大圆坯连铸二冷配水设计模型的开发

北京科技大学科技成果——连铸二冷配水模型及自
动控制技术
成果简介
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。

欲得到优质铸坯，重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度，而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯，使铸坯表面温度保持在允许的范围内，对提高连铸坯的质量和连铸生产具有重要的作用。

原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题，主要是以济钢板坯连铸机二冷控制为研究对象，应用二维传热数学模型，建立了板坯连铸机二冷配水计算模型，编制了二冷配水计算软件，完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统，实现了对连铸二冷配水的在线控制。

本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统，结合现场具体条件，利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型和计算软件，计算配水参数，实现二冷水自动控制，从而确保连铸机高的产量和良好的质量。

经济效益及市场分析
本项目自1995年开发以来已与多家钢厂合作，如济钢、武钢、鞍钢等，连铸二冷配水自动控制系统投入应用后，铸坯质量明显改善，效果非常显著。

足 辊段 为全 水冷 ，单 一 回路 。其后 各段为 水汽 喷 雾结合 冷 却 ，依 据 内外 弧和 宽窄 边面 为不 同
回路 。
二 冷水水 量 控制使 由结晶器 出来 的液 芯钢 坯在 结 晶器 中进行 初步 凝 固后 ，进入 二冷 区。 莱钢 板坯 连铸 机 二冷 区主要 包括 足辊 、一 段 、二段 、三 段 。调节 方式 分为 手动 和 自动 方式 。 其 中 自动方 式时 ，在每 流 的一段 、二段 、三段 根据拉 矫机 速度按 配水 数学模 型公 式 由Ｐ Ｌ Ｃ 计算 出水量来进行Ｐ Ｉ Ｄ 控制。足辊水量不安装调节阀，按模型给出的设定值手动微调。手动方式输 出Ｍ ｖ 值不经 过Ｐ Ｉ Ｄ 运算 ，通过 操作人 员操 作 鼠标 （ 或键 盘） 改变 值 ，调 节 阀门开度 。在 计算机 系统 故障时 也可用控 制柜上 的后各 手操 器实行 人工手动 调节 。手／ 自动 为无扰切 换 。 水量 调节关 系式为 ： ‘
Ｉ 一 学 熏燕…………………………．
圆坯连铸 动Biblioteka 二冷 水控制模 型的研 究 山钢 集 团莱芜分公 司 自 动化部 毕研 然
【 摘要 】二次冷却水控制是连铸 生产 中的一项核心技术 ，二次冷却水控制的效果直接影响到最终板 坯质 量的优 劣。因此，Ｚ － 冷水控制模型 的研 究与应用也 显得尤为重要 。 本 文主要针对莱 钢圆坯连铸机 ，对二冷水控制模型进行深入的分析与研 究。
【 关键词 】圆坯连铸机 ；二次冷却 ；控制模型
１ ． 概 述
目前 ， 国 内钢 厂 的 铸 坯 生 产 大 多 都 采 用 立 弯梁 式连 铸机 ，该类 型 的连铸 机 从浇 注 到 成材 需要经 过两 次 水冷 却 ，即 一次 冷却 和 二 次冷 却 。一 次冷 却 是 由结 晶器来 完 成 ，钢 水 在这 个 阶段 冻 结成 型 ，然后 钢坯 进入 二 冷 区， 二次 冷却 在整 个 连铸 生产 中尤 为 重要 ， 二 次冷 却水 控 制是 连铸 生产 中的一 项核 心技 术 ，二 次冷 却 水控 制 的效 果直接 影 响 到最 终 板 坯质 量 的优 劣 。根据 钢坯 的型 号、大 小 的 不 同对 二 次冷 却水 的要 求 也是 不一 样 的 ，下 面 将主 要根 据 山钢 集 团特钢 事 业部 连铸 模 型 进 行详细 的说 明。 ２ ． 工艺简 介 二 冷水 自动控 制连 铸机 在开 浇 、浇 铸不 同钢 种 以及 拉速 变 化时 需要 及 时对 二冷 水量 进 行适 当调 整 。早 期连 铸采 用手 动 调节 阀 门 来 改变 二冷 水量 ，人为 因 素影 响很 大 ，在 改 变 拉速 时往 往来 不 及调 整 ，造成 铸 坯冷 却不 均 匀 。二冷 水 的 自动控 制方 法 主要 可分 为静 态控 制法和 动态控 制法两类 。 静 态控 制 法一 般是 利用 数 学模 型 ，根据 所浇 铸 的断 面 、钢 种 、拉速 、过 热 度等 连铸 工 艺条 件计 算冷 却 水量 ，将 计算 的 二冷 水数 据表 存 入计 算机 中，在 生产 工 艺条 件变 化时 计 算机 按存 入 的数 据找 出合 适 的二 冷水 控制 量 ，调 整二 冷强 度 。静 态控 制法 是 目前 广泛 采 用 的二冷 水控 制 方法 ，在 稳 定生 产时 基本 能够满 足要求 。 根据 二 冷 区铸坯 的实 际情况 及 时改变 二 冷水 的控 制 方法 为动 态控 制 。 目前 能够 测得 的铸 坯温 度 仅为 表 面温度 ，如果 能够 准 确测 得铸 坯 的表 面温 度 ，则 可根 据表 面温 度对 二 冷水 及 时调 整 。但 是 ，铸坯 表面 覆 盖的 一层 氧化 铁 皮 、水膜 以及 二 冷 区存在 的 大量 水蒸 气严 重影 响 测量 结 果 的准确 性 。因 此 ，在实 际生产 中根据 实测 的铸坯 表 面温度 进 行动 态 控 制的方 法很少被 采用 。 比 较 可 行 的 方 法 是 进 行 温 度 推 算 控 制 法 。温 度 推算 控 制法 的 思路是 将铸 坯 整个 长 度 分 成许 多 小段 ，根 据铸 坯凝 固传 热 数学 模 型 每 隔一 定时 间 （ 例如 ２ Ｏ 秒） 计 算 出每 Ｖ － ＇ Ｊ ＇ 段 的温度 ，然后 与预 先 设定 的铸 坯所 要 求 的最 佳 温度 相 比较 ，根 据 比较 结 果 给 出最 合 适 的冷却 水量 。在二 十世 纪８ ０ 年 代 中后期 ，欧 洲 、 日本 以及 美 国 的一些 先进 的连 铸机 己逐 步 采 用 二 冷 动 态 控 制 系 统 。我 国现 有 的 大 部 分铸 机采 用 静态 控制 法控 制 二冷 水量 ，引 进 的现 代化 板 坯连 铸机 、薄板 坯连 铸机 等 一 般 采用 温度 推 算动 态控 制 法进 行二 冷水 的调

