CN114309518A - 金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线智能控制技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种金属液磁悬浮连铸余热铸坯在线热加工生产线智能控制技术，它属于冶金行业金属材料生产领域。为了使金属液磁悬浮连铸余热铸坯在线热加工生产线能平稳、安全地进行生产，必须对全生产线进行智能控制。智能控制的要点及原理是使金属液流出速度与流出点高度始终保持在设定的范围内。智能控制的方法是将测量出包(炉)内金属液位高度数值与流出点高度数值，输入计算机，经计算机处理命令炉体倾动与炉体升降两执行机构随时运动，使两数值，随时都在设定的范围内。当生产线发生事故，由多处传感器信息和生产人员指令计算机，由计算机命令执行机构使包(炉)体快速、大幅降低截流，防止事故扩大。计算机有调节全生产线的能力。

Description

金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线智能控制技术

【技术领域】

金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线智能控制技术属于冶金行业金属材料 生产领域。

【背景技术】

钢、铝、铜、锌、钛、铅和镁等金属材料生产流程的主要工序为：1.备料(包括开矿、选矿....)→2.冶炼→3.铸坯→4.加热→5.热加工→6.冷加工(包括中间退火)→7.整理、检验、 包装和入库等工序。

在上述金属材料生产流程诸工序中，工序3.铸坯的工艺原理及其半成品，影响到后 续工序4、5、6生产流程的简与繁；还制约到单位产品能耗、产品质量提高和降本增收。

当今国内外金属材料铸坯工序生产工艺多种多样，但主要的是水冷模连续铸造(以 下简称它)。它的工作原理：钢、铝、铜、锌、钛和镁等金属液(以下简称金属液)连续流入主要由内壳、中间为流水与外壳组成的结晶器中降温变成固态，连续拉出成为铸坯。起始时， 牵引***的牵引头堵塞结晶器，金属液流入结晶器与牵引头槽钩连接，与结晶器内壳壁接触的 金属液，立刻把热量经内壳传导给流水带走降温成固相，其他部分的金属液热量也经此道传导 给流水转为固相成为铸坯(锭)。

当与结晶器内壳壁接触的金属液降温成固相并生成硬壳，该硬壳强度达到能存受牵引移动 时与结晶器内壳壁相互相摩檫产生的摩檫力，就连续牵引移出结晶器、连续铸造出金属铸坯。

它的铸坯速度：钢锭(坯)为2.7～5m/min，铜材坯为0.1～0.5m/min。

它的铸坯温度：钢锭(坯)为≤900℃，铜材坯为室温。

它的铸坯的速度不能过快、温度不能过高，否则因铸坯外壳强度不够而拉断，金属液喷涌 外泄成重大事故。

它的主要缺陷：消耗结晶器和大量高压冷却水，将金属液中余热故意散失过多，铸成 ≤900℃钢锭，而钢锭热轧温度为1050～1250℃，必须二次加热。有的用≤900℃钢锭直轧成 材，是违规作业，产生诸多问题。

它在铜材领域只能铸成后续冷加工量占产品全部生产工作量＞80％的铜材坯，把大量生 产工作量，留给大量耗能耗物的冷加工(包括中间退火)。

发明专利，ZL200510021740.4＜金属液磁悬浮连续铸造近终型余热热轧坯工艺＞(以 下简称磁浮连铸)，能颠覆、淘汰水冷模连续铸造。

磁浮连铸的原理：将金属液在炉口经铸模约束成留有热、冷加工余量断面尺寸的终形液柱 (液片)，被牵引流入5～30KHz交变磁场，金属液被电磁感应推斥悬浮(同时被电磁搅拌)在 连续向热加工机械移动中，被适度降温成该牌号金属最佳热加工温度的终形余热铸坯，并立刻 在线热加工，使金属液在线合乎工艺要求地一步制成钢材，或制成后续冷加工量＜20％的铜材 坯、铝材坯和机械零件坯。

