本發(fā)明屬于冶金，尤其涉及一種板坯連鑄機結晶器液位控制方法及自動開澆方法。

背景技術：

1、連鑄是鋼鐵行業(yè)中常用的一種鑄造工藝，它通過將液態(tài)金屬直接注入結晶器中，通過控制冷卻條件使得鋼水可以按工藝要求進行凝固，實現(xiàn)連續(xù)鑄造過程，生產出具有一定形狀和尺寸的鑄坯。連鑄工藝具有高效、快速和自動化等特點，目前鋼鐵生產中，連鑄工藝占比在90％以上，在現(xiàn)代鋼鐵生產過程中的地位舉足輕重。中間包自動開澆是保證中間包更換、浸入式水口更換等重要部件更換以后能夠在工藝要求時間內實現(xiàn)自動開澆的關鍵技術。雖然已經(jīng)有一些公開的方法可以實現(xiàn)中間包自動開澆，然而在自動開澆過程中，板坯連鑄機結晶器液位控制仍然存在一些關鍵因素需要考慮，例如開澆時機、流量調節(jié)以及鑄坯質量的穩(wěn)定性等，自動開澆過程依靠人工監(jiān)控等限制，沒有較好的開澆過程監(jiān)控方法，如何實現(xiàn)對結晶器液位的有效控制，對于中間包自動開澆成功率及開澆過程中的鑄坯質量影響很大。

技術實現(xiàn)思路

1、鑒于上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種板坯連鑄機結晶器液位控制方法及自動開澆方法。

2、本發(fā)明采用如下技術方案：

3、一種板坯連鑄機結晶器液位控制方法，所述方法用于板坯連鑄中間包更換自動開澆，所述方法包括以下步驟：

4、s1、液位控制階段一，所述階段一通過控制塞棒開度值調整結晶器液位，將結晶器液位由液位初始值升至第一液位設定值；

5、s2、液位控制階段二，所述階段二通過控制塞棒開度值調整結晶器液位，將結晶器液位由所述第一液位設定值升至第二液位設定值，所述第二液位設定值為鑄坯開始拉出時的液位；

6、s3、鑄坯拉出階段，結晶器液位到達第二液位設定值后，開啟扇形段運行，鑄坯拉出，完成自動開澆；

7、所述塞棒開度值的調整控制包括：參數(shù)采集和參數(shù)分析，根據(jù)所述參數(shù)分析的結果判定參數(shù)是否異常，根據(jù)判定結果調整塞棒開度進行結晶器液位控制；

8、所述參數(shù)包括：鋼種、斷面寬度、中包溫度、中間包重量、結晶器液位、塞棒開度、浸入式水口深度和拉速；

9、所述參數(shù)分析包括單變量分析和多變量分析，所述單變量分析用于單變量統(tǒng)計過程控制，所述多變量分析用于多變量統(tǒng)計過程控制，所述單變量統(tǒng)計過程控制和多變量統(tǒng)計過程控制用于所述塞棒開度值的調整控制；

10、所述單變量統(tǒng)計過程控制包括：生產過程中按照時間順序采集參數(shù)數(shù)據(jù)，根據(jù)參數(shù)數(shù)據(jù)確定控制限，生產過程中控制對應的參數(shù)數(shù)據(jù)在所述控制限以內；

11、所述多變量統(tǒng)計過程控制包括：對于多個變量高度相關的生產過程，同時采集多個變量的參數(shù)數(shù)據(jù)，采用多變量統(tǒng)計過程控制綜合分析多個變量與生產過程及產品質量的相關性，實現(xiàn)多變量的生產過程監(jiān)控和質量異常分析。

12、進一步地，所述塞棒開度值的調整控制包括：使用回歸分析擬合出塞棒開度與通鋼量的關系公式，通鋼量q＝f(k)＝v*s，其中k為塞棒開度，v為鋼液流速，s為開口面積。

13、進一步地，所述多變量分析包括：對所述參數(shù)采用pca-t2-spe分析方法進行分析，獲取控制限，比較t2和spe統(tǒng)計量和控制限，如果t2和spe統(tǒng)計量大于控制限，則認為觀測數(shù)據(jù)存在故障；如果t2和spe統(tǒng)計量小于或等于控制限，則認為觀測數(shù)據(jù)正常。

14、進一步地，所述多變量分析包括：

15、過程監(jiān)控模型建立，收集鑄坯開澆過程中運行數(shù)據(jù)，選擇鑄坯質量符合要求的中間包更換自動開澆運行數(shù)據(jù)作為訓練數(shù)據(jù)，先將所述訓練數(shù)據(jù)標準化，然后進行主成分分析，構建t2和spe統(tǒng)計量，確定對應的控制限，所述控制限為模型判斷異常的標準；

16、過程監(jiān)控與異常監(jiān)測，獲取新的中間包開澆數(shù)據(jù)，將新數(shù)據(jù)計算的t2統(tǒng)計量和spe統(tǒng)計量與控制限進行對比，判斷是否超過對應的控制限，用于在線實時中包開澆異常檢測，實現(xiàn)連鑄過程中對中間包開澆的自動監(jiān)控；

17、參數(shù)優(yōu)化，對于自動開澆過程t2統(tǒng)計量和spe統(tǒng)計量超過控制限的主要參數(shù)進行優(yōu)化，對于塞棒開度，選擇開度k的μ±2σ為范圍為限選擇塞棒開度，μ為參數(shù)均值，σ為參數(shù)標準差。

