CN111250672A - 一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于钢铁冶金连续铸造技术领域，特别涉及一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，通过精确计算理论通钢量，对比理论和实际通钢量，判断出钢包末期出现旋涡形成下渣的钢水临界高度，同时计算出控制滑板需要的大包钢水重量，从而计算出末期开始控制滑板的起始点；最后通过计算钢包、中间包通钢量的对比来判断钢包滑板机构开度，从而反馈控滑板制开度，推迟钢包浇注末期卷渣漩涡的形成，最终实现最大限度的减少钢包余钢和有效合理的控制钢包下渣。

Description

一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金连续铸造技术领域，特别涉及一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法。

背景技术

在目前的钢铁行业连铸生产工艺中，钢水由钢包注入到中间包，然后中间包分配到结晶器，最后经结晶器凝固结晶并拉铸成铸坯。钢水从钢包流入中间包过程中，浇注快结束的时候，包内的钢渣会混着钢水经长水口流入中间包，形成下渣。为了减少从钢包下渣带来的影响，现有连铸工艺，在钢包终浇的时候，都采用人工或自动下渣检测手段来判断钢渣的出现，及时关闭滑动水口，结束浇注。但此时钢包内还留有大量的纯净钢水，造成资源的很大浪费。而引起钢包浇注结束时包内还残留有大量钢水的原因，是由于在浇注中后期，钢水在钢包内产生旋转运动，形成漩涡造成卷渣。为了减少钢包渣的卷入而关闭滑板，最终导致钢包余钢在终浇的时候残留在钢包里面造成浪费。

针对连铸钢包浇注中后期存在漩涡吸附卷渣的问题，如何最大限度的减少降低钢包末期的临界高度，从而减少钢包余钢，同时又能避免钢包渣卷渣流入到连铸中间包里面，连铸工艺工作者一直在重点研究和解决。目前有一些方法来抑制卷渣现象，来降低钢包残留钢：如钢包倾斜浇注法，该方法是在钢包浇注后期将整个钢包倾斜一定角度，这样使得钢水偏向一边，从而加大钢水高度，让钢水多留出；如钢包挡渣堰技术，该方法是在钢包底部布置一些凸起的挡渣坝，从而减慢钢水后期的流动速度，减弱卷渣现象。但这些方法实际应用效果都不理想。目前普遍使用的方法是依附于目前的下渣检测技术，通过二次控板或者驱动电磁力制动装置产生与钢流方向相反的扰动力的方法来减弱卷渣，减少钢包余钢。但是如果没有这些方法都需要在钢包底部安装有电磁下渣检测***才得以实现，如何不通过改变钢包底部形状，不增加电磁下渣检测设备就能很好的实现连铸钢包终浇时的余钢量有效减少和下渣量的控制，目前还没有相关的技术和文献进行报道。

中国专利CN 201610942959.6所公布的连铸钢包浇注末期抑制卷渣控制方法和装置、中国专利CN 201711200013.3公布的一种基于下渣检测***二次报警的连铸钢包终浇方法都是依赖于钢包底部安装的下渣检测***进行的余钢量控制和下渣量控制。中国专利CN 201710845659.0公开了一种提高连铸钢水收得率的方法，其提到了在浇注末期下渣一刻关闭滑板，重复几次来实现钢包余钢量的减少。但是众所周知的，在浇注末期下渣一刻在关闭滑板，由于***的反应时间和滑板关闭的速度的滞后，肯定会导致钢包渣流入到中间包里面，如此的反复几次最终会导致中间包里面的钢包渣增多，所以该方法在最后不得不在中间包设置溢渣槽来进行排渣。目前的连铸要求生产的都是高品质，高纯净度的连铸坯，中间包内长时间高渣量显然是不可取的，所以该方法很少在现场使用。唯一提到利用通钢量和钢水重量来提前进行滑板控制，减少浇注末期下渣的，是申请号为CN 201510091824的一种基于钢包下渣检测***的连铸钢包终浇控制***及工艺控制方法；但是该方法只是公布和涉及到了需要控制滑板开度和中包重量来优化终浇方法，推迟钢包底部旋涡形成从而减少钢包余钢。但是该方法对控制滑板前的中包的吨位如何计算，钢包下渣旋涡形成的临界高度精确计算判断，滑板控制具体控制方法都没有提及和公开。其公布的依据通钢速度，滑动水口平均开度、控制滑动水口达到目标开度的方法，如果在不增加滑板开度的位置传感器的情况下，在现场实际运用中是无法实现的。

