CN105149534A - 一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法及装置，每根铸辊具有一个或多个进水口和与之相对应的一个或多个出水口，从而在铸辊内部形成一个或多个单独的冷却水通道；冷却水通道出水口设流量调节阀；冷却控制器根据铸辊每个冷却水通道进水口的冷却水温度t₀，出水口冷却水的流量q_n、温度t_n、压力p_n，计算出单根铸辊内每个冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走的热量Q_n，每根铸辊中每一冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走的热量Q_n相同；将根据总热量∑Q_n与单根铸辊冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走热量的目标值Q的偏差，调节冷却水通道的水流量q_n，最终实现每根铸辊中的冷却水在单位时间内带走的热量与目标热量值Q相同。

Description

一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法及装置

技术领域

本发明涉及双辊薄带连铸工艺，特别涉及一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法。

背景技术

双辊薄带连铸技术典型生产工艺为：熔融的钢水均匀地布流在两个相向旋转，通水冷却的铸辊和陶瓷材料的挡板所围成的空间中形成熔池，钢水在辊面凝固，并在两个铸辊之间形成薄带钢。

如典型工艺所述，铸辊一般具有冷却水的进水口和出水口，冷却水通过进水口通入辊内，并进入位于辊面下方沿着辊面周向均匀布置的冷却长孔中，冷却水流过这些冷却长孔的同时带走钢水在辊面凝固时所释放的热量，温度随之升高，最终通过铸辊上的出水口排出到贮水池，冷却后重复使用。

中国专利CN102149491A提供一种控制铸辊内部冷却水的方法，该方法中，通过检测辊隙下游的铸带厚度轮廓，通过控制***从传感器接收到的电信号来控制铸辊的旋转速度，并改变经由水流通道进行循环的水流温度，来控制铸造作业期间铸辊的辊冠。

专利WO03055623A1提供了一种方法，通过测量到的铸辊进、出水温度差乘以水量得到钢水凝固所释放的热量(其认为等于冷却水带走的热量)，进而通过计算机***结合固有的其他凝固参数推算出辊面的温度。这个方法虽然也采用水温差和水量计算冷却水带走的热量，但其用来了反推辊面温度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法及装置，具有良好的冷却效果，可以直接控制每根铸辊的冷却强度，并可以单独调节铸辊内每个冷却水通道的冷却强度，进而保证两根铸辊的冷却均匀性，调节方法迅速、手段可靠；而且，供水***简单可靠，可以迅速达到目标流量；并通过微调每一个出水口的流量，可以是控制***迅速达到稳态。

为达到所述目的，本发明的技术方案是：

一种双辊薄带连铸铸辊，包括辊芯及辊套，辊套采用热套联接方式或机械联接形式与辊芯结合在一起，其中，辊套厚度为55～100mm，在辊套内位于辊面10～55mm的位置沿铸辊周向均匀开设若干与铸辊轴线平行的长孔，且，该些长孔分为上、下两层布置，长孔端部由堵头封堵，其中，靠近辊面的上层长孔为冷却水通道；

辊芯两端端部内轴向开设一个或多个通水用长水孔及径向开设一个或多个与长水孔连通的进、出水口；辊芯两端与辊套结合段的外壁对称布置有一个或多个环形的进、出水集水槽，辊芯一端的一个进水口经过长水孔以及连接支路连通进水集水槽，进水集水槽通过其上方辊套内均匀布置的长斜孔连通辊套上层长孔，上层长孔位于辊套内的另一端通过短斜孔连通下层长孔，下层长孔通过辊套内均匀布置的直孔连通辊芯另外一端部的出水集水槽，并连通辊芯另外一端部内的连接支路以及长水孔，通过长水孔连接辊芯另一端的出水口。

进一步，铸辊的每个冷却水通道的出水口都安装有流量调节阀能够单独调节铸辊冷却水通道内的冷却水的流量，并可以检测和输出水流量q_n信号，同时也安装有检测温度t_n和水压p_n的电信号检测装置和相应的信号输入、输出装置。

铸辊内部的任意一个冷却水通道都包括有一个进水口和一个出水口，其中，如果铸辊内部同一冷却水通道的进水口和出水口可以分别布置于铸辊的两端，也可以布置在铸辊的同一端。同一个铸辊内的任意两个冷却水通道所对应的长孔在铸辊周向间隔分布，而且相邻长孔中的冷却水流向相反，并互不想通。

