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。

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。

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。