一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法及系统

【技术领域】

本发明涉及连铸工艺技术领域，尤其涉及一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法及系统。

背景技术：

目前，连铸机二冷动态配水主要分为两种模式，一是静态配水，即冷却水和拉速直接关联，二冷水量随拉速的提高而增加，静态配水没有考虑铸坯的热滞后状态，非稳态浇注时(拉速变化时)铸坯的表面温度会发生明显的升温或降温。二是动态配水，其基本思想是以奥钢联提出的坯龄模型为基础，将铸坯分解成若干微小切片，上部切片经过一定时间转移到下部，即对下部切片的铸坯温度产生影响；动态配水通过设定各冷却区出口的表面温度，采用坯龄模型反算出铸坯各冷却区所需要的冷却水量，解决了非稳态浇注下铸坯温度的波动问题。

动态二冷配水是2000年以后发展起来，2008年后在国内迅速发展。国外较为成熟的是奥钢联和西马克研发的二冷动态配水模型；国内中冶京城、中冶赛迪以及中冶连铸等冶金设计院相继也开发了二冷动态配水模型，并陆续在各自设计的连铸机上投入使用。目前，二冷动态配水是以目标温度为基础设定各个冷却区的二冷水量，但是此方法尽管解决了铸坯表面温度波动问题，但是并不能保证铸坯内部组织生长状态。

因此，有必要研究一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法及系统来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法及系统，以铸坯内部组织稳定生长，减轻甚至消除内部组织缺陷为原则，是连铸方坯动态配水二冷水量设定的新方法，使二冷动态配水模型结果更真实，优化了二冷配水模型工艺。

一方面，本发明提供一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法，所述方法包括以下步骤：

s1：通过实验获取铸坯生长各个区域的凝固指数；

s2：建立连铸坯凝固传热模型搭建的二冷配水模型；

s3：根据s1中结果推算得到铸坯浇铸时各个冷却区的目标凝固指数；

s4：通过s2中二冷配水模型和s3中计算结果，反算出各冷却区目标水量；

s5：通过s4中反算出的各冷却区目标水量来控制各个冷却区的实际水量，将实际水量信号发给现场plc，由plc控制执行器，完成冷却水量的控制；

其中s1和s2顺序不固定。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1具体包括以下步骤：

s12：对所取试样进行可观测处理；

s13：将处理后的试样放在低倍显微镜下观察，测量铸坯各个区域二次枝晶间距sdas：

s14：根据测量铸坯各个区域的二次枝晶间距sdas，确定铸坯生长各个区域的凝固指数g^m/rⁿ；

其中g为铸坯内凝固前沿的温度梯度，k/m；r为铸坯凝固前沿的凝固速率，m/s，m为凝固前沿温度梯度指数，n为凝固前沿凝固速率指数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s13中可观测处理包括以下步骤：

s121：对所取试样进行打磨、抛光后用饱和苦味酸溶液侵蚀；

s122：侵蚀过的试样用大量清水清洗后用砂纸轻轻打磨掉表面的碳膜；

s123：清洗干净后，表面喷上无水乙醇，用吹风机吹干。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s3具体包括以下步骤：

s31：根据建立的铸坯凝固传热模型，通过铸坯凝固温度场得到凝固前沿的温度梯度以及凝固速率，计算得到铸坯二冷区的凝固指数g^m/rⁿ；

s32：根据铸坯各个区域的凝固指数g^m/rⁿ和铸坯生长规律，推算出连铸机二冷区的目标凝固指数g^m/rⁿ。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s4具体为：根据实验确定的凝固指数g^m/rⁿ推算出连铸机各个冷却区的凝固指数，以g^m/rⁿ为目标凝固指数，二冷动态配水模型根据目标凝固指数g^m/rⁿ反算出各冷却区目标水量，完成二冷水量的设定。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s1中还包括s15：对典型钢种铸坯的内部组织进行分析，获取钢种参数。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述s2中二冷配水模型通过钢种参数、连铸工艺参数和s14中铸坯生长各个区域的凝固指数g^m/rⁿ建立。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种连铸方坯二冷水量的动态控制系统，所述动态控制系统包括：

凝固指数获取模块，用于通过实验获取铸坯生长各个区域的凝固指数；

二冷配水模型建立模块，用于建立连铸坯凝固传热模型搭建的二冷配水模型；

目标凝固指数计算模块，用于根据凝固指数获取模块中的结果推算得到铸坯浇铸时各个冷却区的目标凝固指数；

冷却区目标水量计算模块，用于通过二冷配水模型和目标凝固指数，反算出各冷却区目标水量；

冷却水量控制模块，通过通过s4中反算出的各冷却区目标水量来控制各个冷却区的实际水量，将实际水量信号发给现场plc，由plc控制执行器，完成冷却水量的控制。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

(1)本发明的连铸方坯二冷动态配水设定二冷水量的方法是以目标凝固指数控制二冷水量，相比较传统目标温度控制二冷水量，此种设定二冷水量的方法，能保证铸坯内部组织稳定生长，减轻内部组织缺陷；

(2)通过实验确定铸坯不同区域的凝固指数作为目标凝固指数，更加适应不同钢种生产对二冷动态配水水量控制的需要，使二冷水量的设定更加合理。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明一个实施例提供的方法功能实现过程示意图；

