Level 3 生产控制级
Level 2 过程控制级
连铸控制模型 铸坯质量判定模型 生产状况监视 快速分析室检化验管理 数据通信
Level 1 基础自动化
Level 0 设备控制级 炼钢工艺过程
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连铸自动化控制技术
总体概述 连铸2级自动化系统 动态二次冷却模型 主要业绩
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连铸二次冷却技术
1 二次冷却控制的目的 为避免铸坯表面冷却不当,可采用气水雾化冷却技术, 使铸坯表面得到大面积喷射,保证整个铸坯表面冷却均匀. 而冷却强度的控制要复杂些.二次冷却水如果局部过 强,可能引起铸坯表面裂纹;过弱则会导致铸坯鼓肚而产生 内部缺陷.因此,要达到适当的冷却强度,合理控制二冷段内 的冷却水流量,是整个连铸二次冷却控制的关键.
连铸主操作室
切割操作室
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2级连铸过程控制系统的目的
通过二次冷却控制模型，提高铸坯质量 通过切割优化和质量判定模型，提高金属收得率 延长设备寿命，降低能源消耗 简化操作，提高劳动效率 对过程数据存储、记录和处理，进一步提高生产水平
冶金自动化控制与管理技术
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2级连铸过程控制系统的功能
Level 3 生产控制系统功能 Level 2 过程控制系统功能 冶炼过程优化
为模型计算准备和 收集相关数据: – 大/中包钢水数据 – 结晶器数据 – 二冷段数据 – 生产计划数据 – 冶炼标准数据 – 等等
数学模型，包括： – 动态冷却模型 – 切割长度优化 – 铸坯质量判定 – 浇铸速度计算
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冶金自动化控制与管理技术
连铸二次冷却技术
2 常规的二次冷却控制 为使铸坯的冶金质量达到最优,最重要的是无论在什 么拉速条件下都能按给定的钢种和铸坯规格得到最恒定的 热分布曲线.理论上讲,严格应用热传导规律就可实现这种 最佳化.但事实上,由于物理和工艺上的限制(如结晶器中的 热交换,辐射,设备的不同等),不可能获得单一的热分布曲线, 而将其确定为机器长度的函数.不同拉速条件下的热分布曲 线对应着不同的冷却水流量的分布.这就是常规控制算法考 虑的基础.即稳态条件下的冷却水流量分布曲线. 常规控制算法是把二次冷却水流量作为浇铸速度与 钢种和铸坯规格的函数关系来进行控制的.其控制依据实际 上是一个控制表,通常称之为"水表".对于不同钢种和铸坯 规格的浇铸都有一个对应的控制水表.在浇铸钢种和铸坯规 格一定时,各控制回路的二冷水流量设定值即可根据拉速进 行插值计算而求得.
Level 3 生产控制级
炼铁
炼钢
热轧
冷轧
硅钢
检化验
Level 2 过程控制级
转炉
精炼
连铸
精整
化验室
Level 1 基础自动化
公用
液面控制
漏钢预报
冷却
切割
喷号
出坯
Level 0 设备控制级 连 铸 工 艺 过 程
冶金自动化控制与管理技术
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炼钢自动化系统组成
Level 4 企业管理级 厂级生产计划管理 生产调度 生产状况监视 质量管理 设备管理 生产计划管理 生产过程数据收集与处理 铁水预处理控制模型 电炉/转炉冶炼模型 二次精炼模型 钢坯库管理 考核指标管理 技术数据统计分析 综合查询、报表
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连铸二次冷却控制水表
钢种 冷却 回路 Iaw Ibw Icw Ⅱfw Ⅱfg Ⅱlw Ⅱlg Ⅲfw Ⅲfg Ⅲlw Ⅲlg Ⅳfw Ⅳfg Ⅳlw Ⅳlg Ⅴw Ⅴg Ⅵw Ⅵg 0.3 220 180 70 105 243 105 243 75 174 60 139 低碳钢 0.4 140 110 30 105 243 105 243 75 174 60 139 0.5 310 250 90 110 261 110 261 85 200 65 155 50 110 50 110 铸坯规格 浇注速度（m/min） 0.6 360 280 100 120 280 120 280 90 210 75 174 60 139 60 116 0.7 410 310 110 130 301 130 301 95 220 75 174 60 139 60 116 0.8 410 310 110 130 301 130 301 95 220 75 174 60 139 60 116 0.9 430 330 120 145 336 145 336 115 266 90 208 85 197 65 150 35 81 1.0 460 360 130 170 392 170 392 135 313 110 255 115 266 75 174 50 116 35 80 1.1 490 410 130 215 498 215 498 145 336 115 266 125 290 90 208 75 174 42 96 210 X 1300
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连铸二次冷却技术
在每个冷却区定义一个或几个特定的点，这些点被 称之为"节点"。对每个节点考虑其附近的单元，利用这些 单元的浇铸速度从配水表中取出一个基本水流量.处于两个 数据对之间的数值采用线性插值计算。 对于最终水流量设定值的确定,数学模型计算还考虑 下列因素： 1) 静态控制 静态控制与常规控制算法相似。它是根据实际的浇 铸速度从配水表中取出该节点的基本水流量，然后根据铸 流宽度和中间包当前的钢水温度来对这个基本水流量进行 修正. 2) 动态控制 对于动态控制，实际的浇铸速度将被该节点的速度 平均值取代，而各回路的水流量设定值计算与静态控制相 类似.
