基於二冷配水量的連鑄機蒸汽排出風機節能優化控制方法
2023-08-09 10:23:16 1
專利名稱：基於二冷配水量的連鑄機蒸汽排出風機節能優化控制方法
技術領域：
本發明屬於電氣及有關技術。
背景技術：
連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機是連鑄工藝設備中的重要設備之一，同時也是連鑄 機在線單體設備中功率最大、耗電最多的設備之一，它的耗電量約佔連鑄機在線設備計算 負荷的1/6左右，如果能採取有效的節能方式，使其達到顯著的節能效果，則會使連鑄機的 綜合能耗指標得到明顯的改善，並獲得良好的經濟效益。目前的連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機控制方法大多是採用控制風機出口擋板的 開度來調節風量，也有少量系統配備了變頻器裝置。前者是一種常規的風機控制方式，風機 的出口風量可在一定的範圍內調節，但電動機沒有工作在節能的方式；後者雖然配備了變 頻器裝置，但由於目前還沒有採用與連鑄機工況相適應的優化控制模型進行控制的系統， 速度調節存在不確定性，無法實際應用，故其節能的特點還沒有、也不可能發揮出來，這類 配備了變頻器裝置的系統僅僅是用於改善電動機的啟動性能，在啟動過程完成後，系統一 直工作在恆速運行狀態下。有關連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機的優化控制節能技術目前還未見到公開發表 的文獻，還處於空白階段。
發明內容
本發明的目的是根據連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機的工作特點研究開發與連鑄 機工況相適應的動態優化控制數學模型，進而採用現代的變頻控制技術對蒸汽排出風機的 出口風量進行調節，以儘可能地挖掘其節約電能的潛力。本發明的要點是以連鑄機二次冷卻水配水量為基礎，根據不同澆鑄鋼種、冷卻制 度及澆鑄鑄坯斷面在各種拉坯速度時的配水量來構建連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機動態 優化控制數學模型，利用現代變頻調速技術，構成節能型連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機動 態控制系統，對蒸汽排出風機進行動態優化節能控制，既能滿足連鑄工藝對排出蒸汽風量 的要求，又能充分地節約電能，與以往的蒸汽排出風機運行結果相比可節能30 70%。
附圖中1是連鑄機基礎自動化系統，2是二次冷卻蒸汽排出風機速度動態優化控 制數學模型控制器，3是變頻器，4是蒸汽排出風機，5是與二次冷卻配水量有關的資料庫。
具體實施例方式連鑄機蒸汽排出風機需排出的風量取決於連鑄機二次冷卻水產生的蒸汽量，故正 確的把握二次冷卻水量是得到確切蒸汽量的關鍵。根據連鑄機的工藝情況，二次冷卻水量 主要與澆鑄鋼種、澆鑄鑄坯斷面、拉坯速度及冷卻制度有關。
澆鑄鋼種的不同，需要不同的冷卻強度，即不同的冷卻水量。對於普碳鋼、低合金 鋼，冷卻強度約為1. 0 1. 2L/kg鋼；對於中、高碳鋼、合金鋼，冷卻強度約為0. 6 0. 8L/ kg鋼；某些熱裂紋敏感性強的鋼種，冷卻強度約為0.4 0. 6L/kg鋼；高速鋼冷卻強度約為 0. 1 0. 3L/kg鋼。對實際運行的任何一臺連鑄機而言，其澆鑄鋼種的範圍一般不會變化太 大，所以涉及冷卻水量的變化範圍約為最大冷卻水量的20% 40%。實際澆鑄鑄坯斷面對蒸汽量的影響分為厚度變化和寬度變化兩種情況，通常鑄坯 厚度斷面對噴水量的影響約為8% 14%，鑄坯厚度斷面越大產生的噴水量也就越多。鑄 坯寬度斷面的變化對噴水量的影響取決於連鑄機對二次冷卻水噴嘴的控制功能，某些連鑄 機具有在澆鑄小寬度鑄坯時，關閉兩側不需噴水的噴嘴以節省噴水量的功能，但多數連鑄 機不具備這種功能，即多數連鑄機的噴水量不因澆鑄寬度變化而改變水量。但無論哪種情 況，隨著澆鑄寬度的變化，實際的蒸汽量均是變化的，與兩側噴嘴是否關閉無關，因為在澆 鑄小寬度鑄坯時，兩側噴嘴即使噴水，由於沒有噴到鑄坯表面，也不會產生蒸汽，這是噴水 量與蒸汽發生量不成正比的特例。澆鑄寬度涉及的蒸汽量變化範圍一般約為最大蒸汽量的 20% 40%。