磁浮连铸及在线热加工优点：

1.大幅优化铸坯组织(电磁搅拌作用)提高铸坯强度，进而提高材料强度；

2.大幅简化生产流程，减少能耗、金属损耗和多种消耗，达到生产节能降低碳排放、产 品提质和降本增收。

3.磁浮连铸及在线热加工成材或成净精形坯，大幅减少后续冷加工量及中间退火道次， 因而在相同产量时，闲置许多设备(熔炉除外)。

4.磁浮连铸的原理简明，操作简易，调控简易，新建磁浮连铸生产线主要设备为交变电 源，国内生产厂家众多，新增辅机简易。

从上述知，磁浮连铸必然颠覆、淘汰水冷模连续铸造。

磁浮连铸为金属液直流入交变磁场悬浮降温，需智能控制，达到平稳、安全生产。

【发明内容】

金属液磁悬浮连铸及在线热加工生产流程如下：

连铸炉→磁悬浮连铸终形余热铸坯(含热、冷加工量)→在线热加工→整理 入库或冷加工。

金属液磁悬浮连铸余热铸坯在线热加工生产线智能控制技术原理如说明书附图所 示。金属液磁悬浮连铸余热铸坯及在线热加工生产线智能控制的目标有四：

1.为了满足产量和生产线平稳运行，必须使金属液以基本恒定流速流出铸模口；

2.流出点高度(说明书附图A点)基本恒定；

3.生产线偶发生事故，尽快使金属液截流；

4.热加工生产需要时，可在线调节金属液流速、磁悬浮连铸参数、热加工参数等功能。

金属液流出速度的基本恒定控制

金属液从连铸包(或炉，下同)内金属液面高度即说明书附图B(以下简称B，以后附图 中各字母及图标号均按此简称)的高度，随着连续流出而降低，随着由熔炼炉炉液来补充而 升高，处在随时变动中。

金属液流出速度，与多种因素有关，但主要由说明书附图中B、A点高差控制。

控制B、A点高差方法与流程：B点高度(B点略高于A点)数值—→计算机15与初始数值计算—→命令倾动执行机构22升或降，达到B点与A点高差维持在初始设定的范围内，就可使金属液流出速度基本恒定。

流出点高度(说明书附图A点)基本恒定控制

为了满足金属液基本以恒速流出，机构22随时都在升降，使金属液流出点A随时都处在 下降与上升的摆动中，使A点与交变磁场(线圈)的距离随时都在改变，这不利于平稳生产。 采用包整体随A点降低而升高、随A点升高而降低，补偿A点与线圈距离变化，维持初始设 定的高度范围。

控制A点高度的方法与流程：计算机15发给炉体倾动执行机构22的命令，同时发到炉体 上下移动执行机构19—→连铸包整体升降，补偿A点变化，使A点始终在初始设定的高度范围。

控制生产线偶发事故的方法，是由多处传感器信息和生产人员命令输入计算机，再由计算机命令22快速降低，使B点低于A点，截流，防止事故扩大。

计算机必须留有足够(按热加工生产线确定)接口，输入热加工生产参数，按生 产需要，必要时调节流速、调节磁悬浮连铸以及调节热加工生产的各项参数。

【附图说明】

图1是金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线的智能控制技术的说明书附图 。金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线的智能控制技术由连铸包(炉)、牵引***、交变 磁场、喷水雾及水汽回收***、热加工***及智能控制***等组成，如说明书附图1中所示。 其中因金属种类不同，使用的金属液连铸包(炉)多种多样。现以钢包为例，其结构如说明书 附图1所示。

1.包(炉)壳：用钢板焊接。

2.绝热毡。

3.耐火砖。

4.保温加液盖板：加入钢液时吊离，加完后复位。

5.钢液覆盖料。

6.钢液。

7.保温盖板。

8.浮舟光删液位数值测量***。

9.牵引头。

10.牵引绳。

11.冷却水粒喷射及水雾回收***。

12.线圈：与交变电源组成交变磁场，是磁浮连铸的核心装置。

13.MFCC坯定尺切断、二次降温冷床，设有向热轧机传送余热铸锭的辊道及将铸锭推入 热轧机的推锭装置。

14.牵引***：包括牵引机、牵引绳和牵引头等。

15.工业电子计算机，简称计算机。

16.绝缘垫。

17.绝缘垫支架。

18.炉体支撑及转动***。

19.连铸包整体升降***。包括承载连铸包底板和升降执行机构。

20.耐火砖及填充料。

21.支撑及转动***。

22.连铸包倾动执行机构。

【具体实施方式】

在〔010〕流速基本恒定控制中，需测量B点高度，测量方法有多种，如浮舟光 栅法、射线法、热电偶法、电磁法、激光法、红外法、电视法和电涡流法等。附图中为浮舟光 栅法，测得B点金属液面高度数值信息输入计算机。