又，辊套两个端部沿辊面周向设有用于与侧封板密封的环形凸起，凸起宽度为10-20mm，高度为2-5mm。

一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，每根铸辊具有一个或多个进水口和与之相对应的一个或多个出水口，从而在铸辊内部形成一个或多个单独的冷却水通道。在冷却水通道出水口设流量调节阀，单独调节冷却水通道的冷却水流量；采用可调节压力及流量的水泵向两个铸辊提供冷却水。

本发明的一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，每根铸辊具有一个或多个进水口和与之相对应的一个或多个出水口以及位于辊面下方沿着辊子外圆周向均匀布置的若干长孔，相应地在每根铸辊内部形成一个或多个单独的冷却水通道；在每个冷却水通道的出水口安装有流量调节阀能够单独调节铸辊冷却水通道内的冷却水的流量；采用一个或多个可调节流量的水泵通过同一管路向两个铸辊提供冷却水，同时，冷却控制器监控每个冷却水通道的进水温度t₀，出水流量q_n、出水温度t_n、出水压力p_n，并由此计算出每根铸辊内每个冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走的热量Q_n，通过流量调节阀调节相应的冷却水通道的水流量，实现每根铸辊中每一个冷却水通道中的冷却水在单位时间内所带走的热量相同；然后将根据总热量∑Q_n与单根铸辊冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走热量的目标值Q的偏差，调节冷却水通道的水流量q_n，最终实现每根铸辊中的冷却水在单位时间内带走的热量与目标热量值相同。

其中，浇铸过程中，两根铸辊内部所通的冷却水在单位时间内带走的目标热量Q是一个波动范围，其围绕着根据浇铸工艺计算出的理论上铸辊冷却水所应该带走的热量Q₀波动，即：

Q∈[Q₀±ΔQ]

其中：ΔQ是允许的偏差，2～3％。

铸辊的每个冷却水通道的出水口都安装有流量调节阀能够单独调节铸辊冷却水通道内的冷却水的流量，并可以检测和输出出水流量q_n信号，同时也安装有检测出水温度t_n和出水压力p_n的电信号检测装置和相应的信号输入、输出装置。采用可调节流量的水泵同时向两个铸辊提供冷却水，首先，冷却控制器控制水泵达到其目标压力P，同时，冷却控制器监控铸每根辊内每个冷却水通道的进水温度t₀，水流量q_n、出水温度t_n、出水压力p_n，计算出每个冷却水通道中的冷却水在单位时间内所带走热量Q_n，通过流量调节阀调节相应的冷却水通道的水流量，实现单根铸辊中每一个冷却水通道中的冷却水在单位时间内所带走的热量相同，即：

Q₁＝Q₂＝Q₃＝.......＝Q_n，其中，n＝1，2，3.....。

若单根铸辊冷却水在单位时间内带走的总热量∑Q_n与目标热量Q有差距，则，冷却控制器将通过小幅改变水泵的输出压力P，改变供水流量，进而使得各冷却水通道的冷却水流量q_n变化，最终使得单根铸辊内冷却水所带走的总热量达到目标热量Q，即：

Q＝∑Q_n，其中，n＝1，2，3......。

其中，两根铸辊通过冷却水在单位时间内带走的热量可以是相同或是不相同。

每个冷却水通道内冷却水所带走热量Q_n，铸辊内部所通的冷却水带走的目标热量Q，以及理论上冷却水流量所应该带走的热量Q₀等均为稳定浇铸作业情况下，相同时间内累积的量值。在浇铸过程中，冷却控制器周而复始循环调整冷却水通道的流量以满足上述方法中所述的铸辊冷却强度控制方法。

本发明与现有相比的差异在于：

中国专利CN102149491A提供一种控制铸辊内部冷却水的方法，该方法中，通过检测辊隙下游的铸带厚度轮廓，通过控制***从传感器接收到的电信号来控制铸辊的旋转速度，并改变经由水流通道进行循环的水流温度，来控制铸造作业期间铸辊的辊冠。与本发明相比，该控制***提供给铸辊的冷却水从铸辊一侧进出，通过使两根铸辊进水方向相反，抵消由于铸辊内由于水温身高而导致的膨胀不均匀。

而本发明从铸辊两侧均有冷却水进、出通道，避免了每根铸辊膨胀不均匀。而且本发明不涉及改变进水温度的方案。

专利WO03055623A1提供了一种方法，通过测量到的铸辊进、出水温度差乘以水量得到钢水凝固所释放的热量(其认为等于冷却水带走的热量)，进而通过计算机***结合固有的其他凝固参数推算出辊面的温度。这个方法虽然也采用水温差和水量计算冷却水带走的热量，但其用来了反推辊面温度。

