CN114918393A - 一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，包括以下步骤：获取结晶器的液位数据以及各驱动辊的电流数据，并对液位数据和电流数据进行差分处理；当液位数据的波动值超过预设波动值时，确定出目标驱动辊，目标驱动辊的电流数据的波动趋势与液位数据的波动趋势相同；计算各驱动辊的电流数据与目标驱动辊的电流数据的相关系数，并确定待调节驱动辊，待调节驱动辊的电流数据的相关系数≥预设系数；将待调节驱动辊所在扇形段的辊缝减少预设距离。本发明所提供的方法，通过准确的找到诱发结晶器液位周期性波动的不稳定铸坯鼓肚的扇形段位置，在不增加成本的情况下，消除结晶器周期性液面波动的问题，稳定了生产和产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢连铸技术领域，特别是涉及一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法。
背景技术
结晶器液位周期波动的机理：板坯连铸机带液芯生产时，钢液静压力在连铸辊间产生鼓肚力，使铸坯产生鼓肚现象，在连铸机辊列设计时将鼓肚量控制在
以内。鼓肚的铸坯在前进中受到下一对导辊的压缩，离开该对导辊后又鼓出来，这个过程在二冷区许多导辊之间同时不停地进行。如果这个过程是均匀、连续进行的，并且坯壳主要表现为塑性变形，那么两导辊之间的圆弧形鼓肚就是对称的。任意瞬间扇形段里的铸坯液芯容积都保持不变或基本不变，这时结晶器内的钢液位是稳定不动的，不会出现液位周期波动。当坯鼓出的坯壳不对称时，鼓肚在两导辊之间的鼓出和压回过程连续但不均匀，液腔容积和导辊受力随时都在发生变化。扇形段的导辊间距若相等(或相近)，各导辊之间的液腔变化就会同步进行，各导辊之间的液腔变化叠加，产生大的结晶器液位波动，并呈现出一定节奏即周期性。液位波动一次的周期，就是铸坯通过两对导辊之间的时间。结晶器周期性液面波动定义：当结晶器以下铸流的液芯中，钢液体积发生不稳定的鼓肚，即钢液体积发生较大的变化，这种体积变化在铸流中不能相互抵消时，而反映到结晶器变为液位周期性波动的一种力学行为。
国内外结晶器液位周期性波动做了大量的研究，研究表明，其根本原因是铸坯在扇形段产生的不稳定鼓肚，并且其波动的周期与连铸的辊间距成正比。
现有技术中，技术方案(一)：利用不同的辊间距，抑制周期性液位波动；在薄板坯连铸机上，应用变化连铸辊距技术，控制结晶器液位周期性波动，创造了薄板坯连铸拉速的记录；或者，通过改变连铸辊列，彻底解决了周期性液位波动问题；技术方案(二)：通过增加结晶器水量、二冷水量、结晶器保护渣、驱动辊压力，塞棒控流的措施，弥补连铸过程不稳定鼓肚造成的结晶器液位周期性波动问题。
然而，对于技术方案(一)而言，需要对连铸设备进行大幅度的改造，动辄千万，甚至上亿元的设备投入巨大，设备制作周期长，生产厂需要投入大量的人力、物力和牺牲生产时间，对设备进行改造施工；对于技术方案(二)而言，是通过对连铸工艺和控流***的调整，以弥补不稳定鼓肚造成的结晶器液位周期性波动，增加工艺成本，并且没有真正的找到连铸生产过程中造成不稳定鼓肚的真正问题点。
因此，如何有效解决结晶器周期性液面波动的问题，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，用于消除结晶器周期性液面波动的问题，稳定生产和产品质量。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，包括以下步骤：
步骤S1：获取结晶器的液位数据以及各驱动辊的电流数据，并对所述液位数据和所述电流数据进行差分处理；
步骤S2：当所述液位数据的波动值超过预设波动值时，确定出目标驱动辊，所述目标驱动辊的电流数据的波动趋势与所述液位数据的波动趋势相同；
步骤S3：计算各驱动辊的电流数据与所述目标驱动辊的电流数据的相关系数，并确定待调节驱动辊，所述待调节驱动辊的电流数据的相关系数≥预设系数；
