板坯二冷水幅切控制方法与流程

本发明属于连铸冷却水控制技术领域，特别是板坯连铸机二冷水的喷淋宽度的幅切控制方法。

背景技术：

板坯连铸机冷却机制主要依靠在扇形段内弧和外弧有规律安装喷淋管冷却系统，利用喷射至铸坯表面的冷却水冷却。由于板坯连铸机具有生产不同规格断面的能力，在实际生产过程中需频繁切换连铸坯断面的宽度，当铸坯宽度由大宽度调整为较小宽度断面时，受喷嘴流量的影响，由喷淋管喷射至铸坯角部表面的冷却水量加大，铸坯角部降温加剧，铸坯的冷却强度不均匀，致使铸坯角部表面出现裂纹的几率增加。而二冷却区水量配置的不合理，是形成冷却不均匀的直接原因。由于二冷水量配置不合理，使得铸坯在凝固过程中相邻位置的温度梯度较大，产生的热应力也会引起中间裂纹等缺陷。

因此，在连铸生产中，为了保证铸坯质量和产量，必须合理分配二冷段各回路并控制各回路的水量。

技术实现要素：

针对上述缺陷，本发明以三维板坯温度场计算程序为基础，提供一种二冷水幅切控制方法，根据铸坯宽度的尺寸不同，通过控制幅切冷却回路调节阀的开度，调节喷淋范围，进而调节每一回路的水流量。有效地解决了铸坯角部冷却不均匀，容易出现裂纹的问题，大大提高了铸坯质量。

上述目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种板坯二冷水幅切控制方法，包括以下步骤：

控制系统将二冷区划分冷却区，各冷却区建立冷却回路并建立对应关系；

建立喷淋管和喷嘴空间分布信息及对应关系，建立喷淋管和冷却回路间的对应关系；

其中，至少一个冷却区将原回路的部分喷嘴分离出来，增加幅切冷却回路，所述幅切冷却回路安置调节阀，单独控制喷嘴的喷水量。

优选地，增加幅切冷却回路的冷却区至少增加一个幅切冷却回路。

进一步地，建立喷淋管分布信息时，如果喷淋管是幅切喷淋管，所述喷淋管的方向沿拉坯方向布置，并垂直于铸坯宽度方向。

进一步地，建立喷淋管分布信息时，如果所述喷淋管不是幅切喷淋管，所述喷淋管的方向沿铸坯宽度方向布置，并垂直于拉坯方向。

进一步地，打开所述幅切冷却回路的调节阀，增大铸坯的喷淋面积。

进一步地，关闭所述幅切冷却回路的调节阀，减小铸坯的喷淋面积。

相对于现有技术，本发明板坯二冷水幅切控制方法具有以下的有益效果：本发明通过增加幅切冷却回路，根据工艺需求进行精确幅切控制、灵活地调节喷淋面积，从而使得水流密度计算更精确；本发明板坯二冷水幅切控制方法大大减少了在浇铸宽度尺寸小的铸坯时出现角部过冷，引起角部裂纹的几率，使得板坯表面冷却更均匀，从而提高了铸坯质量；本发明板坯二冷水幅切控制方法结构简单、便于控制和维护，投资维护成本较低，能实现自动切换控制。

附图说明

图1是板坯幅切控制系统框架示意图。

图2是二冷区结构示意图。

图3是冷却区示意图。

图4是各冷却区喷嘴布置示意图。

图5是实施例第Ⅴ冷却区改造后冷却回路示意图。

图6是实施例第Ⅵ冷却区改造后冷却回路示意图。

图7是实施例第Ⅴ冷却区打开幅切冷却回路时水流密度分布示意图。(X轴为铸坯宽度方向，铸坯宽度中心为坐标原点。Y轴为沿拉坯方向距弯月面距离，坐标原点在弯月面处。)

图8是实施例第Ⅴ冷却区关闭幅切冷却回路时水流密度分布示意图。(X轴为铸坯宽度方向，铸坯宽度中心为坐标原点。Y轴为沿拉坯方向距弯月面距离，坐标原点在弯月面处。)

图9是实施例第Ⅵ冷却区打开幅切冷却回路时水流密度分布示意图。(X轴为铸坯宽度方向，铸坯宽度中心为坐标原点。Y轴为沿拉坯方向距弯月面距离，坐标原点在弯月面处。)

图10是实施例第Ⅵ冷却区关闭幅切冷却回路时水流密度分布示意图。(X轴为铸坯宽度方向，铸坯宽度中心为坐标原点。Y轴为沿拉坯方向距弯月面距离，坐标原点在弯月面处。)

图11是冷却段铸坯表面实测两个点的温度与计算温度曲线的对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述：

如图1所示：板坯幅切控制系统包括：二冷区几何系统，冷却区系统，冷却回路系统，喷嘴布置系统，水量控制系统。其中，二冷却区结构如图2所示；将二冷区分成的8个冷却区如图3所示；冷却区喷嘴布置如图4所示。