本发明则计算出单位时间内冷却水带走的热量，进而根据其差值调整铸辊的冷却强度，提高铸辊冷却均匀性。

本发明的优点：

1、本发明所述的结晶辊内部冷却通道均匀合理，具有良好的冷却效果。

2、利用本方法可以直接控制每根铸辊的冷却强度，并可以单独调节铸辊内每个冷却水通道的冷却强度，进而保证两根铸辊的冷却均匀性，调节方法迅速、手段可靠。

3、供水***简单可靠，可以迅速达到目标流量。并通过微调每一个出水口的流量，可以是控制***迅速达到稳态。

附图说明

图1为典型双辊薄带连铸工艺示意图；

图2为本发明铸辊的剖视图；

图3为图2的E-E剖视图(铸辊冷却水进水通道1)；

图4为图2的F-F剖视图(铸辊冷却水进水通道2)；

图5为本发明铸辊冷却水供水***示意图；

图6为本发明铸辊冷却水控制原理图；

图7为本发明铸辊冷却强度控制流程图。

具体实施方式

参见图1，其所示为双辊薄带连铸工艺，中间包5中的熔融钢水通过水口6和分配器7被均匀的布流在两根内部通有冷却水的铸辊1a、1b的辊面上与陶瓷板2a、2b围成的空间中形成熔池，随着铸辊相向旋转，熔融钢水在铸辊表面凝固并进而在两个铸辊最小间隙处形成薄铸带3。

如图2～图6所示，本发明的一种双辊薄带连铸铸辊，包括辊芯18及辊套16，辊套采用热套联接方式或机械联接形式与辊芯结合在一起，其中，辊套16厚度为55～100mm，在辊套16内位于辊面10～55mm的位置沿铸辊周向均匀开设若干与铸辊轴线平行的长孔11、12，且，该些长孔分为上、下两层布置，长孔端部由堵头封堵，其中，靠近辊面的上层长孔11为冷却水通道；

辊芯18两端端部内轴向开设一个或多个通水用长水孔72及径向开设一个或多个与长水孔72连通的进、出水口15；辊芯18两端与辊套16结合段的外壁对称布置有一个或多个环形的进、出水集水槽64、62，辊芯18一端的一个进水口15经过长水孔72以及连接支路71连通进水集水槽64，进水集水槽64通过其上方辊套内均匀布置的长斜孔26连通辊套上层长孔11，上层长孔11位于辊套16内的另一端通过短斜孔20连通下层长孔12，下层长孔12通过辊套内均匀布置的直孔29连通辊芯另外一端部的出水集水槽62，并连通辊芯另外一端部内的连接支路69以及长水孔67，通过长水孔67连接辊芯18另一端的出水口14。

本发明铸辊包括辊芯18和辊套16，在辊芯和辊套上均加工有孔，用于冷却水进出，从而在其内部形成了两个单独的冷却水通道。

以下以铸辊1a为例说明铸辊内部结构及其进出水控制方案。

冷却水通道1中，在OS侧辊芯端部的圆周上对称加工有两个冷却水进水口15，相应地，在辊芯内部加工有两个长水孔72。冷却水同时从两个进水口15进入辊内，经过两个长水孔72以及其各自两个支路71进入同一个进水集水槽64中，冷却水通过辊套上的长斜孔26被均匀地分配给位于辊面30mm下方沿着辊面周向均匀布置的若干上层长孔11中，并沿着铸辊轴向流经辊面，进入辊套另一端的短斜孔20，经过下层长孔12和直孔13进入出水集水槽62中，然后，在集水槽62中，通过4个支路69，冷却水汇集到两个长水孔67，进而在铸辊的WS侧的辊芯出水口14排出。其中，上层长孔11、下层长孔12以及短斜孔的端部采用螺纹堵头17密封。

两个出水口14在辊芯18上对称加工，通过一个排水管与水池相连，在此排水管上安装有压力传感器34和温度传感器33以及流量调节阀52。

同样，冷却水通道2中，在WS侧辊芯端部的圆周上对称加工有两个冷却水进水口24，相应地，在辊芯内部加工有两个长水孔65。工作中，冷却水同时从两个进水口24进入辊内，经过两个长水孔65以及其各自两个支路68进入同一个进水集水槽61中，冷却水通过辊套上的长斜孔19被均匀地分配给位于辊面30mm下方沿着辊面周向均匀布置的若干上层长孔21中，并沿着铸辊轴向流经辊面，进入辊套另一端的短斜孔27中，经过下层长孔28和直孔29进入出水集水槽63，在集水槽63中，通过4个支路70，冷却水汇集到两个长水孔66，进而在铸辊的OS侧的辊芯出水口25排出。其中，上层长孔21、下层长孔28以及短斜孔27的端部采用螺纹堵头17密封。

