北京科技大学科技成果——连铸二冷配水模型及自动控制技术
李聿军-会议论文-连铸二次冷却的研究现状与未来展望
连铸装备的技术创新和精细化生产技术交流会连铸二次冷却的研究现状与未来展望李聿军，杜辰伟，张家泉（北京科技大学冶金与生态工程学院，北京，100083）摘要：二次冷却不但决定了初生坯壳出结晶器之后的传热与凝固，且大大影响铸坯凝固过程中的相变及二次相的析出，这些都对铸坯内部质量及表面质量有着极其重要的影响，甚至会影响后续热装或冷装以及轧制工艺。
在回顾二冷控制由人工经验到目前以目标温度和有效拉速控制法为主的综合控制法的基础上，总结了二冷冶金准则的制定，二冷控制方法演进过程、控制要点，以及国内外代表性的动态二冷控制模型。
提出未来的动态二冷控制模型，应通过分析不同钢种的凝固特性，制定其相应冷却工艺及后续冷却历程，并结合其冷却或再加热过程中相变与析出行为制定进加热炉前的送坯工艺。
关键词：连铸；二次冷却；冶金准则；动态控制；研究进展Research and Prospect on Secondary Cooling in Continuous CastingLI Yun-jun✉，DU Chen-wei，ZHANG Jia-quanSchool of Metallurgical and Ecological Engineering, University of Science and TechnologyBeijing, Beijing 100083, China✉Corresponding author, E-mail:liyujun79@Abstract: Secondary cooling not only determines the early green shell mold of heat transfer and solidification, and greatly affect the phase transformation during the process of casting solidification and precipitation of quadratic phase, these are the internal quality of slab and surface quality has very important influence, even will affect the follow-up and rolling technology in hot or cold. In the review of secondary cooling control by artificial experience so far is given priority to with the target temperature and effective speed control method on the basis of the comprehensive control of secondary cooling set of metallurgical criteria are summarized, evolution process of secondary cooling control method, control points, as well as the domestic and foreign representative dynamic secondary cooling control model. Dynamic secondary cooling control model is proposed for the future, should be through the analysis of the solidification characteristics of different steel grade, make its corresponding cooling process and subsequent cooling process, and combined with its phase transition in the process of cooling or heating and develop into the furnace before send billet precipitation process.Keywords: Continuous casting; Secondary cooling; Metallurgical principles; The dynamic control; The research progress0引言连续浇注的钢水通过结晶器里的快速冷却形成一个较薄且有足够强度的坯壳。
