圆坯连铸动态二冷水控制模型的研究

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。

连铸二冷配水工艺技术北京科技大学冶金工程研究院 刘建华liujianhua@主要内容1 二冷控制的重要性 2 铸坯凝固传热模型 3 二冷配水原理及方法简介 4 连铸二冷动态配水系统1. 二冷控制的重要性 出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有8～15mm， 铸坯的中心仍为液态钢水 为使铸坯快速凝固及实行顺利拉坯，结晶器之后 设置二次冷却装置，在该区域铸坯的凝固坯壳厚 度继续增加； 铸坯在二次冷却区中可能经受弯曲、矫直的变化， 同时液态钢水的大部分（或全部）发生凝固。

1. 二冷控制的重要性生产普钢为主向生产优钢、品种钢、特钢转变， 对连铸机的二冷控制要求也越来越高必须根据钢种、浇注断面、浇注温度、拉坯 速度和铸机几何尺寸等参数来制定连铸机二冷区合 适的冷却制度。

提高配水计算的适时性、可靠性，优化二冷控制1. 二冷控制的重要性1.1 二次冷却对铸坯质量的影响各段之间的冷却不均匀，导致铸坯表面温度呈现 周期性的回升导致凝固壳发生反复相变，是铸坯皮下裂纹 形成的原因。

1.1 二次冷却对铸坯质量的影响回温引起坯壳膨胀 当施加到凝固前沿的张应力超过钢的高温允许强度和临界应变时，铸坯表面和中心之间就会出现中间裂纹。

粗大纵裂纹较细小的纵裂纹1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二冷不当，矫直时刚好位于脆性区，在矫直力作用下，容易在振痕波 谷出现表面横裂纹。

局部的强冷会使表面产生张应力而产生表面裂纹。

1.1 二次冷却对铸坯质量的影响二次冷却太弱，易产生鼓肚 二冷区内铸坯四个面的非对称性冷却，会加重铸坯菱变 二冷冷却强度对铸坯中心偏析也有影响1.1 二次冷却对铸坯质量的影响 二冷较易调整，但对铸坯质量影响显著  二冷对表面质量和内部质量影响不一致  二冷技术的发展较为迅速扒皮率,%70 60.06050 40 30 2010 0 150.0抽样板坯34块16.7 4.8234试验方案1. 二冷控制的重要性1.2 二冷的主要工艺参数 冷却强度 根据所浇注的钢种决定 冷却方式和装备 水喷雾冷却、气－水喷雾冷却、干式冷却、半干式冷 却等 冷却水的分配 二冷区整个长度上的分配要与铸坯的凝固相适应；在 宽度方向上的分布要求温度尽可能均匀。

148CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊由于铸坯凝固速度比拉坯速度慢很多，随着浇注的进行，铸坯内形成一个很长的液相穴。

铸坯带着液芯进入二冷区接受喷水冷却，目的是使铸坯完全凝固，表面温度分布均匀，内外温度梯度小，然后进入拉矫机。

铸坯在二冷区要全部凝固还需散出 210～294kJ/kg 的热量。

所以，从结晶器出口到拉矫机前的一定范围内设置一个喷水冷却区，叫二冷区，向铸坯表面喷射雾化水滴，铸坯表面温度突然降低，铸坯表面和中心之间形成了较大的温度梯度，这是铸坯向外传热的动力。

二冷水的控制特点是要求流量控制范围大，控制精度高，因此常采用高精度的电磁流量计对水流量进行检测。

凌钢1700ASP 连铸铸坯生产过程中，边角温度下降快，二冷区采取气—水雾化冷却系统控制，借以避免局部水楔和开浇、停浇时残流所造成的冷却不均匀。

2 系统概况凌钢1700ASP 连铸二冷水系统采取气—水雾化冷却控制，即在8个冷却区中，第1区（即结晶器喷水区）喷水冷却，防止拉漏和鼓肚，2~8区采取气—水雾化冷却。

气—水冷却系统分区如图1所示。

以上各冷却区均设置流量调节阀，一级计算机根据钢坯横截面、拉速、钢种等修正参数、设定冷却水、二冷空气流量的设定值，同时控制各区的流量调节阀的开度，实现对气水配比控制。

二次冷却水流量与拉速满足以下关系:Qi A v B v C xax i i i 2=++b ^h 式中：Qi 为某一控制回路的流量设定值;连铸二冷区技术原理The Theory of Second Cooling Zone1 引言众所周知，在连铸生产工艺流程中，从结晶器拉出来的铸坯凝固成一个薄的外壳，而中心仍为高温钢水。

