连铸二冷水配水控制
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
板坯连铸二冷配水对铸坯质量的影响[兼容模式]
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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。
连铸过程的冷却制度
连铸过程的冷却制度1.结晶器冷却（一次冷却）2.二冷区冷却（二次冷却）铸坯冷却的控制钢水在结晶器内的冷却即一冷确定，其冷却效果可以由通过结晶器壁传出的热流的大小来度量。
1、一冷作用：一冷就是结晶器通水冷却。
其作用是确保铸坯在结晶器内形成一定的初生坯壳。
2、一冷确定原则：一冷通水是根据经验，确定以在一定工艺条件下钢水在结晶器内能够形成足够的坯壳厚度和确保结晶器安全运行的前提。
通常结晶器周边供水2L/min.mm。
进出水温差不超过8℃，出水温度控制在45-50℃为宜，水压控制在0.4-0.6Mpa.结晶器水质一般达到以下技术条件以免结晶器水槽内铜板表面结垢，影响结晶器传热。
固体不大于10㎎/L。
总悬浮物不大于400㎎/L。
硫酸盐不大于150㎎/L。
氯化物不大于100㎎/L。
总硬度（以CaCO3计）不大于10㎎/L。
PH值为7.5---9.5.小方坯用工业清水，板坯常用软水。
结晶器的作用◆在尽可能的拉速下，保证铸坯出结晶器是形成足够厚度的坯壳，使连铸过程安全的进行下去，同时决定了连铸机的生产能力；◆结晶器内的钢水将热量平稳的传导给铜板，使周边坯壳厚度能均匀的生长，保证铸坯表面质量。
结晶器内坯壳生长的行为特征(1)钢水进入结晶器，与铜板接触就会因为钢水的表面张力和密度在杠爷上部形成一个较小半径的弯月面。
在弯月面的根部由于冷却速度很快（可达100℃/s），初生坯壳迅速形成，钢水不断流入结晶器,新的初生坯壳就连续不断的生成，已生成的坯壳则不断增加厚度。
(2)已凝固的坯壳，因发生δ→γ的相变，使坯壳向内收缩而脱离结晶器铜板，直至与钢水静压力平衡。
(3)由于第（2）条的原因，在初生坯壳与铜板之间产生了气隙，这样坯壳因得不到足够冷却而开始回热，强度降低，钢水静压力又将坯壳贴向铜板。
(4)上述过程反复进行，直至坯壳出结晶器。
坯壳的不均匀性总是存在的，大部分表面缺陷就是起源于这个过程之中。
(5)角部的传热为二维，开始凝固最快，最早收缩，最早形成气隙。
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
连铸中二冷配水技术
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连铸二冷配水对纵裂纹漏钢产生的影响
由图 1 和图 2 可以看出，在结晶器内并无出 现裂纹，可见纵裂纹的出现是发生在出结晶 器后，从图1 和图 2 显示，在零段冷却（属 于二次冷却）就出现事故是在大断面并且拉 速较高的生产条件下在零段二冷水冷却覆盖 面积达不到要求造成了冷却空挡而产生了纵 裂纹，导致在零段坯壳强度最薄弱的地方撕 裂而出现纵裂纹漏钢!
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各种二冷配水的各种算法
蛙跳算法的 连铸二冷配
水
混沌蚁群 算法的连 铸二冷
遗传算法的 板坯连铸二
冷配水
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蛙跳算法
算法基本流程如下: 1) 设定初始参数，包括种群规模"簇数"最大跌代数等; 2) 种群初始化，确定适应度函数 6( H) ; 3) 对群体中个体的适应度值进行排序，确定全局最优解，迭代中检测是否满足收敛 条件，满足则停止，否则执行 下一步; 4) 设定种群 c 中有 ! 个簇，每个簇中有 / 个个体，划分 按次序进行，即 ! 个个体依次划分到相应种群，! _# 个体重 新开始，直到划分结束; 5）设定局部当前值为，局部最优解为
量.这种基于目标表面温度的
动态控制模型[3]是比较理想
的二冷水动态控制方法,但其
成功与否取决于数学模型的
准确性,也就是模型计算结果
能否真实反映实际表面温度
及其变化规律
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蛙跳算法的连铸二冷配水配水连铸
二冷配水
是一种基于种群的启发式协同搜索算
特点
法，算法模拟青蛙觅食过程，结合了
遗传算法和粒子群算法，具有运算速
度快，参数少，全局搜索能力强等特
方坯连铸机二冷配水方式改进
中图分类号：TF345
文献标识码：B
文章编号；1672～d221( 2008) Ol ～0047一03
l 前言
连铸是将金属液体经过一组特殊的冷却和支撑 装置连续地浇铸成一定断面形状的铸坯的过程，它 是连接炼钢和轧钢的中间环节，其核心是二冷配水 系统。二冷水的配水质量决定了铸坯的质量。实际生 产过程中所产生的诸多产品质量事故大多都是因为 二冷水配 水问题引起的 。随着计算机 技术以及PLc 技术的发展．二冷配水已经完全实现了自动配水，而 且体现了控制准确、响应速度快等特点。方坯连铸机 二冷配水大多采用传统的公式输入法。八钢第一炼 钢厂方坯连铸机冷配水采用的是基于RsVl Ew32 内嵌VBA编程更加人性 化的抛物线方式， 其操作简 单、 形象 逼真 。