鉴于目前连铸对钢水高纯净度的要求以及收得率指标的要求，急需一种不需要大量增加设备投资，就能在连铸大包终浇时，有效降低钢包钢水临界高度，减少钢包余钢且控制钢包下渣的方法。

发明内容

本发明解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法。

为解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，包括以下步骤：

步骤1，计算出钢包滑板全开状态下的理论通钢量，收集实际通钢量数据，对比理论和实际通钢量，当实际通钢量小于理论通钢量时，则判断钢包内钢水开始产生旋涡，确定临界高度H值，记录临界高度H值对应的钢包钢水重量T_临；

步骤2，计算出控制滑板需要的大包钢水重量，采集大包实时钢水重量，计算开始控制滑板的钢包重量T_开始：

T_开始＝T+(T_高－T_正常)

其中，T为控制滑板需要的重量，

T_正常为正常中间包吨位，

T_高为中间包的最高吨位；

步骤3，若T_开始＞T_临，当钢包重量达到T_开始时，控制钢包机构的滑板开度打开到最大；若T_开始≤T_临，当钢包重量达到T_临时，控制钢包机构的滑板开度打开到最大；

步骤4，采集中间包吨位，当中间包吨位T_中间＝T_高时，控制滑板开度使得大包通钢量Q_ld等于结晶器通钢量Q_cc

步骤5，当钢包钢水重量等于1/2T_开始时，控制滑板机构开度，让结晶器通钢量等于2倍大包钢水的通钢量，目的在于减小滑板开度，推迟钢包浇注卷渣漩涡的形成，让Q_cc＝2Q_ld；

步骤6，当发现钢包下渣后控制滑板机构关闭滑板。

优选地，步骤1所述钢包滑板全开状态下的理论通钢量的计算公式为：

其中，ρ为钢水密度，A₁为钢包液面面积、A₂为钢包水口液面面积、h为钢包液面高度。

优选地，步骤2所述控制滑板需要的重量T的计算公式为：

T＝T_高－T_低－(A*Q_cc)

其中，T_正常为正常中间包吨位，

T_高为中间包的最高吨位；

A为更换钢包的正常工艺间隔时间参数；

Q_cc为结晶器通钢量。

优选地，所述结晶器通钢量Q_cc的计算公式为结晶器宽度*结晶器厚度*拉速*钢水密度*流数。

优选地，所述步骤4中控制滑板开度使得大包通钢量Q_ld等于结晶器的通钢量Q_cc的具体方法为：采集任意4秒的钢包钢水重量，计算出大包通钢量Q_ld；控制钢包机构滑板开度，让Q_ld＝Q_cc，若Q_ld＞Q_cc，则减少滑板开度，若Q_ld＜Q_cc，则增加滑板开度。

优选地，所述步骤6通过人工观察或者检测设备判断钢包是否下渣。

相对于现有技术，本发明的优点如下，

利用本发明提供的基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，能实现不增加任何设备投资的情况下，通过精确计算，判断出钢包末期出现旋涡形成下渣的钢水临界高度，并以此为依据计算出末期开始控制滑板的起始点；最后通过计算钢包、中间包通钢量的对比来判断钢包滑板机构开度，从而反馈控滑板制开度，推迟钢包浇注末期卷渣漩涡的形成，最终实现最大限度的减少钢包余钢和有效合理的控制钢包下渣。

2018年，申请人利用该方法进行钢包终浇控制以来，平均大包余钢能控制在2.5吨到3.5吨，连铸坯收得率从97.85％上升到98.02％，同时通过有效控制钢包下渣，平均中包渣厚小于50mm；连铸中间包耐材的异常侵蚀次数为0；从经济效益和生产过程控制稳定都起到了良好的效果。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为钢包滑板全开状态下理论通钢量的计算示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图1-2和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，该方法按照以下步骤实施：

1.终浇方法控制前的设备参数确认

1.1本工艺方案包括的设备有钢包、钢包滑板、控制滑板机构的液压油缸、中间包、双流结晶器等；

1.2采集钢包在浇注状态信息为在浇注位、铸机拉速信息、中间包重量信息并确认；

1.3采集钢包滑板机构液压缸状态信息并确认；

1.4采集中间包重量、结晶器的断面尺寸1200mm*230mm、拉速为1.2m/min确认；

1.5以上数据采集和运行正常，进行下一步的优化控制；

2.终浇方法控制前的工艺参数确认

2.1确认工艺要求的正常中间包吨位T_正常为60吨，最低中间包吨位(重量)工艺参数T_低和为40吨，中间包的最高吨位(重量)工艺参数T_高为70吨；

2.2确认更换钢包(旧钢包浇注结束到新钢包打开)的正常工艺间隔时间参数A为2min；

2.3钢包钢水临界高度精确计算和判断

2.3.1采集钢包液面面积A₁、钢包水口液面面积A₂、钢包液面高度h以及钢水密度等参数见表1，依据伯努利方程，计算出钢包滑板全开状态下的不同高度的理论通钢量(钢包滑板全开状态下理论通钢量的计算示意图如图2所示)。