图2是本发明一个实施例提供的方法中测量铸坯二次枝晶间距曲线图；

图3是本发明一个实施例提供的方法中铸坯不同区域的凝固指数曲线图；

图4是本发明一个实施例提供的方法中不同二冷配水方式铸坯低倍对比图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

本发明提供一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

s1：通过实验获取铸坯生长各个区域的凝固指数；

s2：建立连铸坯凝固传热模型搭建的二冷配水模型；

s3：根据s1中结果推算得到铸坯浇铸时各个冷却区的目标凝固指数；

s4：通过s2中二冷配水模型和s3中计算结果，反算出各冷却区目标水量；

s5：通过s4中反算出的各冷却区目标水量来控制各个冷却区的实际水量，将实际水量信号发给现场plc，由plc控制执行器，完成冷却水量的控制；

其中s1和s2顺序不固定。

所述s1具体包括以下步骤：

s12：对所取试样进行可观测处理；

s13：将处理后的试样放在低倍显微镜下观察，测量铸坯各个区域二次枝晶间距sdas：

s14：根据测量铸坯各个区域的二次枝晶间距sdas，确定铸坯生长各个区域的凝固指数g^m/rⁿ；

其中g为铸坯内凝固前沿的温度梯度，k/m；r为铸坯凝固前沿的凝固速率，m/s，m为凝固前沿温度梯度指数，n为凝固前沿凝固速率指数；

s15：对典型钢种铸坯的内部组织进行分析，获取钢种参数。

所述s13中可观测处理包括以下步骤：

s121：对所取试样进行打磨、抛光后用饱和苦味酸溶液侵蚀；

s122：侵蚀过的试样用大量清水清洗后用砂纸轻轻打磨掉表面的碳膜；

s123：清洗干净后，表面喷上无水乙醇，用吹风机吹干。

所述s3具体包括以下步骤：

s31：根据建立的铸坯凝固传热模型，通过铸坯凝固温度场得到凝固前沿的温度梯度以及凝固速率，计算得到铸坯二冷区的凝固指数g^m/rⁿ；

s32：根据铸坯各个区域的凝固指数g^m/rⁿ和铸坯生长规律，推算出连铸机二冷区的目标凝固指数g^m/rⁿ。

所述s4具体为：根据实验确定的凝固指数g^m/rⁿ推算出连铸机各个冷却区的凝固指数，以g^m/rⁿ为目标凝固指数，二冷动态配水模型根据目标凝固指数g^m/rⁿ反算出各冷却区目标水量，完成二冷水量的设定。

所述s2中二冷配水模型通过钢种参数、连铸工艺参数和s14中铸坯生长各个区域的凝固指数g^m/rⁿ建立。

本发明还提供一种连铸方坯二冷水量的动态控制系统，所述动态控制系统包括：

凝固指数获取模块，用于通过实验获取铸坯生长各个区域的凝固指数；

二冷配水模型建立模块，用于建立连铸坯凝固传热模型搭建的二冷配水模型；

目标凝固指数计算模块，用于根据凝固指数获取模块中的结果推算得到铸坯浇铸时各个冷却区的目标凝固指数；

冷却区目标水量计算模块，用于通过二冷配水模型和目标凝固指数，反算出各冷却区目标水量；

冷却水量控制模块，通过通过s4中反算出的各冷却区目标水量来控制各个冷却区的实际水量，将实际水量信号发给现场plc，由plc控制执行器，完成冷却水量的控制。

实施例1：

1.测量二次枝晶间距(sdas)

首先对2.5m/min拉速下72a钢种连铸条件下，160×160断面铸坯表层到内部各个区域进行取样，如图2(a)所示，所取试样打磨、抛光后用饱和苦味酸溶液侵蚀，侵蚀过的试样用大量清水清洗后用砂纸轻轻打磨掉表面的碳膜，清洗干净后，表面喷上无水乙醇，最后用吹风机吹干。将若干试样放在低倍显微镜下观察，测量铸坯各个区域的二次枝晶间距(sdas)，如图2(b)所示。

2.确定连铸机二冷区的目标凝固指数

根据测量铸坯各个区域的二次枝晶间距(sdas)，确定铸坯生长各个区域的凝固指数g^1.8/r，其中g为铸坯内凝固前沿的温度梯度，k/m；r为铸坯凝固前沿的凝固速率，m/s，铸坯各个区域的凝固指数g^1.8/r可以根据铸坯生长规律推算出连铸机二冷区的目标凝固指数g^1.8/r，铸坯不同区域的凝固指数曲线图如图3所示。

3：二冷水量的设定

建立铸坯凝固传热模型，根据铸坯凝固温度场得到凝固前沿的温度梯度以及凝固速率，计算得到铸坯二冷区的凝固指数g^1.8/r。根据实验确定的凝固指数g^1.8/r推算出连铸机各个冷却区的凝固指数g^1.8/r为目标凝固指数，二冷动态配水模型根据目标凝固指数g^1.8/r反算出各冷却区目标水量，完成二冷水量的设定，凝固指数控制二冷区水量如表1所示。

4：水量执行方式

各个二冷区的目标水量控制各个二冷区的实际水量，将实际水量信号发送给现场plc，由plc控制执行器完成水量的设定，不同二冷配水方式铸坯低倍对比结果如图4所示。

表1

以上对本申请实施例所提供的一种连铸方坯二冷水量的动态控制方法及系统，进行了详细介绍。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

如在说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求书当中所提及的“包含”、“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含/包括但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”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。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求书的保护范围内。