一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置及控制方法，属于连铸技术领域。它包括离线冷却水量计算系统、在线实时控制系统、进水总管道以及出水总管道；在线实时控制系统与离线冷却水量计算系统电连接；在线实时控制系统包括结晶器冷却水循环模块和冷却水温差计算和水量计算单元，结晶器冷却水循环模块两端分别与进水总管道和出水总管道相连接。本发明专利技术利于异型坯结晶器温度均匀化，利于铸坯的凝固和生长，改善铸坯在腹板处和圆角处的表面纵裂的缺陷，具有结构简单，设计合理，易于实施的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置及控制方法
本专利技术属于连铸
，更具体地说，涉及一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置及控制方法。
技术介绍
20世纪50年代美国研发一种新型技术为连铸技术，该技术特点是将钢液直接浇铸成型，相比于传统的浇注方法，该技术具有良好的板坯质量、较高的金属产量和较高的资源利用率。其生产过程是：先把钢液倒入钢包中，然后钢液顺着钢包流出至中间包内，钢液在中间包内经过一系列反应，夹杂物会在中间包上浮被去除，使得钢液更纯净，接着钢液会流到结晶器内，结晶器通过冷却水对其冷却，钢液在结晶器内会逐渐冷却凝固，接着进入弧形导向段，在此会受到二冷区喷嘴所喷出的雾化水强制冷却凝固，然后经过拉坯矫直机矫直，最后经过切割装置被切成有一定尺寸的铸坯。异型坯连铸技术可以追溯到20世纪60年代，早在1961年原苏联就有报道过进行异型坯的连铸实验。1968年5月，世界上第一台工字形坯连铸机由阿尔戈玛委托瑞士CONCAST公司在100t转炉配合生产的条件下建成投产。1973年，日本川崎钢铁公司在其水岛厂兴建起世界上第二台异型坯连铸机，该连铸机是一台大方坯和工字形坯兼容型连铸机，生产铸坯质量相较之前有大幅提高。以上成功案例给予世界上其他国家极大的信心，世界各国都开始了对异型坯连铸技术进行深入研究。直到21世纪前，世界上异型坯连铸机的数量已经相当可观了。我国异型坯连铸技术起步较其他国家晚，但发展十分迅速，1998年我国第一条异型坯连铸机生产线由马钢委托西马克集团在其工厂建立，同年11月莱钢引进由奥钢联公司总体设计的国内第二台异型坯连铸机。2006年，规格为H250mm-H900mm的型钢生产线在河北津西钢铁建成并投入生产中。2007年，由国内公司自主研发设计的异型坯连铸生产线在山西长治公司建立。2011年，由中冶赛迪设计的异型坯连铸机在唐山钢铁公司建立。H型钢具有断面金属分配合理、壁薄、便于拼装组合、重量轻而界面模数大等优点。H型异型坯可以分为三类：极端近终形坯、普通异型坯和近终形异型坯，其腹板厚度分别是约50毫米、小于50毫米和大于50毫米。轧机的压下比决定着H型异型坯腹板和凸缘厚度的大小。异型坯连铸机的构造除了结晶器的形状和二冷区支撑辊的布局不同之外，大致与方坯连铸机相同。相比于传统的铸坯(方坯、圆坯以及板坯)连铸，异型坯连铸具有自身独特的特点：(1)方坯和板坯结晶器中存在4个面和4个拐角，异型坯连铸结晶器中有12个面和12个拐角，内腔形状十分复杂，而且12个面和12个拐角的冷却情况各不相同，易造成结晶器中铸坯坯壳不均匀凝固。(2)常采用敞开式水口浇注，由于异型坯的腹板和翼缘较薄，常采用缩短中间包的钢液铸流到结晶器液面的距离，来减少对初始凝固坯壳的冲刷。(3)异型坯自身表面积相对较大，散热快，铸坯温度容易下降，在二冷区阶段能凝固完全，故有较短冶金长度；在拉坯矫直区，铸坯局部表面温度很难让其不处于各种钢的低温脆性区，导致矫直过程中铸坯已存在的表面裂纹很容易扩展。(4)异型坯断面形状复杂，更加容易贵产生裂纹等质量缺陷，因为在异型坯断面上各点散热情况差异较大，会使得断面上各点的温差相比于传统连铸要大。在连铸过程中，结晶器内钢液的凝固、传热对铸坯质量有重要影响。生产过程中，如果结晶器冷却制度不合理，导致铸坯的初始凝固坯壳厚度不均匀，在坯壳薄弱处会产生应力集中，当作用于凝固前沿的张应力超过临界值时，铸坯表面就形成各种裂纹缺陷；同时，不均匀的初始凝固坯壳厚度还使得结晶器内铸坯周向不同部位抵抗凝固变形的能力存在差异，当结晶器角部凝固收缩作用较强或因凝固收缩产生卷动时，就会在铸坯凝固薄弱处形成表面纵向凹陷。因此，上述的技术问题亟待解决。经检索，中国专利申请号为：201210335743.5，申请日为：2012年9月11日，专利技术创造名称为：“一种动态控制板坯连铸结晶器冷却的系统和方法”，其系统包括初始水流量设定模块、各面平均热流密度计算模块、对称面平均热流密度比较模块、水流量重新设定模块和安全水流量判定模块。