CN101934353A - 预报板坯连铸过程中漏钢的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预报板坯连铸过程中漏钢的装置，在连铸结晶器上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少4排热电偶，所述热电偶均连接到一个计算控制单元，所述计算控制单元根据热电偶的温度信息计算结晶器中钢水的温度分布状况，以确定是否需要进行漏钢报警。本发明还公开了一种装置实现的预报板坯连铸过程中漏钢的方法，所述计算控制单元采集热电偶的温度信息，建立结晶器温度场的数学模型，当结晶器中钢水最高温度的位置距离结晶器出口的高度低于预先设定的阈值时，所述计算控制单元发出漏钢报警。本发明能够及时在漏钢发生之前进行报警，避免漏钢事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及一种连铸工艺中的监控装置，尤其是一种预报板坯连铸过程中漏钢的装置。本发明还涉及一种连铸工艺中的监控方法，尤其是一种预报板坯连铸过程中漏钢的方法。
背景技术
在钢铁厂生产各类钢铁产品过程中，使用钢水凝固成型有两种方法：传统的模铸法和连续铸钢法。与传统方法相比，连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量，节约能源等显著优势。连续铸钢的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的铸造工艺过程。
连铸生产的顺行以及连铸坯质量是连铸工序的两个主要任务。在连铸生产中，漏钢是极具危害性的生产意外事故，据统计，每发生一次漏钢事故，处理时间最少需要五个小时，仅备件维修方面至少要花费50万元。
漏钢事故大致可分为：开浇漏钢、悬挂漏钢、裂纹漏钢、夹渣漏钢、切断漏钢、粘结漏钢。其中粘结漏钢在各种漏钢事故中占比例约为67％以上，在各种造成漏钢事故的原因中粘结漏钢占绝大多数，因此减少粘结性漏钢是降低连铸漏钢率的关键所在。
为了能够准确预报粘结漏钢的发生，近年来国内外开发的技术主要有：振波分析、检测结晶器摩擦力、热电偶测温三种方法。目前广泛存在的都是在结晶器上布置二排或三排热电偶，在热电偶的布置上，主要还是安装在弯液面的下部，截取结晶器铜板温度相对线性化的一段来进行模型计算。但由于钢种的变化、保护渣的成份波动以及变渣线操作等的原因，经常会出现结晶器铜板温度的上下倒置，从而发生误报或漏报，且对于裂纹漏钢的发生几乎很难抓到。目前结晶器热相图的计算还处于离线模拟阶段，是通过理想的传热模型及根据大量的历史数据不断优化所得，其计算速度还不能满足连铸生产的实时计算和显示要求，不能实时动态地显示结晶器铜板的温度分布分析钢水在结晶器内的凝固情况，不能根据结晶器铜板的热像图直观地评价水口对中情况、铜板局部冷却效果、连铸坯坯壳的情况、结晶器锥度调整情况、保护渣的熔化及润滑情况、结晶器内板坯坯壳的裂纹产生情况。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种预报板坯连铸过程中漏钢的装置及方法，能够及时准确地预报粘结漏钢，还能通过观测热象图实时发现裂纹漏钢，从而提高了连铸生产的生产效率及板坯质量，避免漏钢事故的发生。
为解决上述技术问题，本发明预报板坯连铸过程中漏钢的装置的技术方案是，在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少4排热电偶，所述热电偶均连接到一个计算控制单元，所述计算控制单元根据热电偶的温度信息计算结晶器中钢水的温度分布状况，以确定是否需要进行漏钢报警。
本发明还提供了一种采用上述预报板坯连铸过程中漏钢的装置实现的预报板坯连铸过程中漏钢的方法，其技术方案是，所述计算控制单元采集热电偶的温度信息，建立结晶器温度场的数学模型，当结晶器中钢水最高温度的位置距离结晶器出口的高度低于预先设定的阈值时，所述计算控制单元发出漏钢报警。