鑄坯拉速的變化範圍比較大，約在15% 80%最高鑄坯拉速內變化，但實際運行 中連鑄機通常工作在50% 80%最大拉速的速度範圍內。二次冷卻水噴水量與鑄坯拉速 為緩慢型二次曲線關係，其特點是在低速範圍內呈非線性，在高速範圍接近線性。此外，即使是相同的鋼種、相同的斷面以及相同的拉坯速度時，冷卻制度不同時， 其配水量也不相同，弱冷冷卻方式時的噴水量約為強冷冷卻方式時的70% 90%。在進行連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機的容量設計計算時，風機的額定功率是按最 大排出蒸汽風量計算的，而最大蒸汽量是按二次冷卻水量最大時計算的。二次冷卻最大噴 水量通常是在最高設計拉坯速度、強冷冷卻方式的條件下計算得出的。但實際運行中根據 連鑄機的工作條件，連鑄機通常不會工作在最高拉坯速度下，而是工作在50% 80%左右 最大拉速的速度下，有時甚至更低。所以實際蒸汽的發生量通常遠小於最大蒸汽量，即蒸汽 排出風機在大部分時間內不必工作在額定轉速的狀態下，就可以排出實際產生的蒸汽。另 一個非常值得考慮的因素是弱冷冷卻方式，由於鑄坯熱送和直接軋制技術的出現，後部工 序需要獲得儘量高的出坯鑄坯溫度，以節約熱能。因此目前二次冷卻普遍趨向於採取弱冷 冷卻方式。在弱冷冷卻方式時，二次冷卻水噴水量進一步降低，通常約為強冷冷卻方式的 70% 90%。綜合這些因素可以看到蒸汽排出風機節能的潛力是非常大的，若能根據實際的蒸 汽發生量對風機轉速進行動態優化調節，則能顯著的節省電能。根據風機特性理論推導，風機電動機的功率正比於風機的風量和風壓的乘積。其 中風量與風機轉速成正比，風壓與風機轉速平方成正比，故電動機的功率與風機轉速的立 方成正比。從上面的分析結果，若考慮連鑄機常年平均工作在70%最大拉速下，僅速度變化 一項所需電動機功率將降為額定功率的34. 3%，即節能65. 7%,以單流中型板坯連鑄機為 例，2臺90kW蒸汽排出風機在每年運行320天的節能數據是908237度電。目前全國有壹千 多臺連鑄機，若採用節能技術，每年將節省的電能可達數億度電。但應該指出的是，這是一 個比較保守的估算數值，如果再考慮澆鑄鑄坯斷面、澆鑄鋼種以及冷卻制度的變化，節省的 電能會高於這個數值，前提是必須要有正確有效的、與連鑄機工況相適應的優化控制模型。
從上述分析可以看出連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機節能的4個關鍵因素是澆鑄 鋼種、澆鑄鑄坯斷面、拉坯速度和冷卻制度。對於實際運行的任何一臺連鑄機而言，工藝二 次冷卻配水分成若干區域，這些區域由若干個帶調節閥的配水迴路給水。二冷配水一般有 動態二冷配水和靜態二冷配水2種方式，動態配水由過程控制計算機根據二冷凝固模型及 實時溫度場進行動態配水計算；靜態配水由基礎自動化級或操作員根據二冷配水數據表進 行配水給定值設定，不同的澆鑄鋼種、澆鑄鑄坯斷面、拉坯速度和冷卻制度對應不同的二冷 配水數據表。無論動態二冷配水還是靜態二冷配水均考慮了澆鑄鋼種、澆鑄鑄坯斷面、拉坯 速度和冷卻制度幾個影響二冷水量變化的關鍵因素。綜合上述分析，本發明研究開發了基於二冷配水量的連鑄機蒸汽排出風機節能優 化控制方法，步驟如下第一，以連鑄機工藝二次冷卻配水基本數據為基礎來構建連鑄機二次冷卻蒸汽排 出風機速度控制數學模型，設連鑄機二冷配水分區個數為n，各區冷卻噴嘴均勻布置，數學 模型如下Vref = Vs*kc* (( Σ Qi*Wa/Ws) /Qm) (1)式中Vref風機速度給定值(m/min)Vs 風機速度給定基準值(m/min)Qffl 設計的最大二冷配水量(L/min)Qi 第i配水區實際配水值(L/min)，i = 1，2…ηk。 與總配水量有關的工程係數(0. 9 1. 1)Wa 當前實際澆鑄鑄坯寬度(mm)Ws 澆鑄鑄坯寬度基準值(mm)(1)式即為連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機速度動態控制數學模型。式中工程係數 k。根據具體連鑄機工藝狀況確定，存儲在資料庫中；最大二冷配水量Qm和澆鑄鑄坯寬度基 準值1是設計值，為工藝設計已知數據，存儲在資料庫中舟為第i配水區的水量實際值， 可從基礎自動化系統獲得，在對η個配水區的實際配水量進行求和後，則得到了總配水量 的實際值;Wa為當前實際澆鑄鑄坯寬度，可從基礎自動化系統獲得。