二冷水自动控制系统.doc

连铸机二冷水自动控制系统
文均、刘卫标、李会祥、粟小琴
昆钢重装集团维检中心
摘要:炼钢厂3#、4#连铸机二冷水系统的升级改造,通过增加二冷水自动控制功能、采用PID控制调节阀,实现了对水量的精确控制,获得铸坯最佳冷却效果,满足了生产工艺需要,降低了漏钢率,提高了铸坯外形质量。
关键词: 二冷水 、拉速、配水模型、PID调节
1 引言
炼钢厂3#、4#连铸机建于2003年,机型为三机三流全弧形二点矫直小方坯连铸机。从浇注到成材需要经过两次水冷却,即一次冷却和二次冷却。一次冷却是由结晶器来完成,这个阶段的目的是使钢水在结晶器内冷却形成坯壳,然后钢坯进入二冷区,二次冷却水在整个连铸生产阶段是非常重要的,它的冷却效果直接影响着钢坯的质量。由于原来二冷水流量固定不可调节,没有跟随拉速变化,近年来随着股份公司品种钢的开发,在生产优钢过程中,由于二次冷却控制不当,出现了一些铸坯缺陷:如内部裂纹、铸坯菱变(脱方)、铸坯鼓肚、表面裂纹。原有的二冷水流量固定配水方式已不能满足工艺需要,达不到最佳的冷却效果,严重影响了钢坯的质量。鉴于这一原因,必须采用二冷水动态调节,获得最佳冷却效果。
2 二冷水的工艺简介及控制思路
连铸机在生产过程中,钢水从中间包到结晶器(一冷)冻结成型,在引锭杆的牵引下钢坯进入二冷环节的冷却,然后到拉矫机,经火切机切割后输出钢坯。整个工艺品过程钢水从1500度的液态变成700度方钢坯。对于高效连铸而言,二冷水的配置是否合理,是钢坯生产较为关键的因素,直接关系到铸坯质量的优劣,合理的冷却制度是杜绝铸坯内部裂纹的关键工艺要素。良好的二冷模式应具有以下特点:有助于铸坯内部质量乃至表面质量的提高;能延长二次冷却区设备的使用寿命;用水量少;满足生产效率的要求。二冷水的控制方式根据现场实际工艺要求(包括钢种、规格、质量等要求),理论上确定沿浇铸方向预测凝固厚度梯度和温度分布变化,用拉速来控制冷却水的流量。控制过程如下图:
炼钢厂3#、4#连铸机改造后二次冷却水分三段进行水量的比例配水控制,即足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段。三段均为水雾冷却且依据内外弧和两侧边分别配水,水量随拉速的变化是不间断均匀变化的。每一个冷却段使用一个流量计和一个调节阀,在调节阀后分管直至分水器,通过分水器再分成内外弧和左右两侧喷淋管。
3 二冷水控制数学模型的实现
二冷水动态模型控制是指在任一浇注条件下,使冷却水量跟随拉速连续变化,且沿拉速方向按最佳状态分布,以控制铸坯表面温度符合设定的目标温度,从而获得良好的铸坯质量。
配水模型基本公式
运用拉速相关控制法,也称水表法、比水量法或比例控制法,属于一级控制。即以拉速为控制参数,根据拉速V的大小来决定冷却水量Qi的大小。通常采用以下公式计算冷却水量:
Qi=Ai*V2+Bi*V+Ci (1)
式中:Q——冷却水量,m3;
V——拉速,m/min;
A、B、C——是由钢种和铸坯断面尺寸等各项因素所确定的系数;
i——冷却段序号,i=1、2、3;
控制原理
在中包钢水温度相对稳定的条件下,采用闭环控制方式。该控制是使二冷区各段水量随拉速的变化而变化。是对不同钢种、不同断面尺寸的铸坯,在不同的拉速下进行模型运算,从而得到不同拉速下二冷区各段的配水量,经回归得到相应的水量与钢坯拉速的关系,如式(1)