一种连铸机钢水浇铸顺序的控制方法技术

本发明专利技术提供一种连铸机钢水浇铸顺序的控制方法，从炼钢连铸生产车间的三级制造执行系统获取生产数据；建立数学模型，描述生产过程的工艺和钢水浇铸顺序的控制方案；以基本工艺约束为依据，制定钢水浇铸顺序的预控制方案；优化制定的钢水浇铸顺序的预控制方案，将其转化为生产指令下发给二级过程控制系统，二级过程控制系统执行生产。本发明专利技术通过数学模型描述连铸生产过程中的工艺特征，采用智能优化算法决策钢水浇铸顺序，使得连铸生产系统处于最优的工作状态，从而保证机组稳定运行，均衡生产，提高产品质量和钢水收得率，提高设备利用率，缩短生产周期和提高生产效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于冶金自动控制
，特别涉及。
技术介绍
连铸工艺的生产过程为将二次精炼后的钢水运至回转台，回转台转动到浇铸位置后，将钢水从钢包注入中间包，中间包再由水口将钢水分配到各个结晶器中去。中间包是连铸生产的一个关键设备，既是钢包与结晶器之间的缓冲容器，也是有效的冶金反应器，使用中间包的目的是将钢水分配到多流连铸机的每个结晶器，储存一定量的钢水，实现多炉钢水连续浇铸。结晶器是连铸机的另外一个关键设备，它使铸件成形并迅速凝固结晶。拉坯矫直机与结晶振动装置共同作用，将结晶器内的铸件拉出，经冷却、电磁搅拌后，切割成一定长度的铸坯。同传统的模铸生产工艺相比，连铸生产工艺可以对多炉钢水进行连续浇铸， 从而大大提高生产效率和铸坯质量。在连铸生产中，引锭杆每引锭一次(开浇)称为一个浇次。由于受到中间包使用寿命、以及钢级和铸坯规格的多样性影响，连铸机连续生产到一定炉数后会停止而重新开始新的浇次。在开始新的浇次时，需要对连铸机进行清理，同时需要对关键设备-中间包和结晶器进行更换，而这一过程往往需要2-3个小时。因此，从提高连铸机的生产效率角度而言，希望尽量多炉钢水在同一个浇次内连续浇铸，从而减少中间包和结晶器更换次数，提高设备利用率，减少铸坯切头切尾损耗，提高钢水收得率。然而，在连铸生产中，实现上述目标是一件极为复杂的工艺优化技术问题，需要考虑连铸生产过程中的多个工艺影响因素。铸坯的厚度和宽度由结晶器的形状决定，为了适应生产多种规格铸坯的需要，结晶器的厚度和宽度可以调节。由于结晶器的厚度由固定侧挡板决定，而固定侧挡板在浇铸过程中无法调节，结晶器厚度只能离线(停机)调节。这一工艺限制要求同一浇次内不同炉次的钢水只能铸出同一厚度的铸件。结晶器宽度由活动侧挡板决定，活动侧挡板既可以离线调节也可以在线多次分小步向内或向外移动来调节。但是，结晶器宽度在线调节过程中，当调宽幅度太大时，容易引发漏钢的安全隐患。因此，为确保安全生产，连铸工艺限制结晶器在线调宽幅度不能超过一个安全限定值。这一工艺限制又要求同一浇次内不同炉次的钢水所铸出铸件的预定宽度差值在限定范围内。此外，结晶器在线调宽时，将铸出梯形板坯，而梯形板坯切割矫正为合格板坯将导致物料损失。在连铸生产工艺中，通常允许化学成分(钢级)相近的钢水在同一浇次内连续浇铸而不需停机，这种生产情形称为异钢级连浇。当相同钢级的炉次不足以耗费一个中间包寿命时，则需要更多异钢级炉次在同浇次内连浇从而提高浇次连浇炉数，充分发挥设备利用率。从这个角度而言，采用异钢级连浇模式具有积极的意义，包括提高了连铸生产效率；减少中间包的使用数量，从而降低了中间包耐火材料的消耗；同时减少了烘烤中间包的煤气消耗，节约了能源。但是，异钢级炉次连浇时，如果相邻两个炉次之间的钢级化学成分差异较小，则会产生交接坯，交接坯应该判给低质钢，这样就出现以优充次所带来的附加质量成本；如果相邻两个炉次之间的钢级化学成分差异较大，则需实施插铁板工艺，产生的交接部分必须切除，导致钢水收得率降低；如果相邻两个炉次之间的钢级化学成分差异非常大，为保证铸坯质量，就需要停机清理，重置新的浇次。另外，炼钢车间的连铸生产系统通常包含多台连铸机，如何均衡各铸机的负荷使得整个生产系统的作业效率达到最佳也是需要考虑的要素之一。很显然，上述影响连铸系统的生产效率的各要素都同各炉次钢水在各连铸机的浇铸顺序密切相关。因此，在当前生产设备硬件条件下，如何优化设定钢水在各连铸机的浇铸顺序是提高连铸机生产效率的一条有效途径。目前的技术手段主要是依靠人工经验，采用手动操作的方式设定钢水在连铸机上的浇铸顺序。这种方式属于一种定性化手段，依赖于主观意识，缺乏合理性和科学性。因此，通过对连铸生产工艺过程的深层次分析，采用定量化科学计算的方法来设定炉次在连铸机上浇铸顺序，对优化连铸生产工艺具有十分重要的眉、ο
