專(zhuān)利名稱：動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連鑄領(lǐng)域的一種輕壓下控制方法，尤其是一種動(dòng)態(tài)輕壓下控制 方法。
背景技術(shù)：
在連鑄生產(chǎn)中，板坯內(nèi)部一般都會(huì)存在中心偏析、中心疏松及內(nèi)裂等缺 陷，影響了板坯的內(nèi)部質(zhì)量。為提高板坯質(zhì)量，人們開(kāi)發(fā)出一系列的技術(shù)方 法抑止中心偏析及內(nèi)裂等問(wèn)題。其中，輕壓下技術(shù)經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，是最 有效且經(jīng)濟(jì)的方法之一。
輕壓下技術(shù)是一種在連鑄過(guò)程的某一階段對(duì)板坯進(jìn)行輕微壓縮的技術(shù)。 通常，是對(duì)一段凝固率在指定范圍內(nèi)的板坯進(jìn)行輕壓下。
一方面，它可以對(duì)
鑄坯的凝固收縮給予一定的補(bǔ)償，從而減少板坯的中心疏松及內(nèi)裂現(xiàn)象；另 一方面，它也可以一定程度地降低板坯的中心偏析指數(shù)。輕壓下技術(shù)分為早 期的靜態(tài)輕壓下技術(shù)和近年開(kāi)始使用的動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)。
靜態(tài)輕壓下技術(shù)(SSR)，是預(yù)先設(shè)定輕壓下參數(shù)，而且壓下參數(shù)一旦確 定就不再改變，因而它無(wú)法適應(yīng)復(fù)雜的連鑄生產(chǎn)條件。動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)(DSR)， 是在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)板坯的凝固情況，動(dòng)態(tài)跟蹤板坯上指定的凝固范 圍，并實(shí)時(shí)地下達(dá)輕壓下參數(shù)命令。DSR可以在連鑄過(guò)渡過(guò)程中，及時(shí)地按 照板坯的液芯位置，調(diào)整輕壓下參數(shù)，從而更好的實(shí)現(xiàn)輕壓下的效果。
然而，過(guò)于頻繁的調(diào)整輕壓下?tīng)顟B(tài)，也會(huì)給板坯質(zhì)量帶來(lái)不利影響。圖 1說(shuō)明了由壓下?tīng)顟B(tài)變化引起的板坯上某點(diǎn)壓下速率的變化。
圖1中，X軸表示鑄機(jī)上位置，Y軸表示板坯厚度方向，箭頭U表示輕壓 下?tīng)顟B(tài)的變化方向。壓下?tīng)顟B(tài)變化前，板坯上某點(diǎn)由A移動(dòng)到B時(shí)，被壓下 量為SR;壓下?tīng)顟B(tài)變化后，在A與B之間的壓下量為SR'。顯然，壓下?tīng)顟B(tài) 變化前后，板坯在A、 B點(diǎn)之間以單位時(shí)間為基準(zhǔn)的壓下速率發(fā)生了變化。壓 下速率發(fā)生變化，會(huì)使板坯內(nèi)部板坯凝固前沿的應(yīng)變速率發(fā)生變化，繼而影響臨界應(yīng)變的大小(臨界應(yīng)變的大小表征了能夠承受的總應(yīng)變，板坯凝固前 沿的總應(yīng)變超過(guò)臨界應(yīng)變，就會(huì)發(fā)生內(nèi)裂)。
關(guān)于板坯輕壓下速率的大小，有以下結(jié)論 *輕壓下速率不可以太大。如果，輕壓下速率太大，應(yīng)變速率就增大，繼而
使臨界應(yīng)變減小，也就增加了產(chǎn)生內(nèi)裂的機(jī)會(huì)。 *輕壓下速率也不可以太小。輕壓下速率太小，不足以補(bǔ)償板坯的凝固收縮， 從而引起板坯中心疏松及中心偏析。 輕壓下?tīng)顟B(tài)調(diào)整，會(huì)使板坯上不同位置的輕壓下速率不同，從而給板坯 質(zhì)量帶來(lái)不確定和不穩(wěn)定的因素。也就是說(shuō)，過(guò)于頻繁的輕壓下?tīng)顟B(tài)調(diào)整， 會(huì)給板坯質(zhì)量帶來(lái)負(fù)面影響。
基于以上原因，在DSR動(dòng)態(tài)調(diào)整過(guò)程中，既要保證輕壓下區(qū)域能夠動(dòng)態(tài) 跟蹤板坯的液芯位置，又要盡可能減少壓下區(qū)域動(dòng)態(tài)調(diào)整的次數(shù)，即需要遵 循"壓下區(qū)域盡可能一次調(diào)整到位"的原則。
現(xiàn)有的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法不能滿足"壓下區(qū)域盡可能一次調(diào)整到位" 的原則要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，能夠在保證輕壓下區(qū)域 動(dòng)態(tài)跟蹤板坯液芯位置的同時(shí)，盡可能減少壓下區(qū)域動(dòng)態(tài)調(diào)整的次數(shù)。
本發(fā)明提出的方法是在連鑄生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)鑄造速度波動(dòng)、中包溫度 變化的具體情況，對(duì)板坯液芯的未來(lái)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)；并基于預(yù)測(cè)的結(jié)果，給 出相應(yīng)的動(dòng)態(tài)輕壓下控制策略。
所述方法每隔固定時(shí)間周期采用如下技術(shù)方案，對(duì)板坯液芯位置進(jìn)行預(yù) 測(cè)，并下達(dá)新的壓下指令，