一种板坯二冷水幅切控制方法，包括：

控制系统将二冷区分成若干个冷却区，每个冷却区建立适当冷却回路并建立冷却区与冷却回路的对应关系；

建立喷淋管和喷嘴空间分布信息及对应关系，建立喷淋管和冷却回路间的对应关系；

其中，至少一个冷却区将原回路的部分喷嘴分离出来，增加幅切冷却回路，所述幅切冷却回路安置调节阀，单独控制喷嘴的喷水量。

所述喷嘴设置在喷淋管上，建立喷淋管和喷嘴空间分布信息及其对应关系，以及喷淋管和冷却回路的对应关系；建立幅切喷淋管与幅切冷却回路的对应关系；建立冷却回路系统与喷嘴布置系统间的对应关系，喷嘴布置系统与水量控制系统间的对应关系，通过控制冷却回路上喷嘴来控制水量。

优选地，增加幅切冷却回路的冷却区至少增加一个幅切冷却回路。

在本发明中，打开所述幅切冷却回路的调节阀，增大铸坯的喷淋面积，关闭所述幅切冷却回路的调节阀，减小铸坯的喷淋面积。

本发明中，根据喷淋管结构定义辊间喷嘴空间布置。建立喷淋管分布信息时，在喷淋管(pipe)结构中新增一个控制参数：喷淋管pipe(i).d，i表示第i个喷淋管，d表示是否为幅切喷淋管。如果不是幅切喷淋管，喷淋管的方向沿铸坯宽度方向布置，垂直于拉坯方向。如果是幅切喷淋管，喷淋管的方向沿拉坯方向布置，垂直于铸坯宽度方向。

本发明中，根据铸坯尺寸大小，调节幅切冷却回路和原冷却回路的开与关从而满足铸坯的冷却。在确定喷淋管的空间位置后，根据喷嘴与喷淋管的相对应关系，确定喷嘴的空间分布，喷嘴按照不同冷却区进行不同排布地设置在喷淋管上。确定喷嘴的空间分布后，就可求得喷嘴喷射在铸坯表面的水流密度分布，进行温度计算，并绘制温度曲线图。

以纵横钢厂幅切改造为例说明本发明的控制方法

将二冷区划分成8个冷却区，各8个冷却区建立冷却回路并建立对应关系；

具体的8个冷却区与18个冷却回路间的对应关系如下表所示：

第Ⅰ冷却区的窄边设置冷却回路1，内弧和外弧设置冷却回路2；

第Ⅱ冷却区的内弧和外弧设置冷却回路3；

第Ⅲ冷却区的内弧和外弧设置冷却回路4；

第Ⅳ冷却区的内弧设置冷却回路5，外弧设置冷却回路6；

第Ⅴ冷却区的内弧设置内弧中部冷却回路7和内弧边部冷却回路8，外弧设置外弧中部冷却回路9和外弧边部冷却回路10；

第Ⅵ冷却区的内弧设置内弧中部冷却回路11和内弧边部冷却回路12，外弧设置外弧中部冷却回路13和外弧边部冷却回路14；

第Ⅶ冷却区的内弧设置冷却回路15，外弧设置冷却回路16

第Ⅷ冷却区的内弧设置冷却回路17，外弧设置冷却回路18

建立喷淋管和喷嘴空间分布信息及对应关系，建立喷淋管和冷却回路间的对应关系；

每个冷却回路建立适当喷淋管个数，具体对应关系如下表所示：

喷淋管的空间位置确定后，确定喷嘴在喷淋管上空间分布。

不同型号的喷淋管对应不同种类的喷嘴，不同种类的喷嘴，其喷射角度和喷射的形状不同。本发明中，有6种不同的喷嘴，具体喷淋管和喷嘴的对应关系如下表所示：

如图5所示，第Ⅴ冷却区，6个喷嘴交错布置，其中同排相邻两个喷嘴间间距为450mm，喷嘴距离铸坯表面280mm，各喷嘴喷射角度为95°。

将第Ⅴ冷却区内弧和外弧的位于前后两排两侧的各两个喷嘴分离出来，形成内弧边部冷却回路8和外弧边部冷却回路10，剩余的中部喷嘴使用原有回路形成内弧中部冷却回路7和外弧中部冷却回路9。在内弧边部冷却回路8和外弧边部冷却回路10上分别设置调节阀，分别控制喷水量。

