板坯連鑄機(jī)二次冷卻控制技術(shù)應(yīng)用

周偉

摘要：伴隨著艱難的市場環(huán)境和連鑄技術(shù)的發(fā)展，能夠降低坯生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的高效連鑄技術(shù)越來越成為鋼鐵企業(yè)應(yīng)對市場考驗的有效措施。鋼鐵企業(yè)致力于研究高效生產(chǎn)技術(shù)，以標(biāo)準(zhǔn)時間管理為突破口，加快生產(chǎn)速度，實現(xiàn)轉(zhuǎn)爐煉鋼的優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)。但是，由于鋼鐵企業(yè)低碳鋼板的截面較小，連鑄機(jī)的能力無法有效發(fā)揮，成為提高煉鋼能力的制約環(huán)節(jié)。為了實現(xiàn)煉鋼過程中的產(chǎn)能平衡，有必要進(jìn)一步提高鑄造速度。但是，隨著鑄造速度的提高，連鑄帶來了新的困難問題，容易導(dǎo)致爐膛表面缺陷，甚至爆發(fā)。因此，有必要從實際情況出發(fā)研究高速連鑄的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：板坯連鑄機(jī);二次冷卻;控制技術(shù);應(yīng)用

引言

自20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)致力于板坯連鑄機(jī)的自主設(shè)計和研發(fā)創(chuàng)新，緊追國際板坯連鑄機(jī)的先進(jìn)水平，在板坯連鑄機(jī)的核心技術(shù)方面取得了突破性的進(jìn)展，隨著2007年具有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)晶器液壓振動的順利投產(chǎn)，以及具有創(chuàng)新特色的結(jié)晶器專家系統(tǒng)、二冷水動態(tài)控制模型、動態(tài)輕壓下模型及鑄坯連續(xù)彎曲和連續(xù)矯直的輥列設(shè)計等連鑄機(jī)專有核心技術(shù)的相繼問世。

1二次冷卻水量波動對鑄坯質(zhì)量的影響

在高溫鋼水的凝固成形過程中，冷卻強度的控制是這一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。冷卻速度過快會導(dǎo)致板坯提前硬化，給扇形段矯直帶來困難，給拉矯電機(jī)帶來過大負(fù)荷，嚴(yán)重時可能損壞設(shè)備;然而，當(dāng)冷卻強度不夠時，板坯外殼不能及時散熱，導(dǎo)致板坯表面變薄變軟。在內(nèi)部液態(tài)鋼水的垂直壓力作用下，可能會引起板坯局部變形，內(nèi)部鋼水由于扇形體的反復(fù)擠壓而間歇地沖回結(jié)晶器，造成結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面波動，嚴(yán)重影響澆鑄速度，甚至造成漏鋼事故。冷卻水閥門調(diào)整的頻率和每次開度調(diào)整的比例直接影響冷卻水水量的穩(wěn)定，而二次冷卻水的不穩(wěn)定也會導(dǎo)致鑄坯質(zhì)量出現(xiàn)“鼓肚”、“臺階”、“梯形”等問題。因此，二冷水自動調(diào)節(jié)設(shè)備的平穩(wěn)運行是連鑄車間板坯質(zhì)量的關(guān)鍵。

2二次冷卻水控制技術(shù)

2.1自學(xué)習(xí)模式

自學(xué)習(xí)模式是在連鑄機(jī)維修時測試二冷卻自動配水的循環(huán)過程，目的用于檢驗二冷卻水系統(tǒng)的自動調(diào)節(jié)能力。在二冷水執(zhí)行自學(xué)習(xí)時，系統(tǒng)會分別執(zhí)行不同的目標(biāo)水流量，當(dāng)實際水流量達(dá)到目標(biāo)值時，系統(tǒng)便得到與水流量對應(yīng)的水壓力值（即參考值）。測試完所有的目標(biāo)水流量后，系統(tǒng)會把對應(yīng)的水壓力值數(shù)據(jù)保存起來，同時在主控室HMI上顯示。當(dāng)鑄機(jī)澆鋼過程中，系統(tǒng)會不斷檢驗每個二冷水回路的水壓力，如果當(dāng)前水壓力和自學(xué)習(xí)測試的參考水壓力的差別比較大，主控室HMI上就會產(chǎn)生報警，提示操作工二次冷卻水回路有異?！，F(xiàn)場出現(xiàn)幾次連鑄機(jī)二冷水流量正常，但水壓力卻遠(yuǎn)低于參考值，系統(tǒng)自動產(chǎn)生報警。雖然水流量正常但水壓力低，因此及時排查故障，通過檢查發(fā)現(xiàn)二冷水前幾回路有水管開裂漏水，這意味著冷卻水沒有進(jìn)入到噴嘴上，而是漏掉了，對板坯質(zhì)量及事故發(fā)生有極大威脅，處理完隱患后水壓恢復(fù)正常，避免板坯質(zhì)量事故發(fā)生。

