CN102328044B - 一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法，属冶金炼钢技术领域。技术方案是：首先，将液面输出值设定为一个正弦变化曲线，其次，计算机液面控制程序中的PID控制模块控制液面的实际值来根据液面输出设定值进行变化，最后，实现结晶器液位正弦控制。本发明的有益效果：通过编写程序及设置控制模块使结晶器的液面实际值根据液面设定值及其周期、振幅实现结晶器液位正弦控制，可以有效的减少大方坯浸入式水口侵蚀速率、提高连浇时间及改善铸坯表面质量。通过统计使用数据表明，本发明对延长水口的使用寿命、提高连浇时间起到明显的效果，同时因结晶器液面活跃，保护渣化渣良好，因表面缺陷造成的（铸）坯、（钢）材送修率有所降低。
Description
技术领域
本发明涉及一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法，尤其是涉及一种降低大方坯浸入式水口侵蚀速率、延长连浇时间，活跃大方坯结晶器液面、改善连铸坯表面质量的新型结晶器液面自动控制方法，属于冶金炼钢技术领域。
背景技术
在冶金炼钢技术领域，背景技术的液面控制原理是：液面设定值是一个常数，液面的实际值根据设定值进行PID调节，以达到稳定结晶器液面的功能。由于设定液位为一个恒定值，容易出现渣线侵蚀范围窄，水口熔损速率大的现象，特别是使用整体水口浇注时，水口寿命直接决定中包使用寿命，水口熔损速率大，严重制约了中包的使用寿命，大大增加了中包耐材成本。另外弯月面位置结晶器铜管壁长时间受钢渣界面冲刷腐蚀易造成弯月面铜管内壁镀层脱落、锥度变化从而影响铸坯表面及皮下质量。由于大方坯断面大，存在拉速相对较低，结晶器液面不活跃的特点，浸入式水口侵蚀速度快及铸坯的表面质量较差的问题尤其突出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法，通过编写程序及设置控制模块使结晶器的液面实际值根据液面设定值及其周期、振幅实现结晶器液位正弦控制，可以有效的减少大方坯浸入式水口侵蚀速率、提高连浇时间及改善铸坯表面质量。
本发明的技术方案是：一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法，包含如下工艺步骤：首先，将液面输出值设定为一个正弦变化曲线，其次，计算机液面控制程序中的PID控制模块控制液面的实际值来根据液面输出设定值进行变化，最后，实现结晶器液位正弦控制。
所说的将液面输出值设定为一个正弦变化曲线，根据人机接口来设定液面正弦变化曲线的参数，包括液面测量量程、设定值、周期、振幅等。
对于300mm×360mm断面大方坯，本发明所述结晶器液面控制参数为：液面测量量程为：120mm；液面设定值为：90mm（75%）；振幅为：±5mm；周期为：5min。
本发明的原理：
根据正弦公式Y=Sin(ωχ+φ)+b ，在此数学模型中φ=0，b=0，所以我们使用的正弦公式为：Y=Sin(ωχ)。
根据液面控制技术原理我们需要声明一些变量： 液面设定值：In_SetLV液面输出值： IO_SetLV 液面振幅：In_UD（单位 mm） 液面变化周期 In_CT（单位 分钟）。
执行本程序的PLC为西门子S7-300，其扫描周期为100ms，所以我们将设定的变化周期分为 In_CT×600 变化点，声明变化点为TempStart，则每个变化点对应的液面变化量 TempStep为：
TempStep= In_UD×Sin((2π÷(In_CT×600)) ×TempStart)。
根据以上我们可以得出每个变化点对应的液位值IO_SetLV为：
IO_SetLV =In_SetLV+ TempStep
液面输出值是一个正弦变化趋势，程序中的PID控制模块控制液面的实际值来根据液面输出设定值进行变化，这样就实现了结晶器液位正弦控制。
本发明的有益效果：通过编写程序及设置控制模块使结晶器的液面实际值根据液面设定值及其周期、振幅实现结晶器液位正弦控制，可以有效的减少大方坯浸入式水口侵蚀速率、提高连浇时间及改善铸坯表面质量。通过统计使用数据表明，本发明对延长水口的使用寿命、提高连浇时间起到明显的效果，同时因结晶器液面活跃，保护渣化渣良好，因表面缺陷造成的（铸）坯、（钢）材送修率有所降低。
附图说明
附图1为背景技术液面控制示意图；
附图2为本发明液面控制示意图；
附图3为本发明实施例一个周期的变化趋势图。
具体实施方式
本实施例为300mm×360mm断面大方坯，本发明所述结晶器液面控制参数为：液面测量量程为：120mm；液面设定值为：75%（液位高度90mm）；结晶器液面最佳检测范围是：70~80%（液位高度范围84~96mm)，目标值75%（液位高度90mm）；振幅：依据结晶器液位最佳检测高度范围（84~96mm），设定振幅为±5mm，即高度范围为85~95mm，在结晶器液位最佳检测范围内；周期：根据实验情况，周期设定在1~4min时，结晶器液面变化（上升、下降速度快 ）速度快，液面波动大，结晶器内容易产生渣条，影响浇注；周期设定＞5min时，结晶器液位变化缓慢，正弦液面控制的效果不明显，通过现场实际情况总结，周期设定为5min。
实施例的一个周期变化趋势图，参照附图2。
通过统计使用数据表明，本发明对延长水口的使用寿命、提高连浇时间起到明显的效果，同时因结晶器液面活跃，保护渣化渣良好，因表面缺陷造成的（铸）坯、（钢）材送修率有所降低。使用前后对比数据见表一：
