一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于钢铁冶金连铸生产控制领域，具体涉及一种钢连铸凝固末端电磁搅拌 位置的动态控制方法及装置。
【背景技术】
[0002] 由于溶质元素在固液两相中溶解度存在差异，钢连铸凝固枝晶生长过程伴随着溶 质元素从固相向液相中排除，并逐渐富集在枝晶臂之间形成溶质微观偏析。同时，凝固末端 铸坯凝固收缩和辊间铸坯鼓肚极易造成富含偏析元素的钢液聚集到铸坯中心位置处形成 严重的中心偏析，且在后期加热、乳制过程中难以有效消除，对产品的机械性能和热加工性 能产生有害影响。
[0003] 电磁搅拌作为一种改善铸坯内部质量的有效手段，正广泛地应用于钢连铸生产过 程。通常根据电磁搅拌器安装位置，电磁搅拌可分为结晶器电磁搅拌（MEMS)、二冷区电磁搅 拌（SEMS)，凝固末端电磁搅拌（FEMS)。凝固末端电磁搅拌技术为通过安装在连铸坯凝固末 端的电磁搅拌器产生电磁力，打断连铸坯凝固末端固液两相区内相互交错的枝晶，促使富 集的浓缩钢液流动，消除因选分结晶造成的钢液中各成分浓度不均匀现象，消除铸坯中心 偏析、中心疏松和V型偏析，从而达到改善铸坯内部质量的目的。为此，连铸坯凝固末端电 磁搅拌效果与凝固末端电磁搅拌器位置和连铸工艺参数密切相关。
[0004] 传统的凝固末端电磁搅拌技术均在假定连铸典型钢种和浇铸条件的情况下，确定 最佳的电磁搅拌器安装位置。从而使得凝固末端电磁搅拌器安装位置相对固定，不能随连 铸工艺参数（钢种、拉速、浇铸温度、结晶器冷却、二冷配水等）的改变而变化，仅通过调整 电磁搅拌参数（电压、电流、频率等）来满足不同连铸工艺参数变化。为此，要充分发挥连 铸凝固末端电磁搅拌功效需连铸工艺参数相对稳定。然而，连铸生产过程通常难以完全保 持稳定，连铸工艺参数变化将直接影响电磁搅拌效果。特别是连铸钢种和拉速的变化，将显 著影响凝固末端电磁搅拌器内铸坯液芯温度和厚度，从而影响凝固末端电磁搅拌功效。为 此，传统采用固定位置安装凝固末端电磁搅拌器的方式，不能完全适应连铸生产要求，凝固 末端电磁搅拌功效不明显，铸坯内部质量不稳定，难以满足高品质连铸坯生产要求。
【发明内容】
[0005] 针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的 动态控制方法及装置。
[0006] 本发明的技术方案：
[0007] 一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方法，包括以下步骤：
[0008] 步骤1 :建立连铸动态跟踪模型；
[0009] 沿拉坯方向将连铸结晶器弯月面到最后一个拉矫辊位置之间的铸流划分为多个 连续的跟踪单元；在浇铸过程中，从结晶器弯月面处等时间间隔不断"出生"新的跟踪单元， 并对所述的不断"出生"的跟踪单元进行动态存储，将所有存储的跟踪单元依次串联起来形 成双向链表；每个新"出生"的跟踪单元从双向链表表头插入，并使双向链表头指针指向该 新"出生"的跟踪单元；当双向链表尾部的跟踪单元离开最后一个拉矫辊时，则将该跟踪单 元从双向链表中删除，并将尾部指针指向与该跟踪单元相邻的前一个跟踪单元；
[0010] 步骤2 :针对每个跟踪单元，实时采集连铸工艺参数，进行连铸凝固传热计算，得 到各个跟踪单元的连铸凝固信息；
[0011] 所述连铸工艺参数包括：浇铸钢种、浇铸温度、拉速、铸坯断面尺寸、结晶器液面高 度、结晶器冷却水量、进出口水温差、二冷各区的实际喷水量和水温度；
[0012] 所述连铸凝固信息，包括：铸坯表面温度、铸坯中心温度、凝固坯壳厚度和铸坯中 心固相率；
