一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量配置方法

本发明涉及连铸坯质量控制技术领域，尤其涉及一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量配置方法。

背景技术：

在实际连铸二次冷却过程，由于二冷区各段水量的差异，铸坯表面会产生回温，该回温现象对铸坯内部质量有重要影响。当铸坯表面回温速率超过100℃/m时，铸坯中间裂纹的产生几率大大增加。因此，保证铸坯表面回温速率小于100℃/m，是控制中间裂纹的关键措施。

现有技术中提出的冶金连铸冷却水的智能控制方法中，其步骤包括：(c)根据生产经验数据库给出的用于所述温度场计算模型的初始参数，并根据一冷铸坯表面目标温度、二冷铸坯表面目标温度反算一冷目标水量和二冷各分区目标水量，用于铸机生产；(d)铸机生产时，对各项数据进行监控，所述数据包括：结晶器水量、入口出口温度、结晶器铜板厚度、拉速、钢种、漏钢预报系统热电偶测量的铜板表面温度、结晶器锥度、结晶器出口铸坯表面温度；以及二冷各段水量、水温、环境温度、二冷各段压缩空气气量、在二冷各分区设置的温度监测装置返回的实时铸坯表面温度；根据所述数据调整优化所述温度场计算模型中的各项参数，使计算得到的所述一冷铸坯表面计算温度等于一冷铸坯表面实际温度，使计算得到的所述二冷铸坯表面计算温度等于二冷铸坯表面实际温度；(e)将参数调整优化后的所述温度场计算模型应用于铸机生产，根据优化后的所述温度场计算模型、所述一冷铸坯表面目标温度、所述二冷铸坯表面目标温度计算得到优化后的一冷目标水量和优化后的二冷各分区目标水量；(f)交替重复步骤(d)和步骤(e)，使所述一冷铸坯表面实际温度逐渐接近所述一冷铸坯表面目标温度，使所述二冷铸坯表面实际温度逐渐接近所述二冷铸坯表面目标温度。该方法在确定二冷区各段水量时，主要关注铸坯表面温度，没有考虑铸坯表面回温速率，因此，采用该方法可能会引起铸坯表面回温速率过大，导致中间裂纹的产生。而且，该方法需要进行大量重复计算，人工成本和时间成本较高。

技术实现要素：

针对目前现有技术中存在的前述问题，本发明旨在提供一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量配置方法以提高二冷水量的控制精度，从而控制连铸坯中间裂纹的产生。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量配置方法，包括：