连铸机二冷水动态控制系统研究与应用作者：杨叶来源：《经济技术协作信息》 2018年第27期杨叶连铸二次冷却配水一直采用静态配水法，即“水表法”。

这种控制方法不适应拉速波动时浇注，对连铸正常生产造成困难，温度上下波动引发的热应力也会使表面纵裂纹扩展和延伸。

首秦公司建立了设计了二次冷却动态控制流程，并利用vc++编制完成实现了动态配水模型，开发了基于OPC的通用数据采集和过程跟踪系统，很好的适应了产品结构调整步伐的加快，具备浇铸高附加产品的能力、提高了浇铸质量及提高铸机作业率。

一、系统数据采集首秦2*板坯铸机的计算机控制系统为以PLC为主的集散控制系统，生产部分的联网方式为专用工业局域网，使用的协议为Profibus-DP工业局域网协议。

数据处理及管理部分为局域以太网，使用TCP/IP协议，做为首秦生产信息管理系统的一个子网。

用专用工业以太网的数据处理机为管理信息系统提供生产过程数据。

整个生产部分包括了4套PLC，分别是板坯铸机公共PLC、板坯铸机铸流PLC、出坯系统PLC和工艺控制系统PLC，每一套PLC都有对应的HMI系统，为了实现生产过程的统一管理，在网络中加入了生产管理过程机，整个铸机系统的数据也是通过这台过程机将数据传送到首秦MES。

动态水量控制系统是整个板坯铸机生产网的一个节点，包括一二级二套上位监控系统和一套PLC基础控制系统。

系统的通讯是通过Siemens公司的Simatic-Net软件中的OPC来完成的。

另外，原有系统中因为有静态水表的原因，因此每个回路的流量设定值来自于静态水表，现在选用动态控制，流量的设定值地址发生了变化，这些可以通过修改PLC程序来实现；其次是二次冷却动态模型需要一些工艺数据，这些工艺数据可以通过PLC中的数据包传送给模型，因此需要在PLC中做一个数据通讯包。

在动态模型系统中主要有两部分程序，一部分是由VB60编制的通讯及HMI程序，主要作用是与现场PLC通讯及人机接口的实现；另一部分就是用VC60编制的模型部分，包括静态离线模型及动态在线控制模型，这是整个系统的核心部分。

铸坯连铸二次冷却模型的研究与开发连铸二次冷却在连续铸钢过程中占有非常重要的作用，与铸坯的质量和产量都有密切的联系，所以二次冷却模型越来越受到了人们的关注。

随着科学技术的不断进步，计算机技术逐渐应用到了二次冷却当中，为连铸提供了很大的便利。

本文将从二次冷却的重要性出发，分析铸坯二冷配水数学模型的建立，以及铸坯连铸二次冷却仿真软件的开发。

标签：铸坯连铸技术连铸二次冷却模型仿真软件引言伴随着我国产业结构的转型，钢铁工业的发展也受到了一定的影响，为了在降低生产成本的基础上，产出更加优质的钢材，以提高企业的经济效益，必须要对整个生产过程进行优化，其中最先创新的就是连铸二次冷却的过程了，接下来我们就对此进行简要说明。

一、连铸二次冷却的作用1.缩短冷却时间连铸二次冷却对冷却区的设备、冷却工艺以及冷却水等方面都有很大的改进，使其可以在很大程度上缩短铸坯冷却的时间，从而降低时间成本，以提高连铸机的生产能力。

