CN104162638B - 一种结晶器冷却水控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种结晶器冷却水控制装置及方法，包括连铸结晶器，该连铸结晶器的入口端连接有进水干路，连铸结晶器的内弧、外弧、左侧、右侧分别连接内弧回水支路、外弧回水支路、左侧回水支路、右侧回水支路；进水干路上设有用于检测进水温度的第一温度传感器；内弧回水支路、外弧回水支路、左侧回水支路、右侧回水支路上分别设有用于检测各支路回水温度的第二温度传感器，统计各支路回水流量的电磁流量计，气动薄膜调节阀；根据钢种、拉速、进水温度、进水与回水温差、钢水过热度、铸坯断面尺寸等因素计算结晶器内外弧、左右侧冷却水量，通过电磁流量计与气动调节阀实现水量的PID调节。浇注时，改善了铸坯的传热，降低了表面缺陷的发生率。

Description

一种结晶器冷却水控制装置及方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，特别涉及一种结晶器冷却水控制装置及方法。

背景技术

连铸过程中，钢水由中间包进入结晶器，通过结晶器壁散热冷却形成具有一定厚度的坯壳。铸坯表面缺陷在很大程度上取决于结晶器内初生凝固坯壳的生长状态，在结晶器内影响初生凝固坯壳生长的主要因素是弯月面处热流的传递，例如，如果热流密度大，会造成初生凝固坯壳生长不均匀，容易在铸坯表面产生凹陷、纵向裂纹、横向裂纹、星状裂纹等表面质量；如果热流密度过小，会导致结晶器铜板热面温度过高，造成结晶器铜板使用寿命降低，而且会导致出结晶器下口的坯壳薄，容易造成漏钢等事故。因此，控制结晶器冷却水水量进而控制铸坯的传热，是减少表面缺陷的重要措施。

对于不同钢种，不同断面的铸坯，结晶器内热流密度的大小有一个最优范围，只要保证结晶器的热量密度在该范围内，即可保证初生坯壳生长的均匀性，又能保证出结晶器下口坯壳的厚度。

目前，结晶器水量主要是根据钢种的不同而进行调整，未考虑拉速、过热度、进水温度、断面尺寸等影响因素，使得铸坯在结晶器内容易产生表面缺陷，尤其是在浇注的开始阶段，表面缺陷尤为严重，增加了铸坯的表面清理率。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种结晶器冷却水控制装置及方法，是一种新结晶器水量控制技术，该发明是根据钢种、拉速、进水温度、进水与回水温差、钢水过热度、铸坯断面尺寸等因素自动计算结晶器内外弧、左右侧冷却水量，通过电磁流量计与气动调节阀实现水量的PID调节。浇注时，改善了铸坯的传热，降低了表面缺陷的发生率。

本发明为了实现上述目的，采用以下技术方案，一种结晶器冷却水控制装置，包括连铸结晶器，该连铸结晶器的入口端连接有进水干路，所述的连铸结晶器的内弧、外弧、左侧、右侧分别连接内弧回水支路、外弧回水支路、左侧回水支路、右侧回水支路；