（1）中国仪器仪表 CHINA INSTRUMENTATION2010年 增刊149v 为拉坯速度;α为过冷补偿系数;β为喷水宽度调整补偿系数（仅第三段控制回路有此项）。

3 气水冷却配比控制在汽水冷却段，为了达到气水喷雾冷却的预期效果，必须保证冷却水与压缩空气的正确配比。

《异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》篇一一、引言随着现代冶金工业的快速发展，异形坯连铸技术已成为钢铁生产过程中的关键环节。

在连铸过程中，二冷区作为冷却系统的核心部分，对铸坯的质量具有决定性影响。

动态配水控制技术作为一种先进的技术手段，对于提高二冷区的冷却效果和铸坯质量具有重要意义。

本文将针对异形坯连铸二冷区动态配水控制进行研究，分析其技术原理、实施方法和应用效果。

二、异形坯连铸二冷区概述异形坯连铸二冷区是指连铸过程中，铸坯在完成初冷后进入的第二个冷却区域。

该区域的主要作用是对铸坯进行进一步的冷却，以使其达到所需的物理性能和化学性能。

二冷区的冷却效果直接影响到铸坯的质量，包括表面质量、内部组织结构和力学性能等方面。

三、动态配水控制技术原理动态配水控制技术是一种根据铸坯的实际冷却需求，实时调整配水量的技术手段。

该技术通过传感器实时监测铸坯的温度、形状和移动速度等参数，根据这些参数计算所需的配水量，并通过控制系统实时调整喷嘴的开启数量和喷水压力，以实现动态配水。

四、异形坯连铸二冷区动态配水控制实施方法在异形坯连铸二冷区实施动态配水控制，需要从以下几个方面进行考虑：1. 传感器布置：在二冷区内布置温度传感器、形状传感器和移动速度传感器等，实时监测铸坯的相关参数。

2. 控制系统设计：设计一套能够实时计算配水量并控制喷嘴开启数量和喷水压力的控制系统。

该系统应具备高度的自动化和智能化水平，能够根据实际情况进行自我调整。

3. 配水策略制定：根据铸坯的实际情况，制定合适的配水策略。

例如，对于表面温度较高的区域，应加大配水量；对于形状复杂的区域，应采用多角度、多喷嘴的配水方式。

4. 实施与优化：将传感器、控制系统和配水策略结合起来，在二冷区实施动态配水控制。

在实施过程中，应不断优化控制系统和配水策略，以提高冷却效果和铸坯质量。

五、应用效果分析通过在异形坯连铸二冷区实施动态配水控制，可以获得以下应用效果：1. 提高铸坯的表面质量：动态配水控制能够根据铸坯的实际冷却需求进行实时调整，使铸坯表面更加平整、光滑，减少表面裂纹和夹杂等缺陷。

连铸二冷段水量优化及动态轻压下控制本部分设定了隐藏,您已回复过了,以下是隐藏的内容张嘉沈厚发黄天佑(清华大学机械工程系先进成形制造教育部重点实验室，北京100084)摘要：本文建立了连铸坯凝固非稳态传热模型，提出了基于分区多控制点目标温度优化的增量型PID算法，结合轻压下原理，用C语言编制了二冷水量动态控制及动态轻压下控制程序Visual Cast—Dynamic。

研究了铸坯表面温度、二冷水量以及动态轻压下过程对拉速变化的响应。

研究表明，分区多点控制算法可以满足动态调节水量的要求；轻压下控制算法可完成动态压下过程的实施。

关键词：连铸；二冷动态控制；增量型PID控制算法；动态轻压下1．前言动态二冷及动态轻压下是提高铸坯质量的先进技术。

本文在实际的铸机结构、辊列布置的基础上，建立了适用于连铸二冷在线计算的数学模型，模拟板坯凝固过程及温度分布。

通过分区多控制点目标温度增量型PID控制算法实现了二冷段动态配水及分区多控制点的目标温度控制，并结合轻压下原理实现了动态簿压下控制。

2．铸坯凝固传热数学模型本文基于板坯厚度方向中心纵断面上热量守恒建立相应的传热模型。

铸坯凝固传热模型的假设为：(1)忽略板坯宽度方向的导热；(2)忽略因凝固冷却收缩引起的铸坯尺寸变化；(3)采用等效增强导热系数处理钢液对流传热。

铸坯非稳态凝固传热方程为：式中：v为拉坯速度，m／s；ρ为密度，kg／m3；G为等效比热，J／(kg••K)；功温度，K；丑、份别为铸坯厚度及拉坯长度方向上的坐标，m；λeff为等效导热系数，W／(m•K)；s为凝固潜热，W／m3。

