新技术新工艺 ２０１１年第ｏ４期ｌ轻一工一设－计
二冷动态配水在莱钢２＃板坯连铸中的应用
宁伟’ 刘伟涛
’ （１、山东莱钢炼钢厂，山东莱芜２７１１０４ ２、中冶连铸北京冶金技术研究院，北京１０００８１）
摘要：莱钢银山型铜原２＃连铸机采用参数法进行二冷自动配水，在热换中包和水口等操作中，由于拉速变化，水量波动较大， 容易造成设备故障和铸坯质量问题。经过对原有铸机进行改造，采用二冷动态配水，解决了在非稳定生产情况下存在的问题，铸
坯质量得到了较大提高。本文介绍所采用的动态配水模型。 关键词：板坯连铸机；二次冷却；动态配水
１前言
莱钢型钢２＃老连铸机是２００４年７月投产的常规板坯连铸机，
铸坯的二次冷却采用参数控制。参数控制的思路是根据浇铸钢种的
特性，找出要使铸坯（若干控制点）表面温度符合目标温度时各冷却 段水量的控制参数Ａ、Ｂ、Ｃ，建立符合Ｑ＝ＡＶ ＋ＢＶ＋Ｃ二次方程式的 水量控制模型。这里Ａ、Ｂ、ｃ是储存于智能仪表（ＰＬＣ）的参数，Ｖ是
拉坯速度，Ｑ是各回路冷却水量【１Ｉ。在实际应用中，如果拉坯变化不
大，这种控制方式可以将铸坯温度控制在目标温度附近，能够保证 铸坯内部质量。但这种控制为静态控制，只能适用于拉速相对稳定
的情况。在热换中包和水口等过程中，拉速从正常值降到零或低拉
速，各个冷却区的水量会同时减小。但是，此时铸坯表面温度还较 高，在内部钢水静压力的作用下，铸坯会产生鼓肚变形，导致铸坯内
部产生裂纹和偏析；鼓肚变形还会增加拉坯阻力，造成设备故障。为 了解决减速过程中的问题，莱钢技术人员在生产实践中摸索出一套
工艺参数，采用人工控制，在热换中包过程中逐步降低拉速，逐步降 低各个冷却区的水量。这种控制方式人为因素较多，不能很好地控
制生产，不能有效地保证铸坯质量。经过两年的生产实践，发现该连
铸机不能满足产量和质量的要求，为了提高产量和铸坯质量，２００７ 年１０月，对老铸机进行了改造，采用了新的二冷动态配水技术。
铸坯角部横裂产生的原因及应对措施
板坯可以在表面上观察到纵向裂纹，在尾部观察到中线裂纹。要了解板坯中的角裂纹及孔隙，必须用沿板坯边部进行火焰切割处理，切割出50mm宽，2〜3mm深的槽。在检查板坯的裂纹时，在高强低合金钢(HSLA)、包晶钢、中碳钢中发现了角部横裂，但是在低碳铝镇静钢中却很少发现裂纹。包晶钢含有Nb,因此，角裂的百分比极高。虽然在板坯的疏松边发现了角部横裂，但板坯中的大多数裂纹出现在板坯的固定边。几乎板坯中所有的角部横裂纹与振动痕迹方向一致。在出厂前，必须对板坯中的角裂纹和针孔进行处理。处理板坯中出现的裂纹将增加产品成本，降低生产能力，耽误产品出厂日期。经过火焰切割后的板坯样品送到米塔尔研究实验室进行分析，以便确定其中角部横裂纹的发生原因。为减少角部横裂纹，米塔尔公司LazaroCardenas(MSLC)的操作人员、维修人员、技术人员组成了一支精干的团队，以降低板坯角部横裂纹的发生。
裂纹起因
当铸流表面遭受到热力应变、机械力应变或相变时，若该应变量超过了铸件材料的最大应变值，板坯就会发生横裂。在下列条件下板坯可能产生裂纹：(1)铸流表面温度下降至低延展区以下，拉伸应变导致铸件产生裂纹。(2)结晶器上热收缩应变引起板坯内部热断裂，产生裂纹。(3)结晶器上或结晶器附近所施加的外力引起表面热拉裂。
产品的延展性低是出现裂纹的主要原因。影响板坯横裂的因素还包括化学作用。减小温差，降低震动是避免板坯裂隙发生的主要措施。
角部裂分析对板坯切削样本(削痕深度2〜3mm)进行化学成分分析的结果如表1。在这种钢中发现了严重的角部裂纹，主要原因是该种钢的Nb、V和C含量高，特别是C对包晶钢非常敏感。理论上讲，Nb(C,N)在1090°C开始析出，当温度下降，析出量快速增长，当温度降低到900C时主要析出物为V(C,N)，温度进一步下降到800C时，晶间继续析出。众所周知，在温度降低过程中，Nb基及V基析出物沿奥氏体晶粒边界析出。事实上，晶核阻碍其析出，实际的析出温度还要低些，而且，由于处在低温高饱和条件，突然析出发出声响。大量析出物的出现软化了奥氏体晶粒边界，而且当板坯在弯曲拉应力作用下，就会沿晶体边界出现裂纹并扩展。
