型钢钢轧耦合智能定重控制研究

摘要：钢铁行业的发展趋势，以智能制造为核心，科技系统为基础，在竞争日益激烈的钢铁行业里，通过科技创新降低生产成本是必不可少的，但在钢轧厂中以科技创新为主导的创新项目是比较多的，单从炼钢到型钢供给钢坯这一路线，通过系统传输实现对所生产的每支钢坯的实际重量进行实时跟踪，从型钢钢轧耦合智能定重控制增加隐藏式辊道称重设备，打破行业固有的定重称重方式，做到在线钢坯支支称重，并通过称重数据连锁控制高精度红外定尺设备，做到定尺实时调整，并通过数据网络传输至型钢系统，从而完成钢轧耦合智能定重，炼钢、H型钢的重要经济指标钢坯收得率、成材率、定尺率都得到了大幅度提高，为同行业降本增效做出较大贡献。

关键词：钢坯收得率成材率定尺率智能定重

ResearchonIntelligentFixedWeightControlforCoupledRollingofSteelSections

HUANGFeiLEIJing

WuhaiBaogangWantengSteelCo.，Ltd.，WuhaiInnerMongolia，016000China

Abstract：Thedevelopmenttrendoftheironandsteelindustry，withintelligentmanufacturingasthecore，basedonthescientificandtechnologicalsystem，intheincreasinglycompetitivesteelindustry，itisessentialtoreduceproductioncoststhroughscientificandtechnologicalinnovation，butinthesteelrollingmillwithscientificandtechnologicalinnovationastheleadinginnovationprojects，singlefromsteelmakingtosectionsteelsupplybilletthisroute，theactualweightofeachbilletproducedbythesystemtransmissionreal-timetracking，fromthesectionsteel ;rollingcouplingintelligentfixedweightcontroltoincreasethehiddenrollertableweighingequipment，breakingtheindustry'sinherentfixedweightweighing method，Toachieveonlinebilletsupportweighing，andthroughtheweighingdatachaincontrolofhigh-precisioninfraredsizingequipment，toachievereal-timeadjustmentofthesizing，andthroughthedatanetworktransmissiontothesteelsystem，soastocompletethesteelrollingcouplingintelligentweighting，steelmaking，H-beamimportanteconomicindicatorsbilletyield，yield，sizingratehavebeengreatlyimproved，forthesameindustrytoreducecostsandincreaseefficiencytomakeagreatercontribution.

KeyWords：Billetyield；Yieldrate；Sizingrate；Intelligentweightdetermination

乌海市包钢万腾3#机连铸按定尺切割，对应型钢轧钢按重量轧制，钢坯在产出过程中定尺控制不稳定钢轧执行标准不统一，坯料交接界面计量不清晰，影响二者技术经济指标；改造前坯重控制方式，通过“定尺切割+人工抽测”增减长度，然而，工艺、设备等条件变化，铸坯重量波动范围大，人工难以进行精准调控；经过调研发现市场具备成熟的连铸坯定重技术，并进行实地考察，对乌海市包钢万腾3#连铸生产线具有技术需求和推广价值，进行立项建设。

1行业分析与现场问题梳理

1.1行业分析

（1）因连铸机以6机6流配置，各流因不同拉速会导致各流钢坯的重量差异，单纯依靠定尺是满足不了轧机成材率提高的需要，因此，连铸机必须实现铸坯精准定重和精准定尺切割。目前，方坯连铸生产中，国内大部分钢铁企业都采用定尺切割控制方式。采用定重方式切割方坯的主要优点：能提高钢材生产的定尺合格率；在合同额一定的情况下，提高定尺率，从而提高轧钢车间生产效率。

（2）目前，国内有个别钢铁企业中存在两种定重切割方式：静态称重和动态称重。这两种定重切割方式均属于采取切割后称重控制方式，具有滞后性。所以，需要进一步改善这种具有很大弊端的方法。

（3）连铸机配套轧钢厂建立钢轧联动系统，在保证降低轧钢成本、减少不必要浪费的前提，将钢坯定重系统纳入重点工作，目前在建期间部门将系统推进项目提前规划来实现定尺定重目的，保证在型钢轧制过程中减少切废及余量过多。