a) 首先根據(jù)熱傳導(dǎo)方程，動(dòng)態(tài)計(jì)算連鑄板坯當(dāng)前時(shí)刻的溫度分布曲線，并初 步確定當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^ (設(shè)當(dāng)前扇形段實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)^。)；
b) 若當(dāng)前控制周期計(jì)算得出的當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)A，與當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)-。 差異很大，則直接對(duì)壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果^與^差異在限定范圍內(nèi)時(shí)， 則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的液芯位置預(yù)測(cè)；
C)計(jì)算由當(dāng)前的壓下?tīng)顟B(tài)-。向當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)《切換所需的時(shí)間"；
d) 已知各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的當(dāng)前位置，根據(jù)速度的未來(lái)變
化曲線以及中間包溫度的變化，預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻w (以當(dāng)前時(shí)刻為基準(zhǔn))時(shí)，
各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的位置；
e) 根據(jù)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的當(dāng)前位置和未來(lái)位置，估計(jì)未 來(lái)壓下?tīng)顟B(tài)^，并比較A與^之間差異，從而判斷板坯液芯的未來(lái)位置變 化是否足以引起壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化；
f) 如果板坯液芯的移動(dòng)足以使壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化，則保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)
否則，下達(dá)壓下命令參數(shù)，將壓下?tīng)顟B(tài)由^切換到^。 步驟c)所述的計(jì)算由當(dāng)前的實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)^向當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^切換 所需時(shí)間w的方法為
"=AA/壓下速度 其中，AA是壓下?tīng)顟B(tài)切換時(shí)，各扇形段的出口壓下量的最大值。
步驟d)中預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻"時(shí)，各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的位 置的方法包括以下特征
特征1:分別對(duì)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的未來(lái)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)； 特征2:要預(yù)測(cè)凝固率為々的待考察液芯點(diǎn)n秒后的位置，首先需要找到n秒 后凝固率為々的切片，然后再找出該切片w秒后的位置，該位置就是"秒后凝 固率為>的液芯點(diǎn)的位置；
特征2中找到"秒后凝固率為/s的切片的方法為
從當(dāng)前々切片開(kāi)始，向結(jié)晶器方向搜索，如果對(duì)于第/個(gè)切片有以下公式
,1、- 、 *
成i:
3rro - rzz+々(m _ rs) - 630 則第/個(gè)切片就是《秒后凝固率為々的切片，
其中々是指定的凝固率，
7XZ為液相溫度，rS為固相溫度， T^為當(dāng)前凝固率為的々切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度，
,為當(dāng)前々切片從結(jié)晶器出口出發(fā)開(kāi)始，到到具有凝固率々為止，所需 的時(shí)間，
Ar為當(dāng)前々切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度與第/個(gè)切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度之
差，
w為權(quán)利要求3所述的輕壓下?tīng)顟B(tài)由^切換到^所需的時(shí)間； 特征2中找出"秒后具有指定凝固率々的液芯點(diǎn)的位置的方法為 設(shè)第i'個(gè)切片的當(dāng)前位置為x ，它在《秒后的位置;c,與未來(lái)《秒內(nèi)的速度變 化有關(guān)，
若已知從當(dāng)前時(shí)刻開(kāi)始，"秒內(nèi)的鑄坯加速度為"("(K
)，則
A = x + f a(r)^/r ，
若未來(lái)n秒內(nèi)的速度變化趨勢(shì)未知，可令鑄造速度恒定為v，從而有
Xj = X + W V