钢包液面参数：P₁、A₁、v₁、δ₁；

钢包长水口出口参数：P₂、A₂、v₂、δ₂；

P₁：钢包液面压力

A₁：钢包液面面积

v₁：钢包体积

δ₁：大包钢水雷诺数(流体特征系数)

P₂：中间包液面压力

A₂：中间包液面面积

v₂：中间体积

δ₂：中间包钢水雷诺数(流体特征系数)

两者关系如下：

1)δ₁-δ₂＝h+h₁

2)P₁＝P₂-ρgh₁＝P₀；式中P₀是大气压

3)v₁A₁＝v2A2

由伯努利方程得：

将钢包液面和长水口出口参数两者关系代入，并整理得：

钢包水口流量为：

表1

符号	数据	说明	单位
				P	7	钢水密度	t/m<sup>3</sup>
A<sub>1</sub>	9.61625	钢包液面面积	m<sup>2</sup>
				A<sub>2</sub>	0.005671625	钢包水口液面面积	m<sup>2</sup>
g	9.8	重力加速度	m/s<sup>2</sup>

2.3.2采集现场实际吨位下降重量和时间，收集实际通钢量数据；

2.3.3对比理论和实际通钢量，当实际通钢量小于理论通钢量时，则判断钢包内钢水开始产生旋涡，临界高度H值确定，见表2；

表2：通钢量对比

2.3.4记录临界高度H值对应的钢包钢水重量T_临为20吨；

3.终浇方法控制流程

3.1依据工艺参数计算出控制滑板需要的大包钢水重量；

3.1.1计算出结晶器通钢量Q_cc为5.03吨(结晶器宽度1200mm*结晶器厚度230mm*拉速1.2m/min*钢水密度7t/m³*流数2)；

3.1.2计算出控制滑板需要的大包钢水重量T＝T_高－T_低－(A*Q_cc)；T＝19.94吨

3.2采集大包实时钢水重量；

3.3计算开始控制滑板的钢包重量T_开始

开始控制滑板的钢包重量等于为控制滑板需要的重量T加上正常中间包吨位T_正常和最高吨位T_高的差值。即T_开始＝T+(T_高－T_正常)＝19.94+(70-60)＝29.94吨；

3.4对比计算出的开始控制滑板的钢包重量T_开始和T_临，29.94＞20，即满足T_开始＞T_临，如计算出T_开始的小于等于20吨，则当大包吨位接近20吨时，开始控制滑板开度。

3.5当钢包重量达到29.94吨时，控制钢包机构的滑板开度，使其打开到最大；

3.6采集中间包吨位，当中间包吨位T_中间＝T_高时，即T_中间＝70吨，控制滑板开度开始变小；

3.7采集前后4秒的钢包钢水重量，计算出大包通钢量Q_ld为6.67吨

3.8控制钢包机构滑板开度，让Q_ld＝Q_cc，若Q_ld＞Q_cc，则减少滑板开度，若Q_ld＜Q_cc，则增加滑板开度；

3.9当钢包钢水重量等于1/2T_开始时，即14.97吨，控制滑板机构开度，让中间包钢水的通钢量等于2倍大包钢水的通钢量，目的在于减小滑板开度，推迟钢包浇注卷渣漩涡的形成，让Q_cc＝2Q_ld；

3.10人工观察或者依靠其他检测手段进行判断，当发现钢包下渣后即可控制滑板机构关闭滑板；

4.终浇控制方法流程结束。

通过上述方法，平均大包余钢能控制在2.5吨到3.5吨，连铸坯收得率98.02％，平均中包渣厚小于50mm。

对比例1：

同实施例1的方法，不同之处在于：

3.4若计算出开始控制滑板的钢包重量T_开始为18.5吨，T_临还是20吨，即满足T_开始＜T_临，不按照本方法进行控制；

3.5当钢包重量达到18.5吨时，控制钢包机构的滑板开度，使其打开到最大；

3.6采集中间包吨位，当中间包吨位T＝T_高时，即T＝70吨，控制滑板开度开始变小(此时钢包重量减少10吨，实际重量为8.5吨)；

3.7采集任意4秒的钢包钢水重量，计算出大包通钢量Q_ld为6.67吨

3.8控制钢包机构滑板开度，让Q_ld＝Q_cc，若Q_ld＞Q_cc，则减少滑板开度，若Q_ld＜Q_cc，则增加滑板开度；

3.9由于钢包重量只有8.5吨，无法实现钢包钢水重量等于1/2T_开始这一条件，也就无法控制滑板机构开度，让中间包钢水的通钢量等于2倍大包钢水的通钢量，同时无法让Q_cc＝2Q_ld而实现减小滑板开度，推迟钢包浇注卷渣漩涡的形成。