本文采用等效比热法处理凝固潜热。

方程(1)在结晶器和二冷段内铸坯表面边界条件分别为热流边界条件和对流换热边界条件。

二冷段内铸坯表面换热类型主要包括：铸坯表面与冷却水雾和空气的对流换热、与辊子的接触换热、与周围空问的辐射换热。

3．二冷段水量控制模型当工艺对连铸二冷段各区多控制点的温度有要求时，应使用多目标优化控制理论设计控制算法。

连铸二冷导热反问题数学模型建立及验证连铸是一种重要的钢铁生产工艺，其关键设备之一就是连铸二冷。

连铸二冷的主要作用是通过冷却和凝固来实现钢坯的形成，因此其冷却效果对钢坯质量和生产效率有着至关重要的影响。

然而，连铸二冷的复杂结构和多种冷却方式使得其冷却效果难以准确预测，因此需要建立数学模型来分析和优化冷却过程。

本文针对连铸二冷导热反问题（inverse problem）展开研究，即通过测量连铸二冷表面温度场来确定内部冷却水流分布的问题。

我们首先对连铸二冷的几何结构和冷却方式进行了分析，然后建立了连铸二冷导热正问题（forward problem）和反问题的数学模型，并采用有限元方法进行数值求解。

最后，我们通过实验验证了模型的准确性和可靠性。

一、连铸二冷的几何结构和冷却方式分析连铸二冷是由一组相互连接的水箱组成的，每个水箱内部有多个水道，水道之间通过隔板分隔。

钢坯在连铸过程中通过这些水箱，从而实现冷却和凝固。

连铸二冷的冷却方式主要有两种，一种是水平喷淋（horizontal spray），即水从水箱顶部喷向钢坯表面；另一种是垂直喷淋（vertical spray），即水从水箱侧面喷向钢坯表面。

二、连铸二冷导热正问题和反问题的数学模型连铸二冷导热正问题是指已知冷却水流分布，求解钢坯表面温度场的问题。

我们采用热传导方程和边界条件来描述问题，其中热传导方程为：$$frac{partial T}{partial t}-kDelta T=0$$其中，T为温度场，k为热导率，t为时间，Δ为拉普拉斯算子。

边界条件包括三个方面，分别是：1. 钢坯表面温度：$T=T_0$2. 冷却水流边界：$frac{partial T}{partialn}=-alpha(T-T_w)$其中，$T_0$为钢坯的初温度，n为法向量，α为传热系数，$T_w$为冷却水的温度。

