預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置及方法
2023-05-11 01:20:16
專利名稱：預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種連鑄工藝中的監控裝置，尤其是一種預報板坯連鑄過程中漏鋼的 裝置。本發明還涉及一種連鑄工藝中的監控方法，尤其是一種預報板坯連鑄過程中漏鋼的 方法。
背景技術：
在鋼鐵廠生產各類鋼鐵產品過程中，使用鋼水凝固成型有兩種方法傳統的模鑄 法和連續鑄鋼法。與傳統方法相比，連鑄技術具有大幅提高金屬收得率和鑄坯質量，節約能 源等顯著優勢。連續鑄鋼的具體流程為鋼水不斷地通過水冷結晶器，凝成硬殼後從結晶器 下方出口連續拉出，經噴水冷卻，全部凝固後切成坯料的鑄造工藝過程。連鑄生產的順行以及連鑄坯質量是連鑄工序的兩個主要任務。在連鑄生產中，漏 鋼是極具危害性的生產意外事故，據統計，每發生一次漏鋼事故，處理時間最少需要五個小 時，僅備件維修方面至少要花費50萬元。漏鋼事故大致可分為開澆漏鋼、懸掛漏鋼、裂紋漏鋼、夾渣漏鋼、切斷漏鋼、粘結 漏鋼。其中粘結漏鋼在各種漏鋼事故中佔比例約為67%以上，在各種造成漏鋼事故的原因 中粘結漏鋼佔絕大多數，因此減少粘結性漏鋼是降低連鑄漏鋼率的關鍵所在。為了能夠準確預報粘結漏鋼的發生，近年來國內外開發的技術主要有振波分析、 檢測結晶器摩擦力、熱電偶測溫三種方法。目前廣泛存在的都是在結晶器上布置二排或三 排熱電偶，在熱電偶的布置上，主要還是安裝在彎液面的下部，截取結晶器銅板溫度相對線 性化的一段來進行模型計算。但由於鋼種的變化、保護渣的成份波動以及變渣線操作等的 原因，經常會出現結晶器銅板溫度的上下倒置，從而發生誤報或漏報，且對於裂紋漏鋼的發 生幾乎很難抓到。目前結晶器熱相圖的計算還處於離線模擬階段，是通過理想的傳熱模型 及根據大量的歷史數據不斷優化所得，其計算速度還不能滿足連鑄生產的實時計算和顯示 要求，不能實時動態地顯示結晶器銅板的溫度分布分析鋼水在結晶器內的凝固情況，不能 根據結晶器銅板的熱像圖直觀地評價水口對中情況、銅板局部冷卻效果、連鑄坯坯殼的情 況、結晶器錐度調整情況、保護渣的熔化及潤滑情況、結晶器內板坯坯殼的裂紋產生情況。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置及方法， 能夠及時準確地預報粘結漏鋼，還能通過觀測熱象圖實時發現裂紋漏鋼，從而提高了連鑄 生產的生產效率及板坯質量，避免漏鋼事故的發生。為解決上述技術問題，本發明預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置的技術方案是，在 連鑄結晶器的側壁上從結晶器彎月面至結晶器出口以陣列的形式布置至少4排熱電偶，所 述熱電偶均連接到一個計算控制單元，所述計算控制單元根據熱電偶的溫度信息計算結晶 器中鋼水的溫度分布狀況，以確定是否需要進行漏鋼報警。本發明還提供了一種採用上述預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置實現的預報板坯連鑄過程中漏鋼的方法，其技術方案是，所述計算控制單元採集熱電偶的溫度信息，建立結 晶器溫度場的數學模型，當結晶器中鋼水最高溫度的位置距離結晶器出口的高度低於預先 設定的閾值時，所述計算控制單元發出漏鋼報警。本發明得出的結晶器銅板溫度場數學模型能實時動態顯示鋼水在結晶器內的凝 固情況，以及準確地預報粘結漏鋼和裂紋漏鋼，讓工藝及操作人員非常直觀地觀察液面附 近保護渣的熔化情況、彎液面附近鑄坯坯殼的形成情況、水口的對中情況、結晶器錐度調整 情況、保護渣的熔化及潤滑情況、結晶器內板坯坯殼的裂紋產生情況。
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的說明圖1為本發明預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置的結構示意圖；圖2為本發明預報板坯連鑄過程中漏鋼的方法實施例所建立的熱相圖；圖3為結晶器的溫度曲線圖；圖4為進行降速操作的示意圖。