本发明得出的结晶器铜板温度场数学模型能实时动态显示钢水在结晶器内的凝固情况，以及准确地预报粘结漏钢和裂纹漏钢，让工艺及操作人员非常直观地观察液面附近保护渣的熔化情况、弯液面附近铸坯坯壳的形成情况、水口的对中情况、结晶器锥度调整情况、保护渣的熔化及润滑情况、结晶器内板坯坯壳的裂纹产生情况。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明：
图1为本发明预报板坯连铸过程中漏钢的装置的结构示意图；
图2为本发明预报板坯连铸过程中漏钢的方法实施例所建立的热相图；
图3为结晶器的温度曲线图；
图4为进行降速操作的示意图。
具体实施方式
本发明公开了一种预报板坯连铸过程中漏钢的装置，如图1所示，结晶器侧壁包括四周的结晶器西侧101、东侧102、外弧103和内弧104组成，在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少4排热电偶200，所述热电偶均连接到一个计算控制单元，所述计算控制单元根据热电偶的温度信息计算结晶器中钢水的温度分布状况，以确定是否需要进行漏钢报警。
至少在弯月面、弯月面至结晶器中部及结晶器中部至结晶器出口至少分别布置一排热电偶，且所述热电偶都均匀分布。
热电偶垂直安装在结晶器上，参与报警计算的第一排热电偶安装位置在距离弯月面垂直高度70～120mm处，剩余排的热电偶按照100～150mm的排间距均匀安装在结晶器侧壁上，且热电偶的列间距与排间距的比值为1～1.5。
本发明还提供了一种采用上述预报板坯连铸过程中漏钢的装置实现的预报板坯连铸过程中漏钢的方法，所述计算控制单元采集热电偶的温度信息，建立结晶器温度场的数学模型，例如热相图，如图2所示，将热相图各点的温度通过由深到浅进行可视化显示，如果采用彩色视图，还可以通过从黑-灰-蓝-红-黄的至少50种以上的颜色进行可视化显示，当结晶器中钢水最高温度的位置距离结晶器出口的高度低于预先设定的阈值时，所述计算控制单元发出漏钢报警。
所述计算控制单元结合所述热电偶的温度数据，采用插值法建立结晶器温度场的数学模型。
粘结性漏钢产生的过程可分为如下5个步骤，如图3所示，其中曲线1为正常状态下的温度分布，曲线2为粘结发生18s后的温度分布，曲线3为粘结发生54s后的温度分布：
a)由于缺少保护渣的润滑，初生凝固坯壳粘结在结晶器铜壁上。
b)结晶器振动过程中产生拉力，初生坯壳拉破，内部钢水流向结晶器铜板表面，并再次凝固成新生坯壳。
c)新生坯壳受到同样拉力并再次破裂。
d)坯壳撕裂处沿结晶器长度方向按照铸速的函数方式传播。
e)破裂处到达结晶器下部，漏钢发生。
粘结点起始于结晶器中钢水的弯月面处，随着结晶器的振动和铸坯的下拉粘结点也向出口移动，当粘结点移至第一排热电偶附近时其温度会升高，经过热电偶处则温度达到最高点，然后继续往下移动第一排温度逐渐降低，且由于与第二排热电偶位置的靠近，第二排热电偶温度开始上升，下移至第二排热电偶处则第二排热电偶温度达到最高值，依次类推，这样温度先上升再持续下降的趋势依次传递到最后一排。由于粘结痕迹呈V字形，不仅在纵向存在粘结特征的传递，在横向也同样存在粘结特征的传递。
现有技术中由于钢种的变化、保护渣的成份波动以及变渣线操作等的原因，经常会出现结晶器铜板温度的上下倒置，从而发生误报或漏报。而本发明中，从弯月面至结晶器出口均匀分布4排以上热电偶，具有两个优点：(1)参与报警计算的热电偶温度不再绝对设置为哪一排，而是可以灵活地根据现场工艺和生产情况手动设置；(2)通过多排热电偶采集的温度根据插值法计算热相图，可以更细致、真实地反映铸坯内部凝固情况。