3. 其他边界条件：$frac{partial T}{partial n}=0$连铸二冷导热反问题是指已知钢坯表面温度场，求解冷却水流分布的问题。

连铸二次冷却技术连铸二次冷却技术是一种用于钢铁生产中的关键技术，它可以显著提高钢坯的质量和生产效率。

本文将从其原理、应用、优势以及未来的发展方向等方面对连铸二次冷却技术进行详细介绍。

我们来了解一下连铸二次冷却技术的基本原理。

连铸二次冷却技术是指在连铸过程中，通过在钢坯表面进行二次冷却，以加快钢坯的冷却速度和降低温度梯度。

这种技术通常通过在连铸机的出铸口处设置冷却装置，将冷却水喷洒在钢坯表面，形成薄冰层，从而实现钢坯的二次冷却。

连铸二次冷却技术在钢铁生产中具有广泛的应用。

首先，它可以显著提高钢坯的质量。

通过二次冷却，可以减少钢坯表面的氧化层和夹杂物，提高钢坯的表面质量和内部结构。

同时，二次冷却还可以使钢坯的温度均匀分布，减小温度梯度，避免内部应力和裂纹的产生，提高钢坯的整体质量。

连铸二次冷却技术还可以提高钢铁生产的效率。

传统的连铸技术中，钢坯在冷却过程中需要经历较长的时间，导致生产周期延长。

而采用连铸二次冷却技术后，钢坯的冷却速度得到了显著提高，可以缩短冷却时间，增加生产效率。

此外，连铸二次冷却技术还可以减少连铸过程中的能耗，降低生产成本。

连铸二次冷却技术相比传统的连铸技术具有诸多优势。

首先，它可以提高钢坯的质量和表面光洁度，减少表面缺陷的产生。

其次，连铸二次冷却技术可以显著减少内部应力和裂纹的产生，提高钢坯的整体性能。

此外，连铸二次冷却技术还可以减少钢坯的变形和收缩，提高产品的准确度和一致性。

因此，连铸二次冷却技术在钢铁生产中具有广阔的应用前景。

然而，目前连铸二次冷却技术还存在一些挑战和亟待解决的问题。

首先，连铸二次冷却技术需要大量的冷却水资源，对水资源的需求较大。

其次，连铸二次冷却技术对冷却设备的要求较高，需要保证设备的稳定性和可靠性。

此外，连铸二次冷却技术在实际应用中还需要解决一些工艺问题，如冷却水的喷洒方式和参数的选择等。

为了进一步发展连铸二次冷却技术，我们可以从以下几个方面进行努力。

首先，可以研究新型的冷却介质和冷却方式，以减少对冷却水的需求。

《异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》篇一一、引言随着现代冶金工业的快速发展，异形坯连铸技术已成为钢铁生产过程中的关键环节。

在连铸过程中，二冷区作为铸坯冷却的重要环节，其配水控制对铸坯质量、生产效率和能源消耗具有重要影响。

因此，研究异形坯连铸二冷区动态配水控制，对于提高连铸生产效率和铸坯质量具有重要意义。

二、异形坯连铸二冷区概述异形坯连铸二冷区是指连铸过程中，铸坯在一次冷却后进入的第二个冷却区域。

该区域主要通过喷水装置对铸坯进行二次冷却，以控制铸坯的冷却速度和温度分布。

异形坯由于形状复杂，其传热过程和冷却要求也较为特殊，因此需要针对异形坯的特点进行配水控制。

三、动态配水控制技术动态配水控制技术是一种根据连铸过程中的实际工艺参数和铸坯状态，实时调整配水量的控制技术。

该技术通过监测铸坯的温度、拉速、结晶器热流等参数，结合数学模型和控制系统，实现对二冷区喷水装置的动态调节，以达到优化铸坯质量和生产效率的目的。

四、异形坯连铸二冷区动态配水控制研究针对异形坯连铸二冷区的动态配水控制，本研究从以下几个方面展开：1. 监测系统设计：设计一套适用于异形坯连铸的监测系统，包括温度监测、拉速监测、结晶器热流监测等，以实时获取连铸过程中的工艺参数和铸坯状态。

2. 数学模型建立：根据异形坯的传热特性和冷却要求，建立二冷区动态配水的数学模型。

该模型应考虑铸坯的形状、尺寸、材质等因素，以及连铸过程中的工艺参数变化。

3. 控制系统设计：设计一套基于数学模型的控制系统，实现对二冷区喷水装置的动态调节。

该系统应具备实时性、准确性和稳定性，以保障铸坯的质量和生产效率。

4. 实验验证与分析：在实际连铸生产线上进行实验验证，分析动态配水控制技术对铸坯质量、生产效率和能源消耗的影响。

通过实验数据和实际生产情况，对数学模型和控制系统进行优化和调整。

五、研究结论通过本研究，我们得出以下结论：1. 异形坯连铸二冷区动态配水控制技术能够有效提高铸坯的质量和生产效率。

《异形坯连铸二冷区动态配水控制研究》篇一一、引言随着现代冶金工业的快速发展，异形坯连铸技术已成为钢铁生产过程中的关键环节。

其中，二冷区作为连铸过程中的重要组成部分，其配水控制直接影响到铸坯的质量和生产成本。

因此，对异形坯连铸二冷区动态配水控制进行研究，对于提高连铸工艺水平、优化生产过程、降低生产成本具有重要意义。

二、异形坯连铸二冷区概述异形坯连铸二冷区是指连铸过程中，铸坯在结晶器冷却后进入的第二个冷却区域。

该区域的主要作用是对铸坯进行进一步的冷却，以使其达到所需的凝固状态。

由于异形坯的形状各异，二冷区的配水控制需要考虑到铸坯的形状、尺寸、化学成分以及浇注温度等多种因素。

三、动态配水控制技术动态配水控制技术是一种根据连铸过程中的实际需求，实时调整配水量的控制方法。

在异形坯连铸二冷区中，动态配水控制技术能够根据铸坯的实际情况，实时调整冷却水的流量、流速和分布，以达到最佳的冷却效果。

四、研究方法本研究采用理论分析、数值模拟和实际生产数据相结合的方法，对异形坯连铸二冷区动态配水控制进行研究。

首先，通过理论分析，研究二冷区的配水原理和影响因素；其次，利用数值模拟软件，对不同配水方案下的铸坯温度场、应力场和凝固过程进行模拟分析；最后，将模拟结果与实际生产数据进行比较，验证配水控制方案的可行性。

