首钢板坯连铸二冷水动态控制的模型建立与实现

摘要

连铸机的二次冷却对铸坯质量至关重要。其他工艺条件不变时，二冷强度增加及拉坯速度的提高，都可以提高铸机的生产率；但同时，二冷参数配置不当是导致铸坯产生各种质量缺陷的主要原因之一。二次冷却方法有静态控制和动态控制，其中动态控制能很好的适应变拉速的情况，将铸坯温度控制在合理范围内。随着计算机性能和自动化水平的日益提高，动态二冷配水已经广泛应用于连铸生产线，对于提高铸坯质量起到了巨大作用。
　　 本课题以首钢二炼钢板坯连铸机为研发基础，通过对板坯连铸凝固传热数学模型的理论研究，先对其静态配水进行分析，并在此基础上设计了二冷水表和二冷动态配水软件，对其生产工艺参数进行优化。
　　 在传热数学模型上，采用数值法对方程进行求解。模型根据数据库中存储的钢种的热物性参数、拉速、冷却水量、中间包温度计算铸坯温度与凝固状态。
　　 动态配水模型以坯龄法为基础，坯龄法是将连铸坯分为众多单元切片，分别对各个切片进行跟踪，根据切片的生成时间进行配水的方法。根据模拟和现场实验证明，坯龄模型能较好地在变拉速条件下控制铸坯表面温度的波动。此外动态配水中还采用目标温度控制法对水量进行校正，进一步减小了铸坯表面温度波动。
　　 在传热数学模型与坯龄模型的基础上，开发了动态配水软件。此软件包含离线模式与在线模式，利用离线模式设计了水表，并用于现场生产。在线模式将动态配水应用于生产。该软件不仅提供良好的用户界面和方便的数据库管理，还能详细记录生产过程中各类参数，有利于对铸机的生产运行状态进行分析和工艺优化。
　　 结果表明离线模型所设计的水表能满足铸坯质量的要求，动态配水能较好适应变拉速的情况，使温度控制在合理范围内。这对于提高铸坯质量和新钢种的配水设计与评价都有其现实意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 连铸及其控制技术的发展概述

1.2 连铸二次冷却控制技术的历史与发展趋势

1.3 课题的背景和意义

1.4 本文主要工作

第二章 连铸二冷工艺与建模问题

2.1 连铸工艺简介

2.2 二次冷却的基本概念

2.3 二冷水动态控制建模问题

第三章 连铸二冷动态控制模型研究

3.1 连铸坯的凝固传热的研究

3.1.1 结晶器的凝固传执

3.1.2 二冷区的凝固传执

3.1.3 空冷区的凝固传执

3.2 二次冷却的控制方法

3.2.1 冷却制度的选择

3.2.2 二冷配水方式

3.3 假设条件

3.4 连铸坯凝固传热方程

3.5 连铸坯凝固传热方程的求解

3.5.1 求解方法的选择

3.5.2 有限差分法介绍

3.5.3 模型的离散化

3.5.4 差分方程

3.5.5 差分方程的稳定性和收敛性

3.6 计算中的物性参数选择及处理

3.6.1 钢的液、固相温度

3.6.2 比热容与凝固潜执

3.6.3 密度p

3.6.4 传热系数

3.6.5 二冷区综合传热系数

3.6.6 结晶器的热流密度

3.7 二冷水量控制方法介绍

3.7.1 拉速相关控制

3.7.2 “坯龄”模型

3.7.3 静态配水表的设计

3.7.4 静态水表的检验

第四章 连铸二冷动态控制模型的软件开发

4.1 概述

4.2 相关技术介绍

4.2.1 OPC接口技术介绍

4.2.2 ControlLogix控制器介绍

4.2.3 ControlNet简介

4.3 软件功能设计

4.4 二冷动态模型程序设计

4.4.1 通讯程序设计

4.4.2 离线二维凝固传热模型程序设计

4.4.3 在线一维凝固传热模型的程序设计

4.4.4 坯龄模型计算程序设计

4.4.5 二冷水量计算程序设计

4.4.6 动态配水控制模型程序设计

4.4.7 起停浇PLC控制程序

4.4.8 数据库的设计

4.4.9 历史数据的存取

4.4.10 人机界面的设计

第五章 连铸二冷控制模型的实现

5.1 模型的现场运行分析

5.1.1 计算模型温度与现场实测温度的比较

5.1.2 配水对铸坯质量的影响比较

5.2 影响铸坯凝固的主要因素分析

5.2.1 拉速的影响

5.2.2 二冷水量的影响

5.2.3 钢水过热度的影响

第六章 结束语

6.1 二冷动态控制配水模型主要功能总结

6.2 系统有待改进之处

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文