板坯连铸机二次冷却控制技术应用

周伟

摘要：伴随着艰难的市场环境和连铸技术的发展，能够降低坯生产成本、提高产品质量和生产效率的高效连铸技术越来越成为钢铁企业应对市场考验的有效措施。钢铁企业致力于研究高效生产技术，以标准时间管理为突破口，加快生产速度，实现转炉炼钢的优质生产。但是，由于钢铁企业低碳钢板的截面较小，连铸机的能力无法有效发挥，成为提高炼钢能力的制约环节。为了实现炼钢过程中的产能平衡，有必要进一步提高铸造速度。但是，随着铸造速度的提高，连铸带来了新的困难问题，容易导致炉膛表面缺陷，甚至爆发。因此，有必要从实际情况出发研究高速连铸的关键技术。

关键词：板坯连铸机;二次冷却;控制技术;应用

引言

自20世纪90年代以来，国内致力于板坯连铸机的自主设计和研发创新，紧追国际板坯连铸机的先进水平，在板坯连铸机的核心技术方面取得了突破性的进展，随着2007年具有自主知识产权的结晶器液压振动的顺利投产，以及具有创新特色的结晶器专家系统、二冷水动态控制模型、动态轻压下模型及铸坯连续弯曲和连续矫直的辊列设计等连铸机专有核心技术的相继问世。

1二次冷却水量波动对铸坯质量的影响

在高温钢水的凝固成形过程中，冷却强度的控制是这一环节的关键。冷却速度过快会导致板坯提前硬化，给扇形段矫直带来困难，给拉矫电机带来过大负荷，严重时可能损坏设备;然而，当冷却强度不够时，板坯外壳不能及时散热，导致板坯表面变薄变软。在内部液态钢水的垂直压力作用下，可能会引起板坯局部变形，内部钢水由于扇形体的反复挤压而间歇地冲回结晶器，造成结晶器内钢水液面波动，严重影响浇铸速度，甚至造成漏钢事故。冷却水阀门调整的频率和每次开度调整的比例直接影响冷却水水量的稳定，而二次冷却水的不稳定也会导致铸坯质量出现“鼓肚”、“台阶”、“梯形”等问题。因此，二冷水自动调节设备的平稳运行是连铸车间板坯质量的关键。

2二次冷却水控制技术

2.1自学习模式

自學习模式是在连铸机维修时测试二冷却自动配水的循环过程，目的用于检验二冷却水系统的自动调节能力。在二冷水执行自学习时，系统会分别执行不同的目标水流量，当实际水流量达到目标值时，系统便得到与水流量对应的水压力值（即参考值）。测试完所有的目标水流量后，系统会把对应的水压力值数据保存起来，同时在主控室HMI上显示。当铸机浇钢过程中，系统会不断检验每个二冷水回路的水压力，如果当前水压力和自学习测试的参考水压力的差别比较大，主控室HMI上就会产生报警，提示操作工二次冷却水回路有异常。现场出现几次连铸机二冷水流量正常，但水压力却远低于参考值，系统自动产生报警。虽然水流量正常但水压力低，因此及时排查故障，通过检查发现二冷水前几回路有水管开裂漏水，这意味着冷却水没有进入到喷嘴上，而是漏掉了，对板坯质量及事故发生有极大威胁，处理完隐患后水压恢复正常，避免板坯质量事故发生。

2.2凝固模式

使用VAI凝固模拟软件，研究了在高拉速条件下二冷水流量与液芯长度的关系，确定了高拉速条件下的静态二冷水表。拉速为2.0m/min时，总的二冷比水量为1.105L/kg钢。在二冷水各段分布方面，特意增加了高温段的二冷水分配比，结晶器足辊和弯曲段的比水量占总比水量的50%。在生产过程中，常常会出现弯曲段水流量达不到静态水表要求的情况，主要是由于弯曲段喷嘴型号太小，为此，对弯曲段的喷嘴进行了改造，选用大型号的喷嘴，大大增加了弯曲段水流量的满足率。

2.3动态控制模式

根据自行开发的板坯连铸机凝固传热计算模型，采用空气-水雾化冷却进行二次冷却，二次冷却区划分为九个区。同时采用沿板坯宽度方向的宽度控制，实现板坯表面和液芯温度的优化控制，有效减少微合金钢等裂纹敏感钢的角裂，实现无缺陷板坯的生产。二次冷却控制模式分为水表控制和动态模型控制两种形式。水表有三种类型：强、中、弱。水表只是钢等级和铸造速度的函数。对于连铸过程中的不稳定因素，如钢水温度变化、浇铸速度变化、声速变化、爆破预测过程中浇铸速度紧急下降等。，水表控制方法难以抑制这些因素对地表温度的影响。动态模型控制可以实时跟踪连铸生产的实际情况，包括不同钢等级、不同板坯截面、中间包温度等。实现冷却水的动态控制，然后充分考虑工艺目标控制温度，动态调整最优规则水量。因此，模型控制可以限制上述不稳定因素对冷却效果的影响，最大限度地降低表面温度的波动，尽可能实现正确的过程控制，实现高效生产和提高板坯质量的目的。二次冷却的动态控制模型可以实时跟踪连铸机的生产状态，通过模型计算跟踪整个铸造电流的温度场，然后根据要求优化二次冷却各冷却区的水流。该模型可扩展为新钢品种，实现动态配水与一流水表的无缝切换。

3提高连铸二次冷却系统稳定性措施

在铸机实际生产过程中，为了保证二次冷却配水稳定可靠执行，针对发生的各类故障，制定了合理改进措施和方法。（1）二冷却水总管阀前增加压力表，与阀后压力进行对比，实时监控二冷水压力变化情况。同时取消此总管压力的浇铸主要条件报警，转为浇铸次要条件报警，避免总管压力表堵塞造成铸机停机事故。（2）将二冷水流量检测信号分别从铸机现场远程柜中，直接移位到PLC室控制柜中。由于PLC室环境良好，温度恒定湿度低，避免因环境不好造成信号丢失或不准现象。改造后避免以前因二冷水信号异常造成铸机主要条件丢失而导致铸机停机事故。

结束语

当水平段和扇形段底部内侧产生的蒸汽能够及时有效地被新增的小型排蒸系统排除时，可适当降低原有排蒸系统在水平段外侧的吸风量，从而可使原有主排蒸风机集中排除扇形段上部及密闭室中的蒸汽，这样可减小主排蒸风机的负荷，在不增加甚至减小主排风机风量和功率的情况下，仍能有效保证整体排蒸效果，相比于只从外侧吸风的排蒸方案，大大节省设备初投资和运行费用。

参考文献

[1]吴晨辉.板坯连铸二次冷却过程热-力行为研究[D].东北大学，2014.

[2]占贤辉，毛敬华，阎建武，刘芳.特厚板坯连铸机二冷区喷嘴选型与布置[J].钢铁，2014，49（05）：42-46.

[3]毕研然.圆坯连铸动态二冷水控制模型的研究[J].电子世界，2014（08）：236.