CN102380597B

CN102380597B - 板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法

Info

Publication number: CN102380597B
Application number: CN201110333405.3A
Authority: CN
Inventors: 肖学文; 毛敬华; 王水根; 冯科
Original assignee: CISDI Engineering Co Ltd
Current assignee: CISDI Engineering Co Ltd; CISDI Shanghai Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102380597A

Abstract

本发明公开了一种板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法，包括：1）在板坯矫直区以前设有若干个二冷区段；2）通过计算机建立板坯二维凝固传热的仿真模型；3）利用此二维凝固传热仿真模型，调整板坯宽面中部喷嘴的选型和布置；4）通过计算机处理，确定边部喷嘴的合理选型和布置；5）利用仿真模型，通过计算确定各宽度规格的板坯的温度分布；6）对置于“开”状态的边部喷嘴回路，利用模型，计算该回路的冷却水流量并依据计算的冷却水流量实施策略冷却，使板坯的表面温度均匀，防止角部过冷，本发明利用仿真模型计算结果，以矫直区板坯边角部温度避开脆性温度范围为目标，可准确确定各边部喷嘴回路的开、关状态，使二冷喷水宽度控制更加准确，防止板坯角部过冷，避免产生裂纹。

Description

板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法

技术领域

本发明涉及应用于冶金过程钢铁材料和其它金属材料的连续浇铸成型领域，具体涉及一种二冷喷水宽度控制的方法。适用于各类型的金属材料在带有弯曲和矫直的连续铸造板坯的过程。

背景技术

在连续铸造板坯的生产过程中，需向板坯表面喷水或压缩空气与水混合喷射对板坯进行二次冷却，即所谓的“二冷”。由于板坯的边角部处于二维传热，冷却较快，加之冷却水与板坯间换热的复杂性，板坯横向上温度的均匀性很难保证，一般板坯边角部温度低于宽面温度，形成边角部过冷现象。这种过冷现象很容易使角部温度进入板坯的脆性温度范围(对于钢来说通常为700-900℃)，此时矫直板坯，很容易使板坯角部产生横裂纹。同时因多种宽度规格的板坯需在同一套连续铸造板坯的设备上生产，所以急需要解决合适的喷水宽度控制问题，以使板坯边角部温度避开脆性温度范围。

目前解决的主要方法是采用使边部喷嘴回路可以单独“开”或“关”的调节***，但至今始终没有一种理论方法来指导在何种情况下边部喷嘴回路应该处于“开”或“关”的状态，以及“开”状态的喷嘴回路应该有多大的冷却水流量，而只能靠人为经验确定。因此，寻求一套具有理论依据的二冷喷水宽度控制方法，对于最大限度地发挥二冷喷水宽度调节***的作用，满足多宽度板坯连铸生产的需要具有十分重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法。能够使二冷喷水宽度控制更加准确，防止板坯角部过冷，避免板坯产生角部裂纹。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

该板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法，包括下列步骤：

步骤1：在板坯矫直区以前设有若干个二冷区段，每个二冷区段均设置可以独立控制其“开”或“关”的中部喷嘴回路和边部喷嘴回路；

步骤2：通过计算机建立板坯二维凝固传热的仿真模型，依据板坯表面冷却水量、板坯角部二维传热对板坯温度的影响，准确模拟实际生产情况计算出板坯横向、纵向上各部位温度分布；

步骤3：利用此二维凝固传热仿真模型，根据初步选定的喷嘴型号和布置，计算板坯各部位的温度分布，以板坯表面温度均匀为目标，调整板坯宽面中部喷嘴的选型和布置；

步骤4：以板坯表面温度均匀为目标，确定边部喷嘴的合理选型和布置；

步骤5：利用此二维凝固传热仿真模型，计算各确定宽度规格的板坯的温度分布；

步骤6：对置于“开”状态的边部喷嘴回路，利用此板坯二维凝固传热仿真模型，计算该回路的冷却水流量，依据计算的冷却水流量实施冷却，使板坯的表面温度均匀，防止板坯边角部的过冷。

进一步，在步骤6中，通过下述策略实现板坯的表面温度均匀：

先假定各冷却区段的边部喷嘴回路置于“开”状态，计算板坯各部位温度，若计算获得的矫直区板坯边角部温度处于板坯的脆性温度范围，则板坯矫直区二冷区段的边部喷嘴回路应置于“关”状态，如果温度高于板坯脆性温度范围，则可置于“开”状态，当矫直区二冷区段的边部喷嘴回路置于“关”状态时计算获得的板坯边角部温度仍然处于板坯的脆性温度范围内时，则继续关闭前一相邻二冷区段的边部喷嘴回路，再进行计算，若计算获得的板坯边角部温度还是处于板坯的脆性温度范围内时，再关闭前一相邻的二冷区段的边部喷嘴回路，直到计算结果显示矫直区板坯边角部温度已经避开了板坯的脆性温度范围为止；