所述的进水干路上设有用于检测进水温度的第一温度传感器；

所述的内弧回水支路、外弧回水支路、左侧回水支路、右侧回水支路上分别设有用于检测各支路回水温度的第二温度传感器，统计各支路回水流量的电磁流量计，气动薄膜调节阀。

所述的进水干路为4支进水支路，分别与连铸结晶器的内弧、外弧、左侧，右侧连接，且每一支进水支路上都设有第一温度传感器。

一种结晶器冷却水控制方法，按照以下步骤进行：

1)、进水干路的4支进水支路，分别为连铸结晶器的内弧、外弧、左侧，右侧供水，且支进水支路上的第一温度传感器对各支进水支路上的水温进行记录；

2)、第二温度传感器检测经过连铸结晶器后，内弧回水支路、外弧回水支路、左侧回水支路、右侧回水支路各支路回水的温度；

3)、对第一温度传感器检测到的温度与第二温度传感器检测的温度进行对比，并计算出回水支路的回水温度与进水温度过热度△T；

4)、按照以下计算公式计算出回水支路需要的水量；

Q＝Q_min+f*ΔQ

Q_max≤Q≤Q_min

Q_max＝10*A

Q_min＝6*A

ΔQ＝Q_max-Q_min＝4*A

f＝f₁+f₂+f₃+f₄+f₅-f₆

式中，Q为每个回水支路水量；Q_max为每个回水支路最大水量，Q_min为每个回水支路最小水量；A为结晶器内弧、外弧、左侧或右侧铜板水缝横截面积；f为综合修正系数；f₁为拉速修正系数；f₂为钢种修正系数；f₃为铸坯宽厚比修正系数；f₄为进水温度修正系数；f₅为钢水过热度修正系数；f₆为铜板刨修修正系数；

式中，

0≤f≤1

对于f₁,当拉速0≤v≤2m/min时，f₁＝0.1*v；

当拉速v＞2m/min时，f₁＝0.2；

其中v为拉速，m/min。

对于f_2，取值为01～0.4：

对于f₃,当铸坯计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.1；当铸坯计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.05；

对于f₄,当进水温度不超过25℃时，f₄＝0；

当进水温度超过25℃时，f₄＝0.15

对于f₅,当过热度15℃≤△T≤25℃时，f₅＝0；

当过热度25℃＜△T≤30℃时，f₅＝0.05；

当过热度30℃＞△T时，f₅＝0.1；

对于f₆， $f_6=-\frac{1}{125}*D+\frac{8}{25};$

其中D为铜板厚度，15mm≤D≤40mm；

5)、根据计算出的每条回水支路的水量，通过控制气动薄膜调节阀，实现对浇注时对水量的控制。

本发明采用上述技术方案，具有以下优点：采用对进水和回水温度的采集，同时对回水各支路水量的控制，根据钢种、拉速、进水温度、进水与回水温差、钢水过热度、铸坯断面尺寸等因素计算结晶器内外弧、左右侧冷却水量，通过电磁流量计与气动调节阀实现水量的PID调节。浇注时，改善了铸坯的传热，降低了表面缺陷的发生率。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明***图。

图2是实施例2的铸坯表面质量图。

图3是对比例的铸坯表面质量图。

图中，1、进水干路；2、第一温度传感器；3、内弧回水支路；4、外弧回水支路；5、左侧回水支路；6、右侧回水支路；7、第二温度传感器；8、电磁流量计；9、气动薄膜调节阀；10、连铸结晶器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对一种结晶器冷却水控制装置及方法进行详细的说明。

实施例1

如图1所示的一种结晶器冷却水控制装置及方法，一种结晶器冷却水控制装置，包括连铸结晶器10，该连铸结晶器10的入口端连接有进水干路1，所述的连铸结晶器10的内弧、外弧、左侧、右侧分别连接内弧回水支路3、外弧回水支路4、左侧回水支路5、右侧回水支路6；

所述的进水干路1上设有用于检测进水温度的第一温度传感器2；

所述的内弧回水支路3、外弧回水支路4、左侧回水支路5、右侧回水支路6上分别依次均设有用于检测各支路回水温度的第二温度传感器7，统计各支路回水流量的电磁流量计8，气动薄膜调节阀9；第一温度传感器2检测进水的温度，第二温度传感器7检测经过连铸结晶器10后的回水温度，把所监测到的温度值进行对比，得出过热度△T；气动薄膜调节阀9来控制浇注时对水量的控制，电磁流量计8用来观察用水量是否是需要的水量。

