方坯連鑄數(shù)學模型及質量控制研究.pdf

1、本文以東北大學與首鋼的合作研究課題“全自動高效小方坯連鑄機關鍵技術與設備的研究與開發(fā)”為背景，以提高連鑄坯質量為目標，針對方坯連鑄機過程級控制系統(tǒng)中的主要控制模塊進行研究與開發(fā)，主要工作如下:
　　(1)針對首鋼小方坯連鑄機實際情況，進行連鑄計算機控制系統(tǒng)的軟、硬件構成整體設計;建立了三類數(shù)據(jù)庫，即歷史數(shù)據(jù)庫、實時數(shù)據(jù)庫、管理數(shù)據(jù)庫，共57個表，1000多個數(shù)據(jù)項，編制了人機交互界面，為方坯連鑄的過程控制模塊提供數(shù)據(jù)基礎。

2、　　(2)研究了小方坯連鑄過程中的自動開澆和結晶器液位控制方法，構建了用于控制液位的PID控制方法，并通過生產實驗對其進行了驗證。介紹了弧形小方坯連鑄機塞棒全自動開澆系統(tǒng)，系統(tǒng)模仿人工開澆過程，設定自動開澆動作，并通過生產實驗優(yōu)化開澆參數(shù)。
　　(3)開展了方坯連鑄溫度場軟件的算法研究與程序開發(fā)工作，并將軟件應用于小方坯連鑄機，對模型的準確性進行了校核。該模型考慮了由于結晶器部位氣隙的形成，橫、縱向熱流密度變化具有不均勻性，給出了

3、與氣隙有關的結晶器傳熱模型。同時軟件還具有二冷區(qū)各冷卻回路目標水量的反算功能。該模型可用來優(yōu)化連鑄工藝參數(shù)，為進一步開發(fā)在線控制模型（例如二冷水在線控制模型、在線質量預報模型）提供了基礎。實例計算表明，計算結果與生產實測數(shù)據(jù)吻合較好，證明了理論模型是實用可靠的。
　　(4)針對方坯連鑄機，開展了基于熱傳輸理論的方坯連鑄二次冷卻區(qū)各冷卻段水量控制方法的研究與程序開發(fā)工作，對于不同的生產條件，給出了拉速、過熱度的水量調節(jié)法（經驗模型法

4、）、帶水量補償?shù)膭討B(tài)調節(jié)法等在線控制方法。實例計算表明，采用水量補償?shù)目刂品〞@得比經驗模型法更好的控制效果，表面溫度的波動明顯減小。
　　(5)通過在二冷數(shù)據(jù)庫中添加新案例，提出一種智能配置二冷水量的方法，該方法克服了二冷控制過程中存在的非線性、參數(shù)時變、大滯后等因素帶來的困難，案例庫中的數(shù)據(jù)來源于熱傳輸模型的離線計算。如果案例庫中沒有檢索到有效參考案例，在線采用經驗模型法進行二冷水量的計算，經離線溫度模型的計算后，將新案例錄入

5、案例庫中，以實現(xiàn)離線模型的在線控制。實驗結果表明，該智能配水法控制效果優(yōu)于經驗模型法，并有效克服計算結果滯后等的控制難題，表明所提出的連鑄二冷智能配水方法的有效性。
　　(6)結合小方坯經常出現(xiàn)的內裂紋缺陷，分析了缺陷成因及對鑄坯質量的影響，確定內裂紋缺陷評判函數(shù)，針對不同鋼種對不同質量缺陷等級的要求制定出生產規(guī)則。收集連鑄生產工藝參數(shù)，對小方坯內部裂紋判定結果進行離線驗證，結果表明:系統(tǒng)最終判定結果與傳熱模型的計算結果基本吻合。