步骤S4：将所述待调节驱动辊所在扇形段的辊缝减少预设距离。
优选的，所述步骤S4包括：
通过远程控制，将所述待调节驱动辊所在扇形段的进口和出口辊缝减少预设距离。
优选的，所述步骤S2中，所述预设波动值为±3mm。
优选的，所述步骤S3中，所述预设系数为0.8。
优选的，所述步骤S4中，所述预设距离为0.3-0.5mm。
优选的，所述步骤S1中，所述液位数据以及所述电流数据的数据采集采用OPC协议从连铸一级基础自动化***采集数据。
优选的，所述步骤S1还包括：
采用MySQL+InfluxDB两种数据库结合，存储采集到的所述液位数据以及所述电流数据。
优选的，所述步骤S1之前，还包括：确定扇形段的数量，并根据各扇形段的顺序进行标记；
所述步骤S1包括：
获取结晶器的液位数据，并按照公式(1)对所述液位数据进行差分处理；
ΔSt＝St-S(t-1) 公式(1)
其中，St代表t时刻的结晶器的液位数据；
获取各驱动辊的电流数据，并按照公式(2)对所述电流数据进行差分处理；
ΔI3t＝I3t-I(3t-1)
ΔI4t＝I4t-I(4t-1) 公式(2)
......
其中，I3t代表第三扇形段内t时刻的驱动辊的电流数据；I4t代表第四扇形段内t时刻的驱动辊的电流数据。
优选的，所述步骤S3中，所述相关系数通过公式(3)进行计算：
......
其中，corr代表相关系数；I3代表第三扇形段内驱动辊的电流数据；I4代表第四扇形段内驱动辊的电流数据；I5代表第五扇形段内驱动辊的电流数据。
本发明所提供的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，包括以下步骤：步骤S1：获取结晶器的液位数据以及各驱动辊的电流数据，并对所述液位数据和所述电流数据进行差分处理；步骤S2：当所述液位数据的波动值超过预设波动值时，确定出目标驱动辊，所述目标驱动辊的电流数据的波动趋势与所述液位数据的波动趋势相同；步骤S3：计算各驱动辊的电流数据与所述目标驱动辊的电流数据的相关系数，并确定待调节驱动辊，所述待调节驱动辊的电流数据的相关系数≥预设系数；步骤S4：将所述待调节驱动辊所在扇形段的辊缝减少预设距离。本发明所提供的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，通过准确的找到诱发结晶器液位周期性波动的不稳定铸坯鼓肚的扇形段位置，对此扇形段通过远程辊缝调节，在不增加成本的情况下，消除结晶器周期性液面波动的问题，稳定了生产和产品质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为低碳钢结晶器液位与驱动辊电流的差分数据对比；
图2为低碳钢发生结晶器液位周期性波动时各驱动辊的相关系数分析；
图3为低碳钢调整前后的结晶液位波动情况；
图4为低碳钢对不稳定位置辊缝调整后各驱动辊的相关系数分析；
图5为中碳钢结晶器液位与驱动辊电流的差分数据对比；
图6为中碳钢发生周期性液位波动时各驱动辊的相关系数分析；
图7为中碳钢对不稳定位置辊缝调整后各驱动辊的相关系数分析；
图8为生产结束后的连铸机各扇形段辊缝测量结果；
图9为本发明所提供的控制中为低碳钢结晶器液位周期性波动的方法一种具体实施方式的流程图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，能够消除结晶器周期性液面波动的问题，稳定生产和产品质量。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图9，图1为低碳钢结晶器液位与驱动辊电流的差分数据对比；图2为低碳钢发生结晶器液位周期性波动时各驱动辊的相关系数分析；图3为低碳钢调整前后的结晶液位波动情况；图4为低碳钢对不稳定位置辊缝调整后各驱动辊的相关系数分析；图5为中碳钢结晶器液位与驱动辊电流的差分数据对比；图6为中碳钢发生周期性液位波动时各驱动辊的相关系数分析；图7为中碳钢对不稳定位置辊缝调整后各驱动辊的相关系数分析；图8为生产结束后的连铸机各扇形段辊缝测量结果；图9为本发明所提供的控制中为低碳钢结晶器液位周期性波动的方法一种具体实施方式的流程图。