18、進一步地，所述pca-t2-spe分析方法包括t2統(tǒng)計量的計算，所述t2統(tǒng)計量的計算步驟包括：

19、s1.1對所述參數(shù)的原始數(shù)據(jù)進行中心化，每個變量減去其均值，使得數(shù)據(jù)的均值為零；

20、s1.2計算數(shù)據(jù)的協(xié)方差矩陣，反映各個變量之間的相關性；

21、s1.3對協(xié)方差矩陣進行特征值分解，求出其特征值和特征向量；

22、s1.4將原始數(shù)據(jù)乘以特征向量矩陣，得到投影后的數(shù)據(jù)，所述投影后的數(shù)據(jù)為主成分；

23、s1.5計算t2統(tǒng)計量，公式為：其中，zi是第i個主成分，λi是第i個特征值，k是主成分的個數(shù)；

24、s1.6計算t2統(tǒng)計量的控制限，公式為：其中，n是樣本數(shù)，k是主成分數(shù)，α是顯著性水平，fα(k,n―k)是服從自由度為k和n―k的f分布的α分位數(shù)。

25、進一步地，所述pca-t2-spe分析方法包括：spe統(tǒng)計量的實現(xiàn)方法步驟包括：

26、s2.1對所述參數(shù)的原始數(shù)據(jù)進行預處理，所述預處理包括中心化、標準化或去除異常值；

27、s2.2對預處理后的數(shù)據(jù)進行主成分分析，求出其主成分矩陣和貢獻率；

28、s2.3根據(jù)貢獻率確定主成分的個數(shù)，選擇累積貢獻率達到90％以上的主成分；

29、s2.4對新的觀測數(shù)據(jù)進行預處理，使其與原始數(shù)據(jù)具有相同的尺度。

30、s2.5計算spe統(tǒng)計量，公式為：spe＝|x2|＝|(i―ppt)x|2，其中，x是新的觀測數(shù)據(jù)，p是主成分矩陣，i是單位矩陣；

31、s2.6計算spe統(tǒng)計量的控制限，公式為：式中，為xn×p的協(xié)方差矩陣的第j個特征值的i次冪，uα是正態(tài)分布在顯著性水平為α下的臨界值,g是模型中所保留的主成分個數(shù),p是變量個數(shù)。

32、進一步地，所述結晶器液面采用先快后慢的方式升高，自動開澆模型中開澆過程結晶器液面高度為：

33、

34、其中，h為結晶器液位高度，t為開澆時間，l1為結晶器總長度；l2為引錠桿長度，v1為實際拉速，v2為目標拉速。

35、進一步地，所述結晶器液位控制包括：開澆過程中，所述鑄坯拉出之后，控制結晶器液位周期性波動，所述波動的范圍為800±3mm。

36、進一步地，所述液位控制階段一包括四個時段，分別為第一時段、第二時段、第三時段和第四時段，所述四個時段皆為1-10s范圍內，通過所述四個時段，所述結晶器液位由液位初始值升至第一液位設定值；

37、所述第一時段開始時，塞棒開度調節(jié)至塞棒第一開度值，并在第一時段內維持所述塞棒第一開度值；第一時段結束時，所述塞棒第一開度值由所述塞棒第一開度值下調3-3.5mm達到塞棒第二時段初始值，在第二時段內塞棒開度值緩慢升高，第二時段結束時，塞棒開度值相對于所述塞棒第二時段初始值升高0.5-1mm，塞棒開度達到塞棒第二時段尾值；第三時段內，塞棒開度值在所述塞棒第二時段尾值的基礎上繼續(xù)升高，第三時段內塞棒開度值升高1-1.5mm，塞棒開度達到塞棒第三時段尾值；第四時段內，塞棒開度值在所述塞棒第三時段尾值的基礎上繼續(xù)升高，第四時段內塞棒開度值升高0.5-1mm；所述液位初始值為680±5mm；所述第一液位設定值為752mm；所述第二液位設定值為775mm；所述塞棒第一開度值為：k×10mm，k為當前鑄坯最小斷面寬度尺寸與標準斷面寬度尺寸的比值，所述標準斷面寬度尺寸為1300mm。

38、一種板坯連鑄中間包自動開澆方法，所述開澆方法采用上述的控制方法進行結晶器液位控制。

39、有益效果：

40、本發(fā)明以結晶器液位動態(tài)穩(wěn)定控制為核心，滿足連鑄生產工藝中間包開澆的工藝要求，結合自動控制思想，通過控制好結晶器液位的動態(tài)穩(wěn)定，能夠使連鑄機工作過程中不拉漏、不溢鋼又能獲得高品質鋼。板坯連鑄中間包自動開澆技術的應用可以有效地提高板坯連鑄生產線的生產效率和質量穩(wěn)定性。通過實時監(jiān)測中間包與結晶器狀態(tài)參數(shù)，并根據(jù)預設的開澆過程參數(shù)進行自動開澆操作，可以避免不必要的停工和調整時間，最大限度地提高連鑄生產線的效率，充分利用生產設備的產能，從而大大提高了生產線的利用率。

41、本發(fā)明公開的結晶器液位控制方法減少人為因素的干預，降低由于操作人員技能水平和疲勞程度不同而引起的質量波動和生產風險，確保了鑄坯質量的穩(wěn)定性和一致性。

42、本發(fā)明的技術方案中，結晶器液位控制按照開澆程序中液位設定值與設定時間，塞棒根據(jù)結晶器液位設定值執(zhí)行相應的開度；結晶器液位到達所述設定值后，結晶器液位進入自動控制模式，塞棒開度決定中間包鋼液流入結晶器流量的大小，結晶器液位自動控制過程中，其塞棒開度控制由結晶器液位控制系統(tǒng)自動實現(xiàn)；本發(fā)明公開的結晶器液位控制方法不但實現(xiàn)了自動開澆，保證了自動開澆率，而且保證了中間包開澆的安全性。