第１８卷第２期 ２００８年４月 安徽冶金科技职业学院学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｖ￣ｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｔｅｃｌｍｏｌｏｇｙ Ｖ０１．１８．Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２００８
板坯连铸机二冷水自动化控制的实现
朱康林
（安徽冶金科技职业学院自动控制系 安徽马鞍山２４３ＯＯＯ）
摘 要：介绍了板坯连铸机二冷水自动化控制数学模型的建立，以及随铸坯钢种、断面尺寸和拉速变化对各回路水量的实 时控制。 关键词：连铸；二冷水；计算机控制
中图分类号：ＴＰ２７３：ＴＧ２３３．６文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—９９９４（２００８）０２—００２３—０２
连铸机二冷区是连铸坯冷却唯一可控制的区 域，合理地分配和控制冷却水水量，对保证铸坯质
量和提高生产效率有着重要作用。二冷区配水数 学模型是用铸坯表面温度控制法实施冷却水量分
布与动态控制，保证在任一浇注条件下，使冷却水 量随拉速连续变化，且沿拉速方向水量按最佳状态 分布，以控制铸坯表面温度符合目标温度，从而确
保铸坯质量满足工艺要求。
１配水控制数学模型的建立
１．１建模依据 该数学模型采用铸坯温度控制法，其目标温度
分布曲线的设置满足冶炼要求，并在变化趋势上符 合铸坯凝固传热的一般规律，同时也与实际表面温
度分布一致。 １．２数学模型 根据铸坯实际断面尺寸，并考虑到冷却的对称
性，取铸坯的１／４断面为研究对象，如图１所示。 在限定的条件下，建立传热微分方程。根据确定的
初始条件、边界条件、偏微分方程构成二维非稳态
传热数学模型基本方程组，用有限差分法求解，经 简化后，得到如下差分方程：
： 【
＋ 】［１］（１） ‘ （△ｙ） Ｊ
收稿日期，２００￣一０４—１８ 作者简介：朱康林（１９６４一），安徽冶金科技职业学院自动控制系，工 程师。 式中：．Ｄ一各相的密度，ｋｇ／ｍ；
日一转换热焓，Ｊ；
。一钢的热导系数，Ｗ／ｍ・ｋ；
虱劲Ｉ主呈瞥 疆ＤＣＳ系统
板坯连铸二冷配水模型及控制策略研究
王明毅，李俊，饶俊国，程浩
（安阳钢铁集团公司冷ｔｌ，－￣程指挥部，河南安阳４５５０００）
［摘要］ 针对安钢板坯连铸二冷配水优化与控制问题，
通过仿真验证了该复合控制系统的可行性。
关键词ＢＰ神经网络模糊控制二冷配水Ｍａｔｌａｂ
０引言 建立一个ＢＰ神经网络和模糊控制相结合的复合控制系统，并
安钢二炼轧＃１连铸机由德国公司承建，由于外方没
有提供动态二冷配水模型，因此其动态配水功能一直没能
得到充分发挥，尤其是在换新钢种时，必须由工艺人员运
用经验公式计算出一份静态配水表。为改善现状，本文结
合安钢连铸机实际，找出配水计算方法，并利用现场采集
的数据，建立一个基于ＢＰ神经网络的温度预测模型。
１系统概述
安钢板坯连铸控制系统为多级分散式控制系统，分为
两级：一级是由电气、仪表系统组成的基础自动化级，主
要完成生产线的控制、监视与数据采集；二级是以过程计
算机为中心的过程控制级，主要完成模型计算、材料跟
踪、数据设定、操作指令与打印生产报表等功能。安钢板
坯连铸控制网络如图１所示。
ＰＬＣ系统 一级工控机系统 －＝氅 望…………… 图１ 安钢板坯连铸控制网络图
目前，安钢二炼轧＃１连铸机的动态配水模型还不完
善，仍使用静态配水模式，即通过计算得出不同拉速下的
二冷水量来制定配水表。
连铸弧型段自上而下共有９段，二冷水的控制回路分
为１３组。设定流量值传人ＰＬＣ后，由ＰＬＣ控制每组控制
回路的调节阀来实现控制目标。
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：２０１３－０１—２４
作者简介：王明毅（１９７２一），电气工程师，从事电气管理与维护工作。
５２ｌ ＷＷＷ．ｃｈｉｎａｅｔ．ｎｅｔ Ｉ电工技术 根据工艺及介质参数、钢种热物性参数、设备和铸坯等进
行运算，输出不同钢种、不同断面尺寸下的回路配水系数
ａ 、ｂ 、 再根据拉速、流量间的关系来确定配水量的。