此外，当前我国对于连铸二次冷却的技术要求非常高，可以有效地保证整个连铸过程的安全性，从而可以尽最大可能的降低事故的发生的可能性，使机械设备能够更加高效地运转，达到较高的生产效率。

随着技术的发展，我国逐渐出现了多种多样的二次冷却模型，对于缩短冷却时间的意义十分重大。

2.获得良好的铸坯质量二次冷却最主要的目的是形成铸锭凝壳，这样可以使铸坯在离开结晶器之后，接受连续的冷却，直到铸坯完全凝固，从而使其获得良好的铸坯质量，以提高钢材的质量，比如，连铸二次冷却可以在一定的温度条件下实现弯曲、矫直等过程。

而且，连铸二次冷却可以很好的提高冷却效率，使铸坯表面的温度能够保证均衡，而且还能够根据不同的要求调整冷却的温度，这也就保证了铸坯的质量，从而促进钢铁企业经济效益的提高，使用先进的冷却技术，对于我国钢铁工业的进步有很大的推动作用。

二、数学模型的建立对于连铸二次冷却来说，数学模型是最常用到的，而且设计起来还是较为容易，操作过程也是比较方便快捷的，接下来，我们说明铸坯凝固传热数学模型和铸坯二冷配水数学模型这两种模型的建立。

一
工艺要求和保持稳定 ， 从而提升和稳 定产品质量。因此 ， 还对如 何使二冷室各段冷却水量分配比例保持恒定等 ， 进行 了考虑。
二、 动态 配 水 模 型
一
般， 二冷室各段冷却水流量控制值 Ｑ可 由（ ） １式确定 ：
Ｑ Ａ Ｂ ＋ ＝ ｖ ｖＣ ＋ （） １
式 中 —— 铸坯 速 度 （ 速 ） 拉
、
、
系统 构 成
曰、—一一组与设定钢种 、 ｃ 铸坯截面和钢水温度有关
的常 数
动 态 配 水 系 统 采 用 串 行 ＰＤ控 制 方 式 ， 参 数 检 测 、 水 Ｉ 由 配
模型、 系统控制 、 钢水和钢坯温度反馈等组成（ １ 。 图 ）
显然 ， 采用静 态配水时 ， Ｑ只与拉速 有关。 实现动态配水 ， 需对 、 曰进行修正 ， Ｑ与钢水 、 使 钢坯温度 等有关 ：
测 温 过 程 中测 取 两 种 波 长 ， 行 比对 分 析 并测 得 结 果 。 置 内部 进 装
预置 了滤波等功能模块 ，消除 了氧化铁皮和气雾对测温结果的
影 响 。测 温装 置 的主 要 技 术参 数 如 表 １ 。 四、 态 配 水 系统 特 点 动 １ ， 基准 比水 量为 原 静 态 配水 模 型 的 比水量 ， 为避 免 模 型超 调
２ 王慧伦． 化工基础． 北京 ： 化学工业 出版社 ，９ ６１ １８． ２
Ｗ０ ．０ １ ７１ — ９
内屏蔽泵技术 的进步和产品的规范起到十分重要 的指导和促进 作用 ， 更加有利于进一步做好无密封离心泵 的选用 、 也 维修 、 改 造等工作 。
参 考 文 献
１ 范德 明． 工业 泵选用手册／ 国化工 设备设计 ． 令 北京 ： 化学 工业 出版

s 0
式中, u 为 j 区长度上的变量。这里的密度 ! j 也 是依据 P j 所描述的范围而定, 是 !固, ! 混 和! 液 三 者中的一个。 为热传导
式中, Tz 为 t 时深度为 x 的 z 点的温度 ; h 为热函 , 包括可知热能和潜在热能 ; !为密度; 率。
2 模型的描述
21 模型跟踪 板坯连铸二冷动态配水系统是 L2 级过程控
况下 , 模型计 算机以其强 大的功能 , 利用 文字、 图像、 动画甚至声 音等 , 模拟并展现 连铸二冷 配水中复杂 的热交 换。给出了建立新型的连铸二 冷配水控制动态模型 通过计算机 模拟该模型控制的应用过程。 [ 关键词 ] 连铸机 ; 二冷配水 ; 数 学模型 ; Dynacs; 切片
0
前言
当铸坯移动超过一个切片的 长度时, 一个新 的切片就会增加 , 这个切片移动时, 在 t 时该切片 的可知热能出现的热量散失H ( t ) 可依据切片的当 前位置来判定。当切片在结 晶器中时, 热量散失 的计算公式如下 : H ( t) = H ( T) # ( Ts - Tm) + ∀ # (T4 sT4 a)
m 4 ( T s4 T a)
n , m 是根据经验确定的两个参数。 1 2 积分分析法 积分分析法是运用有限的元素对铸流进行积 分分析的方法。使用积分法 , 每个温度函数 T ( x , t ) 可近似 为关于 x 的 4 个多项式 Pj ( x , t ) |
4 j = 1。
其中两个多项式是有关固 态部分的, 另外两个一 个是有关液态部分的 , 一个是有关混合状态部分 的。
r ∃ %
中由模型跟踪所得到的数据, 如浇铸速度、 铸流规 格等 , 如表 2 给出的是对 Q235B 钢的仿真。