为了准确的算出过热度△T，因此进水干路1为4支进水支路，分别与连铸结晶器10的内弧、外弧、左侧，右侧连接，且每一支进水支路上都设有第一温度传感器2。

一种结晶器冷却水控制方法，按照以下步骤进行：

1)、进水干路1的4支进水支路，分别为连铸结晶器10的内弧、外弧、左侧，右侧供水，且支进水支路上的第一温度传感器2对各支进水支路上的水温进行记录；

2)、第二温度传感器7检测经过连铸结晶器10后，内弧回水支路3、外弧回水支路4、左侧回水支路5、右侧回水支路6个支路回水的温度；

3)、对第一温度传感器2检测到的温度与第二温度传感器7检测的温度进行对比，并计算出回水支路的回水温度与进水温度过热度△T；

4)、按照以下计算公式计算出回水支路需要的水量；

Q＝Q_min+f*ΔQ

Q_max≤Q≤Q_min

Q_max＝10*A

Q_min＝6*A

ΔQ＝Q_max-Q_min＝4*A

f＝f₁+f₂+f₃+f₄+f₅-f₆

式中，Q为每个回水支路水量；Q_max为每个回水支路最大水量，Q_min为每个回水支路最小水量；A为结晶器内弧、外弧、左侧或右侧铜板水缝横截面积；f为综合修正系数；f₁为拉速修正系数；f₂为钢种修正系数；f₃为铸坯宽厚比修正系数；f₄为进水温度修正系数；f₅为钢水过热度修正系数；f₆为铜板刨修修正系数；

式中，

0≤f≤1

对于f₁,当拉速0≤v≤2m/min时，f₁＝0.1*v；

当拉速v＞2m/min时，f₁＝0.2

其中v为拉速，单位为m/min；

对于f_2，取值为01～0.4：

下表是不同钢种不同f₂的取值

钢种	修正系数f2
		超低碳钢	0.4
低碳钢	0.3
		包晶钢、低合金钢	0～0.15
中碳钢	0.2～0.3
		高碳钢、合金钢	0.1～0.2

对于f₃,当铸坯计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.1；当铸坯计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.05；

对于f₄,当进水温度不超过25℃时，f₄＝0；

当进水温度超过25℃时，f₄＝0.15

对于f₅,当过热度15℃≤△T≤25℃时，f₅＝0；

当过热度25℃＜△T≤30℃时，f₅＝0.05；

当过热度30℃＞△T时，f₅＝0.1；

对于f₆， $f_6=-\frac{1}{125}*D+\frac{8}{25};$

其中D为铜板厚度，15mm≤D≤40mm。

5)、根据计算出的每条回水支路的水量，通过控制气动薄膜调节阀(9)，实现对浇注时对水量的控制，在控制浇注水量时，时刻观察电磁流量计8的显示的数据是否是计算出的数据，如不是，及时调整气动薄膜调节阀9，使水量达到计算的值。

实施例2

基于上述装置和方法，具体的对该装置和方法进行描述：

1)选用浇注铸坯断面为350mmX2100mm、钢种Q460C，过热度△T为30℃、拉速为0.6～0.8m/min，具体取值是0.7m/min，由第一温度传感器2测得结晶器进水温度为35℃、铜板厚度为40mm。

2)浇注时，根据步骤4)中的公式计算出每个支路的水量，具体为：

确定f_1、f_2、f_3、f_4、f_5、f₆的值：

f₁为当拉速0≤v≤2m/min时，f₁＝0.1*v＝0.1*0.7＝0.07；

因取的钢种为Q460C，故f₂＝0.15

铸坯因此计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.1；

因第一温度传感器2测得结晶器进水温度为35℃，因此f₄＝0.15，

过热度△T为30℃，f₅＝0.05；

$f_6=-\frac{1}{125}*D+\frac{8}{25}=\frac{1}{125}*40+\frac{8}{25}=0.64;$

根据上面的数据确定出f、并根据回水支路最大水量、回水支路最小水量、结晶器内弧、外弧、左侧或右侧铜板水缝横截面积，得出如下的各回水支路的水量：

内弧回水支路3水量和外弧回水支路4水量相等，调节范围为：4200l/min～4650l/mim；

左侧回水支路5水量和右侧回水支路6水量相等，调节范围为：600l/min～680l/mim。

根据计算出各回水支路的水量，通过控制气动薄膜调节阀9来调节各回水支路的水量，使其达到计算的水量；

或将计算的水量，实时传给PLC控制***，通过PLC实现电磁流量计8和气动薄膜调节阀9间的PID水量调节。

对比例

将实施例2的浇注不采用实时动态调节结晶器水量，描述如下：

1)选用浇注铸坯断面为350mmX2100mm、钢种Q460C，过热度为30℃、拉速为0.6～0.8m/min、由温度传感器2测得结晶器进水温度为35℃、铜板厚度为40mm。

