一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法技术

本发明专利技术公开了一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，先获取钢液浇铸初始状态相关参数信息，初始化；再对铸流凝固冷却过程进行预估；铸流切片处于第一段末端时，将计算铸流温度与设定的第一段目标温度进行对比，若两者之差小于一定值，则铸流切片进入下一区段进行计算，否则对第一区段的冷却水量Q进行相应调整，并将铸流切片返回第一区段起始位置，重新计算冷却过程，循环该过程直至计算温度与目标温度接近；当二冷段各个区域内铸流凝固过程满足预期目标，且铸流切片运动至整个二冷段末端时，控制过程满足要求，计算结束。本发明专利技术结合具体生产实际，准确的预测钢液在二冷段中的凝固传热过程，为连铸生产提供了可靠判断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于先进工业制造控制
，尤其涉及一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法。
技术介绍
从结晶器中出来的铸流，其外表虽已形成凝固坯壳，但内部仍处于较高温度液态状态，为促使其凝固，因此，在二冷区对其进行强制冷却。冷却过程中，合理的冷却过程对于生成高质量的铸坯十分关键，该过程应遵循相应的冶金准则。此外，在铸坯内钢液临近凝固结束时，对铸坯实施合理的物理挤压亦有助于铸坯内部质量的提高。为了判断冷却过程是否合理，通常将铸流的表面温度作为判断的依据，而实施动态轻压则需及时掌握铸流的凝固末端位置信息。针对上述问题，现已提出了部分解决方案，目前，有部分测温仪可对二冷段内铸流表面温度进行检测，但由于其所处工作环境十分恶劣，仪器的可靠性缺乏保证，增加了使用成本。此外，另有关于铸流凝固过程的检测，可通过射钉试验实现，但该方法属于离线分析手段，仍未解决在线实时检测铸流凝固过程。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，其结合数值计算方法，可及时准确地预测钢液在二冷段内的凝固传热过程，为连铸生产提供了可靠判断。为此，本专利技术提供一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，包括如下步骤：S1、获取钢液浇铸初始状态相关参数信息，初始化；S2、铸流切片从结晶器内出来后，进入二冷段的第一区段；S3、将第一区段中冷却水量换算成热力边界条件，代入铸流传热凝固冷却过程计算，对铸流凝固冷却过程进行预估，计算过程中铸流切片以实时拉速往下运行；S4、铸流切片处于第一区段末端时，将此时的计算铸流温度与设定的第一区段目标温度进行对比，若两者之差小于一定值，则铸流切片进入第二区段进行计算，否则对第一区段的冷却水量Q进行相应调整，并将铸流切片返回第一区段起始位置，重新计算冷却过程，循环该过程直至计算温度与目标温度接近；S5、当二冷段各个区段的铸流凝固过程满足预期目标，且铸流切片运动至整个二冷段末端时，控制过程满足要求，计算结束；S6、将二冷段内铸流坯壳表面温度分布信息和结晶器内凝固坯壳过程信息进行直观展示以实现铸流凝固传热过程可视化。步骤S1中的相关参数包括结晶器冷却水循环量、二冷段各区域冷却水循环量、钢液浇铸温度、拉速和结晶器液位。数值计算时，初始在计算域内沿拉坯方向按一定距离选定铸流切片，切片以相应的实时拉速不断地进入下一切片的位置，最后一切片移出二冷段计算域，同时在弯月面出重新生成铸流切片，二冷段内所有铸流切片的集合共同构成动态的铸流温度场信息。步骤S3中，二冷区总目标喷水量的计算方法为：Q＝a×b×vcast×ρ×δ，其中：Q为二冷区总水量，单位[L/min]；a×b为铸流横断面面积，单位[m2]；vcast为拉速，单位[m/min]；ρ为钢的密度，单位[kg/m3]；δ为比水量(冷却强度)，单位[L/kg]；沿拉坯方向上距结晶器距离越远的位置，铸流坯壳厚度越大，铸坯表面带走的热量越少，要保持铸坯表面温度相对稳定的降低，则相应的二冷段喷淋水量需依次减少；由于铸坯内部液芯的凝固速度与时间的平方根成反比，当拉速一定时，时间与铸坯长度成正比，则二冷区个段水量的分配可根据下式计算： Q 0 : Q 1 : Q 2 : ... : Q n = 1 H 0 : 1 H 1 : 1 H 2 : ... : 1 H n ; ]]>其中：Q＝Q0+Q1+Q2+...+Qn；则二冷区第i段的冷却水量可表示为： Q i = Q × 1 H i 1 H 0 + 1 H 1 + 1 H 2 + ... + 1 H n ; ]]>式中：Q0代表零号段水量，Q1、Q2、…Qn分别代表1、2、…n号段的冷却水量，单位[L/min]；H0、H1、H2、…、Hn分别为二冷段各区中心位置处距离结晶器内钢水弯月面的距离，单位[m]；i代表二冷区段号。