在该实施方式中，控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法包括以下步骤：
步骤S1：获取结晶器的液位数据以及各驱动辊的电流数据，并对液位数据和电流数据进行差分处理，通过差分处理获取液位数据的波动趋势以及电流数据的波动趋势；
步骤S2：当液位数据的波动值超过预设波动值时，确定出目标驱动辊，目标驱动辊的电流数据的波动趋势与液位数据的波动趋势相同；具体的，当液位数据的波动值超过预设波动值时，找出与液位数据的波动趋势一致的驱动辊，作为目标驱动辊；
步骤S3：计算各驱动辊的电流数据与目标驱动辊的电流数据的相关系数，并确定待调节驱动辊，待调节驱动辊的电流数据的相关系数≥预设系数，利用相关系数作为待调节驱动辊的选择原则，可准确解决结晶器周期性液面波动的问题；
步骤S4：将待调节驱动辊所在扇形段的辊缝减少预设距离，通过调节待调节驱动辊所在扇形段的辊缝，改善不稳定铸坯鼓肚的问题。
本发明所提供的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，通过准确的找到诱发结晶器液位周期性波动的不稳定铸坯鼓肚的扇形段位置，对此扇形段通过远程辊缝调节，在不增加成本的情况下，消除结晶器周期性液面波动的问题，稳定了生产和产品质量。
在上述各实施方式的基础上，步骤S4包括：
通过远程控制，将待调节驱动辊所在扇形段的进口和出口辊缝减少预设距离；采用远程控制，方便操作。
在上述各实施方式的基础上，步骤S2中，预设波动值为±3mm。具体的，由于在钢铁的生产流程中，连铸结晶器液位周期性波动对铸坯质量和生产有重要危害：连铸生产过程中要求结晶器液位波动控制在±5mm之内，若超过控制范围，并且出现周期性的波动；破坏了结晶器的温度和流场，产生卷渣、裂纹的铸坯表面缺陷；被迫降低连铸拉速，破坏了炼钢厂的正常生产节奏，甚至产生漏钢等恶性事故，因此将预设波动值设定为±3mm。
在上述各实施方式的基础上，步骤S3中，预设系数为0.8。
在上述各实施方式的基础上，步骤S4中，预设距离为0.3-0.5mm，预设距离可以根据实际的连铸机类型进行设定，预设距离不宜过大，导致设备磨损严重，预设距离也不宜过小，改善不稳定铸坯鼓肚的效果不明显。具体的，通过数据分析，准确的找到诱发结晶器液位周期性波动的不稳定铸坯鼓肚的扇形段位置，对此扇形段通过远程辊缝调节，使扇形段的进口和出口辊缝同时减少0.3mm～0.5mm，即可消除结晶器液位的周期性波动问题。
优选的，步骤S1中，液位数据以及电流数据的数据采集采用OPC协议从连铸一级基础自动化***采集数据。优选的，步骤S1还包括：采用MySQL+InfluxDB两种数据库结合，存储采集到的液位数据以及电流数据。具体的，数据采集采用OPC协议从连铸一级基础自动化***采集数据，采集数据具有频率高，数据量大等特点；采用MySQL+InfluxDB两种数据库结合，保存高频海量历史数据，查询速度快。
在上述各实施方式的基础上，步骤S1之前，还包括：确定扇形段的数量，并根据各扇形段的顺序进行标记，目标驱动辊位于目标扇形段内，待调节驱动辊位于待调节扇形段内，这里需要说明的是，每个扇形段由若干对辊组成，如7对辊，驱动辊是中间的那一对辊，本申请通过调节目标驱动辊所在目标扇形段的进、出口辊缝来实现；具体的，以11个扇形段的连铸机为例，采集的结晶器的液位数据，扇形段SEG3～SEG11共计9个扇形都按上、下辊电流数据进行差分数据处理；当然，对于不同数量驱动辊的连铸机，可以根据具体情况选取扇形段。
进一步，步骤S1包括：
获取结晶器的液位数据，并按照公式(1)对液位数据进行差分处理；
ΔSt＝St-S(t-1) 公式(1)
其中，St代表t时刻的结晶器的液位数据；
获取各驱动辊的电流数据，并按照公式(2)对电流数据进行差分处理；
ΔI3t＝I3t-I(3t-1)
ΔI4t＝I4t-I(4t-1) 公式(2)
......