2)浇注时，计算机二级***设定一个固定的水量，具体为：

内弧回水支路3水量和外弧回水支路4水量相等，设定为：4550l/min

左侧回水支路5水量和右侧回水支路6水量相等，设定为：655l/min

将设定的水量，传给PLC控制***，通过PLC实现电磁流量计8和气动薄膜调节阀9间的PID水量调节。

参照图2、图3，从图2中可以看出，实施结晶器水量动态调节后，铸坯避免了裂纹的发生，从图3中可以看出，没有实施结晶器水量动态调节后，铸坯发生了裂纹，通过对比得出，本发明避免了或减少了铸坯表面裂纹的发生，提高了铸坯表面质量。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种结晶器冷却水控制方法，包括连铸结晶器(10)，该连铸结晶器(10)的入口端连接有进水干路(1)，所述的连铸结晶器(10)的内弧、外弧、左侧、右侧分别连接内弧回水支路(3)、外弧回水支路(4)、左侧回水支路(5)、右侧回水支路(6)；所述的进水干路(1)上设有用于检测进水温度的第一温度传感器(2)；

所述的内弧回水支路(3)、外弧回水支路(4)、左侧回水支路(5)、右侧回水支路(6)上分别设有用于检测各支路回水温度的第二温度传感器(7)、统计各支路回水流量的电磁流量计(8)、气动薄膜调节阀(9)；所述的进水干路(1)为4支进水支路，分别与连铸结晶器(10)的内弧、外弧、左侧、右侧连接，且每一支进水支路上都设有第一温度传感器(2)；

其特征在于，按照以下步骤进行：

1)、进水干路(1)的4支进水支路，分别为连铸结晶器(10)的内弧、外弧、左侧、右侧供水，且支进水支路上的第一温度传感器(2)对各支进水支路上的水温进行记录；

2)、第二温度传感器(7)检测经过连铸结晶器(10)后内弧回水支路(3)、外弧回水支路(4)、左侧回水支路(5)、右侧回水支路(6)各支路回水的温度；

3)、对第一温度传感器(2)检测到的温度与第二温度传感器(7)检测的温度进行对比，并计算出回水支路的回水温度与进水温度的过热度△T；

4)、按照以下计算公式计算出回水支路需要的水量；

Q＝Q_min+f*ΔQ

Q_min≤Q≤Q_max

Q_max＝10*A

Q_min＝6*A

ΔQ＝Q_max-Q_min＝4*A

f＝f₁+f₂+f₃+f₄+f₅-f₆

式中，Q为每个回水支路水量；Q_max为每个回水支路最大水量，Q_min为每个回水支路最小水量；A为结晶器内弧、外弧、左侧或右侧铜板水缝横截面积；f为综合修正系数；f₁为拉速修正系数；f₂为钢种修正系数；f₃为铸坯宽厚比修正系数；f₄为进水温度修正系数；f₅为钢水过热度修正系数；f₆为铜板刨修修正系数；

式中，

0≤f≤1

对于f₁,当拉速0≤v≤2m/min时，f₁＝0.1*v；

当拉速v＞2m/min时，f₁＝0.2

其中v为拉速，单位为m/min；

对于f₂，取值为0.1～0.4：

对于f₃,当铸坯计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.1；当铸坯计算内弧和外弧回水支路水量时，f₃＝0.15，计算左侧和右侧回水支路水量时，f₃＝0.05；

对于f₄,当进水温度不超过25℃时，f₄＝0；

当进水温度超过25℃时，f₄＝0.15

对于f₅,当过热度15℃≤△T≤25℃时，f₅＝0；

当过热度25℃＜△T≤30℃时，f₅＝0.05；

当过热度△T＞30℃时，f₅＝0.1；

对于f₆，

其中D为铜板厚度，15mm≤D≤40mm；

5)、根据计算出的每条回水支路的水量，通过控制气动薄膜调节阀(9)，实现浇注时对水量的控制。