五、研究结果与分析通过对不同配水方案的研究，我们发现动态配水控制能够有效提高铸坯的质量和生产效率。

具体表现为以下几个方面：1. 提高铸坯的表面质量。

通过合理的配水控制，能够使铸坯表面更加光滑，减少裂纹和缺陷的产生。

2. 优化铸坯的内部组织。

合理的配水控制能够使铸坯的晶粒更加均匀，提高其力学性能。

3. 提高生产效率。

通过动态配水控制，能够使铸坯的凝固时间更加合理，减少生产过程中的能耗和设备故障率。

六、结论与建议本研究表明，异形坯连铸二冷区动态配水控制对于提高铸坯质量和生产效率具有重要意义。

因此，建议在实际生产过程中，应加强对二冷区配水控制的重视程度，采用先进的动态配水控制技术，根据铸坯的实际情况实时调整配水量和分布。

《连铸H型异型坯二冷配水及凝固规律的研究》篇一一、引言连铸是现代钢铁生产过程中的关键技术之一，它涉及将熔融的钢液经过特殊装置处理，将其固化成具有一定形状的铸坯。

在众多类型的连铸中，H型异型坯以其独特的使用特性与广泛的工业应用受到特别关注。

H型异型坯的生产过程中，二冷配水系统的设计及其对凝固规律的影响尤为关键。

本文将围绕连铸H型异型坯的二冷配水技术及凝固规律进行深入研究。

二、H型异型坯二冷配水技术2.1 二冷配水的概念及重要性二冷配水系统是指在连铸过程中，通过调节和控制二次冷却水的分布和流量，以影响铸坯的凝固过程和表面质量的技术。

对于H型异型坯来说，其结构特点决定了合理的二冷配水策略至关重要。

2.2 配水系统设计要素设计二冷配水系统时，需考虑钢种特性、铸坯厚度、拉速等工艺参数，同时需根据H型异型坯的具体结构特点，合理布置喷嘴位置、角度及数量，确保冷却的均匀性和有效性。

2.3 配水策略及优化通过试验和模拟分析，研究不同配水策略对H型异型坯凝固过程的影响，如采用智能控制算法对喷水系统进行实时调节，以达到最佳的冷却效果。

同时，根据实际生产过程中的反馈数据，不断优化配水策略。

三、凝固规律研究3.1 凝固过程的基本原理H型异型坯的凝固过程涉及到钢液的相变、传热等多个物理过程。

研究这些过程的规律，对于理解并优化连铸工艺具有重要意义。

3.2 凝固过程中的相变行为通过热力学分析和相图研究，了解钢液在凝固过程中的相变行为，如固相线温度、液相线温度等关键参数的确定。

3.3 传热过程分析通过数值模拟和现场实测，研究铸坯在凝固过程中的传热规律，包括热量传递的速率、方向及影响因素，为优化二冷配水提供理论依据。

四、实验与结果分析4.1 实验设计与实施设计并实施一系列的实验，包括模拟实验和实际生产实验，以验证二冷配水策略的有效性及凝固规律的准确性。

4.2 实验结果分析通过分析实验数据，得出不同二冷配水策略下H型异型坯的凝固过程、表面质量及内部组织结构的变化规律。

连铸DYNACS动态二冷水模型
石振仓;汪洪峰
【期刊名称】《南方金属》
【年(卷),期】2006(000)002
【摘要】DYNACS动态二冷水模型是目前最先进的动态二冷水模型,它通过过程数据的跟踪,铸流温度场的模拟及积分计算,动态调整二冷水量,达到最优的铸坯表面温度控制.
【总页数】3页(P52-54)
【作者】石振仓;汪洪峰
【作者单位】宝钢股份梅山炼钢厂,江苏,南京,210039;宝钢股份梅山炼钢厂,江苏,南京,210039
【正文语种】中文
【中图分类】TG249.7
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1.软件控制连铸动态二冷水模型的分析与研究 [J], 张春雷
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