大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发
大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发作者：曾智， 韩占光， 李景， 张家泉， Zeng Zhi， Han Zhanguang， Li Jing， ZhangJiaquan作者单位：北京科技大学冶金与生态工程学院,北京,100083刊名：特殊钢英文刊名：SPECIAL STEEL年，卷(期)：2011,32(3)1.北京科技大学大圆坯连铸二冷动态在线控制软件 20092.北京科技大学大圆坯连铸二冷配水设计系统 20093.朱虹霓连铸圆坯凝固传热数学模型的建立及其应用的研究 19944.李永林;赵沛车轮钢圆坯表面温度和坯壳温度的数值分析[期刊论文]-钢铁 2006(01)5.Carlo Travaglini Casting of Large Diameter Round Blooms at Jangsu Huaigang 2008(05)6.Muniente F马钢达涅利高质量圆坯连铸机[期刊论文]-钢铁 2006(03)7.张家泉圆坯连铸、工艺及其冷却控制技术特点与要求 20098.史宸兴实用连铸冶金技术 20071.张志宏.刘伟平.李国光.成国光.Zhang Zhihong.Liu Weiping.Li Guoguang.Cheng GuoguangΦ500mm大圆坯连铸机的生产实践[期刊论文]-特殊钢2011,32(5)2.王洪伟.Wang Hongwei天铁炼钢厂0#板坯连铸机生产实践[期刊论文]-天津冶金2008(2)3.Paul Pennerstorfer.Gerald Hrazdera.Oliver Schulz确保灵活和可靠生产的高性能板坯连铸机[会议论文]-20114.叶黎华.马佐仓.梁建国.范夕荣.马传庆.Ye Lihua.Ma Zuocang.Liang Jianguo.Fan Xirong.Ma ChuanqingT27铁路用钢的研制与开发[期刊论文]-特殊钢2008,29(4)5.颜秉浩质量控制图在直读光谱分析中的应用[期刊论文]-中国石油和化工标准与质量2011,31(12)6.辛鑫.Xin Xin提高含铝圆钢坯可浇性的生产实践[期刊论文]-天津冶金2010(6)7.杜成武.王海滨.孙东升.隋玲云.梁启华连铸生产炮弹用823钢的试验研究[会议论文]-20098.周祥银.宁方青PROFIBUS-PA现场总线在连铸配水中的应用[期刊论文]-中国计量2007(2)9.张叶洁.张国明轴承钢鉴别仪设计[期刊论文]-哈尔滨轴承2011,32(3)10.李朝祥.张同辉.王世付.蒋宗好.邓荣杰.LI Chao-xiang.ZHANG Tong-hui.WANG Shi-fu.JIANG Zong-hao.DENG Rong-jie环型加热炉热工制度的优化研究[期刊论文]-工业加热2011,40(6)本文链接：/Periodical_tsg201103001.aspx。
2号连铸机动态配水系统应用实践
中间包
图 １ 各 钢种 缺 陷分布 统计 图
３ 动 态 二 冷 配 水 系统 的建 立
３ １ 动态 二冷 配水 系统 的理 论依 据 ．
结晶器
弯月面 （ 切片产生 ）
铸坯 的凝 固坯 壳 从 结 晶 器 弯 月 面 以 一 定 拉 速
向拉矫 机移 动 ， 钢水热 量从 铸 坯 中 ， ｔ向铸坯 表 面 传 ２
图 ３ 铸 坯 的时 间、冷配水技 术 的实 际应 用效果
为 验证 动态 二 冷 配水 系统 的稳 定 性 以及 应 用
效 果 ， 行 动 态 二冷 配 水 试 验 ， 动 态 二 冷 配水 与 进 对 原 配水 的铸 坯低 倍结 果及 水量 变化 趋势进 行 比较 。 ４ １ 铸坯 纵剖 低倍 质量 对 比 ． 动 态二 冷配 水 ２号 连铸 机 １４流 和原 配水 ２ ３ 、 、 流的纵 剖低 倍 结 果 如 下 图 ４～７所 示 。可 以看 出 ， 铸 坯 中心缩 孔 出现 的几率 有 较 大程 度 的降低 ， Ｖ型 偏 析有 所 改善 。
