[发明专利]基于在线测温与传热模型的连铸二冷动态控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于连铸坯温度在线测量反馈控制和传热数学模型动态控制相结合的连铸二冷动态控制新方法。该方法主要应用于冶金行业钢铁材料及其他金属材料的连续浇铸成型领域，适用于各种类型连铸机的二次冷却动态控制。

 

背景技术

随着钢铁行业的高速发展，国内外钢产量已经达到了饱和状态，钢产品的质量成了钢铁行业发展的重要目标。连铸坯的质量对后续产品的生产及最终产品质量有重要影响。高质量铸坯的生产，成了连铸生产企业和连铸工作者的主要目标，提升钢铁产品质量已经成为钢铁企业提高竞争力的主要途径。作为钢铁生产的一道重要工序，连铸过程是钢铁产品凝固成型、质量控制的关键环节，连铸过程中的二次冷却控制不合理是铸坯产生裂纹、中心偏析、疏松等缺陷的重要原因。加强连铸过程铸坯凝固状态的在线稳定控制，是提高连铸坯质量的重要手段和基本保证。

伴随着钢铁连铸技术的诞生和快速发展，连铸二次冷却的控制方法也得到了迅速地发展。连铸技术发展初期，连铸机的二次冷却通常由一个固定的水表进行控制，并由配水工人肉眼判断连铸坯的温度，从而对二冷水进行人为调整。随着技术的发展以及计算机仿真技术在冶金中的应用，二次冷却水量已不再是由固定的水表和人为判断调整，而是根据连铸坯目标表面温度，通过离线传热仿真模型计算获得。二冷水量通常是一个随拉速变化的曲线关系系，这更加符合拉速连续变化的实际情况。随着自动化技术和计算机模拟技术的发展成熟，目前大部分连铸机的二次冷却控制发展成了在线的计算机动态控制。二冷动态控制技术大大加强了二次冷却控制的灵活性，可以一定程度上考虑了拉速、过热度以及其他操作工艺因素对二次冷却的影响，并能根据实际工艺操作参数在线调整连铸机的二冷配水。

对于连铸过程的二冷动态控制技术，国内外学者都做了大量的研究。目前主流的二冷动态控制为基于凝固传热数学模型的动态控制，即通过建立相应的连铸二冷传热模型，实时采集连铸生产操作参数(如拉速、过热度等)，计算连铸坯的温度场，并与预定的连铸坯目标表面温度作比较，在线确定铸机的二冷制度，并实施在线调整控制。二冷动态控制方法的应用，使连铸二次冷却控制有了很大的进步，灵活性大大增强，并一定程度上可以解决拉速、过热度等操作参数波动的干扰。但是，这种完全依赖计算机数学模型的动态控制方法仍存在一定的局限性：

① 二冷动态控制系统是一个开环控制系统，它不去考证实际铸坯表面温度，而是把自身传热模型计算得到铸坯温度场当作连铸坯实际温度，并用于判断和二冷控制。

② 二冷动态控制系统的控制效果完全依赖于它的传热模型的准确性和可靠性。如果传热模型的边界条件与实际连铸机边界条件不相符，传热模型计算的铸坯温度场就无法正确反映连铸坯的真实热状态，不能有效实施二冷水动态控制，甚至导致铸坯缺陷。

③ 连铸过程是一个连续运动的、非常复杂的冷却凝固过程。由于在线控制时间上的要求和数学模型建立求解的局限性，通常动态传热模型都为一维模型，做了很多简化假设，传热模型的边界条件很难完全符合连铸机生产的实际边界条件。

基于传热模型二冷动态控制的上述3个限制性技术问题，正是目前很多钢铁企业连铸机二冷动态控制系统和二冷动态轻压下系统应用效果不佳的重要原因。

为避免凝固传热模型准确性的干扰，另外一种方法是依据实际测量的连铸坯表面温度进行二冷水在线动态控制，即二冷闭环动态控制方法。控制过程中，对连铸坯的表面温度进行在线测量，实时反馈回到控制模型中，有控制模型实时计算，对连铸二冷水进行动态控制。基于铸坯表面温度在线测量的二冷闭环动态控制模型的可靠性完全依赖于铸坯实际温度测量的准确程度。连铸过程中，连铸坯是高温运动的物体，所处的环境中有水雾、灰尘、油污等，同时铸坯表面布满不规整的氧化铁皮和水膜。这些因素均导致连铸二冷区铸坯表面温度的在线测量较困难。对于连铸坯表面温度的测量，目前只能对二冷中后期水雾较少区域的连铸坯表面温度进行在线准确测量。在无法直接测量铸坯表面温度的二冷区，其水量的动态控制的准确性得不到控制的保证。因此，基于铸坯表面温度在线测量的二冷动态控制模型在实际连铸应用中仍存在一定的局限性。

综上所述，不管是基于凝固传热模型的二冷动态控制方法还是基于铸坯表面温度在线测量的二冷动态控制方法，目前都存在其局限性，直接影响到连铸坯质量的控制和提高。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明解决现有连铸二冷动态控制局限性和准确性问题，提高连铸二冷动态控制的准确性、可靠性，及运行的稳定性；以提升钢铁产品质量，提高连铸生产率。