s1：获取二冷区各段冷却水量，利用连铸坯凝固传热数学模型，得到与二冷区各段冷却水量对应的二冷区各段温度和空冷段温度；

s2：基于二冷区各段温度得到二冷区各段回温速率，并基于空冷段温度得到空冷段回温速率；

s3：建立二冷区各段冷却水量与二冷区各段回温速率或空冷段回温速率之间的拟合关系；

s4：基于二冷区各段需求回温速率和空冷段需求回温速率，利用所述s3中建立的拟合关系，计算得到二冷区各段需求冷却水量。

进一步的，所述s1具体包括：

s11：获取二冷区各段冷却水量，并采集空冷段运行参数；

s12：建立连铸坯凝固传热数学模型，并基于二冷区各段冷却水量和空冷段运行参数校正连铸坯凝固传热数学模型；

s13：利用校正后的连铸坯凝固传热数学模型，计算二冷区各段温度和空冷段温度。

进一步的，所述二冷区各段冷却水量包括：以二冷区各段初始水量为基础，按比例多次调节后获得的多组冷却水量。

进一步的，每次调节的比例为15％～25％。

进一步的，所述s13中建立连铸坯凝固传热数学模型具体包括：

s131：测量二冷区各段水量分布，获得水量分布结果；

s132：根据水量分布结果，建立连铸坯凝固传热数学模型；

其中，连铸坯凝固传热数学模型采用水量分布结果作为二冷区各段边界条件。

进一步的，所述二冷区各段需求回温速率和所述空冷段需求回温速率均在99℃/m以上，100℃/m以下。

进一步的，所述二冷区各段需求回温速率和所述空冷段需求回温速率均在99.5℃/m以上，100℃/m以下。

进一步的，所述s3中的拟合关系采用最小二乘法拟合得到。

进一步的，所述s3中的拟合关系具体包括：

其中，ri+1表示二冷区第i+1段回温速率，单位℃/m；

rk表示空冷段回温速率，单位℃/m；

wi表示二冷区第i段冷却水量，单位m³/h；

i为正整数，用于表示二冷区各段，i＝1,2,3,…,n，其中，i＝1为二冷区首段，i＝n为二冷区末段；

k用于表示空冷段；

ai、bi、ci均为常量系数。

进一步的，所述方法还包括：

s5：配置足辊段水量，所述足辊段水量为足辊段初始水量÷二冷区各段初始水量之和×所述s4中二冷区各段需求冷却水量之和。

相对于现有技术，本发明所述的一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量优化方法，具有如下优势：

在大量实验过程中，基于本发明的技术方案发现，在连铸过程中显著影响二冷各段以及空冷段的回温速率的因素为与该段近弯月面一侧相邻段的冷却水量，在此基础上本发明建立了二冷区第i段冷却水量对第i+1段回温速率影响的“冷却水量-回温速率拟合关系”以及二冷区末段冷却水量对空冷段回温速率影响的“冷却水量-回温速率拟合关系”并以此为依据精准地对二冷区各段的水量进行配置。

本发明正是发现二冷区各段水量和铸坯表面回温速率之间的影响规律，建立了“冷却水量-回温速率拟合关系”，从而能够精确控制铸坯表面回温速率。

当各段的回温速率控制在100℃以内时，随着回温速率的升高，连铸坯表面裂纹发生率显著降低，基于本发明的“冷却水量-回温速率拟合关系”，其对二冷区各段以及空冷区铸坯表面回温速率的控制精度达到1％以内，甚至于0.5％以内，基于此，可以实现二冷区各段以及空冷区需求回温速率初始获取范围达到99℃/m以上，100℃/m以下，进一步优选地控制为99.5℃/m，100℃/m以下，进而实现将连铸坯表面裂纹发生率控制在0.5％以内。

附图说明

说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明实施例中一种基于连铸坯表面回温控制的二冷优化方法的流程图；

图2是本发明实施例中铸坯表面测温结果和计算结果对比；

图3是本发明实施例中不同二冷区2段水量下空冷段铸坯表面回温速率；

图4是本发明实施例中不同二冷区1段水量下二冷区2段铸坯表面回温速率；

图5是本发明实施例中优化前后铸坯表面回温速率。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

多个，包括两个或者两个以上。

和/或，应当理解，对于本发明中使用的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。

一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量配置方法，包括如下步骤：

1)获取二冷区各段的冷却水量wi，并根据连铸坯凝固传热数学模型计算得出二冷区各段各点的温度tij以及空冷段各点温度tkj，其中wi为二冷区第i段的冷却水量，tij为二冷区第i段距结晶器弯月面距离为j位置的温度，tkj为空冷段距结晶器弯月面距离为j位置的温度；

2)根据步骤1)获得的二冷区各段和空冷段温度，计算得出各段的回温速率ri、rk，其中ri为二冷区第i段的回温速率，rk为空冷段回温速率；

3)根据步骤1)的二冷区各段的冷却水量wi以及步骤2)获得的二冷区各段回温速率ri、空冷段回温速率rk，建立二冷区第i段冷却水量对第i+1段回温速率影响的“冷却水量-回温速率数值拟合关系”以及二冷区末段冷却水量对空冷段回温速率影响的“冷却水量-回温速率数值拟合关系”；

4)获取二冷区各段以及空冷段需求回温速率值rui、ruk，通过步骤3)的“冷却水量-回温速率数值拟合关系”分别计算出二冷区各段的需求冷却水量wui。

可选的，步骤1)还包括获取二冷区各段的冷却水量wi之后进一步获取与冷却水量对应的空冷段温度tsj，然后采用wi、tsj以及距结晶器弯月面距离j值对连铸坯凝固传热数学模型进行校正的步骤，其中，tsj为通过传感器测得的空冷段铸坯表面中心距结晶器弯月面为j位置的温度。

