凌钢700mw连铸坯二冷区控制水流量的研究

凌钢700mw连铸坯二冷区控制水流量的研究

1冷区冷却设计众所周知，在连铸制造过程中，从结晶机拉出的铸造件仍然是薄壳，中心仍然是高温的钢水。由于铸坯凝固速度比拉坯速度慢很多,随着浇注的进行,铸坯内形成一个很长的液相穴。铸坯带着液芯进入二冷区接受喷水冷却,目的是使铸坯完全凝固,表面温度分布均匀,内外温度梯度小,然后进入拉矫机。铸坯在二冷区要全部凝固还需散出210~294kJ/kg的热量。所以,从结晶器出口到拉矫机前的一定范围内设置一个喷水冷却区,叫二冷区,向铸坯表面喷射雾化水滴,铸坯表面温度突然降低,铸坯表面和中心之间形成了较大的温度梯度,这是铸坯向外传热的动力。二冷水的控制特点是要求流量控制范围大,控制精度高,因此常采用高精度的电磁流量计对水流量进行检测。凌钢1700ASP连铸铸坯生产过程中,边角温度下降快,二冷区采取气—水雾化冷却系统控制,借以避免局部水楔和开浇、停浇时残流所造成的冷却不均匀。2气—系统概况凌钢1700ASP连铸二冷水系统采取气—水雾化冷却控制,即在8个冷却区中,第1区(即结晶器喷水区)喷水冷却,防止拉漏和鼓肚,2~8区采取气—水雾化冷却。气—水冷却系统分区如图1所示。以上各冷却区均设置流量调节阀,一级计算机根据钢坯横截面、拉速、钢种等修正参数、设定冷却水、二冷空气流量的设定值,同时控制各区的流量调节阀的开度,实现对气水配比控制。二次冷却水流量与拉速满足以下关系:v为拉坯速度;α为过冷补偿系数;β为喷水宽度调整补偿系数(仅第三段控制回路有此项)。3根据压力特性设计压力设定值在汽水冷却段,为了达到气水喷雾冷却的预期效果,必须保证冷却水与压缩空气的正确配比。即要求测控系统按设定的气水率控制压缩空气流量。冷却水与压缩空气流量之间的关系如式(2):式中:QA为压缩空气流量;QW为冷却水流量;δ为气水比率;C为换算系数。气水比率δ的设定与二冷水的设定方式一样,也有上位计算机设定和基础自动化系统设定两种方式。在基础自动化系统设定中,根据系统自身预先存贮的气水喷嘴的气水流量特性(是一个非线性函数)确定气水比率。压缩空气流量的控制方式,一种是直接检测和自动调节压缩空气支管流量;另一种是检测和调节压缩空气支管压力来控制流量,保证配比。即在基础自动化系统中根据设定的气水配比计算出压缩空气流量设定值,再按管路系统流量—压力特性曲线计算对应的压力设定值。作为压缩空气支管压力的设定值实现压力控制。4适时必要的补偿和修正为了保证在正常操作条件下和开浇、铸坯引拔、结晶器调宽、异钢种连浇铸、中间罐交换等过度状态或非正常操作条件下都能准确有效地控制铸坯二次冷却,控制系统除进行通常的冷却水流量设定计算和水量串级控制以及气水配比控制外,还必须根据操作条件的变化,对二次冷却水量进行适时必要的补偿和修正。借助基础自动化系统连续控制与顺序逻辑控制相互交织的特点实现综合控制,使二次冷却控制系统具有下述功能:(1)控制各个冷却段二冷水切断阀、调节阀的顺次开、闭;(2)实现小流量间歇控制;(3)铸坯过冷却时的水量修正;(4)异钢种连浇铸的水量计算参数的变换;(5)喷水宽度调整及水量补偿。多数上位机的二冷数学模型中不含宽度变化因素,这一功能只在基础自动化级完成,这一功能的实现还取决于喷嘴数量和能力。此外,二次冷却控制系统还包括:在设定喷水量为零的情况下,防止喷嘴拥堵的自动保护,在连铸开浇前或停浇检修调试时的模拟喷水试验功能等。5旁通泄压的设置在铸机开浇、停浇时,由于浇铸流数的变化或浇铸断面、速度、钢种不同,二次冷却水的消耗量有时会出现很大变化。根据流体力学原理,管路的压力损失与其通过流体的流量平方成正比。所以,二冷水消耗量的大范围变化势必造成二冷水供水总管管路中压力的较大波动。这种压力波动将直接影响二冷水流量控制系统的控制质量。为解决这个问题,除了在水处理系统中设置旁通泄压的控制系统。即通过安装在旁通管路上的调节阀,控制旁通水流量,使二冷总管的总水流量保持稳定,以满足下列方程:QT=QS+QL=设定值式中:QT为供水总管流量;QS为二冷水供水量;QL为旁通水流量。这样,才可以保持二冷水供水总管压力稳定(见图2)。6基准喷嘴流量参数的选择平衡度W即被调校喷嘴的流量与基准喷嘴的冷却水流量与扇形段各段冷却水平均流量之比,它是衡量被调整喷嘴流量与基准喷嘴流量的相等程度的参数。平衡点是平衡度等于1的点,即理想的最佳点。设最大流量时节流件的压损为△Pamax,空(气4)最大流量时喷嘴背压为Pa1,冷却水最大流量时喷嘴背压为Pw1,空气在孔板前的压力为Pa,冷却水在孔板前的压力为Pw,则:只有满足以上两个条件,才能使平衡点处于最大流量与最少流量之间。7热水控制铸坯主要是靠调节经空气雾化的喷淋冷却水流量进行冷却,一个铸流的二冷水共设置17个流量控制回路,对铸坯的上、下弧面、左、右侧面的水和压缩空气流量分别进行控制。每个回路的流量按其自身的设定值单独调节,为保证在正常操作条件下和在浇铸、拉拔、结晶器调宽、异钢种连铸、中间包交换等过渡状态或非正常状态下都能有效控制二冷水,控制系统除设定计算、水量串级控制、气水配比控制以外,应能及时对水量进行补偿和修正。过程控制机根据不同钢种、板坯规格及拉速确定其相应的“函数模型”,计算并设定相应的控制参数,送至集散型仪表对冷却水流量进行计算和控制。二冷水控制有3种方式:动态控制方式(亦称计算机方式)、自动控制方式、手动控制方式。在动态控制方式中,过程计算机上设定水流量参数和配水比,实施对二冷水和空气流量的控制。8冷区铸坯表面温度出现党内裂纹的原因通过对二冷区的计算分析,得出二冷区对铸坯质量的影响有以下几个方面:(1)冷却不均匀,导致坯壳温度回升,铸坯易产生中间裂纹或皮下裂纹。(2)铸坯矫直时表面温度过低(如小于900℃),易产生表面横裂纹。(3)冷却强度不够,铸坯带液心矫直易产生矫直裂纹。(4)二冷区铸坯表面温度过高,板坯易产生鼓肚变形而使中心偏析加重。(5)二冷强度过大,促使柱状晶发达易形成穿晶结构,使中心疏松和偏析加