步驟d)中所述的速度未來(lái)變化曲線如果未知就以當(dāng)前鑄造速度代替。 步驟b)中&與A的差異用A與A中壓下區(qū)域的距離來(lái)表征。
本發(fā)明所提出方法，能夠有效減少輕壓下?tīng)顟B(tài)的調(diào)整次數(shù)，從而減少過(guò) 于頻繁的輕壓下調(diào)整給板坯質(zhì)量帶來(lái)的負(fù)面影響。


圖1壓下?tīng)顟B(tài)變化引起某點(diǎn)壓下速率變化示意圖。
圖2板坯切片示意圖。
圖3板坯切片放大示意圖。
圖4當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)-。和當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)《示意圖。 圖5壓下?tīng)顟B(tài)切換示意圖。
圖6當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^和未來(lái)壓下?tīng)顟B(tài)A示意圖。 圖7動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法流程圖。
具體實(shí)施例方式
為了能更清楚地闡述本發(fā)明的內(nèi)容，下面參照附圖及具體的實(shí)施例作出
進(jìn)一步的說(shuō)明
參見(jiàn)圖7，本發(fā)明提供的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，每隔固定時(shí)間周期采用 如下技術(shù)方案(所述時(shí)間周期可根據(jù)具體的設(shè)備和現(xiàn)場(chǎng)條件確定，參考范圍
可選為2s 2min)，對(duì)板坯液芯位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，并下達(dá)新的壓下指令，
a) 首先根據(jù)熱傳導(dǎo)方程，動(dòng)態(tài)計(jì)算連鑄板坯當(dāng)前時(shí)刻的溫度分布曲線，并初 步確定當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^ (設(shè)當(dāng)前扇形段實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)^。)；
b) 若當(dāng)前控制周期計(jì)算得出的當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^，與當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)^ 差異很大，則直接對(duì)壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果^與A差異在限定范圍內(nèi)時(shí)， 則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的液芯位置預(yù)測(cè)；
c) 計(jì)算由當(dāng)前的壓下?tīng)顟B(tài)^向當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^切換所需的時(shí)間w
d) 已知各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的當(dāng)前位置，根據(jù)速度的未來(lái)變 化曲線以及中間包溫度的變化，預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻《 (以當(dāng)前時(shí)刻為基準(zhǔn))時(shí)， 各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的位置；
e) 根據(jù)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的當(dāng)前位置和未來(lái)位置，估計(jì)未 來(lái)壓下?tīng)顟B(tài)^，并比較^與A之間差異，從而判斷板坯液芯的未來(lái)位置變化 是否足以引起壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化；
f) 如果板坯液芯的移動(dòng)足以使壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化，則保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)丸； 否則，下達(dá)壓下命令參數(shù)，將壓下?tīng)顟B(tài)由^切換到^。
所述步驟a)中，如圖2，為了計(jì)算連鑄坯上的溫度分布，需要將整個(gè)連 鑄坯看成是由沿鑄造方向上順序排列的眾多切片1組成的，而熱傳導(dǎo)計(jì)算則 是在各個(gè)切片1上分別進(jìn)行的。如圖3，以鑄坯表面為原點(diǎn)，在鑄片厚度方 向取X軸，則鑄片斷面的溫度分布方程為
cp——^~~^ =—(a:——^~
改 Sx:
其中x為距鑄坯表面的距離(m)
,為鑄造開(kāi)始時(shí)間(min)
f/(x力為鑄坯端面的溫度分布 p為密度Ug/m3) c為比熱U/(itg. °C)) 《為熱傳導(dǎo)率(KCa//^.^
為以上熱傳導(dǎo)方程定解，需要以下的邊界條件和初始條件(1)邊界條件
鑄片表面溫度<formula>formula see original document page 9</formula>在鑄坯厚度中心x-7Mvt/2處
<formula>formula see original document page 9</formula>其中^為鑄片表面溫度， A為熱傳導(dǎo)系數(shù)， ^冷卻水溫度 (2)初始條件