可选的，连铸坯凝固传热数学模型考虑二冷区水量横向分布。

可选的，获取二冷区各段的冷却水量wi具体为获取连铸坯初始二冷区各段建议配水量的0.1-0.2倍为基础按照增幅调节所得的一组水量。

可选的，增幅为(15-25)％×建议配水量。

可选的，二冷区各段以及空冷段需求回温速率值rui、ruk均为99℃/m以上，100℃/m以下。

可选的，二冷区各段以及空冷段需求回温速率值rui、ruk均为99.5℃/m以上，100℃/m以下。

可选的，冷却水量回温速率拟合关系采用最小二乘法建立。

可选的，方法还包括配置足辊段水量的步骤，足辊段水量为步骤4)得到的二冷区各段的需求冷却水量之和(σwui)×(连铸坯初始足辊段建议水量÷二冷区各段建议配水量之和)。

实施例

一种基于连铸坯表面回温控制的二冷水量配置方法的流程图如图1所示。

下面以具体实施案例，针对某钢厂连铸生产的82b钢为例对本专利作进一步说明，82b钢的主要化学成分如表1所示，82b钢的主要连铸工艺参数如表2所示。

表182b钢主要化学成分

表282b钢主要连铸工艺参数

在考虑二冷水横向分布的基础上建立连铸坯凝固传热数学模型，并通过铸坯表面测温对模型进行校正。为了更好地校正连铸坯凝固传热数学模型，同时测量了铸坯沿拉坯方向和宽度方向的表面温度。其中，拉坯方向温度的测量位于铸坯表面中心，共测量了四个位置；宽度方向温度的测量位于距离弯月面5.20m处，共测量了五个位置。图2所示为测量温度和计算温度对比。可知，在误差允许范围内，测量温度和计算温度符合较好，表明建立的连铸坯凝固传热数学模型具有较高的准确性。

调整二冷区2段水量至初始水量的0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4和1.6倍，采用校正过的连铸坯凝固传热数学模型计算铸坯表面温度，并分析不同二冷区2段水量下空冷段铸坯表面回温速率，如图3所示。采用最小二乘法，对二冷区2段水量和空冷段铸坯表面回温速率进行拟合，得到二冷区2段水量对空冷段铸坯表面回温速率影响的“冷却水量-回温速率拟合关系”：

r3＝55.75+17.69w2-0.5068w2²(1)

其中，r3表示空冷段回温速率，℃/m；w2表示二冷区2段水量，m³/h。

根据公式1，代入需求回温速率99℃/m，得出二冷区2段水量，结果为2.93m³/h，此即为优化后的二冷区2段水量。

调整二冷区1段水量至初始水量的0.4、0.6、0.8、1.0、1.2、1.4和1.6倍，采用校正过的连铸坯凝固传热数学模型计算铸坯表面温度，并分析不同二冷区1段水量下二冷区2段铸坯表面回温速率，如图4所示。采用最小二乘法，对二冷区1段水量和二冷区2段铸坯表面回温速率进行拟合，得到二冷区1段冷却水量对二冷区2段回温速率影响的“冷却水量-回温速率拟合关系”：

r2＝-27.61+17.99w1-0.3144w1²(2)

其中，r2表示二冷区2段回温速率，℃/m；w1表示二冷区1段水量，m³/h。

根据公式2，代入需求回温速率99℃/m，得到二冷区1段水量，结果为8.22m³/h，此即为优化后的二冷区1段水量。

在初始工艺下，足辊段水量比例为29.0％，保持该比例，根据上述确定的二冷区1段水量和二冷区2段水量，确定足辊段水量为4.56m³/h。

采用本专利所述的方法对二冷区各段水量进行优化后，足辊段、二冷区1段和二冷区2段水量分别为4.56、8.22和2.93m³/h，采用连铸坯凝固传热数学模型分析优化前后铸坯表面回温速率，如图5所示。可知，优化前铸坯表面回温速率较高，在二冷区2段和空冷段分别为116.1℃/m和160.0℃/m；优化后，二冷区2段和空冷段铸坯表面回温速率都刚好控制在100℃/m以内，分别为99.0℃/m和99.7℃/m，经检测，连铸坯中间裂纹率为0.5％。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是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，而不是限制性的，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，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。