8-224
第八届（2011）中国钢铁年会论文集
过程中，有效拉速模型计算结果要优于实际拉速模型。
图 3 拉速变化时不同控制模型计算结果
图 1 连铸坯凝固示意图
2.1.1 凝固传热微分方程 传热一维平衡方程为：
ρCeff
∂T ∂t
=
∂ ∂x
(λ
∂T ∂x
)
式中， ρ 为密度； λ 为导热系数；固液两相区密度及比热取固相与液相平均值； ceff 为等效比热，
Ceff
= cp
−
L
∂fs ∂T
⋅ ⋅ ⋅ (TS
-T
- TL ) ， cp
为比热；t
本文通过建立二冷段凝固过程的数学模型，提出了一种结合有效拉速模型与目标表面温度模型两种动态 控制模型的方法，考虑铸坯生成时间，并以铸坯表面温降曲线为目标，动态计算出二冷各区相应的二冷水， 进而改善铸坯表面质量及减少三角区裂纹等铸坯缺陷。
2 动态二冷模型的开发
2.1 凝固传热数学模型
现以某钢厂 1650mm×230mm 板坯连铸机为目标机型，凝固传热方程简化为一维，只计算铸坯厚度方向 的温度变化。设板坯厚度方向为 x 轴，拉坯方向为 z 轴，考虑到铸坯及其冷却的对称性，取厚度一半为研究 对象。连铸坯凝固示意图如图 1 所示。
Qi = f (Vcial )
2.2.2 目标温度控制模型 目标表面温度动态控制考虑钢种、拉速及浇注状态，由二冷配水控制数学模型每隔一段时间计算一次铸 坯的表面温度，并与考虑了二冷配水原则所预先设定的目标表面温度进行比较，根据比较的差值结果给出各 段冷却水量，以使得铸坯的表面温度与目标的表面温度相吻合。 水量的调节按照如下方法实施:
P −1
]

例类推 ，这样的线性设计方法 简便 可行 ，但 由于没
从迭代计算 的效 率方 面着 眼 ，仅考虑板坯厚
度方 向上传热 ；
・
耦合基 于枝 晶粗化和 固相 反扩 散的多元合金 采用 与水 流密度呈指数变化 形式的综合传热
有考 虑 到■ 冷传热 的 基本物 理 特性 及其 对铸 坯温 度场分布的强烈非线性影 响关 系，故存在着 较大的 难 以弥补的设计缺 陷。 板坯连铸 二次 冷却区存 在多种 传热机 制 （ 冲 水 击传热、辐射传 热、夹 辊传热 、水聚集蒸发 传热和
如图 ３ ～４所示分别为启动： 次冷却分析模块 二
后相应 的 冷 水量 分析界面 和二冷喷嘴分析界面 ， 二 其 中 以表 格 的形 式给 出了所 有拉速 条 件下对应 的 二冷 水量设计 值，并通过 点击输 出按钮将其保存 为 Ｅ Ｃ Ｌ文件 ；设计所得 的二冷水 分配情况 以数据 ＸＥ 和条形 图的形式加 以了详细描述 ；二冷 喷嘴布置 的初步设计结果 以数据表格 的形式给 山，显然 ＿冷
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图 ５ 二 冷仿 真分析界 面
４ 结 论
针对板 坯连铸机 的工程 设计 ，基于板坯连铸二
图 ３ 二冷水量分析界 面
冷 凝 固传 热 数 学模 型和 目标 表 面温 度控 制迭代 算
法 ，开发 了通用 的二次冷却系统设计 软件 。软件具 有 全面 的功 能模 块 ，可 以很 方便 地任意添加或编辑

钢、 不锈 钢 、 线钢 、 械 工程 用 钢 、 具 钢 、 管 机 模 高合 金
容 器钢 、 炉钢 等钢 种 。铸 机采 用带 液芯 连续矫 直 、 锅
结 晶器 电磁搅拌 和 动 态 二冷 配 水 等 先 进技 术 ， 主要
（ ） 固壳 以传 导 传 热 占主 导 地位 ， 坯 内 对 流传 ２凝 铸 热用 增大 导热 系数 的方 法 来 等 效 成传 导 传 热 ， 铸坯
（ 京 科 技 大 学 冶 金 与 生 态 工 程 学 院 ， 京 １０ ８ ） 北 北 ００ ３
摘
要
根 据 钢 厂新 建 中 ｏ ｍ 圆 坯 连 铸 机 的主 要 技 术 参 数 ， 立 柱 坐 标 一 维 非 稳 态 连 铸 坯 凝 固传 热 数 学 ６ ０ｍ 建
模 型 ， 用 有 限差 分 法 求 解 并 编 制 相 关 程 序 ， 运 分析 拉 速 、 热 度 、 过 冷却 强度 对铸 坯 温 度 的影 响 ， 现 在 给 定 水 量 下 连 实
段共 同构成 ， 足辊 段 为全水冷 却 ， 其余 各段 均为气 雾 冷却 。之后 设有 保温 段 ， 以便 均 匀铸坯 温度 ， 除强 消 制冷 却引 起 的热 应力 。
区 、 固两相 区和 固相 区分 别近似 看作一 常数 。 凝
柱 坐标 系 的热 量传 输微 分方 程 为 ：
式 中 ： ． Ａ、 经验常数 ；． ｈ 铸坯 与冷 却水 之 间 的传热
系数／ Ｗ ・（ ・ｃ） ］ 、 、 一铸 坯 表面 、 ［ ｍ ｃ ； 冷 却水 和环境 温度／ ；ｒ 波 尔兹曼 常数 ，． ７Ｘ１ ℃ ｏ － ５ ６ ０ Ｗ／ ｍ Ｋ ） ． （ ・ ； 铸坯 表面黑度 ， 一般取 ０ ８ 。 ． ０