2.2凝固模式

使用VAI凝固模擬軟件，研究了在高拉速條件下二冷水流量與液芯長度的關(guān)系，確定了高拉速條件下的靜態(tài)二冷水表。拉速為2.0m/min時，總的二冷比水量為1.105L/kg鋼。在二冷水各段分布方面，特意增加了高溫段的二冷水分配比，結(jié)晶器足輥和彎曲段的比水量占總比水量的50%。在生產(chǎn)過程中，常常會出現(xiàn)彎曲段水流量達(dá)不到靜態(tài)水表要求的情況，主要是由于彎曲段噴嘴型號太小，為此，對彎曲段的噴嘴進(jìn)行了改造，選用大型號的噴嘴，大大增加了彎曲段水流量的滿足率。

2.3動態(tài)控制模式

根據(jù)自行開發(fā)的板坯連鑄機(jī)凝固傳熱計算模型，采用空氣-水霧化冷卻進(jìn)行二次冷卻，二次冷卻區(qū)劃分為九個區(qū)。同時采用沿板坯寬度方向的寬度控制，實現(xiàn)板坯表面和液芯溫度的優(yōu)化控制，有效減少微合金鋼等裂紋敏感鋼的角裂，實現(xiàn)無缺陷板坯的生產(chǎn)。二次冷卻控制模式分為水表控制和動態(tài)模型控制兩種形式。水表有三種類型：強、中、弱。水表只是鋼等級和鑄造速度的函數(shù)。對于連鑄過程中的不穩(wěn)定因素，如鋼水溫度變化、澆鑄速度變化、聲速變化、爆破預(yù)測過程中澆鑄速度緊急下降等。，水表控制方法難以抑制這些因素對地表溫度的影響。動態(tài)模型控制可以實時跟蹤連鑄生產(chǎn)的實際情況，包括不同鋼等級、不同板坯截面、中間包溫度等。實現(xiàn)冷卻水的動態(tài)控制，然后充分考慮工藝目標(biāo)控制溫度，動態(tài)調(diào)整最優(yōu)規(guī)則水量。因此，模型控制可以限制上述不穩(wěn)定因素對冷卻效果的影響，最大限度地降低表面溫度的波動，盡可能實現(xiàn)正確的過程控制，實現(xiàn)高效生產(chǎn)和提高板坯質(zhì)量的目的。二次冷卻的動態(tài)控制模型可以實時跟蹤連鑄機(jī)的生產(chǎn)狀態(tài)，通過模型計算跟蹤整個鑄造電流的溫度場，然后根據(jù)要求優(yōu)化二次冷卻各冷卻區(qū)的水流。該模型可擴(kuò)展為新鋼品種，實現(xiàn)動態(tài)配水與一流水表的無縫切換。

3提高連鑄二次冷卻系統(tǒng)穩(wěn)定性措施

在鑄機(jī)實際生產(chǎn)過程中，為了保證二次冷卻配水穩(wěn)定可靠執(zhí)行，針對發(fā)生的各類故障，制定了合理改進(jìn)措施和方法。（1）二冷卻水總管閥前增加壓力表，與閥后壓力進(jìn)行對比，實時監(jiān)控二冷水壓力變化情況。同時取消此總管壓力的澆鑄主要條件報警，轉(zhuǎn)為澆鑄次要條件報警，避免總管壓力表堵塞造成鑄機(jī)停機(jī)事故。（2）將二冷水流量檢測信號分別從鑄機(jī)現(xiàn)場遠(yuǎn)程柜中，直接移位到PLC室控制柜中。由于PLC室環(huán)境良好，溫度恒定濕度低，避免因環(huán)境不好造成信號丟失或不準(zhǔn)現(xiàn)象。改造后避免以前因二冷水信號異常造成鑄機(jī)主要條件丟失而導(dǎo)致鑄機(jī)停機(jī)事故。

結(jié)束語

當(dāng)水平段和扇形段底部內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的蒸汽能夠及時有效地被新增的小型排蒸系統(tǒng)排除時，可適當(dāng)降低原有排蒸系統(tǒng)在水平段外側(cè)的吸風(fēng)量，從而可使原有主排蒸風(fēng)機(jī)集中排除扇形段上部及密閉室中的蒸汽，這樣可減小主排蒸風(fēng)機(jī)的負(fù)荷，在不增加甚至減小主排風(fēng)機(jī)風(fēng)量和功率的情況下，仍能有效保證整體排蒸效果，相比于只從外側(cè)吸風(fēng)的排蒸方案，大大節(jié)省設(shè)備初投資和運行費用。

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