其中，I3t代表第三扇形段内t时刻的驱动辊的电流数据；I4t代表第四扇形段内t时刻的驱动辊的电流数据。
在上述各实施方式的基础上，步骤S3中，相关系数通过公式(3)进行计算：
......
其中，corr代表相关系数；I3代表第三扇形段内驱动辊的电流数据；I4代表第四扇形段内驱动辊的电流数据；I5代表第五扇形段内驱动辊的电流数据。
具体的，具体如下，生产工艺流程：
倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→氩站→常规板坯连铸→精整；
或者，倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→氩站→精炼(LF炉或RH炉)→常规板坯连铸→精整；
钢液成分：
铁水经过倒灌站翻铁，并在铁水预处理工序进行脱硫、扒渣、经过转炉冶炼、氩站和精炼调整钢水成分和温度，运送到板坯连铸进行浇注。成分控制按表1中的要求执行。
表1钢液成分
具体的，通过对结晶器的液位数据和电流数据的差分数据进行分析，当结晶器的液位数据波动超过±3mm，并且呈周期性的波动时，对比各驱动辊电流是否存在同样趋势的波动情况，若存在则说明该驱动辊对应的扇形段有不稳定的铸坯鼓肚情况存在。
对SEG3～SEG11所有驱动辊的电流进行相关性分析，找出与电流差分数据波动大的驱动辊电流相关系数相近或高度一致的驱动辊，那么这个驱动辊所在的扇形段，就是铸坯不稳定鼓肚的位置。
本发明所提供的方法，通过对结晶器液位数据、各驱动辊电流数据的快速采集，并进行数据差分分析和数据对比的方法，及时发现结晶器液位数据的周期性波动，并判断是否存在铸坯不稳定鼓肚情况；通过各驱动辊电流数据的相关系数分析方法，准确的找到诱发结晶器液位周期性波动的不稳定铸坯鼓肚扇形段位置；通过远程辊缝控制，在生产过程中，在线调整扇形段的进口和出口辊缝，消除结晶器液位周期性波动的方法。
实施例1
1)采用工艺流程：倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→氩站→常规板坯连铸→精整或倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→氩站→精炼(LF炉或RH炉)→常规板坯连铸→精整生产低碳钢，实际成分如表2：
表2实施例1的钢液成分
| 钢种 | C％(2) | Si％(2) | Mn％(2) | P％(3) | S％(3) | Als％(3) |
| 低碳钢 | 0.04 | 0.02 | 0.25 | 0.020 | 0.018 | 0.040 |
2)在板坯连铸生产过程中出现结晶器液位波动，通过数据采集***结晶器液位数据和驱动辊电流数据的比对结晶器液位数据和电流差分数据，发现SEG5段驱动辊的电流差分数据与结晶器液位数据差分数据趋势高度一致。如图1所示。
3)对各驱动的电流进行相关性分析，与SEG5段驱动辊电流相关系数非常高的分别是SEG4段和S4G6段的驱动辊电流，其相关系数分别达到+0.84和+0.88，如图2所示。
4)根据分析结果，判断生产过程中不稳定鼓肚发生在SEG4段和SEG6段，对SEG4段和SEG6段的进、出口辊缝进行在线调整，分别降低0.3mm，有效的消除了结晶器液位周期性波动情况；调整前结晶器液位存在大幅度的周期性波动。最大波动幅度超过15mm以上，调整后消除了结晶液位大幅度周期性波动，结晶器液位精度控制范围全部在±5mm范围内。对各驱动辊的电流相关系数进行分析，已不存在不稳定铸坯鼓肚情况。如图3、图4所示。
实施例2
1)采用工艺流程倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→氩站→常规板坯连铸→精整或倒罐→铁水预处理→转炉冶炼→氩站→精炼(LF炉或RH炉)→常规板坯连铸→精整生产低碳钢，实际成分如下：
表3实施例2的钢液成分
2)在板坯连铸生产过程中出现结晶器液位波动，通过数据采集***结晶器液位数据和驱动辊电流数据的比对结晶器液位数据和电流差分数据，发现SEG6段驱动辊的电流差分数据与结晶器液位差分数据高度一致。如图5所示。
3)对各驱动的电流进行相关性分析，通过数据分析发现：与SEG6段驱动辊电流相关系数非常高的是SEG5段驱动辊电流，其相关系数分别达到+0.92，如图6所示。