科技成果——连铸二冷配水及动态轻压下技术
技术开发单位华北理工大学
所属领域新材料
成果简介
随着高效连铸的不断发展，高拉速加剧了连铸坯的中心疏松、缩孔以及裂纹等典型的内部质量问题。

本项目从二冷配水和辊缝优化出发，基于数学模型和现场实测数据，系统的研究了不同铸坯内部质量问题的成因和解决方案，并针对高拉速下连铸开浇、出尾坯及生产过程拉速波动引起的内部质量问题开发了连铸二冷配水技术，针对铸坯难以避免的中心疏松、偏析问题开发了动态轻压下技术，以期全面改善铸坯的内部质量。

关键技术
1、针对不同钢种、断面的二冷配水技术
利用数学模型与现场实测数据相结合，针对实际生产的铸坯低倍质量分析结果，进行更具针对性的铸坯质量优化。

2、基于目标温度的连铸二冷配水技术
将连铸过程分为多个切片，每个切片运行终点设置合理的目标温度，以保证拉速波动条件下铸坯温度场的稳定，进而得到内部质量稳定的铸坯。

3、基于凝固终点跟踪的动态轻压下技术
通过连铸二冷配水模型精确的确定铸坯合理位置所在的铸机位置，或通过配水及拉速调整将铸坯压下位置调整到可实施区域，并压
下合理的量，进而消除铸坯中心疏松、缩孔和偏析。

经济效果
铸坯质量方面：基本消除铸坯的中心疏松、缩孔、中间裂纹、中心裂纹、三角区裂纹等铸坯内部质量缺陷。

经济效益方面：通过生产质量稳定的铸坯，可有效提高实际生产的作业率，提高产品成材率。

实施条件
钢铁企业，具备一定生产能力。

项目成熟度
利润级：开始盈利且利润超过总投入的10%
合作方式合作开发。

目前 二次冷 却水 量 的控 制方 式一 般 采用 自动 配水 ，
支撑强度高。 同时为了防止坯壳冷却太“ ， 硬”出现矫
直力过大 ， 铸机 拉不 动现象 ， 铸机 二冷 配水 比水 量可 以小一些 。 而在铸 机拉速较 高时 ， 由于 出结 晶器 的坯 壳较薄 ， 时 由于 该铸机 冶金长 度较 短 ， 防止铸坯 同 为 液相 穴出铸 机从 而导致铸 坯 出铸机后 鼓肚 和铸机漏 钢 ， 机的 二冷 比水量应该 大 一些 ， 且在某 一个 临 铸 并 界 拉速时 比水量 变化 数率应 该加快 ，其总体 趋势 如
３ 模型的建立
３１ 二次 冷却 总水量的 设计 ． 在 铸机 拉速较 低 时 ，由于坯壳 在结 晶器 内 的停 留时问较长 ， 出结 晶器 时的坯壳较 厚 ， 坯壳对钢 水 的
的汽化和传导升温带走的。铸机的二冷配水控制模 型不但使 出结 晶器坯壳 内的钢水完 全凝 固 ，而且还 直接影响铸坯 的质量 、设备运行状态和顺行情况 。
冷却 水在 二冷 区整个 长度方 向上 的分配 要与铸
作者简 介： 作鑫（ ９５ ） 男 ， 李 １６ 一 ， 山东济 南人 ，９ ７ １８ 年毕 业 于济 钢职 工科技大学钢铁 冶金专业 。现 为济钢第一炼钢厂副厂长 ． 高级工程 师， 从事炼钢工艺技术工作 。
４２
坯的凝固传热相适应 。根据凝固潜热和热传导 的推
（ ／ ） （ ／’） １４ … １ｎ ｆ ｆ （） ５
生环境污染。 因此 ， 即使是在低拉速时铸坯冷却不需 要水 ， 但为了设备运行稳定和 良好的生产环境 ， 仍然
式中 ＾ —— 铸坯厚 度 ， ｍ；
— —
式 中 Ｌ — 比水 量 ，／ｇ — Ｌｋ ；
铸坯 宽度 ， ｍ； 铸坯单重 ， 。