踪 模 型 、 态 优 化 配 水 模 型 、 艺 参 数 数 据 库 和 动 工 ０ Ｃ通讯 模块 四部 分组 成 ， Ｐ 动态 热 跟 踪模 型是 整 个
控 制 系统 的基础 ， 接受 生 产过 程 数据 并 计算 出动 态
优 化配 水所 需 的铸 坯 温度 场 热 信 息 。动 态 热 跟 踪 模 型 以“ 坯龄 ” 坯 壳 所 经 历 的 冷 却 时 间 ， 图 ２所 （ 如 示） 为参数进 行 冷却控 制 （ 即非 稳 态控 制 ） 因此 在 。
即将 对应拉 速 的水 量预存 到 Ｐ Ｃ内 ， 冷各段 水量 Ｌ 二
量密 切相 关 。一方 面 ， 当其 它 工 艺 条件 不 变 时 ， 二 次冷 却强度 增加 ， 速增 大 ， 连 铸机 生产 率提 高 ； 拉 则 另一 方面 ， 次冷却 的强度 以及分 配决 定着 铸坯 的 二
北京科技大学科技成果——连铸坯热送热装热过程数学及其控制技术
北京科技大学科技成果——连铸坯热送热装热过程数学及其控制技术成果简介连铸坯热送热装工艺是近十几年来迅速发展并日臻成熟的实用技术，它是连铸生产工艺中的一项重要革新，是钢铁联合企业节能降耗、提高产量和质量的重大措施。
连铸和热轧间的联结工艺可分为连铸坯热装工艺（HCR）、连铸坯直接热装工艺（DHCR）、连铸坯直接轧制工艺（DR）和传统的冷装工艺（CR）。
一般所说的热装工艺包括HCR和DHCR，两者的区别在于HCR工艺，板坯的连铸序号与装炉序号不一定相同，连铸和热轧可以各自相对独立地编制生产计划，为此在连铸机和加热炉之间常设置保温坑，以缓冲相互的影响；DHCR工艺则要求连铸序号和装炉序号是相同的。
所以DHCR与DR一样，连铸和热轧必须一体化生产。
DHCR和DR工艺的区别在于采用DHCR工艺时板坯需经过加热炉加热后轧制，而采用DR工艺时则不经加热炉加热就直接轧制。
实施连铸坯热送热装的关键技术环节是了解和掌握连铸坯的热状态参数，只有掌握了连铸坯的热状态参数才能实现加热炉的优化控制，从而实现节能、降耗、提高产量和改善加热质量的预期目标。
掌握连铸坯热状态参数的方法有两种，即现场实测和理论计算。
一般而言，一个物理过程的技术资料可以通过实测获得，但是在许多情况下实测相当困难，甚至是不可能的。
因此仅仅依靠实测很难获得完整的技术数据。
本项研究在详细分析了连铸坯热送热装热过程工艺特点的基础上，建立全部过程数学模型，在验证模型正确可信的基础上，可以获得全部热过程所需要的热状态参数，从而为加热炉的优化加热提供坚实的理论基础。
该项目可以应用于钢铁联合企业，特别适合连铸板坯和方坯系统的热送热装工艺系统。
经济效益及市场分析本项研究已成功在宝钢和武钢实施，并针对其不同的工艺特点，在详尽分析了连铸坯热送热装热过程特点的基础上，采用数学模型和现场实测相结合的方法研究了连铸坯的热过程，分别建立了连铸坯冷凝、辊道输送、保温坑保温和加热炉加热等过程的传热过程数学模型。
连铸自动化配水设计
连铸自动化配水设计作者：王保飞来源：《中国科技博览》2013年第28期[摘要]本文介绍了安钢第一炼轧厂方坯连铸机二冷自动化配水的设计与应用，优化了配水系统，为提升产品质量，研发新品种优质钢材提供了有力的设备保障。
[关键词]连铸机自动控制二冷配水PLC中图分类号：TV663+.8 文献标识码：TV 文章编号：1009―914X（2013）28―0630―011 引言在连铸的生产城中，二冷配水是保证生产顺利进行和产品质量息息相关的重要环节。
随着现代化进程的加快连铸工艺日新月异，不断的推出新的优秀品种。
老旧的传统手动配水方式已然不适应生产工艺要求，尤其是对于新品种的研发以及质量的提高产生了非常大阻碍。
随着近年来PLC技术的迅猛发展并得到广泛应该用，尤其是其灵活通用、安全可靠、环境适应性好。
利用PLC控制器和上位机来设计自动化配水，其优势在于自动化程度高，维护简单便捷，配水模型设计合理，完全可以满足各品种及质量的要求。
2 配水方式连铸配水系统主要分为两个阶段结晶器配水以及二冷配水。
我们这里主要是实现二冷段的配水自动化，方坯二冷配水又分为三个区域（1区2区3区）。
我们要设计的配水系统会根据配水的模型对于各区的不同水量进行控制。
我们的配水系统有三种控制方式分别为：自动配水，半自动配水（设定流量）与手动配水（设定阀门开口度）自动配水是由PLC将各种参数经过模型计算而输出的相应的配水量，实现自动配水。
我们各区的配水量是有如下的公式得出的Q=A+Bv其中Q是某区的配水量，v是我们生产过程中的拉速，A是某钢种的基础水量，B是该钢种的拉速增量系数。