新建的智能磁悬浮连铸及在线热加工生产线，必须经过调试，测出能使生产平稳运行的连铸包(炉)内金属液面B点与A点高度差的数值范围，和金属液流出点A对地平面 的高度的基准数值范围，将这两个基准数值输入电子计算机作为设定的基准数值，用来与随时输入的两种数值进行计算，然后同时向两个执行机构发出指令，使他们升、降。达到控制目的。

在〔010〕使流速基本恒定控制中的执行机构，有电动伺服执行***、液压或气动伺服执行***等，只要能执行，任何一种均可。

金属液从连铸包流出，进入交变磁场有多种路径，有直接流入交变磁场，如本专利说明书附图A点所示。也可再经过如调节塞棒锥头与塞棒座缝隙变化等多种调节方式，二次控制金属液流入交变磁场。

金属液在包(炉)出口A嵌装有铸模，金属液流出时必须充满铸模，铸模的断面 形状和断面尺寸，必须含有热、冷加工的加工余量。

在生产的全过程中，B点高度随时都向计算机发出数值信息，经计算机命令19和22升高或降低，故包体随时都处在升或降低运动中。

Claims (4)

1.为使由连铸包(或炉，下同)、牵引***、交变磁场、喷射水雾及水汽回收***、热加工***及智能控制***等组成的钢、铝、铜、锌、钛、铅和镁等金属液(以下简称金属液)磁悬浮连铸余热铸坯在线热加工生产线，能够按产量要求以及平稳、安全运行，必须对其进行智能控制从包流出的金属液的流速，它包括以下步骤：

S1：为了能使各种金属液在相应的包内以基本恒定速度流出，使磁浮连铸能够平稳、安全运行，必须使包体内金属液液面高度(说明书附图中B点)与流出点高度(说明书附图中A点)之差(以下简称“高差”)，在任何瞬间都控制在初始设定的范围内；

S2：控制方法及流程：用多种测量方法之一，如浮舟光栅法取得金属液液面高度B数值信息输入电子计算机，计算机将其与初始设定的数值进行计算后，向倾炉执行机构(说明书附图22)发出指令，使炉体升或降，保持高差在初始设定的范围内；

其特征在于：用随时测得的包内金属液高度数值，输入计算机，经计算后向倾炉执行机构发出指令，倾炉机构使炉体上、下倾动，维持高差在初始设定的范围内，达到金属液以基本恒定速度流出。

2.根据权利要求1所述由包体上、下倾动维持高差在初始设定的范围内，从而使金属液流出点发生下、上摆动，改变了金属液流出点与交变磁场(线圈)距离，影响到金属液平稳流入线圈，进而影响到全生产线顺利运行，所以必须使金属液流出点与线圈的距离变化，保持在初始设定的范围内。其方法及流程是：

权利要求1中S2计算机向倾炉机构发出命令的同时，也向炉体升降执行机构(说明书附图中19)发出指令，命令炉体作上、下升降，补偿流出点位移变化。

其特征在于：计算机向倾炉机构发出指令的同时，也向炉体升降执行机构发出指令，命令炉体作上、下升降，补偿流出点位移变化，使金属液流出点与线圈的距离变化，保持在初始设定的范围内。

3.若偶然出现事故，由生产线各处设置的传感器信息或生产操作人员发出指令进入计算机，由计算机命令倾炉机构快速降低炉体，使包内液面高度低于流出点，金属液截流，防止事故扩大；

其特征在于：若偶然出现事故，由生产线各处设置的传感器信息或生产操作人员发出指令进入计算机，由计算机命令倾炉机构快速降低炉体，使包内液面高度低于流出点，金属液截流，防止事故扩大。

4.计算机留有足够(按热加工生产线确定)接口，输入热加工生产参数，按生产需要，必要时调节流速、调节磁悬浮连铸以及调节热加工生产的各项参数；

其特征在于：计算机留有足够(按热加工生产线确定)接口，输入热加工生产参数，按生产需要，必要时调节流速、调节磁悬浮连铸以及调节热加工生产的各项参数。

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