（4）炼钢厂与轧钢厂一直以钢坯定尺进行钢坯传递，在传递过程中经常会出现钢坯定尺长短问题并影响钢材成材率与通尺率，经现场充分研究，针对现状建立钢轧定尺定重智能联动系统，将钢轧重量新系统数据形成闭环调整[1]。

1.2问题梳理

（1）改造前3#机现场只有一台离线台秤，人工抽测重量，称重率低，不能保证铸坯重量的稳定性。（2）人工修改定尺，来弥补偏差，但是操作水平不同，工况不同，调整结果不同，调整时机相对滞后。（3）连铸机生产流间工艺参数、设备运行状况存在差异性，造成连铸坯重量流间差异大，相同定尺下，铸坯重量波动较大。（4）铸坯重量不稳定，各流铸坯重量不一致，H型钢轧制后，造成冷床倍尺长短不齐现象，通尺率偏高，切废较多；铸坯重量的不稳定，给H型钢轧制带来难度，制约通尺率的进一步提升[2]。（5）钢水温度不同，冷却时间不同；钢种成分不同，结晶过程不同。（6）结晶器磨损不同，影响铸坯截面尺寸，导致同等长度的铸坯重量不同；拉坯速度不同，铸坯结晶过程也不同。以上情况都会影响铸坯的实际密度和米重，相同定尺长度下，导致铸坯重量的不一致。

通过市场调研，智能定尺定重技术对影响铸坯定重精度的各种工艺因素、设备因素等进行深入系统分析研究，运用在线大数据采集、数据挖掘、人工神经网络等技术，建立铸坯定重在线模型，控制定尺切割，提高定重精度。

2实施规划

2.1多个浇次铸坯断面变化规律研究

针对炼钢厂3#连铸6机6流方坯连铸机，主要钢种系列多个浇次条件下铸坯流变规律研究，分析不同钢种在不同条件下铸坯凝固及其对连铸坯定重的影响规律[3]。

2.2结晶器磨损、保护渣性能对称重影响研究

研究结晶器冷却。水量、结晶器进出水温差、保护渣指标等对连铸坯定重的研究，结合其对连铸坯凝固组织的研究分析多种结晶器冶金参数对连铸坯定重的影响规律。

2.3生产现场工艺对定重影响研究

深入研究3#连铸机生产过程中拉速、中间包温度等多个因素对连铸坯定重的研究，研究不同工艺参数对连铸坯重量波动的影响规律，为定重模型提供实时数据支撑。

2.4建立铸坯定重数据库

建立铸坯在线精确定重定尺控制模型：主要钢种系列高温热物性参数分析及其对定重规律的研究；对主要钢种系列铸坯进行取样分析，实验室分析其不同热状态的高温热物性参数的变化规律，进而结合实际生产中的过热度、拉速、配水等工艺参数，研究连铸坯不同热状态的定重变化规律，建立炼钢厂6机6流3#大方坯连铸机连铸坯定重数据库[4]。

2.5连铸坯凝固规律有限元计算

针对3#连铸机实际设备条件、工艺参数、生产主要品种，进行有限元计算，分析连铸坯在不同热状态下的凝固状态、冷却收缩、密度变化等，为连铸坯定重提供理论支撑。

2.6连铸坯定重热态试验研究

连铸坯定重模型上线试运行，开展不同工艺参数条件下的连铸坯定重规律现场热态试验跟踪，分析不同工艺条件对定重的影响规律，为优化定重指标提供依据。

2.7建立铸坯在线精确定尺定重控制模型

根据前期基础研究，针对炼钢厂6机6流大方坯连铸机定制性开发连铸坯智能定重模型，并开发与现场PLC一级系统的数据接口。同时，根据现场通信条件，进行在线稳定性测试及试运行，优化各类技术指标并最终稳定投入使用。

2.8建立铸坯在线模型和称重装置的数据通信

对现有离线称重装置进行改造，并将其称重数据接入到智能控制模型中，以保证模型与钢坯称重系统、测长定尺系统通过信号采集实现系统模型定重优化。

3实施内容

乌海市包钢万腾钢铁3号连铸机进行了定制性建模开发，结合安徽工业大学运用大数据挖掘，人工神经网络等技术，建立基于工业大数据为预判的动态铸坯定重在线模型，实现智能化协同定重[5]。

