[发明专利]一种冶金连铸冷却水的智能控制方法

摘要

本发明公开了一种冶金连铸冷却水的智能控制方法，根据生产经验数据库的初始参数通过温度场计算模型进行一冷水量和二冷水量的计算控制可以保证初始投产的顺利进行；然后在生产过程中采集长期的铸机监控数据，通过温度场计算模型的反算功能对各项计算参数进行学习优化，一方面可以使该铸机的模型计算精度提高，水量控制更加合理，随着生产的进行不断提高铸坯质量，另一方面可以反向优化生产经验数据库，使初始参数更趋于优化。

主权项

1.一种冶金连铸冷却水的智能控制方法，其特征在于：包括以下步骤：(a)建立用于计算一冷铸坯表面计算温度和二冷铸坯表面计算温度的温度场计算模型；所述温度场计算模型包括用于计算铸坯温度分布的能量守恒控制方程：其中：ρc_P＝ερ_sc_Ps+(1‑ε)ρ_lc_Pl        (2)上式中：V_cast为拉坯速度，m/min；ρ为密度，kg/m³；ρ_s为固相密度，kg/m³；ρ_l为液相密度，kg/m³；c_P为定压比热，J/(kg·K)；c_Ps为固相定压比热，J/(kg·K)；c_Pl为液相定压比热，J/(kg·K)；T为温度，K；k_eff为有效导热系数，W/(m·K)；k_s为固相导热系数，W/(m·K)；k_l为液相导热系数，W/(m·K)；S₁为内热源，W/m³；ε为固相分数；β为导热增强因数；L为潜热，J/kg；T_ref为参考温度，K；通过牛顿－拉普森法迭代求解上式(1)至(4)获得T(所述一冷铸坯表面计算温度、所述二冷铸坯表面计算温度)、c_Pl、c_Ps、ε的值；(b)根据结晶器内的凝固冷却特征，首先通过热流式(5)计算结晶器的平均热流密度然后根据连铸工艺，沿拉坯方向将结晶器内宽窄两个面的热流密度q设置为与弯月面距离相关的函数，从而区分宽窄面的热流密度；表达式(6)中的B由结晶器内能量守恒积分求得；S₁＝qS/V                 (7)上式中：为结晶器平均热流密度，W/m²；S为换热面积，m²；V为网格体积，m³；q为结晶器热流密度，W/m²；ρ_w为冷却水密度，g/cm³；c_w为冷却水比热，J/(g·K)；W为结晶器冷却水流量，cm³/s；B为与结晶器冷却强度有关的系数；△T为结晶器进出水温差，K；S为钢坯与结晶器的接触面积，cm²；z为到弯月面的距离，m；v_cast为拉坯速度，m/min；二冷区换热包括铸坯表面与辊子接触传热、铸坯表面与周围环境间的自然对流换热、铸坯表面的辐射散热、铸坯表面与冷却水雾间的强制对流换热四种方式；铸坯表面与辊子接触区域换热系数，考虑铸坯内外弧面的对流换热系数的不同，对铸坯外弧面采用修正系数(1‑0.15cosθ)，其中θ为铸坯弧面与水平面的夹角；考虑内弧面不同扇形段由于角度的不同引起辊子上方冷却水聚集对边界换热的影响；h_nat＝0.8418(T_surface+T_ambient)^0.33                 (8)h_rad＝εσ(T_surface²+T_ambient²)(T_surface+T_ambient)         (9)S₁＝hS/V           (11)上式中：h_nat为铸坯表面与周围环境间的自然对流换热系数；h_rad为铸坯表面的辐射散热系数；h_spray为铸坯表面与冷却水雾间的换热系数；T_surface为铸坯表面温度，K；T_ambient为周围环境温度；w为水流密度，L/(m²·s)；T_spray为冷却水雾的温度；α为与铸机有关的系数；S为换热面积，m²；V为网格体积，m³；h＝h_nat+h_rad+h_spray；(c)根据生产经验数据库给出的用于所述温度场计算模型的初始参数，并根据一冷铸坯表面目标温度、二冷铸坯表面目标温度反算一冷目标水量和二冷各分区目标水量，用于铸机生产；(d)铸机生产时，对各项数据进行监控，所述数据包括：结晶器水量、入口出口温度、结晶器铜板厚度、拉速、钢种、漏钢预报系统热电偶测量的铜板表面温度、结晶器锥度、结晶器出口铸坯表面温度；以及二冷各段水量、水温、环境温度、二冷各段压缩空气气量、在二冷各分区设置的温度监测装置返回的实时铸坯表面温度；根据所述数据调整优化所述温度场计算模型中的各项参数，使计算得到的所述一冷铸坯表面计算温度等于一冷铸坯表面实际温度，使计算得到的所述二冷铸坯表面计算温度等于二冷铸坯表面实际温度；(e)将参数调整优化后的所述温度场计算模型应用于铸机生产，根据优化后的所述温度场计算模型、所述一冷铸坯表面目标温度、所述二冷铸坯表面目标温度计算得到优化后的一冷目标水量和优化后的二冷各分区目标水量；(f)交替重复步骤(d)和步骤(e)，使所述一冷铸坯表面实际温度逐渐接近所述一冷铸坯表面目标温度，使所述二冷铸坯表面实际温度逐渐接近所述二冷铸坯表面目标温度。