该专利技术可提供更加均匀的结晶器冷却条件，有利于结晶器内钢液的均衡对称传热，同时通过结晶器冷却水流量的精细化动态设定，提高结晶器自动化与智能化水平；但由于单点非平衡浇铸异型坯结晶器内的流场是非常不对称的，加剧了结晶器内传热和流动的不均匀性，恶化了连铸工艺条件，对铸坯质量和连铸工艺顺行提出了更严峻的挑战，而钢液在结晶器内的冷却、传热、凝固和摩擦力情况对连铸坯的质量有非常大的影响，该专利技术专利并不能解决由于浇铸带来的结晶器内断面各点温度的过大差异，对结晶器冷却提出的巨大的挑战，不能满足结晶器各个面温差过大，冷却不均的现象。又如，中国专利申请号为：201410399554.3，申请日为：2014年8月14日，专利技术创造名称为：“一种结晶器冷却水控制装置及方法”，其包括连铸结晶器，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、钢液过热度、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；但其不能解决单点非平衡浇铸，异型坯结晶器温度分布极不均匀，自由液面温度分布不均匀所带来的结晶器冷却不均的问题。综上所述，两篇专利文献都对于结晶器的冷却装置及冷却方法提供了解决方案，但两种结晶器冷却装置以及冷却方法都不能解决单点非平衡浇铸异型坯，结晶器温度分布极不均匀，各个面温差过大，自由液面温度分布不均匀所带来的结晶器冷却不均，铸坯缺陷增多的问题。
技术实现思路
1.要解决的问题针对现有结晶器冷却控制装置及控制方法不能解决单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却不均的问题，本专利技术的目的是提供一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置，其能够有效的解决单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却不均的问题，有利于异型坯结晶器温度均匀化，结晶器内钢液非对称均衡传热，利于铸坯的凝固和生长，使得结晶器不易出现拉漏的现象，改善铸坯在腹板处和圆角处的表面纵裂的缺陷。本专利技术的另一目的是提供一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制方法，利用单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置，实现在线实时控制系统的自反馈，以及离线冷却水量计算系统指导在线实时控制系统，在线实时控制系统修正离线冷却水量计算系统的功能。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置，包括离线冷却水量计算系统、在线实时控制系统、进水总管道以及出水总管道；所述的在线实时控制系统与离线冷却水量计算系统电连接；所述的在线实时控制系统包括结晶器冷却水循环模块以及冷却水温差计算和水量计算单元，所述的结晶器冷却水循环模块与冷却水温差计算和水量计算单元电连接，结晶器冷却水循环模块包括宽面内弧冷却模块、宽面外弧冷却模块、窄面左侧冷却模块和窄面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置，其特征在于：包括离线冷却水量计算系统、在线实时控制系统、进水总管道(5‑1)以及出水总管道(5‑2)；所述的在线实时控制系统与离线冷却水量计算系统电连接；所述的在线实时控制系统包括结晶器冷却水循环模块以及冷却水温差计算和水量计算单元，所述的结晶器冷却水循环模块与冷却水温差计算和水量计算单元电连接，结晶器冷却水循环模块包括宽面内弧冷却模块(1)、宽面外弧冷却模块(2)、窄面左侧冷却模块(3)和窄面右侧冷却模块(4)，所述的进水总管道(5‑1)和出水总管道(5‑2)分别与宽面内弧冷却模块(1)、宽面外弧冷却模块(2)、窄面左侧冷却模块(3)以及窄面右侧冷却模块(4)两端连接；所述的冷却水温差计算和水量计算单元包括宽面内弧冷却水温差计算和水量计算单元(1‑6)、宽面外弧冷却水温差计算和水量计算单元(2‑6)、窄面左侧冷却水温差计算和水量计算单元(3‑6)以及窄面右侧冷却水温差计算和水量计算单元(4‑6)；宽面内弧冷却水温差计算和水量计算单元(1‑6)与宽面内弧冷却模块(1)电连接，宽面外弧冷却水温差计算和水量计算单元(2‑6)与宽面外弧冷却模块(2)电连接，窄面左侧冷却水温差计算和水量计算单元(3‑6)与窄面左侧冷却模块(3)电连接，窄面右侧冷却水温差计算和水量计算单元(4‑6)与窄面右侧冷却模块(4)电连接。...