[0013] 步骤3 :利用连铸动态跟踪模型，将各个跟踪单元的连铸凝固信息结合起来，获得 当前时刻铸坯各位置处对应的固相率；
[0014] 步骤4 :通过工业试验和模拟计算获取浇铸钢种的铸坯最佳固相率fs°pt，并结合步 骤3所确定的铸坯各位置的固相率fs，确定铸坯最佳固相率4_所对应的电磁搅拌位置，即 当前的最佳电磁搅拌位置P°pt;
[0015] 步骤5 :获取当前凝固末端电磁搅拌器所在的电磁搅拌位置P，并将其与最佳电磁 搅拌位置P°pt进行比较，得到位置偏差S=P-P°pt;
[0016] 步骤6 :判断位置偏差S是否为零，是，则当前凝固末端电磁搅拌器所在的电磁搅 拌位置为最佳电磁搅拌位置；否，则当前凝固末端电磁搅拌器所在的电磁搅拌位置不是最 佳电磁搅拌位置，执行步骤7;
[0017] 步骤7 :根据位置偏差值，实时调整凝固末端电磁搅拌器位置直至凝固末端电磁 搅拌器位于最佳搅拌位置处。
[0018] 一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制装置，包括凝固末端电磁搅拌器， 还包括：弧形导轨、用于沿弧形导轨滑动的滑动机构、用于驱动滑动机构运动的驱动机构和 控制器；
[0019] 所述凝固末端电磁搅拌器固定安装在所述滑动机构上；所述滑动机构位于弧形导 轨上；所述驱动机构的一端连接所述滑动机构，所述驱动机构的另一端连接控制器；
[0020] 所述控制器，用于确定凝固末端电磁搅拌器所在的电磁搅拌位置与最佳电磁搅拌 位置的位置偏差，并根据该位置偏差通过驱动机构和滑动机构实时控制凝固末端电磁搅拌 器始终处于最佳电磁搅拌位置。
[0021] 所述弧形导轨安装在钢连铸工位，弧形导轨与连铸机弧线平行，即弧形导轨与弧 形连铸机同心。
[0022] 有益效果：本发明提出的一种钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方法及装 置，具有以下优点：能够根据连铸工艺参数实时调整末端电磁搅拌位置，从而充分发挥末端 电磁搅拌功效，改善铸坯内部质量。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明一种实施方式的某钢厂方坯连铸机示意图；
[0024] 图2为本发明一种实施方式的钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制装置结 构示意图；
[0025] 图3为本发明一种实施方式的固定机构示意图；
[0026] 图4为本发明一种实施方式的钢连铸凝固末端电磁搅拌位置的动态控制方法流 程图；
[0027] 图5为本发明一种实施方式的连铸动态跟踪模型示意图；
[0028] 图6为本发明一种实施方式的以跟踪单元的1/4作为实时计算区域的计算网格示 意图；
[0029] 图7为本发明一种实施方式的不同拉速条件下方坯固、液相线变化规律曲线图； [0030] 图8(a)为本发明一种实施方式的电磁搅拌位置固定的70#钢铸坯低倍照片；(b) 为本发明一种实施方式的利用本发明的方法和装置对电磁搅拌位置进行动态控制的70# 钢铸坯低倍照片。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明的一种实施方式作详细说明。
[0032] 如图1所示的国内某钢厂方坯连铸机，连铸机流数为十流，包括结晶器区、四个二 次冷却区（如图1所示的I区、II区、III区和IV区）和一个空冷区，其中结晶器总高度 为0. 9m，有效高度为0. 8m。二次冷却一区至二次冷却四区各区长度分别为0. 308m、2.