进一步，在步骤3中，对各二冷区段宽面中部喷嘴的选型和布置进行优化的原则是尽可能使获得的板坯表面温度均匀，具体可按如下式所示的离散化温度点的方差最小为基准，优选出最合适的喷嘴布置方式：

。

式中：

为离散化各个节点的温度；

为离散化的温度节点数量；

为所有温度节点的平均温度；

为所有温度节点的方差。

本发明的有益效果是：

本发明利用二维凝固传热仿真模型的计算结果，以矫直区板坯边角部温度避开脆性温度范围为目标，可准确确定各边部喷嘴回路的开、关状态，可不再凭经验确定，使二冷喷水宽度控制更加准确，防止板坯角部过冷，避免板坯产生角部裂纹。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为带弯曲和矫直的连续铸造板坯设备的立面示意图；

图2为喷嘴回路示意图，同为图1中A－A的剖面图；

图3为二冷喷水宽度控制程序流程图。

图中：11~17依次为第一至第七二冷区段、18为矫直区二冷区段、19为结晶器、110为水平区段。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

图1示出的是现有带二冷喷水宽度控制功能板坯连铸机示意图，大致结构包括：矫直区前的各二冷区段(图中共包含8个，实际可视具体情况调整，依次编号为11至18，其中18为矫直区二冷区段)；19为结晶器；110为水平区段；

图2为图1中A－A的剖面图，每个二冷区段两侧均有1个边部喷嘴回路。其中21为边部喷嘴回路，22为中部喷嘴回路，23为边部喷嘴，24为中部喷嘴，25为可生产的板坯宽度范围。

板坯矫直区前的各二冷区段11~18中均包含了图2所示的边部喷嘴回路21与中部喷嘴回路22，且均可单独供水，通过控制边部喷嘴回路21的开、关状态，控制矫直区板坯边角部的温度，防止边角部的温度处在板坯脆性温度范围内进行矫直。

本发明的板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法，具体实施有以下步骤：

步骤2：通过计算机建立板坯二维凝固传热的仿真模型，依据板坯表面冷却水量、板坯角部二维传热对板坯温度的影响，准确模拟实际生产情况计算出板坯横向、纵向上各部位温度分布；同时通过修正边界条件，真实地模拟板坯冷却过程的实际情况，在本发明专利中采用visual basic 6.0程序设计语言开发了具有相应功能的凝固传热仿真软件；

步骤3：利用此二维凝固传热仿真模型，根据初步选定的喷嘴型号和布置，计算板坯各部位的温度分布，以板坯表面温度均匀为目标，调整板坯宽面中部喷嘴的选型和布置；具体包括喷嘴的喷射角、靶距、间距、相邻两排喷嘴错位布置等，优化的原则是尽可能使获得的板坯表面温度均匀，具体可按离散化温度点的方差最小为基准，如式（1）所示，优选出最合适的喷嘴布置方式，

(1)

式中：

为离散化各个节点的温度；

为离散化的温度节点数量；

为所有温度节点的平均温度；

为所有温度节点的方差；

步骤4：如图2所示，以板坯表面温度均匀为目标，优化各二冷区段边部喷嘴21的选型和布置，按照板坯的宽度规格范围25，确定边部喷嘴的喷射角、喷嘴靶距，既要符合最小断面的喷水要求，同时也满足最大断面的冷却需要；

具体而言，步骤6是结合板坯二维凝固传热仿真模型，确定在特定断面宽度下，各二冷区段边部喷嘴回路21的开关状态，当计算获得的矫直区角部温度处于板坯脆性温度范围，则边部喷嘴回路21应处于“关”状态，温度避开脆性温度，则可置于“开”状态。如图3所示，同时结合图1和图2，具体控制策略如下：

将板坯矫直处的二冷区段前（包括矫直区段）的各边部喷嘴回路21（假定有8个边部喷嘴回路，则从矫直处的二冷区段开始依次往上编号为8,7,6…1）置于“开”状态Flag(i)=1(i=1,2…8)，设定各二冷区段边部喷嘴回路初始水量Qinit(i)，同时，将矫直处的二冷区段视为当前区段CurrentZone=8。运用传热模型计算此状态下的板坯温度场，若获得矫直区边角部温度已避开板坯脆性温度范围，则进入步骤；若出现板坯角部温度处于脆性温度范围内，则进入步骤