3.1创新点“前馈+后馈”

3.1.1“前馈”：连铸坯智能定重模型

运用大数据挖掘，人工神经网络等技术，建立基于工业大数据为预判的动态铸坯定重在线模型。“模型+称重传感器+定尺系统”形成工业物联网，实现智能化协同定重。

3.1.2“后馈”：隐藏式整体辊道称重装置

（1）称重时间短，8s即可完成称重，实现钢坯全量化称重。

（2）特制承载梁设计，消除设备共振，保障系统称重精度。

（3）水冷箱式结构辊道耐高温设计，保障机械设备精度和耐用性。

3.2基于工业物联网的连铸坯智能定重技术

对影响铸坯定重精度的各种工艺因素、设备因素等进行深入系统分析研究，运用在线大数据采集、数据挖掘、人工神经网络等技术，建立铸坯定重在线模型，控制定尺切割，提高定重精度；增加隐藏式在线辊道电子称智能化装备，构建数字压力传感器、数字摄像头及定重模型机等组成的连铸坯智能定重工业物联网，无须人工干预，实现钢坯重量在线智能化反馈并形成闭环。

3.3钢轧耦合的定尺率、成材率提升技术

H型钢厂冷床位置人员实时监控倍尺长度，型钢到冷床位置提前确定倍尺长度，数据反馈至炼钢厂匹配定重系统进行数据分析，技术质量部通过数据分析为H型钢提供理论坯重标准，通过对大量数据的学习和训练，可以学习和发现隐藏在数据中的规律和关联，从而实现更精确的铸坯定重预测，进一步达到定尺率提高，通尺率降低的目的。

4项目实施效果

通过市场调研，智能定尺定重技术对影响铸坯定重精度的各种工艺因素、设备因素等进行深入的系统分析研究，运用在线大数据采集、数据挖掘、人工神经网络等技术，建立铸坯定重在线模型，控制定尺切割，提高定重精度。

主要技术_{8FsOCtrWoRFfo17bgv8kVQ==}性能指标：每根称重时间≤8s；型钢定尺率99.71%；型钢成材率101.58%；铸坯±2‰称重合格率≥90%；优化型钢定重精度标准由10kg范围改为1kg；钢水收得率99.16%。

乌海市包钢万腾钢铁3#连铸机铸坯智能定重系统为建龙集团首套智能定重系统，通过从安装—调试—使用过程中针对系统使用情况进行了多次的使用调整及缺陷改进，已有完整的使用经验的设备维护技术。

5结语

与安徽工业大学合作研发系统投用后，可实现支支称重，称重超标自动进行调整，与原有火切设备磨合良好，现员工操作熟练，系统稳定使用。

乌海市包钢万腾钢铁连铸铸坯智能定重是钢轧耦合定重系统第一家使用单位，积累了使用设备维护管理经验及过程管控要点。

该项目成果投入使用以来，有效地降低了轧制造成的浪费，实现了公司“降本增效”的目标。该定重系统已经推广应用，使用效果显著。

该定重系统提高了钢铁厂的自动化水平，在大数据应用方面有了进一步的水平提高，对大数据的价值进行了充分的挖掘。从方案研发到现场试验，现场工人积极参与，为工人创造良好的工作环境，降低劳动强度。

该定重系统也可以推广应用于其他连铸机，以满足不同断面的要求。为后续在定重方面的研究提供了有力支撑。

参考文献

[1]陈希云，周恩会.中厚板连铸坯定尺长度控制优化[J].冶金设备，2020（4）：54-57.

[2]张宏亮，冯光宏，刘鑫，等.方坯直接轧制工艺铸-轧界面连铸坯排队过程的衔接优化[J].特殊钢，2021，42（5）：1-5.

[3]眭志松，康欣蕾，韩德飞，等.220方低碳合金钢铸坯质量提升的实践[J].连铸.2022（5）：108-113.

[4]刘桂秋，姜晓楠，高财，等.连铸方坯常见表面缺陷及控制[J].鞍钢技术，2021（1）：53-58.

[5]陈伟，常新年，杨改彦，等.不同拉速对薄板坯凝固过程及组织的影响[J].炼钢，2022，38（1）：56-62.