二冷静态配水是在冶金准则的基础上 建立起来 的，是
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － ０ １ — ２ ４
作者简介 ： 王明毅（ １ ９ ７ ２ 一 ） ， 电气工程师 ， 从事 电气管理 与维护 工作 。
５ ２ ｌ Ｗ Ｗ Ｗ ． ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｅ ｔ ． ｎ ｅ ｔ Ｉ 电工技术
Ｄ Ｃ Ｓ系统 在已知拉速 、冷 却水量 等条件下 ，Ｂ Ｐ神 经 网络模 型 的准 确性 与学习样本 的关 系很 大 ，Ｂ Ｐ神经 网络的学 习样本均 来 自现场采集值 。 本文在 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ中建立一个前 向型 Ｂ Ｐ神 经网络 ，其输
入层 为 ３ 个 神经 元 ，分 别 是 上 段 温 度 、本 段 流 量 和 本 段 拉 速 ； 隐层 神经 元 利 用试 凑 法 得 到 ８ 个 神 经 元 ；输 出层 是 １ 个 本 段 温度 神 经 元 。Ｂ Ｐ神经 网络 结 构如 图 ３所示 。 验证结果如图 ５ 所示 。
Ｐ Ｌ Ｃ系统
… … … … …
一级工控机系统
图 ２ 二冷区智能控制系统框 图
－ ＝ 氅 望 …
…
…
…
…
图１ 安钢板坯连铸控制网络 图
２ Ｂ Ｐ神 经 网络
Ｂ Ｐ神经 网络是误差反 向传 播算法 的学 习过 程 ，由信 息的正 向传播和误差 的反 向传播 两个 过程组成 。Ｂ Ｐ神经 网络具有预测能力 ，本文即利用其预测能力建立板坯温度 预测模型 。训练一个 Ｂ Ｐ神经网络模型就是在 已知输入 、 输出样本的情况下 ，通 过一定 的算法运算 ，使 Ｂ Ｐ神经 网 络找到输入 、输出间的一种 内在规律而逼 近某物理过程 。 Ｂ Ｐ神经网络模型是对二 冷区板坯传热过 程的一种逼近 ，

宝钢连铸二冷轻压下模型自动控制系统的开发及应用邓　龙，郭亮亮，梅　峰（宝山钢铁股份有限公司中央研究院，上海　２０１９９９） 摘要：以宝钢２＃连铸机改造项目为背景，结合连铸过程控制需求以及产品控制特点，对二冷轻压下模型原理、自动控制关键技术进行了说明，构造新的模型系统构架，实现更稳定、更开放、更智能的过程控制。

该模型控制系统形成了工艺、装备、模型紧密融合的智能化二冷轻压下整体控制方案，具有可扩展性强、过程控制灵活等特点，能够很好地满足产品拓展以及高质量、自动化等控制要求。

关键词：模型系统；自动控制；连铸；二冷轻压下中图分类号：ＴＦ３４１．６　文献标志码：Ｂ　文章编号：１００８－０７１６（２０２１）０２－００１５－０４ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８－０７１６．２０２１．０２．００３ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｕｔｏｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｆｏｒｓｌａｂｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎＢａｏｓｔｅｅｌＤＥＮＧＬｏｎｇ，ＧＵＯＬｉａｎｇｌｉａｎｇａｎｄＭＥＩＦｅｎｇ（ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＢａｏｓｈａｎＩｒｏｎ＆ＳｔｅｅｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１９９９，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｎｄｅｒｔｈｅｂａｃｋｇｒｏｕｎｄｏｆＢａｏｓｔｅｅｌＮｏ．２ＣＣｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔ，ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｓｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆａｕｔｏｃｏｎｔｒｏｌ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓａｎｅｗｍｏｄｅｌｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，ａｎｄｒｅａｌｉｚｅｓｍｏｒｅｓｔａｂｌｅ，ｍｏｒｅｏｐｅｎａｎｄｍｏｒｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｈａｓｆｏｒｍｅｄａｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｓｏｌｕｔｉｏｎｗｉｔｈｃｌｏｓｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｃｅｓｓ，ｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｍａｔｈｍｏｄｅｌ．Ｉｔｈａｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｉｇｈ ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈ ｆｌｅｘｉｂｌｅ，ａｎｄｃａｎｗｅｌｌｍｅｅｔｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｈｉｇｈｑｕａｌｉｔｙａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｏｎｏｆｐｒｏｄｕｃｔｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｅｌｓｙｓｔｅｍ；ａｕｔｏｃｏｎｔｒｏｌ；ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙｃｏｏｌｉｎｇａｎｄｓｏｆｔｒｅｄｕｃｔｉｏｎ邓　龙　高级工程师　１９８１年生　２００６年毕业于东北大学现从事自动化控制专业　电话　２６６４１０５３Ｅ ｍａｉｌ　７０００１２＠ｂａｏｓｔｅｅｌ．ｃｏｍ 连铸二冷压下技术的发展有两个重要的驱动因素，一个是产品高质量要求，一个是生产高效率要求。