具體實施例方式本發明公開了一種預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置，如圖1所示，結晶器側壁包 括四周的結晶器西側101、東側102、外弧103和內弧104組成，在連鑄結晶器的側壁上從結 晶器彎月面至結晶器出口以陣列的形式布置至少4排熱電偶200，所述熱電偶均連接到一 個計算控制單元，所述計算控制單元根據熱電偶的溫度信息計算結晶器中鋼水的溫度分布 狀況，以確定是否需要進行漏鋼報警。至少在彎月面、彎月面至結晶器中部及結晶器中部至結晶器出口至少分別布置一 排熱電偶，且所述熱電偶都均勻分布。熱電偶垂直安裝在結晶器上，參與報警計算的第一排熱電偶安裝位置在距離彎月 面垂直高度70 120mm處，剩餘排的熱電偶按照100 150mm的排間距均勻安裝在結晶器 側壁上，且熱電偶的列間距與排間距的比值為1 1. 5。本發明還提供了一種採用上述預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置實現的預報板坯 連鑄過程中漏鋼的方法，所述計算控制單元採集熱電偶的溫度信息，建立結晶器溫度場的 數學模型，例如熱相圖，如圖2所示，將熱相圖各點的溫度通過由深到淺進行可視化顯示， 如果採用彩色視圖，還可以通過從黑_灰-藍-紅-黃的至少50種以上的顏色進行可視化 顯示，當結晶器中鋼水最高溫度的位置距離結晶器出口的高度低於預先設定的閾值時，所 述計算控制單元發出漏鋼報警。所述計算控制單元結合所述熱電偶的溫度數據，採用插值法建立結晶器溫度場的 數學模型。粘結性漏鋼產生的過程可分為如下5個步驟，如圖3所示，其中曲線1為正常狀態 下的溫度分布，曲線2為粘結髮生18s後的溫度分布，曲線3為粘結髮生54s後的溫度分 布a)由於缺少保護渣的潤滑，初生凝固坯殼粘結在結晶器銅壁上。b)結晶器振動過程中產生拉力，初生坯殼拉破，內部鋼水流向結晶器銅板表面，並再次凝固成新生坯殼。c)新生坯殼受到同樣拉力並再次破裂。d)坯殼撕裂處沿結晶器長度方向按照鑄速的函數方式傳播。e)破裂處到達結晶器下部，漏鋼發生。粘結點起始於結晶器中鋼水的彎月面處，隨著結晶器的振動和鑄坯的下拉粘結點 也向出口移動，當粘結點移至第一排熱電偶附近時其溫度會升高，經過熱電偶處則溫度達 到最高點，然後繼續往下移動第一排溫度逐漸降低，且由於與第二排熱電偶位置的靠近，第 二排熱電偶溫度開始上升，下移至第二排熱電偶處則第二排熱電偶溫度達到最高值，依次 類推，這樣溫度先上升再持續下降的趨勢依次傳遞到最後一排。由於粘結痕跡呈V字形，不 僅在縱向存在粘結特徵的傳遞，在橫向也同樣存在粘結特徵的傳遞。現有技術中由於鋼種的變化、保護渣的成份波動以及變渣線操作等的原因，經常 會出現結晶器銅板溫度的上下倒置，從而發生誤報或漏報。而本發明中，從彎月面至結晶器 出口均勻分布4排以上熱電偶，具有兩個優點(1)參與報警計算的熱電偶溫度不再絕對設 置為哪一排，而是可以靈活地根據現場工藝和生產情況手動設置；(2)通過多排熱電偶採 集的溫度根據插值法計算熱相圖，可以更細緻、真實地反映鑄坯內部凝固情況。連鑄生產過程的傳熱現象非常複雜，通過設定理想傳熱條件模擬計算所得的熱相 圖很難實時、準確地反映現場溫度場分布。而通過在結晶器上密集布置熱電偶，利用熱電 偶的實際溫度，採用線性插值法和拋物線插值法計算結晶器溫度分布，不僅計算速度快，所 得熱相圖也更接近實際情況。通過本發明方法計算所得熱相圖，由於根據彎月面至結晶器 出口實時溫度插值所得，通過監視熱相圖的實時變化，能清晰地分析判斷出水口對中情況、 銅板局部冷卻效果、連鑄坯坯殼的生長情況、結晶器錐度調整情況、保護渣的熔化及潤滑情 況，尤其是結晶器內板坯坯殼的裂紋產生情況。線性插值法比較關鍵的是需要在實際運行中找到插值步長、計算速度和顯示效果 的平衡點，而且當熱電偶出現異常時，需要根據結晶器內的垂直方向和水平方向的傳熱原 理對結晶器內部或周邊的熱電偶採用溫度補償算法求得。