一种中薄板坯连铸动态控制方法与流程

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种中薄板坯连铸动态控制方法。

背景技术：

作为连铸生产过程的一个重要工艺环节，二次冷却对铸坯质量有很大影响。正常连铸生产过程中，连铸机总是保持在一个恒定拉速，进行稳定的铸坯生产，但在生产过程中难免会出现一些变拉速情况，如开浇时期连铸自启动时的0拉速逐步增加到正常拉速，停浇时期铸机又从正常拉速逐步降到0拉速，浇铸中途更换中间包及出现漏钢报警时需先降低拉速对此情况进行处理而后恢复正常拉速。

二冷控制方法分为静态控制和动态控制，其中动态控制能够很好适应拉速变化的连铸过程，通过合理调配二冷水可以保证铸坯表面温度始终被控制在允许的范围内。铸坯凝固过程中，二冷水从铸坯表面带走的绝大部分热量是潜热，而潜热释放的限制性环节是凝固坯壳的传热速率。这样，从铸坯表面放出的热量基本上只是时间的函数，不管喷水条件如何，只要有足够的二冷水量，铸坯的表面温度就能降到一个合理的范围。铸坯的凝固量取决于时间，那么铸坯在二冷区中所含的热量就取决于它在二冷区所经历的时间。由拉速控制水量转变为以时间来控制的这种思想更能反应铸坯凝固传热的实际状况，本发明就是以坯壳生成时间为控制参数的二冷动态控制方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提出一种中薄板坯连铸动态控制方法。

本发明的技术方案是：

一种中薄板坯连铸动态控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在中薄板坯铸坯二次冷却过程中，将铸坯沿拉速方向分割成1-M个切片，其中，第1个切片位于结晶器弯月面处，第M个切片位于二冷末端；

步骤2：对铸坯进行动态跟踪：实时扫描拉坯实际速度，用实际拉速跟踪各切片所在位置，记录铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置；

步骤3：根据铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置计算出各二冷段虚拟拉速；

步骤4：以虚拟拉速为控制参数在静态二冷控制水表中查找各二冷段水量，根据查找的各二冷段水量对各二冷段铸坯进行喷水冷却，返回步骤1。

所述根据铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置计算出铸坯二次冷却过程各段的虚拟拉速的计算公式如下所示：

v_bi＝H_i/T_i；

其中，v_bi为铸坯二次冷却过程第i段的虚拟拉速，H_i为从结晶器弯月面到第i段中心点的距离，T_i为从结晶器弯月面到第i段中心点的平均经历时间，t_j为从结晶器弯月面到第i段位置j处的经历时间，n_i为第i段的铸坯切片数，v_a为拉坯实际速度，Δl为扫描时间范围内i段各铸坯切片对应于当前拉速的位移量。

本发明的有益效果：

本发明提出一种中薄板坯连铸动态控制方法，浇注末期铸机从正常拉速逐步降低拉速直至停机，虚拟拉速控制可以使浇铸末期铸坯表面温度稳定在正常浇注拉速时的表面温度，不因拉速的降低而使铸坯表面温度出现较大回升，从而减少由于拉速减小而出现的温度波动较大的高温铸坯，使铸坯质量得到改善，铸机末期成材率提高。

浇注初期铸机需从零拉速逐步升高到正常浇注速度，通过浇铸初期变拉速过程中运用虚拟拉速控制模型可以使铸坯在二冷各段表面温度上升平缓且满足冶金准则(高于900℃)，从而使低温铸坯(低于900℃)长度减少，极大改善浇注初期铸坯质量，提高铸机成材率。

对于浇铸中期铸机不得不降低拉速时，为保证铸坯质量：应使拉速尽可能减小降低幅度；应尽量减少铸机在低拉速状态的运行时间；铸机在降到最低拉速后应尽可能快的使拉速恢复正常拉速；铸机在恢复拉速的过程中，可以采用直斜线或者均匀阶梯回升机制，二者效果基本相同。

可以对浇铸初期、中期、末期变拉速过程采用虚拟拉速控制模型，以虚拟拉速控制水量可以避免变拉速过程中铸坯表面温度的剧烈波动，使其稳定在以正常拉速浇注时的铸坯表面温度，从而保证良好的铸坯质量。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中中薄板坯连铸动态控制方法的流程图；