按时间周期处理、 记录生产数据 事件记录和报表 数据长期存储、处 理
人机接口
钢水数据的管理
钢坯数据的管理 生产计划的输入 跟踪信息的监视和 修改 设定值显示
数据通信
与生产控制系统(3级) 通信
与其它过程控制系 统(2级机)通信 与基础自动化系统(1 级)通信 与HMI通信 时间同步
1 二次冷却控制的目的 连铸是钢水凝固成铸坯的过程.该过程包括结晶器一次 冷却和二冷段二次冷却. 结晶器内的冷却目的是形成足够 的坯壳厚度,以支持由内部钢水产生的静压力.二冷段的冷 却目的是使带液芯的铸坯完全凝固,而且不使铸坯产生质量 缺陷.在二冷段,铸坯被带走的热量占整个凝固过程中带走 总热量的60%,由此可见,二冷段的冷却是整个连铸冷却过 程中的重要环节. 二次冷却过程中,直接影响铸坯质量的原因是由于热 应力引起的表面裂纹和内部裂纹,以及由于凸起引起的中心 偏析.为了得到好的铸坯质量,要求铸坯在二冷段按要求的 条件凝固,在矫直点处铸坯的温度要在 900 ℃左右.要使铸 坯表面产生较小的热应力,这就要求二次冷却必须有适当的 冷却强度,并进行合理分配,使铸坯表面冷却均匀.
Level 1 基础自动化
PLC、DCS 完成回路控制、逻辑控制、传动控制等
Level 0 设备控制级
各传感器、调节器、传动装置等检测与执行机构
工艺过程 (炼铁、炼钢、轧钢等各生产机组与公辅设施)
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总体自动化系统组成
Level 4 企业管理级
销售管理、质量管理、生产管理、决策支持等
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连铸二次冷却技术
节点上某个单元的平均速度是这样计算的:
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总体概述 连铸2级自动化系统 动态二次冷却模型 主要业绩
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总体自动化系统组成
Level 4 企业管理级 销售管理、质量管理、生产管理、决策支持等
Level 3 生产控制级
厂级生产计划、生产调度、生产监视与质量管理等
Level 2 过程控制级
完成各机组/工艺过程的优化控制、物料跟踪等功能
铸坯表面温度应平滑下降 在二冷区内，铸坯表面温度不能过高或过低，应平滑 下降。如果喷水太强，会使已形成的裂纹扩展，或者 因表面温度处于低延性区而产生新的裂纹，所以温度 下降速度应低于200℃/m 表面温度回升不能过高 应控制液相穴长度 保持表面温度不超限 铸坯表面温度回升应低于100℃/m，以防止表面再加热 导致凝固前沿产生应力而形成裂纹。 对弧形连铸机，铸坯通过矫直点时，液芯应完全凝固， 避免凝固前沿在应力作用下产生裂纹。 对于带液芯的铸坯，其表面温度必须控制在一定温度 之下，保证在两个支撑辊之间产生鼓肚的可能最小。
Level 1 基础自动化系统功能
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2级连铸过程控制系统的画面
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2级连铸过程控制系统的画面
冶金自动化控制面
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2级连铸过程控制系统的画面
注：冷却水流量单位为 l/min
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压缩空气流量单位为 Nm3/h
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连铸二次冷却技术
2 常规的二次冷却控制 水表的建立过程是:从工艺条件和要求出发,用数学物 理方法进行大量的理 论计算,经数据分析,处理,并参照实际 浇铸的经验归纳而成.实践证明,在拉速较稳定的情况下, 常 规控制算法的控制效果很好. 常规控制算法只适应于拉速稳定情况下的二次冷却 控制.但在实际浇铸过程中,拉速并非固定不变,在浇铸开始, 浇铸结束,换中间包,换水口,以及为达到多炉连浇进行炉次 协调等多种情况下,都需要改变拉坯速度.在拉速急剧变化 时,如果仍采用常规控制算法,就会产生铸坯表面温度波动 而影响铸坯质量.如拉速急剧升高时, 常规控制算法的设定 值相应并大,此时铸坯表面温度就会下降;相反,拉速急剧下 降时,表面温度就会向上波动.
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