1 概述 目前鋼鐵生產(chǎn)廠的鑄坯生產(chǎn)大多都采用立彎式連鑄機，該類型的連鑄機從澆注到成材需要經(jīng)過兩次水冷卻，即一次冷卻和二次冷卻。一次冷卻是由結(jié)晶器來完成，這個階段的目的是使鋼水凍結(jié)成型，然后鋼坯進入二冷區(qū)，二次冷卻水在整個連鑄生產(chǎn)階段是最重要的，它的冷卻效果直接影響著鋼坯的質(zhì)量。根據(jù)鋼坯的規(guī)格，對二次冷卻水的要求也是不一樣的，本文主要介紹大方坯連鑄機的二次冷卻水模型。 2 二冷水的工藝簡介及控制思路 鋼水從鋼包注入中間罐后，經(jīng)由水口進入結(jié)晶器進而凍結(jié)成型，然后在引錠桿的牽引下鋼坯進入二冷區(qū)。二冷水的控制方式根據(jù)現(xiàn)場實際工藝要求（包括鋼種、規(guī)格、質(zhì)量等要求），理論上確定沿澆鑄方向預(yù)測凝固厚度梯度和溫度分布變化，與實測表面溫度和拉速來控制冷卻水的流量和壓力。再經(jīng)過PID調(diào)節(jié)對鋼坯進行不同程度的冷卻。 3 二冷水?dāng)?shù)學(xué)模型的控制方式 首先要對矩形坯連鑄機的生產(chǎn)工藝特點及設(shè)計控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點進行具體的分析，掌握各設(shè)備的控制方法和控制參數(shù)，然后確定相應(yīng)的計算方法。 3.1 二冷水控制方法 配水系統(tǒng)分為結(jié)晶器冷卻水和二次冷卻水兩大部分，結(jié)晶器冷卻為全水冷卻，分為寬窄兩個回路，水量不同；二次冷卻水分四段進行配水控制，即足輥段、Ⅰ段、Ⅱ段、Ⅲ段,共分為七個回路。其中足輥段為全水冷，單一回路。其他三段為水汽噴霧冷卻，依據(jù)內(nèi)外弧和窄邊分為六個回路。結(jié)晶器水量為固定參數(shù)，不予調(diào)節(jié)。二冷各段采用水表控制。

各回路二冷水量分配比:

4.2 主要實驗 理論上較理想的配水曲線應(yīng)該是一條二次曲線：Q=aV2 bV c，但實際上計算a、b、c系數(shù)是十分困難的，所以一般用折線仿真曲線的方法進行配水控制，即每一段的配水根據(jù)拉速的變化計算公式為： Qi=Ai*V Bi V---拉速  M/分； Qi---各段水量   L/分； Ai,Bi----二冷配水參數(shù)，隨冷卻方式和鑄坯斷面不同而不同。計算所得Qi值作為每段水量的給定 值，然后PLC按照該給定值進行PID控制。

各回路冷卻水量算法為： 正常拉速下按比例供水，各回路的水流量與拉速成正比，當(dāng)拉速小于0.3m/min時，各回路水流量取恒值，即取拉速為0.3m/min時的水流量。公式為： Qi=Ai*V      （V>0.3m/min） Qi=Qi         (V≤0.3m/min) 式中，Qi——各回路水流量，1/min V---拉速 , m/min Ai、Bi——常數(shù) 按這個冷卻制度進行320*410mm斷面熱試，存在如下問題： 在拉速低于0.47m/min時，矯直點溫度在927℃-964℃之間波動，鑄坯表面質(zhì)量良好，配水制度合理；但拉速高于0.47m/min時，逐漸出現(xiàn)不正?，F(xiàn)象，拉速約在0.47-0.6m/min范圍時，出現(xiàn)由輕到重的邊角發(fā)黑現(xiàn)象；當(dāng)拉速達到0.67m/min，也是本次熱試的最高拉速時，鑄坯表面出現(xiàn)橫裂紋，裂紋在邊角界面比較集中，鑄坯表面溫度低于900℃。我們對這種表面質(zhì)量問題進行了分析，并對給定配水制度作了評價。這種現(xiàn)象明顯表明冷卻強度過大，從鑄坯質(zhì)量考慮，二冷區(qū)冷卻制度應(yīng)該根據(jù)鋼種.鋼的高溫脆性來決定。如4-1圖所示：