第二，以(1)式為核心組建連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機速度動態優化控制數學 模型控制器[2]，其主要功能是從基礎自動化系統[1]讀入連鑄機各配水區的實際配水數 據，及從資料庫[5]中讀入對應的基準參數，通過(1)式進行風機速度給定計算，結果輸出 至變頻器[3]，利用現代變頻調速技術對蒸汽排出風機[4]進行速度調節，構成高節能型連 鑄機二次冷卻蒸汽排出風機速度動態控制系統。本發明連鑄機蒸汽排出風機節能優化控制方法，可對蒸汽排出風機進行動態節能 控制，由於研究開發了(1)式與連鑄機工況相適應的動態控制數學模型，客觀地考慮了各 種因素對蒸汽產生的影響，可實時計算二冷配水量，即蒸汽發生量，根據實際的二冷配水量 對風機速度進行優化控制，故可以充分地挖掘二次冷卻蒸汽排出風機節能的潛力。連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機節能優化控制方法可廣泛應用於新建設的板坯連 鑄機、方坯連鑄機、圓坯連鑄機、異形坯連鑄機的二次冷卻蒸汽排出風機的控制，也可廣泛 應用於各種連鑄機的二次冷卻蒸汽排出風機控制系統的節能改造，可獲得良好的節能效果和經濟效益。
權利要求
1.一種基於二冷配水量的連鑄機蒸汽排出風機節能優化控制方法，其特徵是以連鑄機 工藝二次冷卻配水基本數據為基礎來構建連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機速度控制數學模 型，設連鑄機二冷配水分區個數為n，各區冷卻噴嘴均勻布置，機速度控制數學模型，設連鑄 機二冷配水分區個數為n，各區冷卻噴嘴均勻布置，數學模型如下Vref = Vs^((EQiWyffs)ZQffl) (1) 式中Vref風機速度給定值(m/min)Vs 風機速度給定基準值(m/min)Qffl 設計的最大二冷配水量(L/min)Qi 第i配水區實際配水值(L/min)，i = 1，2…ηk。 與總配水量有關的工程係數(0. 9 1. 1)Wa 當前實際澆鑄鑄坯寬度(mm)Ws 澆鑄鑄坯寬度基準值(mm)(1)式即為連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機速度動態控制數學模型。式中工程係數k。根 據具體連鑄機工藝狀況確定，存儲在資料庫中；最大二冷配水量O1和澆鑄鑄坯寬度基準值 評3是設計值，為工藝設計已知數據，存儲在資料庫中；仏為第i配水區的水量實際值，可從基 礎自動化系統獲得，在對η個配水區的實際配水量進行求和後，則得到了總配水量的實際 值;Wa為當前實際澆鑄鑄坯寬度，可從基礎自動化系統獲得。
2.如權利要求1所述的基於二冷配水量的連鑄機蒸汽排出風機節能優化控制方法，以 (1)式為核心組建連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機速度動態優化控制數學模型控制器[2]， 其主要功能是從基礎自動化系統[1]讀入連鑄機各配水區的實際配水數據，及從資料庫 [5]中讀入對應的基準參數，通過(1)式進行風機速度給定計算，結果輸出至變頻器[3]，利 用現代變頻調速技術對蒸汽排出風機[4]進行速度調節，構成高節能型連鑄機二次冷卻蒸 汽排出風機速度動態控制系統。
全文摘要
本發明基於二冷配水量的連鑄機蒸汽排出風機節能優化控制方法屬於電氣及有關技術，目的是研究開發一種與連鑄機工況相適應的蒸汽排出風機節能優化控制方法，以儘可能地挖掘蒸汽排出風機節能的潛力，其要點是以連鑄機二次冷卻水配水量為基礎，根據不同澆鑄鋼種、冷卻制度及鑄坯斷面在各種拉坯速度時的配水量所產生的蒸汽量來構建連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機動態優化控制數學模型，利用變頻調速技術，構成節能型連鑄機二次冷卻蒸汽排出風機動態控制系統，對蒸汽排出風機進行動態優化節能控制，既能滿足工藝對排出蒸汽風量的要求，又能充分地節約電能，可廣泛應用於新建或改造的各種連鑄機的蒸汽排出風機的控制，可獲得良好的節能效果和經濟效益。
文檔編號B22D11/124GK102049481SQ20101028743
公開日2011年5月11日 申請日期2010年9月20日 優先權日2010年9月20日
發明者高毅夫 申請人:高毅夫