圆坯连铸动态二冷水控制模型的研究

【摘要】二次冷却水控制是连铸生产中的一项核心技术，二次冷却水控制的效果直接影响到最终板坯质量的优劣。因此，二冷水控制模型的研究与应用也显得尤为重要。本文主要针对莱钢圆坯连铸机，对二冷水控制模型进行深入的分析与研究。

【关键词】圆坯连铸机；二次冷却；控制模型

1.概述

目前，国内钢厂的铸坯生产大多都采用立弯梁式连铸机，该类型的连铸机从浇注到成材需要经过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。一次冷却是由结晶器来完成，钢水在这个阶段冻结成型，然后钢坯进入二冷区，二次冷却在整个连铸生产中尤为重要，二次冷却水控制是连铸生产中的一项核心技术，二次冷却水控制的效果直接影响到最终板坯质量的优劣。根据钢坯的型号、大小的不同对二次冷却水的要求也是不一样的，下面将主要根据山钢集团特钢事业部连铸模型进行详细的说明。

2.工艺简介

二冷水自动控制连铸机在开浇、浇铸不同钢种以及拉速变化时需要及时对二冷水量进行适当调整。早期连铸采用手动调节阀门来改变二冷水量，人为因素影响很大，在改变拉速时往往来不及调整，造成铸坯冷却不均匀。二冷水的自动控制方法主要可分为静态控制法和动态控制法两类。

静态控制法一般是利用数学模型，根据所浇铸的断面、钢种、拉速、过热度等连铸工艺条件计算冷却水量，将计算的二冷水数据表存入计算机中，在生产工艺条件变化时计算机按存入的数据找出合适的二冷水控制量，调整二冷强度。静态控制法是目前广泛采用的二冷水控制方法，在稳定生产时基本能够满足要求。

根据二冷区铸坯的实际情况及时改变二冷水的控制方法为动态控制。目前能够测得的铸坯温度仅为表面温度，如果能够准确测得铸坯的表面温度，则可根据表面温度对二冷水及时调整。但是，铸坯表面覆盖的一层氧化铁皮、水膜以及二冷区存在的大量水蒸气严重影响测量结果的准确性。因此，在实际生产中根据实测的铸坯表面温度进行动态控制的方法很少被采用。

比较可行的方法是进行温度推算控制法。温度推算控制法的思路是将铸坯整个长度分成许多小段，根据铸坯凝固传热数学模型每隔一定时间（例如20秒）计算出每一小段的温度，然后与预先设定的铸坯所要求的最佳温度相比较，根据比较结果给出最合适的冷却水量。在二十世纪80年代中后期，欧洲、日本以及美国的一些先进的连铸机已逐步采用二冷动态控制系统。我国现有的大部分铸机采用静态控制法控制二冷水量，引进的现代化板坯连铸机、薄板坯连铸机等一般采用温度推算动态控制法进行二冷水的调节。

3.控制思路

铸坯质量的好坏与冷却效果息息相关，一次冷却在结晶器，其可控性较弱，二冷区无疑是进行连铸生产冷却控制的最佳区域。所以，二冷区配水数学模型的研究与应用由来已久。其主体方向与思路为：采用铸坯表面温度控制法实施冷却水量分布与动态控制，保证在任一浇注条件下，使冷却水量随拉速连续变化，且水量沿拉速方向按最佳状态分布，以控制铸坯表面温度符合目标温度。

根据不同的介质参数、各钢种的热物性参数及计算条件、设备及铸坯参数，可以得到各段的水流密度、表面温度、凝固壳厚度、液相穴深度和水量参数。根据铸坯表面目标温度分布和数学模型计算，在其他因素确定的条件下，二冷区各段冷却水量Qi与铸坯拉速V的关系为：

4.二冷水数学模型的控制方式

连铸机二次冷却区，可分段进行冷却控制。一般足辊段与其后各段冷却方式有所不同。足辊段为全水冷，单一回路。其后各段为水汽喷雾结合冷却，依据内外弧和宽窄边面为不同回路。

二冷水水量控制使由结晶器出来的液芯钢坯在结晶器中进行初步凝固后，进入二冷区。莱钢板坯连铸机二冷区主要包括足辊、一段、二段、三段。调节方式分为手动和自动方式。其中自动方式时，在每流的一段、二段、三段根据拉矫机速度按配水数学模型公式由PLC计算出水量来进行PID控制。足辊水量不安装调节阀，按模型给出的设定值手动微调。手动方式输出MV值不经过PID运算，通过操作人员操作鼠标（或键盘）改变MV值，调节阀门开度。在计算机系统故障时也可用控制柜上的后备手操器实行人工手动调节。手/自动为无扰切换。

水量调节关系式为：

5.结论

经过对圆坯连铸机二冷水控制模型的深入研究，使其具有了很高的控制水平，控制功能丰富、完善，实用性增强；经过在生产中的应用与检验，对提高圆坯连铸机铸坯质量起到了很好的效果，取得了十分显著的经济效益。而且，本模型具有很强的实用性和可移植性，在本行业及其它相关行业具有很高的推广价值。

参考文献

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