图2为本发明具体实施方式中铸坯沿拉速方向分割成1-M个切片的示意图；

图3为本发明具体实施方式中虚拟拉速计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

本实施方式中，中薄板坯动态控制软件选用Microsoft的VisualBasic6.0高级语言编程实现了对连铸坯各切片的动态跟踪，实时计算各切片的温度、坯壳厚度、二冷喷淋段的冷却水量以及完成对各结果的动态显示。

一种中薄板坯连铸动态控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：在中薄板坯铸坯二次冷却过程中，将铸坯沿拉速方向分割成1-M个切片，其中，第1个切片位于结晶器弯月面处，第M个切片位于二冷末端。

本实施方式中，将铸坯沿拉速方向分割成1-M个切片，如图2所示，各个切片都以v＝v(t)的拉速沿z轴方向运动，依次经过结晶器和二冷各冷却区域，同时新的切片在结晶器弯月面附近以与拉速v有关的一定的频率产生。切片长度用Δh来表示，令Δh＝10mm。当拉速稳定时，各个切片在连铸机同一位置上具有相同的凝固行为，所以只需跟踪计算任一铸坯切片凝固情况，就可得到整个二冷区铸坯的凝固状况。当拉速不稳定时，由于拉速变化导致铸坯切片在二冷同一位置的停留时间均不相同，因此每个铸坯切片的凝固状态也不同，要获得变拉速情况下整个二冷段铸坯的凝固状况，需对运动中所有铸坯切片进行单独的跟踪计算。

步骤2：对铸坯进行动态跟踪：实时扫描拉坯实际速度，用实际拉速跟踪各切片所在位置，记录铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置。

本实施方式中，将铸坯动态跟踪同凝固传热模型相结合，构成铸坯动态跟踪凝固传热数值预报模型。程序在模拟铸坯运行过程中，不断扫描拉坯速度，用实际拉速跟踪各切片所在位置，记录铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置。

步骤3：根据铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置计算出各二冷段虚拟拉速；

本实施方式中，用铸坯生成时间相关的具有速度量纲一个过程参数，替代静态水表中需要的铸机当前实际拉速来调节二冷水量。虚拟拉速在拉坯过程稳定时等于实际拉速，实际拉速发生变化时，虚拟拉速逼近实际拉速有一定延迟，如图3所示。

根据铸坯二次冷却过程中每个切片的生成时间及所处位置计算出铸坯二次冷却过程各段的虚拟拉速的计算公式如式(1)所示：

v_bi＝H_i/T_i (1)

其中，v_bi为铸坯二次冷却过程第i段的虚拟拉速，H_i为从结晶器弯月面到第i段中心点的距离，T_i为从结晶器弯月面到第i段中心点的平均经历时间，t_j为从结晶器弯月面到第i段位置j处的经历时间，n_i为第i段的铸坯切片数，v_a为拉坯实际速度，Δl为扫描时间范围内i段各铸坯切片对应于当前拉速的位移量；

步骤4：以虚拟拉速为控制参数在静态二冷控制水表中查找各二冷段水量，根据查找的各二冷段水量对各二冷段铸坯进行喷水冷却，返回步骤l。

本实施方式中，浇注末期铸机从正常拉速逐步降低拉速直至停机，虚拟拉速控制可以使浇铸末期铸坯表面温度稳定在正常浇注拉速时的表面温度，不因拉速的降低而使铸坯表面温度出现较大回升，从而减少由于拉速减小而出现的温度波动较大的高温铸坯，使铸坯质量得到改善，铸机末期成材率提高。

浇注初期铸机需从零拉速逐步升高到正常浇注速度，通过浇铸初期变拉速过程中运用虚拟拉速控制模型可以使铸坯在二冷各段表面温度上升平缓且满足冶金准则(高于900℃)，从而使低温铸坯(低于900℃)长度减少，极大改善浇注初期铸坯质量，提高铸机成材率。

对于浇铸中期铸机不得不降低拉速时，为保证铸坯质量：应使拉速尽可能减小降低幅度；应尽量减少铸机在低拉速状态的运行时间；铸机在降到最低拉速后应尽可能快的使拉速恢复正常拉速；铸机在恢复拉速的过程中，可以采用直斜线或者均匀阶梯回升机制，二者效果基本相同。

本实施方式中，以虚拟拉速控制水量可以避免变拉速过程中铸坯表面温度的剧烈波动，使其稳定在以正常拉速浇注时的铸坯表面温度，从而保证良好的铸坯质量。