當熱電偶的溫度數據超出正常的數值範圍或溫度數據波動太大太頻繁時，所述計 算控制單元認為該熱電偶失效，先利用該熱電偶周圍的熱電偶的溫度數據對該熱電偶進行 溫度補償算法計算，然後採用該補償計算的結果建立結晶器溫度場的數學模型。在漏鋼報警之後，先降低拉速，如果結晶器中鋼水最高溫度的位置仍舊沒有恢復 正常，則對連鑄系統採取緊急停機以避免漏鋼事故發生。如果降低拉速之後，漏鋼報警解 除，則按照如圖4所示，逐漸將拉速恢復到正常狀態。由於不同連鑄機、不同鋼種、不同工藝條件下的熱電偶溫度絕對值差別很大，因此 在本發明採用的邏輯判斷模型採用的參數如溫度變化幅度、粘結傳遞速度與拉速比、溫度 變化速度、均方根等皆屏蔽了拉速和溫度絕對值的影響。在邏輯判斷符合預先所設定的判 據條件下進行神經網絡計算，通過神經網絡對一系列實測數據的學習建立起粘結特徵與拉 速及熱電偶溫度的輸入-輸出關係。由此可在減少計算複雜度的前提下提高預測精度，從 而實時、準確地預報粘結漏鋼。可視化圖的顏色顯色方面顏色種類要多，各種顏色之間的過渡色要通過試驗確定 數目。
這裡所述的溫度補償算法根據結晶器縱向和橫向傳熱特徵分別對邊界處熱電偶 溫度及內部熱電偶溫度採用不同的補償算法。綜上所述，本發明得出的結晶器銅板溫度場數學模型能實時動態顯示鋼水在結晶 器內的凝固情況，以及準確地預報粘結漏鋼和裂紋漏鋼，讓工藝及操作人員非常直觀地觀 察液面附近保護渣的熔化情況、彎液面附近鑄坯坯殼的形成情況、水口的對中情況、結晶器 錐度調整情況、保護渣的熔化及潤滑情況、結晶器內板坯坯殼的裂紋產生情況，並且能夠及 時發出漏鋼報警，避免漏鋼事故的發生。
權利要求
一種預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置，其特徵在於，在連鑄結晶器的側壁上從結晶器彎月面至結晶器出口以陣列的形式布置至少4排熱電偶，所述熱電偶均連接到一個計算控制單元，所述計算控制單元根據熱電偶的溫度信息計算結晶器中鋼水的溫度分布狀況，以確定是否需要進行漏鋼報警。
2.根據權利要求1所述的預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置，其特徵在於，至少在彎月 面、彎月面至結晶器中部及結晶器中部至結晶器出口至少分別布置一排熱電偶，且所述熱 電偶都均勻分布。
3.根據權利要求1所述的預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置，其特徵在於，熱電偶垂 直安裝在結晶器上，參與報警計算的第一排熱電偶安裝位置在距離彎月面垂直高度70 120mm處，剩餘排的熱電偶按照100 150mm的排間距均勻安裝在結晶器側壁上，且熱電偶 的列間距與排間距的比值為1 1. 5。
4.一種採用如權利要求1 3中任意一項所述的裝置實現的預報板坯連鑄過程中漏鋼 的方法，其特徵在於，所述計算控制單元採集熱電偶的溫度信息，建立結晶器溫度場的數學 模型，當結晶器中鋼水最高溫度的位置距離結晶器出口的高度低於預先設定的閾值時，所 述計算控制單元發出漏鋼報警。
5.根據權利要求4所述的預報板坯連鑄過程中漏鋼的方法，其特徵在於，在漏鋼報警 之後，先降低拉速，如果結晶器中鋼水最高溫度的位置仍舊沒有恢復正常，則對連鑄系統採 取緊急停機以避免漏鋼事故發生。
全文摘要
本發明公開了一種預報板坯連鑄過程中漏鋼的裝置，在連鑄結晶器上從結晶器彎月面至結晶器出口以陣列的形式布置至少4排熱電偶，所述熱電偶均連接到一個計算控制單元，所述計算控制單元根據熱電偶的溫度信息計算結晶器中鋼水的溫度分布狀況，以確定是否需要進行漏鋼報警。本發明還公開了一種裝置實現的預報板坯連鑄過程中漏鋼的方法，所述計算控制單元採集熱電偶的溫度信息，建立結晶器溫度場的數學模型，當結晶器中鋼水最高溫度的位置距離結晶器出口的高度低於預先設定的閾值時，所述計算控制單元發出漏鋼報警。本發明能夠及時在漏鋼發生之前進行報警，避免漏鋼事故的發生。
文檔編號B22D11/18GK101934353SQ20091005751
公開日2011年1月5日 申請日期2009年6月30日 優先權日2009年6月30日
發明者姚若華, 羅慶梅 申請人:上海寶信軟體股份有限公司