由上圖可以看出，鋼脆性曲線可以分為三個區(qū)： a)高溫區(qū)（1300℃以上）在此區(qū)內(nèi)鋼的高溫塑性和強度明顯降低，使鋼的脆性增加。 b)中溫區(qū)（900-1300℃）在此溫度區(qū)，鋼處于奧氏體相區(qū)， 的強度較高。 c)低溫區(qū)（700-900℃）在這個區(qū)延展性降低，形成一個脆性區(qū)。 每一個鋼種都有一條相應(yīng)的脆性曲線，700-900℃是鋼延展性最低的區(qū)段，鋼坯如果在此區(qū)段內(nèi)矯直，將形成表面橫裂紋，因此，在二冷區(qū)鑄坯表面溫度應(yīng)控制在中溫區(qū)，在矯直點前應(yīng)在900℃以上。熱試中之所以出現(xiàn)表面裂紋問題，就是因為冷卻強度太大，造成在低溫區(qū)矯直。調(diào)節(jié)冷卻強度的一般思路是減小各段配水系數(shù)，我們實驗了這種方法，效果并不滿意，雖然矯直點溫度有所提高，但是，足輥段和二冷一段出口水溫升高，冷卻水量不夠。 4.3 主要技術(shù)指標(biāo)及達到的目的 我們對配水的數(shù)學(xué)模型進行了分析，認(rèn)為問題的根源在于理想配水曲線的線性化模型不精確，偏差過大。兩種曲線對比如下圖2：

從圖2中可以看出，給定的配水曲線對理想曲線的拋物線作了二段線性逼近。在低速段（<0.5m/min）時，線性化曲線與理想曲線相關(guān)性較好，配水量偏差不大；但當(dāng)拉速大于0.5m/min時，線性化曲線與理想曲線相差就比較大了，線性曲線高于理想曲線，在理想曲線的極點A偏差達到最大值，當(dāng)拉速處于B點和A點之間時，偏差隨拉速提高逐漸增大，這就是冷卻強度在較高拉速時過大的理論根源。我們得出的結(jié)論是，二段線性化的配水模型不適合320*410mm斷面的冷卻要求。 依據(jù)以上分析，我們重新設(shè)計了配水模型，拋棄原二段線性化模型，采用三段線性化模型。如圖3所示：    

如圖3所示，在理想配水曲線的極點A處設(shè)置一個折點，使二段線性逼近變成三段逼近，新曲線與理想曲線吻合得相當(dāng)好，減小了Ⅱ段折線的斜率，從而也減小了線性化曲線與理想曲線在Ⅱ段范圍內(nèi)的差值，使實際配水曲線更接近理想曲線。我們根據(jù)新的配水模型計算了配水參數(shù)，經(jīng)過實驗，新的配水模型較好地解決了鑄坯表面質(zhì)量問題鑄坯矯直點溫度上升到960-1100℃之間，避開了700-900℃的高溫脆性區(qū)。 5 結(jié)束語 該系統(tǒng)具有很高的控制水平，控制功能豐富、完善，實用性強；自投運以來，運行十分穩(wěn)定可靠，故障率極低，所有信號處理及聯(lián)鎖控制均在PLC內(nèi)自動完成，并可通過MMI進行在線監(jiān)控及歷史記錄分析，使得電氣線路變得十分簡捷、可靠，減少了故障處理時間，減少了不安全因素，有效地提高了勞動生產(chǎn)率，改善了工作人員的工作環(huán)境，減輕了工作人員的勞動強度，取得了十分顯著的經(jīng)濟效益。由于該控制系統(tǒng)取得了極好的經(jīng)濟效益，具有很強的實用性、可移植性，在本行業(yè)及其它相關(guān)行業(yè)具有很高的推廣價值。 參考文獻： 1、 廈門艾倫-布拉德利有限公司 PLC-5 編程軟件 軟件組態(tài)與維護，1993北京 2、 廈門艾倫-布拉德利有限公司 PLC-5 編程軟件 指令集，1993北京 作者簡介： 1.王博，工程師，現(xiàn)從事冶金自動化控制工作。（271104  山東萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部鋼區(qū)車間煉鋼站 ） 2.彌春霞，工程師，現(xiàn)從事冶金自動化控制工作。（271104  山東萊蕪鋼鐵集團有限公司自動化部鋼區(qū)車間煉鋼站 ）