一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的系统和方法.pdf

本发明公开了一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的系统和方法，属于炼钢连铸技术领域，该系统包括初始水流量设定模块、各面平均热流密度计算模块、对称面平均热流密度比较模块、水流量重新设定模块和安全水流量判定模块。本发明可提供更加均匀的结晶器冷却条件，有利于结晶器内钢水的均衡对称传热，同时通过晶器冷却水流量的精细化动态设定，提高结晶器自动化与智能化水平。

权利要求书一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的系统，其特征在于，包括初始水流量设定模块、各面平均热流密度计算模块、对称面平均热流密度比较模块、水流量重新设定模块和安全水流量判定模块；
所述初始水流量设定模块用于根据在浇铸过程中所述板坯的钢种，按所述结晶器的基础水流量值设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量；所述各面平均热流密度计算模块用于分别计算所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值和所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值，然后计算所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值；所述对称面平均热流密度比较模块用于分别计算所述结晶器两窄面之间的平均热流密度值的比值，同时分别计算所述结晶器两宽面之间的平均热流密度值的比值；所述水流量设定模块用于分别重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量；所述安全水流量模块用于判定所述重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量是否在所述结晶器两窄面和两宽面中各面的的安全水流量的范围内。
根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括报警模块，当所述重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量不在所述结晶器两窄面和两宽面中各面的安全水流量的范围内，发出报警信号。
根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括查询模块，所述查询模块用于查询所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量、所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值、所述结晶器两窄面之间的平均热流密度值的比值、所述结晶器两宽面之间的平均热流密度值的比值、重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和报警信号。
根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括显示模块，所述显示模块用于利用图形显示所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量、所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值、所述结晶器两窄面之间的平均热流密度值的比值、所述结晶器两宽面之间的平均热流密度值的比值、重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和报警信号。
一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A按所述结晶器的基础水流量值设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量；
B分别计算所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值和所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值，然后计算所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值，再判断所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值是否在所述结晶器设定的窄宽比预置范围内；
C当所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值在所述窄宽比预置范围内时，计算所述结晶器两窄面之间的平均热流密度值的比值，同时计算所述结晶器两宽面之间的平均热流密度值的比值，然后判断所述两窄面之间的平均热流密度值的比值和所述两宽面之间的平均热流密度值的比值是否均在所述结晶器设定的对称面预置范围内；
D当所述两窄面之间的平均热流密度值的比值和所述两宽面之间的平均热流密度值的比值均在所述对称面预置范围内时，所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量为所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量，当所述两窄面之间的平均热流密度值的比值和/或所述两宽面之间的平均热流密度值的比值不在所述对称面预置范围内时，分别重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量；
E当所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值不在所述窄宽比预置范围内时，分别重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量；
F分别判定所述步骤D中重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和所述步骤E中重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量是否在所述结晶器的安全水流量的范围内；
G当所述步骤D中重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和/或所述步骤E中重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量不在所述结晶器的安全水流量的范围内，重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量，然后重复步骤B至步骤F，直至浇铸结束；
H当所述步骤D中重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和所述步骤E中重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量均在所述结晶器的安全水流量的范围内，重复步骤B至步骤F，直至浇铸结束。
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量中任一一面的水流量不在所述结晶器的安全水流量的范围内，发出报警信号。
根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
查询所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量、所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值、所述结晶器两窄面之间的平均热流密度值的比值、所述结晶器两宽面之间的平均热流密度值的比值、重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和报警信号。
利用图形显示所述结晶器两窄面和两宽面中各面的初始水流量、所述结晶器两窄面的平均热流密度值的平均值与所述结晶器两宽面的平均热流密度值的平均值的比值、所述结晶器两窄面之间的平均热流密度值的比值、所述结晶器两宽面之间的平均热流密度值的比值、重新设定所述结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量和报警信号。
根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述步骤G中，所述重新设定结晶器两窄面和两宽面中各面的水流量的方法如式如式（2）
W′＝0.5×(W+W对称面·ΔT对称面/ΔT)           （2）
其中，W′为重新设定结晶器某一侧面水流量，W为所述结晶器两窄面和两宽面中各面的中任一一面水流量，ΔT为所述结晶器两窄面和两宽面中各面的中任一一面水温升，W对称面为所述结晶器两窄面和两宽面中各面的中所述面的对称面的水流量，ΔT对称面则为所述结晶器两窄面和两宽面中各面的中所述面的对称面的水温升。
根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述窄宽比预置范围为0.91‑1.10。
根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述对称面预置范围为0.96‑1.04。