3.10此时由于滑板开度偏大，漩涡过早形成，钢包下渣，按照工艺要求关闭滑板。

此对比例20炉数据，平均大包余钢控制在4.5吨到5.5吨，连铸坯收得率97.25％，远远小于实施例1提供方法实施后的收得率指标。

对比例2：

同实施例1的方法，不同之处在于：

3.9当钢包钢水重量等于1/2T_开始时，即14.97吨，控制滑板机构开度，让中间包钢水的通钢量大于或者小于2倍大包钢水的通钢量(即不按照实施例1的Q_cc＝2Q_ld进行控制滑板开度)，即让Q_cc＞2Q_ld，或者让Q_cc＜2Q_ld，跟踪各10炉数据，对比如下：

通过以上对比方案看出，不按照实施例，控制滑板机构开度，让中间包钢水的通钢量等于2倍大包钢水的通钢量，让Q_cc＝2Q_ld；

方案Q_cc＞2Q_ld的钢包余钢正常，单中间包渣厚105mm；明显高出正常范围，严重影响中包耐材寿命和中间包内钢水纯净度；

方案Q_cc＜2Q_ld的钢包余钢明显偏多，平均超过5吨，导致收得率只能维持在97.23％的水平，远远小于本案提供方法实施后的收得率指标。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并没有用来限定本发明的保护范围，在上述基础上做出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，计算出钢包滑板全开状态下的理论通钢量，收集实际通钢量数据，对比理论和实际通钢量，当实际通钢量小于理论通钢量时，则判断钢包内钢水开始产生旋涡，确定临界高度H值，记录临界高度H值对应的钢包钢水重量T_临；

步骤2，计算出控制滑板需要的大包钢水重量，采集大包实时钢水重量，计算开始控制滑板的钢包重量T_开始：

T_开始＝T+(T_高－T_正常)

其中，T为控制滑板需要的重量，

T_正常为正常中间包吨位，

T_高为中间包的最高吨位；

步骤3，若T_开始＞T_临，当钢包重量达到T_开始时，控制钢包机构的滑板开度打开到最大；若T_开始≤T_临，当钢包重量达到T_临时，控制钢包机构的滑板开度打开到最大；

步骤4，采集中间包吨位，当中间包吨位T_中间＝T_高时，控制滑板开度使得大包通钢量Q_ld等于结晶器通钢量Q_cc

步骤5，当钢包钢水重量等于1/2T_开始时，控制滑板机构开度，让结晶器通钢量等于2倍大包钢水的通钢量，目的在于减小滑板开度，推迟钢包浇注卷渣漩涡的形成，让Q_cc＝2Q_ld；

步骤6，当发现钢包下渣后控制滑板机构关闭滑板。

2.如权利要求1所述的基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，其特征在于，步骤1所述钢包滑板全开状态下的理论通钢量的计算公式为：

其中，ρ为钢水密度，A₁为钢包液面面积、A₂为钢包水口液面面积、h为钢包液面高度。

3.如权利要求1所述的基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，其特征在于，步骤2所述控制滑板需要的重量T的计算公式为：

T＝T_高－T_低－(A*Q_cc)

其中，T_正常为正常中间包吨位，

T_高为中间包的最高吨位；

A为更换钢包的正常工艺间隔时间参数；

Q_cc为结晶器通钢量。

4.如权利要求1所述的基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，其特征在于，所述结晶器通钢量Q_cc的计算公式为结晶器宽度*结晶器厚度*拉速*钢水密度*流数。

5.如权利要求1所述的基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，其特征在于，所述步骤4中控制滑板开度使得大包通钢量Q_ld等于结晶器的通钢量Q_cc的具体方法为：采集任意4秒的钢包钢水重量，计算出大包通钢量Q_ld；控制钢包机构滑板开度，让Q_ld＝Q_cc，若Q_ld＞Q_cc，则减少滑板开度，若Q_ld＜Q_cc，则增加滑板开度。

6.如权利要求1所述的基于通钢量对比的连铸钢包终浇方法，其特征在于，所述步骤6通过人工观察或者检测设备判断钢包是否下渣。

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