中k值、温度补偿水量进行修改。
三、韶钢2号板坯连铸二冷动态模型的应用效果
韶钢2号板坯连铸二冷动态模型通过建立非稳态的板坯连铸机铸坯凝固数学模型，应用建立的数学模型模拟铸坯凝固过程，确定连铸二冷配水的合理工艺参数，实现二冷区智能配水，取得如下效果：
（一）由于二冷系统的优化，使铸机的生产稳定。
（二）通过二冷区智能配水，提高拉速，进一步挖掘铸机潜力。
（三）调整和优化各相关系数，可提高铸坯质量。
（四）便于新产品的开发，对新开发的钢种设计好二冷配水方案，有利于缩短开发周期、降低开发费用。
参考文献：
[1]蔡开科.浇注与凝固.北京:冶金工业出版社,1987:83-106
[2]孙绍元等.连铸二冷控制的智能化方法.北京:北京科技大学学报,1997,19(2):188-191
[3]吴春京.冶金加工过程计算机仿真.北京科技大学讲义,2001