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供来提高连铸机作业效率，采用数学模型定量化描述连铸生产过程，采用智能优化算法决策钢水浇铸顺序，使得在当前设备条件下连铸生产系统处于最优的工作状态，从而保证机组稳定运行，提高产品质量和钢水收得率，提高设备利用率，缩短生产周期和提高生产效率。本专利技术所提出的连铸机钢水浇铸顺序的控制方法包括以下步骤步骤1 获取生产过程工艺数据，包含以下数据项，每炉钢水的炉次号、钢级、首宽 (第一块铸坯宽度)、尾宽(最后一块铸坯宽度)、铸坯厚度、钢水精炼方式、钢水重量；从炼钢连铸生产车间的二级过程控制系统(U)获取工艺数据，包括连铸机数目，连铸机结晶器厚度范围，连铸机结晶器宽度范围及在线调整规则，中间包寿命和结晶器寿命，钢级拉速度；步骤2 建立生产过程的工艺特征和钢水浇铸顺序联系的描述方式，以数学模型描述生产过程工艺特征与钢水浇铸顺序的联系，具体包括1)将生产数据和工艺数据以及数据间的关联关系映射为数学模型的参数；2)将连铸生产过程中钢水浇铸顺序方案映射为数学模型决策变量；3)将连铸生产过程的工艺限制客观映射为数学模型约束条件；4)将连铸生产过程中优化的工艺指标映射为数学模型目标函数。步骤3 以基本工艺约束为依据，制定钢水浇铸顺序的预控制方案；步骤4 优化步骤3制定的钢水浇铸顺序的预控制方案；以步骤2所建立的数学模型为依据，采用禁忌搜索算法或变邻域搜索算法对步骤 3制定的钢水浇铸顺序的控制方案进行改进，优化连铸生产过程各项工艺指标；优化后的钢水浇铸顺序的控制方案转化为生产指令下发给二级过程控制系统，二级过程控制系统执行生产。本专利技术步骤2所述的将生产数据和工艺数据以及数据间的关联关系映射为数学模型的参数的过程如下1. 1)对于任意炉次i，按照式(1)计算其浇铸时间、8本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种连铸机钢水浇铸顺序的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤１：获取生产过程工艺数据；步骤２：建立生产过程的工艺特征和钢水浇铸顺序联系的描述方式；步骤３：以基本工艺约束为依据，制定钢水浇铸顺序的预控制方案；步骤４：以描述方式为依据，优化连铸生产过程各项工艺指标，改进预控制方案，设定钢水浇铸顺序控制方案；所述步骤１获取生成过程工艺数据，包括：从炼钢连铸生产车间的三级制造执行系统ＭＥＳ获取以下数据项，每炉钢水的炉次号、钢级、首宽、尾宽、铸坯厚度、钢水精炼方式、钢水重量；从炼钢连铸生产车间的二级过程控制系统获取工艺数据，包括连铸机数目，连铸机结晶器厚度范围，连铸机结晶器宽度范围及在线调整规则，中间包寿命和结晶器寿命，钢级拉速度；所述步骤２建立生产过程的工艺特征和钢水浇铸顺序联系的描述方式，以数学模型描述生产过程工艺特征与钢水浇铸顺序的联系，具体包括：１）将生产数据和工艺数据以及数据间的关联关系映射为数学模型的参数，其具体过程如下：１．１）对于任意炉次ｉ，计算其浇铸时间ｔｉ；（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｔ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｆｒａｃ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）Ｑ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｏ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｏ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｈ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｏ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｅ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｗ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｅ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｈ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｅ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）＆ｒｈｏ；（／ｍｉ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｆｒａｃ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）１（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，Ｑｉ为炉次ｉ的钢水重量，ｖｏ为奇流浇铸速度，ｗｏ为奇流结晶器宽度，ｈｏ为奇流结晶器厚度，ｖｅ为偶流浇铸速度，ｗｅ为偶流结晶器宽度，ｈｅ为偶流结晶器厚度，ρ为钢水密度取７．６吨／ｍ３；１．