这样由此公式我们就可以得出完整的配水曲线，由于钢种不同所以配水曲线不止一条。
我们可以在上位机上利用WINCC制作不同的水表来建立相应的配水曲线以满足不同钢种的需求。
半自动方式是在上位机直接输入某区的配水量而后由PLC来自动调节阀门状态以满足流量要求。
手动方式则是直接由上位机设定阀门开口度来实现手动配水。
板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响[兼容模式]
![板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响[兼容模式]](https://img.taocdn.com/s3/m/5b66b0879e3143323968938c.png)
连铸二冷配水工艺技术北京科技大学冶金工程研究院 刘建华liujianhua@主要内容1 二冷控制的重要性 2 铸坯凝固传热模型 3 二冷配水原理及方法简介 4 连铸二冷动态配水系统1. 二冷控制的重要性 出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有8～15mm， 铸坯的中心仍为液态钢水 为使铸坯快速凝固及实行顺利拉坯，结晶器之后 设置二次冷却装置，在该区域铸坯的凝固坯壳厚 度继续增加； 铸坯在二次冷却区中可能经受弯曲、矫直的变化， 同时液态钢水的大部分（或全部）发生凝固。
1. 二冷控制的重要性生产普钢为主向生产优钢、品种钢、特钢转变， 对连铸机的二冷控制要求也越来越高必须根据钢种、浇注断面、浇注温度、拉坯 速度和铸机几何尺寸等参数来制定连铸机二冷区合 适的冷却制度。
提高配水计算的适时性、可靠性，优化二冷控制1. 二冷控制的重要性1.1 二次冷却对铸坯质量的影响各段之间的冷却不均匀，导致铸坯表面温度呈现 周期性的回升导致凝固壳发生反复相变，是铸坯皮下裂纹 形成的原因。
1.1 二次冷却对铸坯质量的影响回温引起坯壳膨胀 当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹。
粗大纵裂纹较细小的纵裂纹1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二冷不当，矫直时刚好位于脆性区，在矫直力作用下，容易在振痕波 谷出现表面横裂纹。
局部的强冷会使表面产生张应力而产生表面裂纹。
1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二次冷却太弱，易产生鼓肚 二冷区内铸坯四个面的非对称性冷却，会加重铸坯菱变 二冷冷却强度对铸坯中心偏析也有影响1.1 二次冷却对铸坯质量的影响 二冷较易调整，但对铸坯质量影响显著 二冷对表面质量和内部质量影响不一致 二冷技术的发展较为迅速扒皮率,%70 60.06050 40 30 2010 0 150.0抽样板坯34块16.7 4.8234试验方案1. 二冷控制的重要性1.2 二冷的主要工艺参数 冷却强度 根据所浇注的钢种决定 冷却方式和装备 水喷雾冷却、气－水喷雾冷却、干式冷却、半干式冷 却等 冷却水的分配 二冷区整个长度上的分配要与铸坯的凝固相适应；在 宽度方向上的分布要求温度尽可能均匀。
连铸二冷区凝固传热及冷却控制
一参考文献中的ｈ＊ｗ值。 逼近计算法以满足冶金准则进行回归。
·液相穴对流运动 对流传热化成等效导热处理。 液相穴：Ａ Ｌ＝ｒｎａｓ 两项区：＾Ｓ／Ｌ＝Ａｑ＋Ａ，／２ ·目标表面温度确定
一冶金原则 一高温脆性曲线（图１１）
ＴＬ。１５，‘一●ｔ㈨ ｓ…＜ＯＪ｛ 一’”‘。‘ｔＯ”＊ｃ
·水滴浸渍（２５％） 在设备和工艺一定的条件下，辐射和夹辊导热 变化不大，喷淋水传热占主导地位。 要提高二冷区传热效率，就必须提高喷雾水滴 与高温铸坯之间热交换，可以表示为：
币＝ｈ（Ｔｓ—Ｔｗ） Ａ． 式中：面一热流
ｈ一传热系数 Ｔｓ一铸坯表面温度 Ｔｗ一冷却水温度 Ａ一喷雾冷却面积 实际上，二冷区是一个复杂的传热过程，传热受 多种因素（Ｔｓ、Ｔｗ、表面ＦｅＯ、水滴状态．．．）的影响， 总的传热效果可归结到传热系数ｈ上。ｈ值大，传 热效果就好；二冷区ｈ值分布合理。说明铸坯表面 温度分布均匀，而表面温度决定二冷喷水冷却温度。
铸坯表面：结晶器≠＝Ａ一口正 二冷区≠＝ｈ（Ｌ—Ｌ） 空冷区≠＝ｎ（赡一瑶）
５．４ 计算参数选择与处理 ·钢种热物性参数，如ＴＬ、Ｔｓ、ｐ、Ａ、Ｃ，参考文