；

将当前二冷区段CurrentZone的边部喷嘴回路21置于“关”状态Flag(CurrentZone)=0，采用仿真传热模型，计算此时矫直区板坯的边角部温度。若温度依然处于脆性温度范围，则仍保持当前二冷区段的边部喷嘴回路置于“关”状态，同时将当前二冷区段的上一个二冷区段CurrentZone-1置为当前二冷区段，即CurrentZone= CurrentZone-1，循环步骤；若矫直区边角部温度已避开板坯脆性温度范围，则跳出循环进入步骤；

将当前二冷区段CurrentZone的边部喷嘴回路21改置为“开”状态Flag(CurrentZone)=1，给定水量由小到大，可微调角部温度情况，寻找当前二冷区段边部喷嘴回路合适的水量Qset(CurrentZone)。此时，即为适合于该浇铸宽度的二冷喷水宽度的最佳控制点，实现了板坯的表面温度均匀，防止板坯边角部的过冷。

表1为根据上述方法获得的二冷喷水宽度控制方法实例，其中共8个二冷区段，每个二冷区段均设边部喷嘴回路，即表1中1~8边部喷嘴回路，边部喷嘴回路8对应板坯矫直位置。在特定板坯宽度情况下，要获得避开脆性温度的矫直区板坯边角部温度，应使边部喷嘴回路5~8处于关闭状态，同时，寻找边部喷嘴回路4的合适冷却水量，边部喷嘴回路1~3采用初始设定水量。

表1 特定宽度规格板坯的二冷喷水宽度控制参数

边部喷嘴回路	边部喷嘴回路状态	边部喷嘴回路水量
			11二冷区段的21	开	Qinit(1)
12二冷区段的21	开	Qinit(2)
			13二冷区段的21	开	Qinit(3)
14二冷区段的21	开	Qset(4)
			15二冷区段的21	关	0
16二冷区段的21	关	0
			17二冷区段的21	关	0
18二冷区段的21	关	0

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法，其特征在于：包括下列步骤：

步骤3：利用此二维凝固传热仿真模型，根据初步选定的喷嘴型号和布置，通过计算机计算板坯各部位的温度分布，以板坯表面温度均匀为目标，调整板坯宽面中部喷嘴的选型和布置；

步骤4：以板坯表面温度均匀为目标，通过计算机处理，确定边部喷嘴的合理选型和布置；

步骤5：利用此二维凝固传热仿真模型，通过计算机计算确定各宽度规格的板坯的温度分布；

步骤6：对置于“开”状态的边部喷嘴回路，利用板坯二维凝固传热仿真模型，通过计算机计算该回路的冷却水流量并依据计算的冷却水流量实施策略冷却，使板坯的表面温度均匀，防止板坯边角部的过冷；

在步骤6中，通过下述策略实现板坯的表面温度均匀：通过计算机控制预设各冷却区段的边部喷嘴回路置于“开”状态，计算板坯各部位温度，若计算获得的矫直区板坯边角部温度处于板坯的脆性温度范围，则板坯矫直区二冷区段的边部喷嘴回路应置于“关”状态，如果温度高于板坯脆性温度范围，则可置于“开”状态，当矫直区二冷区段的边部喷嘴回路置于“关”状态时计算获得的板坯边角部温度仍然处于板坯的脆性温度范围内时，则继续关闭前一相邻二冷区段的边部喷嘴回路，再进行计算，若计算获得的板坯边角部温度还是处于板坯的脆性温度范围内时，再关闭前一相邻的二冷区段的边部喷嘴回路，直到计算结果显示矫直区板坯边角部温度已经避开了板坯的脆性温度范围为止。

2.根据权利要求1所述的板坯连铸二冷喷水宽度控制的方法，其特征在于：在步骤3中，对各二冷区段宽面中部喷嘴的选型和布置进行优化的原则是尽可能使获得的板坯表面温度均匀，具体可按如下式所示的离散化温度点的方差最小为基准，优选出最合适的喷嘴布置方式：

\min {D (T)} = \min {\frac{1}{n} Σ_{i = i}^{n} {[T_{i} - E (T)]}^{2}},

式中：

T_i为离散化各个节点的温度；

n为离散化的温度节点数量；

E(T)为所有温度节点的平均温度；

D(T)为所有温度节点的方差。