大方坯连铸二次冷却系统控制研究

论文摘要

大方坯连铸机主要浇铸优质钢和合金钢,如重轨钢、硬线钢、弹簧钢、轴承钢、合金结构钢等重点品种。铸坯冷却则是整个大方坯连铸生产过程中的一个重要环节,它直接影响铸坯的质量和产量。连铸坯内部裂纹、表面裂纹、鼓肚和中心偏析等缺陷的形成都与冷却有着紧密的联系。攀钢主要生产的重轨钢属高碳钢,导热性差,连铸时采用强冷却会增加铸坯内裂的危险性,但冷却强度不足,将造成坯壳发生蠕变而产生鼓肚,形成中心碳偏析,另外含钒重轨钢还具有较强的裂纹敏感性,在连铸过程中,由于钢中微合金化元素钒与碳、氮形成的化合物的析出使钢的脆性增加,在拉矫过程中铸坯易发生表面角部横裂纹。因此,如何确定大方坯连铸机典型钢种合理的冷却控制系统就成为攀钢冶金工业者重点研究的课题。在攀钢2#大方坯连铸机二次冷却控制系统设计中,为了使铸坯在二冷区各点的表面目标温度适度,避开喷淋室的在线测温,开发出了计算机动态控制方法。该系统的基本原理是根据重轨钢的高温延塑性能及铸坯传热的机理模型,计算沿温度方向的热焓,最终得出沿铸流方向铸坯的表面温度和坯壳厚度,由喷淋控制算法根据它与目标温度之差,调整和修正各冷却区的冷却水量,使铸坯表面温度达到设定的最佳温度范围。满足攀钢钢种连铸工艺要求的二次冷却控制系统,保证了连铸坯内部质量和力学性能,满足攀钢后续产品使用铸坯的要求。正式投产使用至今,铸坯合格率达到99.84%,铸坯表面无清理率≥95%,重点品种钢铸坯中心疏松、中心偏析、中心裂纹等指标优异,为2号方坯连铸机的达产达效、产品开发以及技术经济指标的大幅度提高提供了技术保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题的意义
• 1.2 方坯连铸工艺
• 1.2.1 连铸新工艺的发展
• 1.2.2 方坯连铸工艺流程简述
• 1.3 方坯连铸自动化技术的发展与现状
• 1.3.1 中间包钢水液位自动控制
• 1.3.2 结晶器钢水液位自动控制
• 1.3.3 二次冷却水控制
• 1.4 小结
• 第二章 二次冷却水控制模型的建立
• 2.1 二次冷却对铸坯质量的影响
• 2.2 二次冷却区的热平衡
• 2.3 方坯凝固传热数学模型
• 2.3.1 热传导方程
• 2.3.2 模型假设条件
• 2.3.3 定解条件
• 2.3.3.1 初始条件
• 2.3.3.2 边界条件
• 2.3.4 输入输出参数
• 2.3.4.1 输入参数
• 2.3.4.2 输出参数
• 2.4 传热数学模型的算法描述
• 2.4.1 基本计算
• 2.4.1.1 钢的物性参数处理
• 2.4.1.2 液固相线温度处理
• 2.4.1.3 凝固潜热处理
• 2.4.2 离散化算法
• 2.5 二次冷却水动态控制模型
• 2.6 小结
• 第三章 二次冷却控制系统及其实现
• 3.1 引言
• 3.2 2#方坯连铸自动化控制系统的组成
• 3.2.1 基础自动化系统（Level 1）组成
• 3.2.2 过程计算机系统（Level 2）组成
• 3.2.3 工程师站
• 3.2.4 监控服务器及工作站
• 3.3 二次冷却动态控制系统的组成
• 3.3.1 控制原理
• 3.3.2 过程现场总线配置
• 3.3.3 二次冷却控制系统的组成
• 3.3.3.1 主要组成
• 3.3.3.2 控制方式及功能
• 3.4 二次冷却水过程控制
• 3.4.1 二次冷却水流量控制
• 3.4.1.1 手动阀位控制
• 3.4.1.2 自动流量控制
• 3.4.2 控制主模式选择
• 3.4.2.1 “操作员”主模式
• 3.4.2.2 “1 级”主模式
• 3.4.2.3 “2 级”主模式
• 3.4.3 设定点的产生
• 3.4.3.1 操作员设定点
• 3.4.3.2 L1 级设定点
• 3.4.3.3 L2 级设定点
• 3.4.3.4 在“2 级”主模式下的安全功能
• 3.4.4 流总管切断阀
• 3.4.5 冷却曲线的选择
• 3.4.5.1 在开始浇铸前
• 3.4.5.2 换钢种浇铸（大包接缝计数）
• 3.4.6 二次冷却水在不同的操作模式下的控制
• 3.4.6.1 维护模式
• 3.4.6.2 仿真浇铸模式
• 3.4.6.3 送引锭模式
• 3.4.6.4 准备浇铸模式
• 3.4.6.5 浇铸模式
• 3.4.6.6 拉尾坯模式
• 3.4.7 报警极限
• 3.5 二次冷却空气过程控制
• 3.5.1 二次冷却空气压力控制
• 3.5.1.1 手动压力控制
• 3.5.1.2 自动压力控制
• 3.5.2 设定点的产生
• 3.5.2.1 操作员设定点
• 3.5.2.2 L1 级设定点
• 3.5.3 在不同操作模式下的冷却空气调节
• 3.5.3.1 维护模式
• 3.5.3.2 仿真浇铸模式
• 3.5.3.3 送引锭模式
• 3.5.3.4 准备浇铸模式
• 3.5.3.5 浇铸模式
• 3.5.3.6 拉尾坯模式
• 3.6 实际过程数据的采集与处理
• 3.6.1 数据的采集
• 3.6.2 数据的处理
• 3.7 过程计算机系统与基础自动化系统的通讯
• 3.7.1 L1 与L2 的数据交换类型
• 3.7.2 数据交换的协调
• 3.8 小结
• 第四章 生产应用效果
• 4.1 试运行中存在的问题
• 4.2 大方坯连铸二次冷却控制的优化
• 4.2.1 大方坯连铸二次冷却曲线
• 4.2.2 大方坯连铸二次冷却控制的优化方案
• 4.3 二次冷却控制优化后的生产应用效果
• 4.3.1 增大铸坯中心区等轴晶率
• 4.3.2 减轻中心疏松
• 4.3.3 改善中心偏析
• 4.3.4 减轻中心缩孔
• 4.3.5 减轻中心裂纹
• 4.3.6 减轻中间裂纹
• 4.3.7 减轻角部裂纹
• 4.4 小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献