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连铸机二冷水自动控制系统

文均、刘卫标、李会祥、粟小琴

昆钢重装集团维检中心

摘要：炼钢厂3＃、4＃连铸机二冷水系统的升级改造，通过增加二冷水自动控制功能、采

用PID控制调节阀，实现了对水量的精确控制，获得铸坯最佳冷却效果，满足了生

产工艺需要，降低了漏钢率，提高了铸坯外形质量。

关键词:二冷水、拉速、配水模型、PID调节

1引言

＃

炼钢厂3#、4连铸机建于2003年，机型为三机三流全弧形二点矫直小方坯

连铸机。从浇注到成材需要经过两次水冷却，即一次冷却和二次冷却。一次冷却

是由结晶器来完成，这个阶段的目的是使钢水在结晶器内冷却形成坯壳，然后钢

坯进入二冷区，二次冷却水在整个连铸生产阶段是非常重要的，它的冷却效果直

接影响着钢坯的质量。由于原来二冷水流量固定不可调节，没有跟随拉速变化，

近年来随着股份公司品种钢的开发，在生产优钢过程中，由于二次冷却控制不当，

出现了一些铸坯缺陷：如内部裂纹、铸坯菱变（脱方)、铸坯鼓肚、表面裂纹。

原有的二冷水流量固定配水方式已不能满足工艺需要，达不到最佳的冷却效果，

严重影响了钢坯的质量.鉴于这一原因，必须采用二冷水动态调节,获得最佳冷却

效果。

2二冷水的工艺简介及控制思路

连铸机在生产过程中，钢水从中间包到结晶器（一冷）冻结成型,在引锭杆

的牵引下钢坯进入二冷环节的冷却，然后到拉矫机，经火切机切割后输出钢坯.

整个工艺品过程钢水从1500度的液态变成700度方钢坯。对于高效连铸而言,

二冷水的配置是否合理，是钢坯生产较为关键的因素,直接关系到铸坯质量的优

劣，合理的冷却制度是杜绝铸坯内部裂纹的关键工艺要素。良好的二冷模式应具

有以下特点：有助于铸坯内部质量乃至表面质量的提高；能延长二次冷却区设备

的使用寿命；用水量少；满足生产效率的要求。二冷水的控制方式根据现场实际

工艺要求（包括钢种、规格、质量等要求)，理论上确定沿浇铸方向预测凝固厚

度梯度和温度分布变化，用拉速来控制冷却水的流量。控制过程如下图：

#

炼钢厂3#、4连铸机改造后二次冷却水分三段进行水量的比例配水控制，即

足辊段、Ⅰ段、Ⅱ段。三段均为水雾冷却且依据内外弧和两侧边分别配水，水量

随拉速的变化是不间断均匀变化的.每一个冷却段使用一个流量计和一个调节

阀，在调节阀后分管直至分水器，通过分水器再分成内外弧和左右两侧喷淋管。

3二冷水控制数学模型的实现

二冷水动态模型控制是指在任一浇注条件下，使冷却水量跟随拉速连续变化,

且沿拉速方向按最佳状态分布，以控制铸坯表面温度符合设定的目标温度，从而

获得良好的铸坯质量。

3.1配水模型基本公式

运用拉速相关控制法,也称水表法、比水量法或比例控制法，属于一级控制。

即以拉速为控制参数，根据拉速V的大小来决定冷却水量Q的大小。通常采用

i

以下公式计算冷却水量：

2

Q=A*V+B*V+C(1）

iiii

3

式中：Q--冷却水量,m；

V—-拉速，m/min；

ABC-—是由钢种和铸坯断面尺寸等各项因素所确定的系数；

、、

i——冷却段序号，i=1、2、3；

3。2控制原理

在中包钢水温度相对稳定的条件下，采用闭环控制方式。该控制是使二冷区

各段水量随拉速的变化而变化。是对不同钢种、不同断面尺寸的铸坯，在不同的

拉速下进行模型运算,从而得到不同拉速下二冷区各段的配水量，经回归得到相

应的水量与钢坯拉速的关系，如式(1）.该控制系统根据这一关系，实现二冷区

各段对铸坯冷却的最佳配水。系统的原理框图如图1所示.

拉速数学+SP流量流量调温度调铸坯表

模型-PV调节器节对象节对象