２）对任意两个需要插铁板工艺的炉次ｉ和ｊ，计算插铁板工艺对钢水浇铸的影响时间τｉｊ：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｔａｕ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）４（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）０．８（／ｍｎ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ＯｖｅｒＢａｒ；（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）４（／ｍｎ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）０．４（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ＯｖｅｒＢａｒ；（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｏ）＋（／ｍｏ）?（ｍｎ）４（／ｍｎ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）０．４（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆ＯｖｅｒＢａｒ；（／ｍｏ）?（／ｍｏｖｅｒ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｎ）２（／ｍｎ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）其中，ｖｉ为炉次ｉ的浇铸拉速，ｖｊ为炉次ｊ的浇铸拉速，对任意两个不需要插铁板工艺的炉次ｉ和ｊ，τｉｊ＝０；１．３）计算中间包更换过程对钢水浇铸的影响时间：（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｂ）?（ｍｉ）＆ｘｉ；（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｉｊ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｂ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｎ）６（／ｍｎ）?（ｍｏ）－（／ｍｏ）?（ｍｎ）０．８（／ｍｎ）?（ｍｏ）／（／ｍｏ）?（ｍｏｖｅｒ）?（ｍｉ）ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ）＆Ｏｖｅｒ...

【技术特征摘要】
1. 一种连铸机钢水浇铸顺序的控制方法，其特征在于包括如下步骤 步骤1 获取生产过程工艺数据；步骤2 建立生产过程的工艺特征和钢水浇铸顺序联系的描述方式； 步骤3 以基本工艺约束为依据，制定钢水浇铸顺序的预控制方案； 步骤4 以描述方式为依据，优化连铸生产过程各项工艺指标，改进预控制方案，设定钢水浇铸顺序控制方案；所述步骤1获取生成过程工艺数据，包括从炼钢连铸生产车间的三级制造执行系统 MES获取以下数据项，每炉钢水的炉次号、钢级、首宽、尾宽、铸坯厚度、钢水精炼方式、钢水重量；从炼钢连铸生产车间的二级过程控制系统获取工艺数据，包括连铸机数目，连铸机结晶器厚度范围，连铸机结晶器宽度范围及在线调整规则，中间包寿命和结晶器寿命，钢级拉速度；所述步骤2建立生产过程的工艺特征和钢水浇铸顺序联系的描述方式，以数学模型描述生产过程工艺特征与钢水浇铸顺序的联系，具体包括(1)将生产数据和工艺数据以及数据间的关联关系映射为数学模型的参数，其具体过程如下(1.1)对于任意炉次i，计算其浇铸时间ti ；! (y0w0h0+vewehe)P ‘其中，Qi为炉次i的钢水重量，V0为奇流浇铸速度，W0为奇流结晶器宽度，h。为奇流结晶器厚度，\为偶流浇铸速度，I为偶流结晶器宽度，、为偶流结晶器厚度，P为钢水密度取 7. 6 吨 /m3 ；(1. 2)对任意两个需要插铁板工艺的炉次i和j，计算插铁板工艺对钢水浇铸的影响时间、■ry. =4-0.8/17 + 4(^.-0.4)2/ν+4(ν;-0.4)2/ν ,(2)其中，Vi为炉次i的浇铸拉速，\为炉次j的浇铸拉速，7 =化+^)/2，对任意两个不需要插铁板工艺的炉次i和j，τ ij = 0 ；(1.3)计算中间包更换过程对钢水浇铸的影响时间 ^y. = 6 - 0.8 / ν + 4(vt - 0.4)2 / ν + 4(v; - 0.4)2 / ν ,(3) 其中，Vi为换前旧中间包内最后一...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐立新，汪恭书，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89