参数控制法是制定出适合于所需浇铸钢种的目
标表面温度曲线，由此找出要使铸坯表面实际温度
符合目标温度时，各冷却段水量的控制参数Ⅱ，厶，c，
建立 符合Q一Ⅱ y2+6y+c的 一元二 次方程 式的数 学
联系 人：刘 兴海 ．男． 33岁 ，中专 ．助理 工程师 。乌 鲁木齐 ( 830 022) 新 疆八一 钢铁股 份有 限责任 公司 维护中 心
下载到 PLc、c Pu的数 值分别以． ) ( 轴( 即 拉速 值) 方向0．2、O．4、0．6……4．2、4．d共计22个点相对 应的y 轴值。即二次冷却水流量．在实际浇铸过程中
拉速不可能刚好是上述22个数值中得某一个，大多 介于两点 之间某一个值 ，所以在PLc 内要完 成计算 下载的配水曲线中任意两点之间水量值的任务。
现了生产数据和信息的网络化。
3．2二冷 配水现 状
二冷水水量自动控制常见的数学模型有比例控
制法和参数控制法两种．比例法是方坯连铸机使用
连铸二冷区技术原理
148CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊由于铸坯凝固速度比拉坯速度慢很多，随着浇注的进行，铸坯内形成一个很长的液相穴。
铸坯带着液芯进入二冷区接受喷水冷却，目的是使铸坯完全凝固，表面温度分布均匀，内外温度梯度小，然后进入拉矫机。
铸坯在二冷区要全部凝固还需散出 210～294kJ/kg 的热量。
所以，从结晶器出口到拉矫机前的一定范围内设置一个喷水冷却区，叫二冷区，向铸坯表面喷射雾化水滴，铸坯表面温度突然降低，铸坯表面和中心之间形成了较大的温度梯度，这是铸坯向外传热的动力。
二冷水的控制特点是要求流量控制范围大，控制精度高，因此常采用高精度的电磁流量计对水流量进行检测。
凌钢1700ASP 连铸铸坯生产过程中，边角温度下降快，二冷区采取气—水雾化冷却系统控制，借以避免局部水楔和开浇、停浇时残流所造成的冷却不均匀。
2 系统概况凌钢1700ASP 连铸二冷水系统采取气—水雾化冷却控制，即在8个冷却区中，第1区（即结晶器喷水区）喷水冷却，防止拉漏和鼓肚，2~8区采取气—水雾化冷却。
气—水冷却系统分区如图1所示。
以上各冷却区均设置流量调节阀，一级计算机根据钢坯横截面、拉速、钢种等修正参数、设定冷却水、二冷空气流量的设定值，同时控制各区的流量调节阀的开度，实现对气水配比控制。
二次冷却水流量与拉速满足以下关系:Qi A v B v C xax i i i 2=++b ^h 式中：Qi 为某一控制回路的流量设定值;连铸二冷区技术原理The Theory of Second Cooling Zone1 引言众所周知，在连铸生产工艺流程中，从结晶器拉出来的铸坯凝固成一个薄的外壳，而中心仍为高温钢水。
（1）中国仪器仪表 CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊149v 为拉坯速度;α为过冷补偿系数;β为喷水宽度调整补偿系数（仅第三段控制回路有此项）。
3 气水冷却配比控制在汽水冷却段，为了达到气水喷雾冷却的预期效果，必须保证冷却水与压缩空气的正确配比。
板坯连铸二次冷却水自动控制
【 编 辑 ：刘 雷】
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
２ ｏ １ ３ 年１ 月 ｆ 中国 设备工程
４ ７
零 撼
菽
改造与更新
路的 Ⅱ～ Ⅶ区。各 回路设有独 自的控制系统 ，主要对冷却水流 量 ，冷却气压力进行调节控制 ，水流量检测采用 电磁流量计 ， 冷却水及气压力检测采用压力变送器 ，测量信号经相应的变送 器转换后送至Ｐ Ｌ Ｃ ，由Ｐ Ｌ Ｃ 进行Ｐ Ｉ Ｄ 调节控制 ，当压力达到低限 时 ，由Ｈ ＭＩ 监控画面进行报警显示 。采用热电阻测量二次冷却 水进水 温度 ，并将温度值送￣ Ｉ Ｊ Ｐ Ｌ Ｃ ，在Ｈ ＭＩ 监控 画面上显示。 五、 Ｐ Ｉ Ｄ调节 调节器 的作 用是把测量 值和给定 值进行 比较 ，得 出偏 差后 ，根据 一定 的调节 规律产 生输 出信号 ，推 动执行 器 ， 对生产 过程进行 自动调节 。由于普 通的 调节器 存在不 能达 到调节 过程平稳准 确 ，不能｝ 肖除静差等缺 点 ，所 以在 板坯
二次冷却水控制系统的情 况。 关键词 ：水 冷系统 ；二次冷却水 ；动态控制 ；Ｐ Ｉ Ｄ 调节
中图 分 类 号 ：Ｔ Ｐ ２ ７ ３
引 言
文 献标 识 码 ：Ｂ
一
、
因此 ，必须控 制铸坯表 面温度 ，使其尽 可能达 到横 向温度
一
２ ０ ０ ５ 年唐 钢投产 的 １ ７ ０ ０ 板 坯 连 铸 机 是 由 我 国 首 次 自行 研 究 、设 计 、安 装 、 调 试 的 完 整 的 带 钢 热 连 铸 三 电 系 统 ，
的定时正压 喷吹清 洁 ，基本 上无需人 工拆卸切 割鼓轮 进行
清洁吸附孔及气流通道 。
３ ． 在配 气 阀和切割鼓 轮 的轮芯上 增加 了两个 轴承 （ ３ 和 ６ ） ，增加 了切割鼓轮的支撑刚性 。