《特厚矩形坯连铸机二冷配水工艺的研究》篇一一、引言随着钢铁工业的快速发展，特厚矩形坯连铸机作为钢铁生产中的重要设备，其生产效率和产品质量直接影响到整个钢铁企业的竞争力。

二冷配水工艺作为连铸机的重要组成部分，对于提高铸坯质量、减少生产成本具有重要意义。

本文旨在研究特厚矩形坯连铸机的二冷配水工艺，为实际生产提供理论依据和技术支持。

二、特厚矩形坯连铸机概述特厚矩形坯连铸机是一种用于生产大型矩形坯的设备，其结构复杂、生产要求高。

在连铸过程中，二冷配水工艺对铸坯的质量和生产成本具有重要影响。

二冷配水工艺是指通过控制冷却水的流量、温度和分布，使铸坯在凝固过程中得到适当的冷却，以达到提高铸坯质量、减少生产成本的目的。

三、二冷配水工艺的研究1. 配水系统设计二冷配水系统是特厚矩形坯连铸机的重要组成部分，其设计应考虑到铸机的结构、生产要求以及冷却水的流量、温度和分布等因素。

设计时需根据实际情况选择合适的配水管路、喷嘴和控制系统，以确保冷却水的均匀分布和合理控制。

2. 冷却水流量与温度控制二冷配水工艺的核心是控制冷却水的流量和温度。

流量过大或过小都会对铸坯的质量产生不良影响，而温度过高或过低也会影响冷却效果。

因此，需要根据铸坯的凝固过程、化学成分、尺寸等因素，合理控制冷却水的流量和温度，以达到最佳的冷却效果。

3. 喷嘴选择与布置喷嘴是二冷配水系统中的重要组成部分，其选择和布置直接影响冷却效果。

应根据铸坯的尺寸、形状和生产要求，选择合适的喷嘴类型、尺寸和布置方式。

同时，还需考虑喷嘴的维护和更换方便性，以确保生产的连续性和稳定性。

四、实验研究与分析为了更好地研究特厚矩形坯连铸机的二冷配水工艺，我们进行了大量的实验研究。

通过改变冷却水的流量、温度和喷嘴布置等方式，观察铸坯的质量变化，分析二冷配水工艺对铸坯质量的影响。

实验结果表明，合理的二冷配水工艺可以显著提高铸坯的质量，减少裂纹、气孔等缺陷的产生。

五、结论与建议通过本文的研究，我们得出以下结论：1. 二冷配水工艺是特厚矩形坯连铸机的重要组成部分，对铸坯质量和生产成本具有重要影响。

#饼###有限公司3#连铸机循环水系统日常运行技术文件文件编号:编制单位:编制日期: 2010 年6月25日一、质量保证-----------------------二、服务承诺书----------------------三、部分销售业绩---------------------四、企业情况介绍--------------------五、资质证明文件--------------------六、3帷铸机循环水系统日常加药运行技术方----■ ■ ■ ■ Ak 111» I A >、4 ♦、 一f f > ■/- ax tn###########< 限公司2010年6月25日第一部分：各系统基本参数 (5)一、循环水系统参数： (5)二、水质情况： (5)第二部分：二冷水及设备开路日常运行方案 (6)一、水质稳定状况分析 (6)二、连铸二冷水的特征及治理 (7)三、连铸二冷水系统处理方案 (7)第一部分：各系统基本参数一、循环水系统参数：项目浊内循环水浊外循环水备注保有水量，m2500循环量，n3/h300800供水温度，C温差，AT、水质情况:）丁与项目单位指标1全硬度星克/升547.64 2钙硬星克/丹431.653甲基橙碱度星克/丹2644Cl-星克/丹169.275电导率小 s/cm14976pH值—7.25备注：钙离子、镁离子、全硬度及总碱度均以碳酸钙计第二部分：二冷水及设备开路日常运行方案、水质稳定状况分析1.判断依据根据水质分析结果，分别对其朗格利尔(Langlier )饱和指数和 雷兹纳(Ryzner)稳定指数判定：(1) (Langlier )饱和指数(L ・S ・I)饱和指数ISI 为系统补充水实测pH 值与碳酸钙饱和时PHO 差值,即 LSI = PH-PHspHs=(9.3+A+B)-(C+D)(2) (Ryzner)稳定指数(R ・S ・I ) PHs=(9.3+A+B)-(C+D) RSI=2PHs-PH2.软件分析结果i - ns6 - 7-A 日-77.日图1循环水水质稳7E 情况分析SanpID zRfepovt □曰~t 昼二i s LI ±o ll <_L n ±rrl斜恐京1=罗言1 pldl ■_!U 旱d mrrlM Mx l r m =tCA A GCHSFRHFSSSHTURFITTQN LEMEL nw IHP<K *t u = C-aCO3 n ±± = CaCO3 TT ± t =CsSO-^ H =C^SO-q*2H2O«_in pbiospiibi^t e : C^3 ( PO^l'i2:■:gm 口日史 i t *E? =C^5 LFO^IJ SCOH'lS BN C^F2 Hg C OHJ2 H^S ±03 F@ C OHJ 3m a: _Ld 口 =了S7口口口口口口口口岩11口口口口口口口口口 « - ----VW-*-- M□口口口口口口口口口3 II-IPLEICES其是喷嘴处温度较高，更易发生结水垢现象。