两个出水口25在辊芯18上对称加工，通过一个排水管与水池相连，在此排水管上安装有压力传感器37和温度传感器38以及流量调节阀51。

另外，图5中，46、55为进水口；45、56为出水口；32、35、39为压力传感器，31、36、40为温度传感器。

又，辊套两个端部沿辊面周向设有用于与侧封板密封的环形凸起，凸起宽度为10-20mm，高度为2-5mm。

如图3所示，任意两个上层长孔11和21在铸辊周向间隔分布，互不想通，而且相邻上层长孔11和21中的冷却水流向相反。

参见图5～图7，本发明的一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，一个可调节流量的水泵30同时向两个铸辊1a、1b的进水口提供冷却水，首先，冷却控制器8通过水泵驱动单元9控制水泵30达到其目标压力P(该目标压力来自冷态试验结果，可以使两根铸辊的冷却水流量接近目标流量波动范围)。同时，冷却控制器8监控每一根铸辊的出水口流量调节阀51、52、53、54反馈来的各个冷却水通道水流量值q₁、q₂信号，进水温度t₀，出水温度t₁、t₂计算出每根铸辊内冷却水通道在1分钟内累计所带走热量Q_n，取其均值，即：

$\stackrel{\‾}{Q}=\frac{Q_1+Q_2}{2}$

下一步，根据Q₁、Q₂与之间的差值，冷却控制器8发出相应的流量偏差信号ΔK₁、ΔK₂给流量调节阀51、52，后者调节相应的冷却水通道(存在热量偏差的)的水流量。冷却控制器8根据反馈结果不断重复上述控制方法，最终实现此根铸辊中每一个冷却水通道内所带走的热量相同。即：

Q₁＝Q₂

浇铸过程中，两根铸辊内部所通的冷却水在一分钟内带走的目标热量Q是根据浇铸工艺需求预先设定好，并固化在冷却控制器8中，本案中，铸辊内部所通的冷却水带走的目标热量Q是一个波动范围，其围绕着根据浇铸工艺计算出的理论上冷却水流量所应该带走的热量Q₀波动，即：

Q∈[Q₀±ΔQ]，

进一步，若单根铸辊冷却水带走的热量没有达目标热量Q，则，冷却控制器8发出压力变量ΔP给水泵驱动单元9控制水泵30改变其输出压力P，并进而改变各个冷却水通道水流量值q₁、q₂，同时，不断根据各个冷却水通道水流量值q₁、q₂信号，进水温度t₀，出水温度t₁、t₂等参数计算出每根铸辊内冷却水通道在1分钟内累计所带走热量之和∑Q_n＝Q₁+Q₂，与目标热量Q比较。若二者存在偏差，则再次修改输出压力，如此反复循环此控制方法，直至实现单根铸辊中冷却水带走的热量与目标值相同，即：

Q＝Q₁+Q₂

上述方法能够使每根铸辊内部冷却均匀性，单独控制每一根铸辊的每一个冷却水通道内的冷却强度一致。

其中，两根铸辊通过冷却水在单位时间内带走的热量可以是相同或是不相同。

Claims (12)

1.一种双辊薄带连铸铸辊，包括辊芯及辊套，辊套采用热套联接方式或机械联接形式与辊芯结合在一起；其特征在于：

辊套厚度为55～100mm，在辊套内位于辊面10～55mm的位置沿铸辊周向均匀开设若干与铸辊轴线平行的长孔，且，该些长孔分为上、下两层布置，长孔端部由堵头封堵，其中，靠近辊面的上层长孔为冷却水通道；

辊芯两端端部内轴向开设一个或多个通水用长水孔及径向开设一个或多个与长水孔连通的进、出水口；

辊芯两端与辊套结合段的外壁对称布置有一个或多个环形的进、出水集水槽，辊芯一端的一个进水口经过长水孔以及连接支路连通进水集水槽，进水集水槽通过其上方辊套内均匀布置的长斜孔连通辊套上层长孔，上层长孔位于辊套内的另一端通过短斜孔连通下层长孔，下层长孔通过辊套内均匀布置的直孔连通辊芯另外一端部的出水集水槽，并连通辊芯另外一端部内的连接支路以及长水孔，通过长水孔连接辊芯另一端的出水口。