*結(jié)晶器鑄入鋼水時(shí)刻為bO，則C/(;c，0)-7^; *凝固厚度初始值x」,=。=0 *表面溫度初始值"丄=。=^ 其中t^為中間包溫度，rS為固相溫度。
對(duì)以上的溫度分布方程進(jìn)行差分求解，可得板坯的實(shí)時(shí)溫度分布曲線 (包括中心溫度)，繼而可用下式求得板坯各切片的中心凝固率
<formula>formula see original document page 9</formula>其中，nz為鋼坯的液相溫度，rs為鋼坯的固相溫度，t;^,2是切片的中心溫 度。
輕壓下?tīng)顟B(tài)是指與輕壓下區(qū)域位置和斜率相關(guān)的輕壓下參數(shù)，其中包括 由輕壓下開(kāi)始扇形段和結(jié)束扇形段確定的輕壓下區(qū)域(從輕壓下開(kāi)始扇形段 到結(jié)束扇形段)，輕壓下斜率(附附/附)。
要確定當(dāng)前期望輕壓下?tīng)顟B(tài)A ，首先需要找出待考察的具有指定凝固率 的液芯點(diǎn)的位置。所謂的液芯點(diǎn)是指板坯上的一個(gè)位置(點(diǎn))，它的中心溫度 按(*)式與該點(diǎn)的中心凝固率對(duì)應(yīng)。待考察的液芯點(diǎn)是由要實(shí)施輕壓下的凝 固率范圍確定的。例如，如果指定實(shí)施輕壓下的凝固率范圍為A A (該范
圍與鋼種和工藝相關(guān)， 一般情況下，A的取值范圍為Ae
， a的取 值范圍為Ae
)，而且有/^<烏)，則待考察液芯點(diǎn)是凝固率分別為
<formula>formula see original document page 9</formula>(a。)的三個(gè)液芯點(diǎn)，而指定凝固率就是a， a和
A。。通常用凝固率為^的點(diǎn)的位置來(lái)確定輕壓下區(qū)域的起始位置(輕壓下 起始扇形段)，而用具有凝固率為烏和丸的點(diǎn)的位置用于確定輕壓下區(qū)域的 結(jié)束位置(輕壓下結(jié)束扇形段)。
圖4給出了當(dāng)前實(shí)際輕壓下?tīng)顟B(tài)-。和當(dāng)前期望輕壓下?tīng)顟B(tài)^以及決定 當(dāng)前實(shí)際輕壓下?tīng)顟B(tài)-。的過(guò)去液芯位置(圖4中軸3上的指定凝固率點(diǎn)^， >2和A.。的位置)和決定當(dāng)前期望輕壓下?tīng)顟B(tài)^的當(dāng)前液芯位置(圖4中軸4 上的指定凝固率點(diǎn)/V A和/^的位置)。
根據(jù)具有指定凝固率的液芯點(diǎn)的位置，可以確定壓下開(kāi)始和結(jié)束扇形 段，繼而根據(jù)連鑄工藝確定輕壓下斜率，從而確定當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^。在 最終確定當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)《之前，還需要對(duì)壓下參數(shù)的合理性進(jìn)行檢驗(yàn)。 如果壓下參數(shù)合理，則可作為當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)，否則要對(duì)壓下區(qū)域進(jìn)行適 當(dāng)?shù)卣{(diào)整。
所述步驟b)中，若當(dāng)前控制周期計(jì)算得出的當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)4，與當(dāng) 前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)^差異很大時(shí)，則不進(jìn)行后續(xù)的液芯點(diǎn)未來(lái)位置預(yù)測(cè)，而直 接按照^對(duì)壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果^與-。差異在限定范圍內(nèi)時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行 后續(xù)的液芯位置預(yù)測(cè)。
壓下?tīng)顟B(tài)之間的差異用壓下區(qū)域之間的距離來(lái)度量。例如
*當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)A的壓下區(qū)域?yàn)閺腇romSegO(壓下開(kāi)始扇形段)開(kāi)
始，到ToSegO (結(jié)束扇形段)結(jié)束 *當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^的壓下區(qū)域?yàn)閺腇romSegl(壓下開(kāi)始扇形段)開(kāi) 始，到ToSegl (結(jié)束扇形段)結(jié)束 則壓下區(qū)域的距離定義為
(^5* = max {|Po5^。^入口 一尸05^測(cè)。入口 | ，尸05y必e^出口 一尸oSy^化o出口 } 其中，尸,，認(rèn)。是指FromSegl扇形段的入口位置，尸叫—加是指ToSegl扇 形段的出口位置，其它符號(hào)可做同類(lèi)解釋?zhuān)挥栀樖觥?br> 當(dāng)壓下區(qū)域之間的距離超過(guò)某個(gè)上限時(shí)，認(rèn)為壓下?tīng)顟B(tài)之間的差異很 大。該上限的定量數(shù)值與連鑄工藝相關(guān)， 一般的取值范圍為3 5米。例如在 某種工藝和鋼種的情況下，當(dāng)壓下區(qū)域之間的距離大于3m時(shí)，可以認(rèn)為壓下 狀態(tài)差異很大。
當(dāng)前控制周期計(jì)算得出的當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^，與當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)-。