通过建立二冷段内铸流的厚度方向上的一维非稳态热传导方程对二冷段内钢液的凝固过程进行预测，所述一维非稳态热传导方程为：其中：ρ为密度，单位[kg/m3]；c为比热，单位[J/(kg*℃)]；T为温度，单位[℃]；λ为导热系数，单位[W/(m*℃)]；x为铸流厚度方向坐标，单位[m]；t为时间，单位[s]；对时间t的偏导数；为对x坐标的偏导数；F(x，t)为内热源函数。通过在二冷区部分段布置一定数量的测温探头，实时检测铸流表面温度，并将测量温度与计算温度进行对比，以验证计算的准确性，当计算值与测量值存在较大偏差时，根据测量值对之前换热系数进行修正。具体实现过程为：通过调整铸流表面的换热系数，将铸流表面测点处计算温度与测量温度相比较，当两者相吻合时，确认此时的换热系数才符合实际要求，该过程换热系数值调整方式如下：hk+1＝hk+Δhk； Δh k = T C - 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取钢液浇铸初始状态相关参数信息，初始化；S2、铸流切片从结晶器内出来后，进入二冷段的第一区段；S3、将第一区段中冷却水量换算成热力边界条件，代入铸流传热凝固冷却过程计算，对铸流凝固冷却过程进行预估，计算过程中铸流切片以实时拉速往下运行；S4、铸流切片处于第一区段末端时，将此时的计算铸流温度与设定的第一区段目标温度进行对比，若两者之差小于一定值，则铸流切片进入第二区段进行计算，否则对第一区段的冷却水量Q进行相应调整，并将铸流切片返回第一区段起始位置，重新计算冷却过程，循环该过程直至计算温度与目标温度接近；S5、当二冷段各个区段的铸流凝固过程满足预期目标，且铸流切片运动至整个二冷段末端时，控制过程满足要求，计算结束。

【技术特征摘要】
1.一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取钢液浇铸初始状态相关参数信息，初始化；S2、铸流切片从结晶器内出来后，进入二冷段的第一区段；S3、将第一区段中冷却水量换算成热力边界条件，代入铸流传热凝固冷却过程计算，对铸流凝固冷却过程进行预估，计算过程中铸流切片以实时拉速往下运行；S4、铸流切片处于第一区段末端时，将此时的计算铸流温度与设定的第一区段目标温度进行对比，若两者之差小于一定值，则铸流切片进入第二区段进行计算，否则对第一区段的冷却水量Q进行相应调整，并将铸流切片返回第一区段起始位置，重新计算冷却过程，循环该过程直至计算温度与目标温度接近；S5、当二冷段各个区段的铸流凝固过程满足预期目标，且铸流切片运动至整个二冷段末端时，控制过程满足要求，计算结束。2.根据权利要求1所述的一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，其特征在于，步骤S1中的相关参数包括结晶器冷却水循环量、二冷段各区域冷却水循环量、钢液浇铸温度、拉速和结晶器液位。3.根据权利要求1所述的一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，其特征在于，在进行步骤S2前，还包括：数值计算时，初始在计算域内沿拉坯方向按一定距离选定铸流切片，切片以相应的实时拉速不断地进入下一切片的位置，最后一切片移出二冷段计算域，同时在弯月面出重新生成铸流切片，二冷段内所有铸流切片的集合共同构成动态的铸流温度场信息。4.根据权利要求1所述的一种连铸过程二冷段内铸流凝固预测与控制方法，其特征在于，步骤S3中，二冷区总目标喷水量的计算方法为：Q＝a×b×vcast×ρ×δ，其中：Q为二冷区总水量，单位[L/min]；a×b为铸流横断面面积，单位[m2]；vcast为拉速，单位[m/min]；ρ为钢的密度，单位[kg/m3]；δ为比水量(冷却强度)，单位[L/kg]；沿拉坯方向上距结晶器距离越远的位置，铸流坯壳厚度越大，铸坯表面带走的热量越少，要保持铸坯表面温度相对稳定的降低，则相应的二冷段喷淋水量需依次减少；由于铸坯内部液芯的凝固速度与时间的平方根成反比，当拉速一定时，时间与铸坯长度成正比，则二冷区个段水量的分配可根据下式计算： Q 0 : Q 1 : Q 2 : ... : Q n = 1 H 0 : 1 H 1 : 1 H 2 : ... : 1 H n ; ]]>其中：Q＝Q0+Q1+Q2+...+Qn；则二冷区第i段的冷却水量可表示为： Q i = Q × 1 H i 1 H 0 + 1 H 1 + 1 H 2 + ... + 1 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勇波，宁利，刘光辉，
申请(专利权)人：湖南千盟物联信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43