献。 ·凝固潜热： 一查文献钢种潜热 一如查不到利用热焓一温度曲线（图１０） ·结晶器热流
≠＝Ａ一目正
≠＝ｃ。×Ｗ ｘ ＡＯ／Ｆ ·二冷区综合传热系数ｈ
”，她，二冷强度越大，连铸机生产率就越高。 １．２ 确保连铸坯的质量
二冷强度是受铸坯质量（尤其是裂纹）制约的。
铸坯裂纹形成决定于： ·钢高温力学行为。 ·铸坯表面状态。 ·高温铸坯第二相质量行为。 ·高温坯壳的变形。 上述因素的综合作用，刨造了裂纹形成和扩展
的条件，是与二冷制度密切相关的。 具体来说，与二冷相关的铸坯缺陷有（图１） ·表面纵裂纹 ·横裂纹 ·中间裂纹 ·中心裂纹 ·轿直裂纹 ·中心疏松 在设备与工艺一定的条件下，选择合适的二冷
连铸机二冷水动态控制系统研究与应用
连铸机二冷水动态控制系统研究与应用作者：杨叶来源：《经济技术协作信息》 2018年第27期杨叶连铸二次冷却配水一直采用静态配水法，即“水表法”。
这种控制方法不适应拉速波动时浇注，对连铸正常生产造成困难，温度上下波动引发的热应力也会使表面纵裂纹扩展和延伸。
首秦公司建立了设计了二次冷却动态控制流程，并利用vc++编制完成实现了动态配水模型，开发了基于OPC的通用数据采集和过程跟踪系统，很好的适应了产品结构调整步伐的加快，具备浇铸高附加产品的能力、提高了浇铸质量及提高铸机作业率。
一、系统数据采集首秦2*板坯铸机的计算机控制系统为以PLC为主的集散控制系统，生产部分的联网方式为专用工业局域网，使用的协议为Profibus-DP工业局域网协议。
数据处理及管理部分为局域以太网，使用TCP/IP协议，做为首秦生产信息管理系统的一个子网。
用专用工业以太网的数据处理机为管理信息系统提供生产过程数据。
整个生产部分包括了4套PLC，分别是板坯铸机公共PLC、板坯铸机铸流PLC、出坯系统PLC和工艺控制系统PLC，每一套PLC都有对应的HMI系统，为了实现生产过程的统一管理，在网络中加入了生产管理过程机，整个铸机系统的数据也是通过这台过程机将数据传送到首秦MES。
动态水量控制系统是整个板坯铸机生产网的一个节点，包括一二级二套上位监控系统和一套PLC基础控制系统。
系统的通讯是通过Siemens公司的Simatic-Net软件中的OPC来完成的。
另外，原有系统中因为有静态水表的原因，因此每个回路的流量设定值来自于静态水表，现在选用动态控制，流量的设定值地址发生了变化，这些可以通过修改PLC程序来实现；其次是二次冷却动态模型需要一些工艺数据，这些工艺数据可以通过PLC中的数据包传送给模型，因此需要在PLC中做一个数据通讯包。
在动态模型系统中主要有两部分程序，一部分是由VB60编制的通讯及HMI程序，主要作用是与现场PLC通讯及人机接口的实现；另一部分就是用VC60编制的模型部分，包括静态离线模型及动态在线控制模型，这是整个系统的核心部分。
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北京科技大学科技成果——连铸二冷配水模型及自
动控制技术
成果简介
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。
欲得到优质铸坯，重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度，而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯，使铸坯表面温度保持在允许的范围内，对提高连铸坯的质量和连铸生产具有重要的作用。
原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题，主要是以济钢板坯连铸机二冷控制为研究对象，应用二维传热数学模型，建立了板坯连铸机二冷配水计算模型，编制了二冷配水计算软件，完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统，实现了对连铸二冷配水的在线控制。
本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统，结合现场具体条件，利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型和计算软件，计算配水参数，实现二冷水自动控制，从而确保连铸机高的产量和良好的质量。
经济效益及市场分析
本项目自1995年开发以来已与多家钢厂合作，如济钢、武钢、鞍钢等，连铸二冷配水自动控制系统投入应用后，铸坯质量明显改善，效果非常显著。