原来第Ⅴ冷却区内外弧共有两个回路，现在变为四个回路，且每个回路都单独控制水量，通过调节阀控制喷嘴的开关，从而控制喷淋面积。

根据板坯浇铸需要，同时打开内弧中部冷却回路7，外弧中部冷却回路9，内弧边部冷却回路8和外弧边部冷却回路10时，二冷水在铸坯横向上的覆盖最大宽度为1650mm。

根据板坯浇铸需要，关闭内弧边部冷却回路8和外弧边部冷却回路10，只打开内弧中部冷却回路7和外弧内部冷却回路9时，二冷水在铸坯横向上的覆盖最大宽度为1020mm。

如果当铸坯的断面较宽时，将内弧边部冷却回路8和内弧中部冷却回路7的调节阀分别同时打开，增大喷淋在铸坯上的水流面积，使得铸坯边部冷却更均匀。水流密度分布如图7所示。喷淋面积比较宽。(X轴为铸坯宽度方向，铸坯宽度中心为坐标原点。Y轴为沿拉坯方向距弯月面距离，坐标原点在弯月面处，X轴Y轴单位为m。喷淋面积大约在横坐标的-0.75到+0.75处，由图可以此时喷淋面积比较大。图7-图10均依照此规则。)

如果当铸坯的断面较窄时，将内弧边部冷却回路8的调节阀关闭，减小喷淋在铸坯边部的水流面积，使得铸坯边部冷却更均匀。水流密度分布如图8所示。经过幅切控制使得喷淋面积减小。(喷淋面积大约在横坐标的-0.35到+0.35处，由图可以此时喷淋面积比较小。)

如图6所示，第Ⅵ冷却区，6个喷嘴交错布置，其中同排相邻两个喷嘴间间距为440mm，喷嘴距离铸坯表面2120mm，各喷嘴喷射角度为135°。

将第Ⅵ冷却区内弧和外弧的位于前后两排两侧的各两个喷嘴分离出来，形成内弧边部冷却回路12和外弧边部冷却回路14，剩余的中部喷嘴使用原有回路形成内弧中部冷却回路11和外弧中部冷却回路13。在内弧边部冷却回路12和外弧边部冷却回路14上分别设置调节阀，分别控制喷水量。

原来第Ⅵ冷却区内外弧共有两个回路，现在变为四个回路，且每个回路都单独分别控制水量，通过调节阀控制喷嘴的开关，从而控制喷淋面积。

根据板坯浇铸需要，同时打开内弧中部冷却回路11，外弧中部冷却回路13，内弧边部冷却回路12和外弧边部冷却回路14时，二冷水在铸坯横向上的覆盖最大宽度为1650mm。

根据板坯浇铸需要，关闭内弧边部冷却回路12和外弧边部冷却回路14，只打开内弧中部冷却回路11和外弧内部冷却回路13时，二冷水在铸坯横向上的覆盖最大宽度为1420mm。

如果当铸坯的断面较宽时，将内弧边部冷却回路12和内弧中部冷却回路11的调节阀分别打开，增大喷淋在铸坯上的水流面积，使得铸坯边部冷却更均匀。水流密度分布如图9所示。喷淋面积比较宽。(喷淋面积大约在横坐标的-0.75到+0.75处，由图可以此时喷淋面积比较大。)

如果当铸坯的断面较窄时，将内弧边部冷却回路12的调节阀关闭，减小喷淋在铸坯边部的水流面积，使得铸坯边部冷却更均匀。水流密度分布如图10所示。经过幅切控制使得喷淋面积减小。(喷淋面积大约在横坐标的-0.35到+0.35处，由图可以此时喷淋面积比较小。)

改造后二冷区的冷却回路总数为18个。如果浇铸窄段面板坯，关闭新增加的边部冷却回路，就可以控制喷嘴喷淋面积，从而使铸坯冷却强度更均匀，铸坯脚步表面出现裂纹的几率减小。

在冷却板坯时，可以根据板坯浇铸需要，通过控制内弧边部冷却回路，内弧中部冷却回路，外弧边部冷却回路和外弧中部冷却回路的开关和流量的大小，从而改变喷淋面积，实现边部喷嘴与中部喷嘴的冷却范围和冷却强度的变化，达到所期望的幅切目的，使得板坯冷却更均匀。

在本发明中，每条幅切冷却回路均可以单独控制喷嘴的喷水量，喷水范围的大小需结合板坯宽度变化范围、设备结构等条件进行综合分析，然后控制各条幅切冷却回路和冷却回路的开与关。

经二冷温度场仿真计算与现场试验确定：通过本发明精确控制水量的设定使得铸坯表面温度趋于理想的目标温度。其中对二冷区内弧表面宽度方向上2个点进行测温，所得两次测温温度在计算温度曲线上，故，冷却段铸坯表面实测温度与目标表面温度(计算温度)一致，使得本发明板坯二冷水幅切控制方法更加精准。冷却段铸坯表面实测两点温度与目标表面温度(计算温度曲线)对比如图11所示。采用网格技术模拟连铸机生产铸坯，得到铸坯网格，横坐标：7号扇形段入口处铸坯内弧表面宽度方向网格节点编号，纵坐标：温度(℃)。

综上所述，本发明板坯二冷水幅切控制方法，通过增加幅切冷却回路，根据工艺需求精确控制、灵活调节幅切喷淋面积，大大减少了在浇铸宽度尺寸小的铸坯时出现角部过冷，引起角部裂纹的几率，使得板坯表面冷却更均匀，从而提高了铸坯质量。

以上结合附图对本发明优选实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明保护范围之内。