差異很大時(shí)，為了保證壓下位置跟蹤板坯液芯位置，需要采取強(qiáng)制調(diào)整措施， 直接按照病對(duì)壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果^與^差異在限定范圍內(nèi)時(shí)，為了減少 不必要的壓下?tīng)顟B(tài)調(diào)整，所以繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的液芯位置預(yù)測(cè)。
所述步驟C)中，按照如下步驟計(jì)算由當(dāng)前的實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)-。向當(dāng)前期望 壓下?tīng)顟B(tài)^切換所需的時(shí)間W G)
*計(jì)算下次壓下?tīng)顟B(tài)切換采用的壓下速度(ww/min)
壓下速度=當(dāng)前輕壓下扇形段的壓下斜率Si r X當(dāng)前鑄造速度(w/min )
*計(jì)算壓下?tīng)顟B(tài)切換時(shí)，各扇形段的出口壓下量的最大值A(chǔ)A
圖5給出了一個(gè)壓下?tīng)顟B(tài)切換的示意圖—A)。切換前從可執(zhí)行輕壓 下的區(qū)域開(kāi)始位置到輕壓下開(kāi)始扇形段之間有wl個(gè)扇形段，輕壓下區(qū)域有nl 個(gè)扇形段，切換后從可執(zhí)行輕壓下的區(qū)域開(kāi)始位置到輕壓下開(kāi)始扇形段之間 有w2個(gè)扇形段，輕壓下區(qū)域有w2個(gè)扇形段。
顯然，我們要計(jì)算壓下?tīng)顟B(tài)切換過(guò)程中，扇形段移動(dòng)的最大距離，我們 只需要計(jì)算四個(gè)距離，并求出其最大值。
A: A中第ml個(gè)扇形段的出口到^對(duì)應(yīng)位置的距離
&: A中第m,+",個(gè)扇形段的出口到^對(duì)應(yīng)位置的距離 4中第附2個(gè)扇形段的出口到-。對(duì)應(yīng)位置的距離 ^中第^+ 個(gè)扇形段的出口到A對(duì)應(yīng)位置的距離
根據(jù)以上四個(gè)距離，可以得到狀態(tài)切換過(guò)程中扇形段移動(dòng)的最大距離M 。
*計(jì)算由當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)向當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)切換所需時(shí)間n
"=△/ /壓下速度
所述步驟d)中，根據(jù)未來(lái)鑄造速度和中包溫度變化，估計(jì)待考査液芯點(diǎn) 的具有指定凝固率的液芯點(diǎn)的位置。
已知各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的當(dāng)前位置，根據(jù)速度的未來(lái) 變化曲線(如果未知就以當(dāng)前鑄造速度代替)以及中間包溫度的變化，預(yù)測(cè) 未來(lái)時(shí)刻w (以當(dāng)前時(shí)刻為基準(zhǔn))時(shí)，各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)
的位置。
分兩個(gè)步驟，分別對(duì)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的未來(lái)位置進(jìn) 行預(yù)測(cè)。稱當(dāng)前凝固率為/s的切片為當(dāng)前/s切片。
參自當(dāng)前々切片開(kāi)始，向結(jié)晶器方向搜索，找出"秒后凝固率為^的切片
記當(dāng)前々切片為第o個(gè)切片。從第o個(gè)切片開(kāi)始向結(jié)晶器方向搜索。已
知
(1) 當(dāng)前々切片的凝固時(shí)間(自切片從結(jié)晶器出口生成至該切片凝固率為
々為止的時(shí)間段)為^秒；
(2) 第/個(gè)切片產(chǎn)生時(shí)刻比第0個(gè)切片晚產(chǎn)生"1秒，第/個(gè)切片的中包溫度 比第O個(gè)切片的中包溫度低Ar rc)。
如果對(duì)于第;個(gè)切片有以下公式成立
<formula>formula see original document page 12</formula>
則第/個(gè)切片就是n秒后凝固率為/s的切片。其中々是指定的凝固率，7X丄為 液相溫度，re為固相溫度，T^為當(dāng)前時(shí)刻的中包溫度。 *估計(jì)"秒后，具有指定凝固率的液芯點(diǎn)的位置
上述的第/個(gè)切片"秒后的位置，即是"秒后具有指定凝固率的液芯點(diǎn)位 置的估計(jì)值。
設(shè)第/個(gè)切片的當(dāng)前位置為x，<formula>formula see original document page 12</formula>
其中Ax是第/個(gè)切片在未來(lái)n秒內(nèi)走過(guò)的距離。它與未來(lái)w秒內(nèi)的鑄造速 度變化有關(guān)。
若已知從當(dāng)前時(shí)刻(記為0時(shí)刻)開(kāi)始，"秒內(nèi)的鑄坯加速度為。(" (re[O，"])，貝U
若未來(lái)n秒內(nèi)的速度變化趨勢(shì)未知，則另鑄造速度恒定為v，從而有<formula>formula see original document page 12</formula>
所述步驟e)中，根據(jù)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的當(dāng)前位置和