连铸生产过程的传热现象非常复杂，通过设定理想传热条件模拟计算所得的热相图很难实时、准确地反映现场温度场分布。而通过在结晶器上密集布置热电偶，利用热电偶的实际温度，采用线性插值法和抛物线插值法计算结晶器温度分布，不仅计算速度快，所得热相图也更接近实际情况。通过本发明方法计算所得热相图，由于根据弯月面至结晶器出口实时温度插值所得，通过监视热相图的实时变化，能清晰地分析判断出水口对中情况、铜板局部冷却效果、连铸坯坯壳的生长情况、结晶器锥度调整情况、保护渣的熔化及润滑情况，尤其是结晶器内板坯坯壳的裂纹产生情况。
线性插值法比较关键的是需要在实际运行中找到插值步长、计算速度和显示效果的平衡点，而且当热电偶出现异常时，需要根据结晶器内的垂直方向和水平方向的传热原理对结晶器内部或周边的热电偶采用温度补偿算法求得。
当热电偶的温度数据超出正常的数值范围或温度数据波动太大太频繁时，所述计算控制单元认为该热电偶失效，先利用该热电偶周围的热电偶的温度数据对该热电偶进行温度补偿算法计算，然后采用该补偿计算的结果建立结晶器温度场的数学模型。
在漏钢报警之后，先降低拉速，如果结晶器中钢水最高温度的位置仍旧没有恢复正常，则对连铸***采取紧急停机以避免漏钢事故发生。如果降低拉速之后，漏钢报警解除，则按照如图4所示，逐渐将拉速恢复到正常状态。
由于不同连铸机、不同钢种、不同工艺条件下的热电偶温度绝对值差别很大，因此在本发明采用的逻辑判断模型采用的参数如温度变化幅度、粘结传递速度与拉速比、温度变化速度、均方根等皆屏蔽了拉速和温度绝对值的影响。在逻辑判断符合预先所设定的判据条件下进行神经网络计算，通过神经网络对一系列实测数据的学习建立起粘结特征与拉速及热电偶温度的输入-输出关系。由此可在减少计算复杂度的前提下提高预测精度，从而实时、准确地预报粘结漏钢。
可视化图的颜色显色方面颜色种类要多，各种颜色之间的过渡色要通过试验确定数目。
这里所述的温度补偿算法根据结晶器纵向和横向传热特征分别对边界处热电偶温度及内部热电偶温度采用不同的补偿算法。
综上所述，本发明得出的结晶器铜板温度场数学模型能实时动态显示钢水在结晶器内的凝固情况，以及准确地预报粘结漏钢和裂纹漏钢，让工艺及操作人员非常直观地观察液面附近保护渣的熔化情况、弯液面附近铸坯坯壳的形成情况、水口的对中情况、结晶器锥度调整情况、保护渣的熔化及润滑情况、结晶器内板坯坯壳的裂纹产生情况，并且能够及时发出漏钢报警，避免漏钢事故的发生。
Claims (5)
1.一种预报板坯连铸过程中漏钢的装置，其特征在于，在连铸结晶器的侧壁上从结晶器弯月面至结晶器出口以阵列的形式布置至少4排热电偶，所述热电偶均连接到一个计算控制单元，所述计算控制单元根据热电偶的温度信息计算结晶器中钢水的温度分布状况，以确定是否需要进行漏钢报警。
2.根据权利要求1所述的预报板坯连铸过程中漏钢的装置，其特征在于，至少在弯月面、弯月面至结晶器中部及结晶器中部至结晶器出口至少分别布置一排热电偶，且所述热电偶都均匀分布。
3.根据权利要求1所述的预报板坯连铸过程中漏钢的装置，其特征在于，热电偶垂直安装在结晶器上，参与报警计算的第一排热电偶安装位置在距离弯月面垂直高度70～120mm处，剩余排的热电偶按照100～150mm的排间距均匀安装在结晶器侧壁上，且热电偶的列间距与排间距的比值为1～1.5。
4.一种采用如权利要求1～3中任意一项所述的装置实现的预报板坯连铸过程中漏钢的方法，其特征在于，所述计算控制单元采集热电偶的温度信息，建立结晶器温度场的数学模型，当结晶器中钢水最高温度的位置距离结晶器出口的高度低于预先设定的阈值时，所述计算控制单元发出漏钢报警。
5.根据权利要求4所述的预报板坯连铸过程中漏钢的方法，其特征在于，在漏钢报警之后，先降低拉速，如果结晶器中钢水最高温度的位置仍旧没有恢复正常，则对连铸***采取紧急停机以避免漏钢事故发生。
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