以下给出更具体的实施例：
实施例1：大方坯连铸机断面300mm×360mm，生产钢种40Cr，其连铸工艺参数见下表：
浇钢过程中观察连铸结晶器液面状况，1流结晶器液面不活跃，保护渣铺展状况不良，结晶器内保护渣中间厚（45mm），两边薄（20mm），测量液渣层厚度8-10mm，保护渣耗量0.40kg/t；3流结晶器液面活跃，保护渣铺展状况良好，保护渣厚度均匀（28~32mm），熔化均匀，测量液渣层厚度8-10mm，保护渣耗量0.43kg/t；
停浇水口测量，1流水口渣线宽度12mm，3流水口渣线宽度25mm；1流水口渣线部位剩余厚度5mm，3流渣线部位剩余厚度12mm。
取铸坯表面样酸洗观察，1、3流铸坯表面平整无凹陷，无表面裂纹；1、3流铸坯低倍质量良好，检验无皮下及中间夹渣。
实施例2：大方坯连铸机断面300mm×360mm，生产钢种20CrMnTi，其连铸工艺参数见下表：
浇钢过程中观察连铸结晶器液面状况， 1流结晶器液面活跃，保护渣铺展状况良好，保护渣厚度均匀（30~34mm），熔化均匀，测量液渣层厚度8-10mm，保护渣耗量0.45kg/t；3流结晶器液面不活跃，保护渣铺展状况不良，结晶器内保护渣中间厚（48mm），两边薄（23mm），测量液渣层厚度8-10mm，保护渣耗量0.48kg/t；
停浇水口测量，1流水口渣线宽度26mm，3流水口渣线宽度13mm；1流水口渣线部位剩余厚度12mm，3流渣线部位剩余厚度7mm。
取铸坯表面样酸洗观察，1、3流铸坯表面平整无凹陷，无表面裂纹；1、3流铸坯低倍质量良好，检验无皮下及中间夹渣。
实施例3：大方坯连铸机断面300mm×360mm，生产钢种GCr15，其连铸工艺参数见下表：
浇钢过程中观察连铸结晶器液面状况， 1流结晶器液面活跃，保护渣铺展状况良好，保护渣厚度均匀（32~37mm），熔化均匀，测量液渣层厚度9-11mm，保护渣耗量0.25kg/t；3流结晶器液面不活跃，保护渣铺展状况不良，结晶器内保护渣中间厚（52mm），两边薄（29mm），测量液渣层厚度9-11mm，保护渣耗量0.23kg/t；
停浇水口测量，1流水口渣线宽度28mm，3流水口渣线宽度15mm；1流水口渣线部位剩余厚度13mm，3流渣线部位剩余厚度7mm。
取铸坯表面样酸洗观察，1、3流铸坯表面平整无凹陷，无表面裂纹；1、3流铸坯低倍质量良好，检验无皮下及中间夹渣。
实施例4：大方坯连铸机断面300mm×360mm，生产钢种20CrMoH，其连铸工艺参数见下表：
浇钢过程中观察连铸结晶器液面状况，三个流结晶器液面活跃，保护渣铺展状况良好，保护渣厚度均匀（30~33mm），熔化均匀，测量液渣层厚度8-10mm，保护渣耗量0.45kg/t。
停浇水口测量，1、2、3流水口渣线宽度分别为25mm、26mm、25mm，1、2、3流水口渣线部位剩余厚度11mm、13mm、11mm。
取铸坯表面样酸洗观察，1、2、3流铸坯表面平整无凹陷，无表面裂纹；铸坯低倍质量均良好，检验无皮下及中间夹渣。
实施例5：大方坯连铸机断面300mm×360mm，生产钢种42CrMo，其主连铸工艺参数见下表：
浇钢过程中观察连铸结晶器液面状况，三个流结晶器液面活跃，保护渣铺展状况良好，保护渣厚度均匀（28~32mm），熔化均匀，测量液渣层厚度8-10mm，保护渣耗量0.44kg/t。
停浇水口测量，1、2、3流水口渣线宽度分别为26mm、26.5mm、26mm，1、2、3流水口渣线部位剩余厚度9mm、11mm、9mm。
取铸坯表面样酸洗观察，1、2、3流铸坯表面平整无凹陷，无表面裂纹；铸坯低倍质量均良好，检验无皮下及中间夹渣。
Claims (2)
1.一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法，其特征在于包含如下工艺步骤：首先，将液面输出值设定为一个正弦变化曲线，其次，计算机液面控制程序中的PID控制模块控制液面的实际值来根据液面输出设定值进行变化，最后，实现结晶器液位正弦控制；具体方法如下：根据人机接口来设定液面正弦变化曲线的参数，包括液面测量量程、液面设定值、液面变化周期、液面振幅；正弦公式为：Y=Sin(ωχ)，液面设定值：In_SetLV；液面输出值： IO_SetLV ；液面振幅：In_UD，单位 mm；液面变化周期 In_CT，单位 分钟；
执行本程序的PLC为西门子S7-300，其扫描周期为100ms，设定的液面变化周期分为 In_CT×600 变化点，声明变化点为TempStart，则每个变化点对应的液面变化量 TempStep为：
TempStep= In_UD×Sin((2π÷(In_CT×600)) ×TempStart)；
得出每个变化点对应的液面输出值IO_SetLV为：
IO_SetLV =In_SetLV+ TempStep
液面输出值是一个正弦变化趋势，程序中的PID控制模块控制液面的实际值来根据液面输出设定值进行变化，这样就实现了结晶器液位正弦控制。
2.根据权利要求1所述之一种大方坯连铸机结晶器液面自动控制方法，其特征在于对于300mm×360mm断面大方坯，本发明所述结晶器液面控制参数为：液面测量量程为：120mm；液面设定值为：90mm；液面振幅为：±5mm；液面变化周期：5min。
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