未來(lái)位置，估計(jì)未來(lái)壓下?tīng)顟B(tài)^，并比較^與A之間差異，從而判斷板坯液 芯的未來(lái)位置變化是否足以引起壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化。
圖6給出了當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^和未來(lái)輕壓下?tīng)顟B(tài)A，以及決定當(dāng)前期
望壓下?tīng)顟B(tài)A的當(dāng)前液芯位置(圖6中軸5上的指定凝固率點(diǎn)A、 A和力,。 的位置)和決定未來(lái)輕壓下?tīng)顟B(tài)^的n秒后液芯位置(圖6中軸6上的指定 凝固率A、 A和A。的位置)。
根據(jù)液芯點(diǎn)的預(yù)測(cè)位置，計(jì)算未來(lái)輕壓下?tīng)顟B(tài)A。如果未來(lái)輕壓下?tīng)顟B(tài)^ 與當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)《不同，則說(shuō)明板坯液芯的移動(dòng)將引起壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)一步 發(fā)生變化。如果A與當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^相同，則說(shuō)明板坯液芯的移動(dòng)不足 以引起壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)一步發(fā)生改變。
要比較A與^是否相同，需要考察以下兩個(gè)條件 * ^與A中的壓下區(qū)域是否相同
分別^和A的壓下開(kāi)始扇形段和結(jié)束扇形段，只要有一個(gè)不同，則認(rèn)定 兩者壓下區(qū)域不同。 *液芯移動(dòng)的距離是否超限
分別計(jì)算三個(gè)待考察的液芯點(diǎn)的移動(dòng)距離，取其中的最大值為液芯移動(dòng) 的距離。如果液芯移動(dòng)距離超過(guò)某個(gè)給定的上限(0. 2 0. 6),則認(rèn)為液芯移 動(dòng)的距離是否超限。
如果以上兩個(gè)條件同時(shí)滿足，則認(rèn)為A與^不同，否則判定A與^相同。
所述步驟f)中，根據(jù)板坯液芯的移動(dòng)是否足以引起壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)一步發(fā)生 改變，確定當(dāng)前的輕壓下調(diào)整策略。
如果液芯點(diǎn)的位置移動(dòng)足以使壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化，則保持原有的壓下?tīng)?態(tài)A。采取保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)^的原因是若此時(shí)進(jìn)行輕壓下?tīng)顟B(tài)調(diào)整， 扇形段的調(diào)整還是跟不上板坯液芯的移動(dòng)，從而導(dǎo)致此次調(diào)整完畢后還需要 進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整。頻繁的壓下?tīng)顟B(tài)調(diào)整，顯然對(duì)連鑄板坯質(zhì)量不利。因此， 在這種情況下需要保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)^ 。
如果液芯點(diǎn)的位置移動(dòng)不足以使壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化，則下達(dá)壓下命令參 數(shù)，將壓下?tīng)顟B(tài)由A切換到^。
要補(bǔ)充說(shuō)明的是當(dāng)由于鑄造速度和中包溫度變化引起較大的液芯移動(dòng)
時(shí)，將保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)^，并不意味著，液芯一直移動(dòng)，就一直保持原 有的壓下?tīng)顟B(tài)-。。如步驟b)中所述，若當(dāng)前控制周期計(jì)算得出的當(dāng)前期望壓 下?tīng)顟B(tài)^，與當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)-。差異很大時(shí)，將不對(duì)液芯點(diǎn)未來(lái)位置進(jìn)行 預(yù)測(cè)，而直接對(duì)壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整。
下面選擇一套具體參數(shù)對(duì)本發(fā)明所提供的方法進(jìn)行進(jìn)一步描述
在連鑄機(jī)運(yùn)行的每個(gè)控制周期，進(jìn)行以下分析計(jì)算和控制決策
針對(duì)鑄坯的每個(gè)切片(參考圖2和圖3)進(jìn)行熱傳導(dǎo)計(jì)算，得出各切片 的溫度分布。根據(jù)鑄坯切片的中心溫度，計(jì)算各切片的中心凝固率。搜索整 個(gè)板坯，找到具有指定凝固率的液芯點(diǎn)(切片)及其位置。
假設(shè)由連鑄工藝確定輕壓下實(shí)施范圍為凝固率在々=0.3~0.7范圍的板 坯。根據(jù)凝固率為々=0.3的液芯點(diǎn)的位置確定壓下開(kāi)始扇形段，根據(jù)々=0.7和 力=1.0的液芯點(diǎn)的位置確定壓下結(jié)束扇形段，繼而得到壓下區(qū)域和壓下參數(shù)。 如果壓下參數(shù)不合理，則需要對(duì)壓下扇形段進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整，從而初步確定 當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)錢(qián)。