2.如权利要求1所述的双辊薄带连铸铸辊，其特征在于，铸辊的每个冷却水通道的出水口都安装有流量调节阀能够单独调节铸辊冷却水通道内的冷却水的流量，并可以检测和输出水流量q_n信号，同时也安装有检测温度t_n和水压p_n的电信号检测装置和相应的信号输入、输出装置。

3.如权利要求1所述的双辊薄带连铸铸辊，其特征在于，铸辊内部的任意一个冷却水通道都包括有一个进水口和一个出水口，其中，如果铸辊内部同一冷却水通道的进水口和出水口可以分别布置于铸辊的两端，也可以布置在铸辊的同一端。

4.权利要求1所述的双辊薄带连铸铸辊，其特征在于，同一个铸辊内的任意两个冷却水通道所对应的长孔在铸辊周向间隔分布，而且相邻长孔中的冷却水流向相反，并互不想通。

5.如权利要求1所述的双辊薄带连铸铸辊，其特征在于，所述辊套两个端部沿辊面周向设有用于与侧封板密封的环形凸起，凸起宽度为10-20mm，高度为2-5mm。

6.一种控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，每根铸辊具有一个或多个进水口和与之相对应的一个或多个出水口以及位于辊面下方沿着辊子外圆周向均匀布置的若干长孔，相应地在每根铸辊内部形成一个或多个单独的冷却水通道；在每个冷却水通道的出水口安装有流量调节阀能够单独调节铸辊冷却水通道内的冷却水的流量；采用一个或多个可调节流量的水泵通过同一管路向两个铸辊提供冷却水，同时，冷却控制器监控每个冷却水通道的进水温度t₀，出水流量q_n、出水温度t_n、出水压力p_n，并由此计算出每根铸辊内每个冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走的热量Q_n，通过流量调节阀调节相应的冷却水通道的水流量，实现每根铸辊中每一个冷却水通道中的冷却水在单位时间内所带走的热量相同；然后将根据总热量∑Q_n与单根铸辊冷却水通道中冷却水在单位时间内所带走热量的目标值Q的偏差，调节冷却水通道的水流量q_n，最终实现每根铸辊中的冷却水在单位时间内带走的热量与目标热量值相同。

7.如权利要求6所述的控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，其特征是，浇铸过程中，两根铸辊内部所通的冷却水在单位时间内带走的目标热量Q是一个波动范围，其围绕着根据浇铸工艺计算出的理论上铸辊冷却水所应该带走的热量Q₀波动，即：

Q∈[Q₀±ΔQ]

其中：ΔQ是允许的偏差，2～3％。

8.如权利要求6所述的控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，其特征是，铸辊的每个冷却水通道的出水口都安装有流量调节阀能够单独调节铸辊冷却水通道内的冷却水的流量，并可以检测和输出出水流量q_n信号，同时也安装有检测出水温度t_n和出水压力p_n的电信号检测装置和相应的信号输入、输出装置。

9.如权利要求6所述的控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，其特征是，采用可调节流量的水泵同时向两个铸辊提供冷却水，首先，冷却控制器控制水泵达到其目标压力P，同时，冷却控制器监控铸每根辊内每个冷却水通道的进水温度t₀，水流量q_n、出水温度t_n、出水压力p_n，计算出每个冷却水通道中的冷却水在单位时间内所带走热量Q_n，通过流量调节阀调节相应的冷却水通道的水流量，实现单根铸辊中每一个冷却水通道中的冷却水在单位时间内所带走的热量相同，即：

Q₁＝Q₂＝Q₃＝.......＝Q_n，其中，n＝1，2，3.....。

10.如权利要求6所述的控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，其特征是，若单根铸辊冷却水在单位时间内带走的总热量∑Q_n与目标热量Q有差距，则，冷却控制器将通过小幅改变水泵的输出压力P，改变供水流量，进而使得各冷却水通道的冷却水流量q_n变化，最终使得单根铸辊内冷却水所带走的总热量达到目标热量Q，即：

Q＝∑Q_n，其中，n＝1，2，3......。

11.如权利要求6所述的控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，其特征是，两根铸辊通过冷却水在单位时间内带走的热量可以是相同或是不相同。

12.如权利要求6所述的控制双辊薄带连铸铸辊冷却强度的方法，其特征是，每个冷却水通道内冷却水所带走热量Q_n，铸辊内部所通的冷却水带走的目标热量Q，以及理论上冷却水流量所应该带走的热量Q₀等均为稳定浇铸作业情况下，相同时间内累积的量值。