D0I:10.13374/i.issm1001-053x.2006.03.019 第28卷第3期 北京科技大学学报 Vol.28 No.3 2006年3月 Journal of University of Science and Technology Beijing Mar.2006 板还连铸二次冷却控制模型 刘颖1)曹天明2)都安民1) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)马鞍山钢铁股份公司，马鞍山243000 摘要以某钢厂连铸生产中的二冷水控制模型为研究重点.在分析工况和合理假设的基础上， 按照传热学理论导出板坯传热微分方程，用数值计算方法求解微分方程，经回归处理后，得出不同 工况下的配水控制模型.仿真实验与生产试验证明了模型是有效的，试验验证的16M钢控制模 型参数可用于指导生产 关键词板坯连铸；二冷水；传热微分方程；控制模型 分类号TF325.1 连续铸钢技术工艺流程为：高温液态钢水经 对流传热的影响，取液相穴的传热系数为固相传 过钢包、中间包，进入结晶器，钢水在结晶器内迅 热系数的4~7倍；(5)各相的密度、传热系数视为 速传热，与结晶器接触的表面温度下降很快，在结 常数；(6)假定结晶器钢水温度与中间包温度相 晶器内形成一定厚度的坯壳，坯壳在拉矫力作用 同；(7)连铸机同一冷却段冷却均匀；(8)沿铸坯厚 下向下运动，进入二冷区.在二冷区，雾化的冷却 度方向分内弧和外弧，以内弧部分为研究对象； 水直接喷在铸坯表面，使铸坯进一步冷却，铸坯在 (9)外弧水量取内弧水量的1.3~1.5倍 二冷区内完成全部凝固任务 爾流 二冷水控制是连铸集散控制系统的重要组成 液面 部分，二冷水的控制质量直接影响铸坯的内部和 外部质量.例如内部裂纹、表面裂纹和铸坯鼓肚 等缺陷均与配水质量有关.目前二冷水的控制方 法主要有人工配水、比例控制、参数控制、温度反 馈控制[12]、理论模型控制[23]以及人工神经网络 控制等，国内主要为人工配水和比例控制.本文 选择了实用的拉速串级配水控制法，探讨了一种 板坯连铸二冷水控制模型，并经过仿真实验与生 产试验得到16Mn钢种的控制模型参数 1一维板还传热微分方程 图1铸还凝固及坐标系 图1是俦坯凝固示意图.设板坏厚度方向为 Fig.1 Solidification and coordinate of a casting blank X轴，宽度方向为Y轴，拉坯方向为Z轴，建立 从结晶器弯月面处沿俦坯中心取一高度为 直角坐标系.考虑到铸坯冷却的对称性，取1/2 dz,厚度为dx,宽度为dy的微元体与铸坯一起 厚度断面为研究对象， 向下运动.按照传热学理论，推导出钢流从顶面 为使推导成为可能，参考前人的研究基础及 带入微元体的热量(dxdy面)，铸坯中心传给微 生产实际，作出如下假设：(1)忽略拉坯方向（垂直 元体的热量(dydz面)，微元体内储存的热量，微 方向)传热；(2)忽略板坯宽度方向传热，简化为一 元体向下运动带走的热量(dxdy面)和微元体侧 维传热；(3)假定液相穴是停滞的；(4)考虑液相穴 面传走的热量(dydz面).然后代入热平衡方程， 收稿日期：2005-0804修回日期：2005-10-19 化简后得41： 作者简介：刘颖(1956一)，女，副教授，硕士第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 劝 。 板坯连铸二次冷却控制模型 刘 颖 ‘ 曹天 明 希体安 民 ‘ 北京科技大学机械工程学院 ， 北京 马鞍山钢铁股份公司 ， 马鞍 摘 要 以某钢厂连铸生产中的二冷水控制模型 为研 究重点 在分析工况 和 合理 假设 的基础 上 ， 按照 传热学理论导 出板坯传热微分方程 ， 用 数值计算方法求解微分方程 ， 经 回归处理后 ， 得 出不 同 工况 下的配水控制模型 仿真实验与生产试验证 明了模型 是 有效的 ， 试验验证 的 钢控制模 型参数可用于指导生产 关键词 板坯连铸 二冷水 传热微分方程 控制模型 分类号 连续铸钢 技术工 艺 流 程 为 高温 液 态钢水 经 过钢包 、 中间包 ， 进入 结晶器 ， 钢水在结 晶器 内迅 速传热 ， 与结 晶器接触的表 面温度下 降很快 ， 在结 晶器 内形成一 定厚度 的坯 壳 ， 坯 壳在拉 矫 力 作用 下 向下运动 ， 进入二冷 区 在二冷 区 ， 雾化的冷却 水直接喷在铸坯表面 ， 使铸坯进一步冷 却 ， 铸坯在 二冷 区 内完成全部凝 固任务 二冷水控制是连铸集散控制系统的重要组成 部分 ， 二冷水 的控制 质量直 接影 响 铸坯 的 内部 和 外部 质 量 例 如 内部 裂 纹 、 表 面裂 纹 和 铸 坯鼓 肚 等缺 陷均与配水质量有关 目前二冷水 的控制方 法主要 有人 工 配 水 、 比例控制 、 参数控制 、 温 度反 馈控制〔‘一 、 理论模型控制〔 一 以及人工 神经 网络 控制等 国 内主要 为人工 配水和 比例控制 本文 选择 了实用 的拉速 串级 配 水 控制法 ， 探 讨 了一 种 板坯连 铸二冷 水控制 模 型 ， 并经过 仿真 实验 与 生 产试验得 到 钢种 的控制模型参数 对流传热 的影 响 ， 取液 相穴 的传热 系数 为 固相 传 热 系数的 一 倍 各相 的密度 、 传热 系数视为 常数 假 定 结 晶 器 钢水 温 度与 中间包 温 度 相 同 连铸机 同一冷 却段冷却均 匀 沿铸坯厚 度 方 向分 内弧 和 外弧 ， 以 内弧 部分 为研 究对 象 外弧水量取 内弧水量 的 一 倍 钢流 愈 关 一维板坯传热微分方程 图 是铸坯凝 固示 意 图 设板 坯厚度方 向为 轴 ， 宽度方 向 为 轴 ， 拉 坯 方 向为 轴 ， 建 立 直角坐标 系 考虑 到 铸 坯 冷 却 的对 称性 ， 取 厚度断面为研究对象 为使推导成 为 可 能 ， 参考 前 人 的研 究基 础 及 生产实际 ， 作 出如下假设 忽略拉坯方 向 垂直 方 向 传热 忽略板 坯宽度方 向传热 ， 简化为一 维传热 假定液相穴 是停滞的 考虑液相 穴 收稿 日期 刃 刃 修 回 日期 一 一 作者简介 刘 颖 一 ， 女 ， 副教授 ， 硕士 哈姗串 图 铸坯凝固及坐标系 山 从结 晶器 弯 月 面 处 沿 铸 坯 中心 取 一 高 度 为 二 ， 厚度为 ， 宽 度 为 的微 元 体 与 铸 坯 一 起 向下运 动 按 照 传热学 理 论 ， 推导 出钢 流 从 顶 面 带入微 元 体 的热 量 二 面 ， 铸 坯 中心 传给微 元体 的热量 二 面 ， 微 元 体 内储存 的热量 ， 微 元体 向下运动带走 的热 量 面 和 微 元 体侧 面传走 的热量 面 然后代入 热平衡方 程 ， 化 简后得 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2006．03．019