比較當(dāng)前的實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)A和當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)A，如果兩者差異很大， 例如在某種工藝和鋼種的情況下大于3m時(shí)，則不進(jìn)行后續(xù)的液芯點(diǎn)未來(lái)位置 預(yù)測(cè)，而直接按照4對(duì)壓下?tīng)顟B(tài)進(jìn)行調(diào)整。如果《與-。的壓下區(qū)域距離在限定 范圍內(nèi)時(shí)，則繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的液芯位置預(yù)測(cè)。
按照步驟c)中所述，可計(jì)算得出由當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)向當(dāng)前期望壓下?tīng)?態(tài)切換所需時(shí)間w 。
假定欲對(duì)凝固率在/se
范圍內(nèi)的板坯實(shí)施輕壓下，則待考察的具 有指定凝固率的液芯點(diǎn)分別為々=0.3、犬=0.7和々=1.0的液芯點(diǎn)。
為敘述簡(jiǎn)潔，我們將以凝固率為々=0.3的液芯點(diǎn)為例，計(jì)算它的位置在
壓下?tīng)顟B(tài)切換過(guò)程中的變化。
記當(dāng)前中心凝固率為々=0.3的切片為第0個(gè)切片，設(shè)該切片當(dāng)前位置為 x。，它生成時(shí)的中包溫度為r，，從它生成到它具有當(dāng)前凝固率所需時(shí)間為^ 秒。從第O個(gè)切片開(kāi)始向結(jié)晶器方向順序搜索每一個(gè)鑄坯切片，假設(shè)第Z個(gè)切 片當(dāng)前位置為x，它比第O個(gè)切片晚生成wl秒，它產(chǎn)生時(shí)的中包溫度為T(mén)^，
比第0個(gè)切片的生成中包溫度低Ar
如果對(duì)于第/個(gè)切片有以下公式成立
<formula>formula see original document page 15</formula>
寧止搜索，且第/個(gè)切片就是"秒后凝固率為々=0.3的切片。其中，7z丄和re
分別是當(dāng)前鋼水液相溫度和固相溫度。
根據(jù)第Z個(gè)切片的當(dāng)前位置x，和未來(lái)的鑄造速度變化，可知n秒后凝固 率為々=0.3的切片的位置
<formula>formula see original document page 15</formula>
其中Ax由未來(lái)的速度變化趨勢(shì)決定。例如，如果鑄坯保持恒定鑄造速度v， 再如果鑄坯鑄造速度由v,勻加速到v,，則
<formula>formula see original document page 15</formula>
采用同樣方法，可預(yù)測(cè)出々=0.7和々=1.0的液芯點(diǎn)"秒后的位置。 根據(jù)々=0.3、力=0.7和^ = 1.0的液芯點(diǎn)的位置，計(jì)算未來(lái)壓下?tīng)顟B(tài)^。
如果A與病不同，則保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)^;否則下達(dá)壓下命令參數(shù)，將壓
下?tīng)顟B(tài)由A切換到^。
權(quán)利要求
1、一種動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于一個(gè)控制周期包括以下步驟a)首先根據(jù)熱傳導(dǎo)方程，動(dòng)態(tài)計(jì)算連鑄板坯當(dāng)前時(shí)刻的溫度分布曲線，并初步確定當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)φ1；b)若當(dāng)前控制周期計(jì)算得出的當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)φ1，與當(dāng)前實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)φ0差異很大，則下達(dá)壓下命令φ1；如果φ1與φ0差異在限定范圍內(nèi)時(shí)，則繼續(xù)以下步驟；c)計(jì)算由當(dāng)前的壓下?tīng)顟B(tài)φ0向當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)φ1切換所需的時(shí)間n；d)根據(jù)速度的未來(lái)變化曲線以及中間包溫度的變化，分別預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻n時(shí)，各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的位置；e)根據(jù)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的未來(lái)位置，估計(jì)未來(lái)壓下?tīng)顟B(tài)φ2，并比較φ2與φ1之間差異，從而判斷板坯液芯的未來(lái)位置變化是否足以引起壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化；f)如果板坯液芯的移動(dòng)足以使壓下?tīng)顟B(tài)發(fā)生變化，則介質(zhì)保持原有的壓下?tīng)顟B(tài)φ0；否則，下達(dá)壓下命令參數(shù)，將壓下?tīng)顟B(tài)由φ0切換到φ1。