转载矩型坯连铸机二冷水控制数学模型的实现矩型坯连铸机二冷水操纵数学模型的实现[2006年11月15日]关键词：操纵,冷却,冷却水,冷水,二次,钢坯,连铸机,结晶器,方法,1 概述目前钢铁生产厂的铸坯生产大多都采纳立弯式连铸机，该类型的连铸机从浇注到成材需要通过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。

一次冷却是由结晶器来完成，那个时期的目的是使钢水冻结成型，然后钢坯进入二冷区，二次冷却水在整个连铸生产时期是最重要的，它的冷却成效直截了当阻碍着钢坯的质量。

依照钢坯的规格，对二次冷却水的要求也是不一样的，本文要紧介绍大方坯连铸机的二次冷却水模型。

2 二冷水的工艺简介及操纵思路钢水从钢包注入中间罐后，经由水口进入结晶器进而冻结成型，然后在引锭杆的牵引下钢坯进入二冷区。

二冷水的操纵方式依照现场实际工艺要求（包括钢种、规格、质量等要求），理论上确定沿浇铸方向推测凝固厚度梯度和温度分布变化，与实测表面温度和拉速来操纵冷却水的流量和压力。

再通过PID调剂对钢坯进行不同程度的冷却。

3 二冷水数学模型的操纵方式第一要对矩形坯连铸机的生产工艺特点及设计操纵系统的优缺点进行具体的分析，把握各设备的操纵方法和操纵参数，然后确定相应的运算方法。

3.1 二冷水操纵方法配水系统分为结晶器冷却水和二次冷却水两大部分，结晶器冷却为全水冷却，分为宽窄两个回路，水量不同；二次冷却水分四段进行配水操纵，即足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段,共分为七个回路。

其中足辊段为全水冷，单一回路。

其他三段为水汽喷雾冷却，依据内外弧和窄边分为六个回路。

结晶器水量为固定参数，不予调剂。

二冷各段采纳水表操纵。

各回路二冷水量分配比:4.2 要紧实验理论上较理想的配水曲线应该是一条二次曲线：Q=aV2+bV+c，但实际上运算a、b、c系数是十分困难的，因此一样用折线仿真曲线的方法进行配水操纵，即每一段的配水依照拉速的变化运算公式为：V---拉速M/分；Qi---各段水量L/分；Ai,Bi----二冷配水参数，随冷却方式和铸坯断面不同而不同。

攀钢板坯连铸二冷配水模型地开发与应用陈永伍兵赵克文杨素波摘要：通过建立连铸板坯二维非稳态传热数学模型 , 分析了拉速、冷却强度和钢水过热度对铸坯表面温度地影响 , 改进和完善了现行地二冷配水制度 . 为进一步扩大攀钢板坯连铸新品种和提高铸坯质量奠定了基础 . 关键词：板坯连铸二冷配水数学模型Development and Application of Model of Secondary Cooling WaterDistribution in Slab Continuous Casting at Pan ZhihuaIron & Steel CompanyChen YongWu BingZhao KewenYang Subo(Pan Zhihua Iron & Steel Research Institute>Abstract：The effects of casting speed, cooling conditions and superheat on strand surface temperature have been analyzed and the water distribution in secondary cooling zones has been improved by using two-dimensional transient mathematical model of heat transfer, which have provided references for increasing new steel grades and improving slab quality at Pan Zhihua Iron & Steel Company.Keywrods：slab continuous castingsecondary coolingwater distributionmathematical model▲1前言攀钢 1350 板坯连铸机自投产以来 , 将所有生产钢种分为 3 组, 套用意大利提供地 3 组连铸二冷水表 ( 即 3 种配水制度 >, 用于浇注低碳铝镇静钢、普碳钢及优碳钢、低合金钢 . 各水表对应地最高拉速分别为 :1.7 、 1.55 和 1.40m/min. 因此 , 建立和完善离线二冷传热计算模型 ,制定适合以 1.8m/min 拉速生产地二冷配水制度 , 是完成 1.8 m/min 高拉速攻关目标地需要 .2数学模型地建立2.1凝固传热方程地导出连铸坯地凝固过程是通过水冷结晶器和二次喷淋冷却区把钢液热量［1］带走 , 从而使之转变为固体地过程. 为了通过数模研究这一过程, 以铸坯厚度方向为 X 轴, 宽度方向为 Y 轴 , 拉坯方向为 Z 轴. 考虑铸坯冷却地(1> 由于拉坯方向散热量很小, 大约占 3%～6%,故忽略 Z 方向传热。