4)根据分析结果，判断生产过程中的不稳定鼓肚发生在SEG5段，对SEG5段进出口辊缝进行在线调整，分别降低0.5mm，调整后消除了结晶液位大幅度周期性波动，对各驱动辊的电流相关系数进行分析，已不存在不稳定的铸坯鼓肚情况。在生产结束后对铸机各扇形段辊缝进行测量，SEG5段的实际辊缝超出控制标准并且偏大，证明此方法能准确的分析发现生产过程中出现不稳定鼓肚的扇形段位置，并通过对扇形段辊缝进行调整，消除了结晶器液位的周期性波动问题，如图7、图8所示。
本发明所提供的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，具有以下优点：
1)不增加设备改造资金投入；
2)不增加工艺和辅料成本投入；
3)准却判定出生产过程中，诱发结晶器液位周期性波动的不稳定铸坯鼓肚扇形段位置；
4)简单、快捷的控制方法，有效消除结晶器液位的周期性波动；
5)稳定了产品质量，保证了生产顺行。
以上对本发明所提供的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.一种控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取结晶器的液位数据以及各驱动辊的电流数据，并对所述液位数据和所述电流数据进行差分处理；
步骤S2：当所述液位数据的波动值超过预设波动值时，确定出目标驱动辊，所述目标驱动辊的电流数据的波动趋势与所述液位数据的波动趋势相同；
步骤S3：计算各驱动辊的电流数据与所述目标驱动辊的电流数据的相关系数，并确定待调节驱动辊，所述待调节驱动辊的电流数据的相关系数≥预设系数；
步骤S4：将所述待调节驱动辊所在扇形段的辊缝减少预设距离。
2.根据权利要求1所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
通过远程控制，将所述待调节驱动辊的进口和出口辊缝减少预设距离。
3.根据权利要求1所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述预设波动值为±3mm。
4.根据权利要求1所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述预设系数为0.8。
5.根据权利要求1所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述预设距离为0.3-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述液位数据以及所述电流数据的数据采集采用OPC协议从连铸一级基础自动化***采集数据。
7.根据权利要求6所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，
所述步骤S1还包括：
采用MySQL+InfluxDB两种数据库结合，存储采集到的所述液位数据以及所述电流数据。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S1之前，还包括：确定扇形段的数量，并根据各扇形段的顺序进行标记；
所述步骤S1包括：
获取结晶器的液位数据，并按照公式(1)对所述液位数据进行差分处理；
ΔSt＝St-S(t-1) 公式(1)
其中，St代表t时刻的结晶器的液位数据；
获取各驱动辊的电流数据，并按照公式(2)对所述电流数据进行差分处理；
其中，I3t代表第三扇形段内t时刻的驱动辊的电流数据；I4t代表第四扇形段内t时刻的驱动辊的电流数据。
9.根据权利要求1至7任意一项所述的控制中、低碳钢结晶器液位周期性波动的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述相关系数通过公式(3)进行计算：
......
其中，corr代表相关系数；I3代表第三扇形段内驱动辊的电流数据；I4代表第四扇形段内驱动辊的电流数据；I5代表第五扇形段内驱动辊的电流数据。
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