说明书一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的系统和方法
技术领域
本发明属于炼钢连铸技术领域，特别涉及一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的系统和方法。
背景技术
结晶器是连铸机中最关键的部件，常常被誉为连铸机的“心脏”，其主要的冶金功能为高效率的传热器，把高温钢水的热量迅速地传给冷却水，保证铸坯在出结晶器时有足够的坯壳厚度和强度以抵抗钢水静压力，防止漏钢事故的发生。同时，结晶器传热是连铸坯冷却凝固过程中最重要的环节，它直接影响到铸坯的表面质量和铸机生产率，结晶器内钢水—渣相—铜板—坯壳之间的相互作用是一个复杂的动态过程，相互之间参数的匹配是否合理对铸坯表面质量有决定性影响。
影响结晶器传热的因素有很多，主要包括：钢种、断面、拉速、过热度、结晶器保护渣和倒锥度等工艺参数；结晶器长度、冷却结构分布和铜板厚度等设备参数；以及结晶器冷却水质水温和水流速等介质因素。然而，在实际的板坯连铸生产过程中，基于对安全与稳定生产的原则，结晶器冷却水流量的设定仅考虑到所浇注的钢种，其数值往往偏大，而且在浇注过程中基本不发生变化，但是不合适的结晶器冷却工艺参数常常带来板坯的质量缺陷。例如：结晶器冷却强度过大，造成坯壳收缩量大，导致坯壳产生裂纹；冷却强度过弱，坯壳厚度较薄，出结晶器后容易出现鼓肚现象，造成液面波动大，甚至导致漏钢事故。此外，结晶器对称面热流密度差越大，铸坯纵裂指数也越高：结晶器对称面的冷却水量差达到一定程度就会导致铸坯表面纵裂纹的发生；由于结晶器在使用的过程中会不断地修磨铜板，导致铜板厚度逐渐减小，并且每套铜板再加工量不尽相同，有时会出现内外弧铜板厚度不一致，随内外弧铜板厚度差的增加，纵裂纹比率同样增加。
结晶器冷却水流量的合理设定是实现结晶器冷却工艺精细化的重要方面。从连铸坯凝固的角度来讲，工艺参数的变化能改变连铸坯的凝固状态，以及气温和水温等环境因素的波动也会影响到结晶器实际冷却效果，所以结晶器冷却应该做到根据实际传热效果来加以动态优化控制。特别是随着高效连铸技术的发展以及结晶器漏钢预报系统的不断完善，结晶器冷却也应该像现有的连铸二冷控制一样，逐渐实施动态控制，通过提供均衡高效的结晶器冷却，使初生凝固坯壳均匀稳定的生长，既保证连铸生产的安全性，又能保证铸坯质量的稳定性。迄今为止，对结晶器冷却结构的优化进行了大量的研究，而对冷却工艺和控制方法的研究相对较少，对结晶器动态冷却控制方法未见公开报道。
目前，连铸板坯多为组合式结晶器，四面独立供水，其中：宽面分外弧侧和内弧侧，窄面分左侧和右侧，并且具备自动采集冷却水流量和水温升的能力。以结晶器四个面的冷却水进出水温升、水流量及有效接触面积作为参变量，通过公式1可计算出每一个面的平均热流密度。