2、 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于步驟c)所 述的計(jì)算由當(dāng)前的實(shí)際壓下?tīng)顟B(tài)^向當(dāng)前期望壓下?tīng)顟B(tài)^切換所需時(shí)間;7的 方法為"=A/ /壓下速度 其中，A/z是壓下?tīng)顟B(tài)切換時(shí)，各扇形段的出口壓下量的最大值。
3、 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于步驟d)中 預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻《時(shí)，各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的位置的方法包括 以下特征特征1:分別對(duì)各個(gè)待考察的具有指定凝固率液芯點(diǎn)的未來(lái)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)； 特征2:要預(yù)測(cè)凝固率為々的待考察液芯點(diǎn)"秒后的位置，首先需要找到n秒 后凝固率為々的切片，然后再找出該切片w秒后的位置，該位置就是"秒后凝 固率為々的液芯點(diǎn)的位置；
4、 如權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于 所述特征2中找到w秒后凝固率為力的切片的方法為-從當(dāng)前>切片開(kāi)始，向結(jié)晶器方向搜索，如果對(duì)于第/個(gè)切片有以下公式 成立<formula>formula see original document page 3</formula>則第/個(gè)切片就是w秒后凝固率為々的切片， 其中々是指定的凝固率，7Z丄為液相溫度，ra為固相溫度，7;。為當(dāng)前凝固率為的々切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度，^為當(dāng)前々切片從結(jié)晶器出口出發(fā)開(kāi)始，到到具有凝固率々為止，所需 的時(shí)間，Ar為當(dāng)前々切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度與第/個(gè)切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度之差，w為權(quán)利要求3所述的輕壓下?tīng)顟B(tài)由&切換到^所需的時(shí)間；
5、 如權(quán)利要求3所述的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于 所述特征2中找出n秒后具有指定凝固率々的液芯點(diǎn)的位置的方法為 設(shè)第/個(gè)切片的當(dāng)前位置為;c ，它在w秒后的位置x,與未來(lái)"秒內(nèi)的速度變化有關(guān)，若已知從當(dāng)前時(shí)刻開(kāi)始，"秒內(nèi)的鑄坯加速度為"(r) (re
)，則 若未來(lái)"秒內(nèi)的速度變化趨勢(shì)未知，可令鑄造速度恒定為v，從而有<formula>formula see original document page 3</formula>
6、 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于步驟d)中 所述的速度未來(lái)變化曲線如果未知就以當(dāng)前鑄造速度代替。
7、 如權(quán)利要求1所述的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法，其特征在于步驟b)中^ 與A的差異用^與A中壓下區(qū)域的距離來(lái)表征。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種連鑄領(lǐng)域的動(dòng)態(tài)輕壓下控制方法。該方法可以在保證輕壓下區(qū)域動(dòng)態(tài)跟蹤板坯液芯位置的同時(shí)，有效減少輕壓下?tīng)顟B(tài)的調(diào)整次數(shù)，從而減少壓下?tīng)顟B(tài)頻繁調(diào)整給板坯質(zhì)量帶來(lái)的不利影響。該方法在每個(gè)控制周期，首先根據(jù)熱傳導(dǎo)方程計(jì)算出連鑄板坯的溫度分布，確定板坯上各點(diǎn)的中心凝固率，并初步確定當(dāng)前期望的輕壓下?tīng)顟B(tài)及壓下?tīng)顟B(tài)切換所需時(shí)間；然后根據(jù)未來(lái)的鑄造速度及各切片產(chǎn)生時(shí)的中包溫度，對(duì)具有指定凝固率的液芯點(diǎn)在壓下?tīng)顟B(tài)切換周期內(nèi)的位置變化進(jìn)行預(yù)測(cè)；最后基于對(duì)具有指定凝固率的液芯點(diǎn)未來(lái)位置的預(yù)測(cè)，采取相應(yīng)的輕壓下調(diào)整策略。
文檔編號(hào)B22D11/14GK101168188SQ200610117518
公開(kāi)日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2006年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月25日
發(fā)明者斌 劉, 盧克斌, 徐國(guó)棟, 郭朝暉 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司