【技术特征摘要】
1.一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置，其特征在于：包括离线冷却水量计算系统、在线实时控制系统、进水总管道(5-1)以及出水总管道(5-2)；所述的在线实时控制系统与离线冷却水量计算系统电连接；所述的在线实时控制系统包括结晶器冷却水循环模块以及冷却水温差计算和水量计算单元，所述的结晶器冷却水循环模块与冷却水温差计算和水量计算单元电连接，结晶器冷却水循环模块包括宽面内弧冷却模块(1)、宽面外弧冷却模块(2)、窄面左侧冷却模块(3)和窄面右侧冷却模块(4)，所述的进水总管道(5-1)和出水总管道(5-2)分别与宽面内弧冷却模块(1)、宽面外弧冷却模块(2)、窄面左侧冷却模块(3)以及窄面右侧冷却模块(4)两端连接；所述的冷却水温差计算和水量计算单元包括宽面内弧冷却水温差计算和水量计算单元(1-6)、宽面外弧冷却水温差计算和水量计算单元(2-6)、窄面左侧冷却水温差计算和水量计算单元(3-6)以及窄面右侧冷却水温差计算和水量计算单元(4-6)；宽面内弧冷却水温差计算和水量计算单元(1-6)与宽面内弧冷却模块(1)电连接，宽面外弧冷却水温差计算和水量计算单元(2-6)与宽面外弧冷却模块(2)电连接，窄面左侧冷却水温差计算和水量计算单元(3-6)与窄面左侧冷却模块(3)电连接，窄面右侧冷却水温差计算和水量计算单元(4-6)与窄面右侧冷却模块(4)电连接。2.根据权利要求1所述的一种单点非平衡浇铸异型坯结晶器冷却控制装置，其特征在于：所述的宽面内弧冷却模块(1)包括宽面内弧结晶器冷却水支管(1-1)、宽面内弧冷却水流量调控阀(1-2)、宽面内弧冷却水进口测温仪(1-3)、结晶器宽面内弧冷却水缝(1-4)以及宽面内弧冷却水出口测温仪(1-5)；所述的宽面内弧结晶器冷却水支管(1-1)一端连接有进水总管道(5-1)，另一端连接有出水总管道(5-2)，宽面内弧结晶器冷却水支管(1-1)上按照冷却水流动的方向设有宽面内弧冷却水流量调控阀(1-2)、宽面内弧冷却水进口测温仪(1-3)、结晶器宽面内弧冷却水缝(1-4)、宽面内弧冷却水出口测温仪(1-5)，宽面内弧冷却水流量调控阀(1-2)、宽面内弧冷却水进口测温仪(1-3)和宽面内弧冷却水出口测温仪(1-5)与宽面内弧冷却水温差计算和水量计算单元(1-6)电连接；所述的宽面外弧冷却模块(2)包括宽面外弧结晶器冷却水支管(2-1)、宽面外弧冷却水流量调控阀(2-2)、宽面外弧冷却水进口测温仪(2-3)、结晶器宽面外弧冷却水缝(2-4)以及宽面外弧冷却水出口测温仪(2-5)；所述的宽面外弧结晶器冷却水支管(2-1)一端连接有进水总管道(5-1)，另一端连接有出水总管道(5-2)，宽面外弧结晶器冷却水支管(2-1)上按照冷却水流动的方向设有宽面外弧冷却水流量调控阀(2-2)、宽面外弧冷却水进口测温仪(2-3)、结晶器宽面外弧冷却水缝(2-4)、宽面外弧冷却水出口测温仪(2-5)，宽面外弧冷却水流量调控阀(2-2)、宽面外弧冷却水进口测温仪(2-3)和宽面外弧冷却水出口测温仪(2-5)与宽面外弧冷却水温差计算和水量计算单元(2-6)电连接；所述的窄面左侧冷却模块(3)包括窄面左侧结晶器冷却水支管(3-1)、窄面左侧冷却水流量调控阀(3-2)、窄面左侧冷却水进口测温仪(3-3)、结晶器窄面左侧冷却水缝(3-4)以及窄面左侧冷却水出口测温仪(3-5)；所述的窄面左侧结晶器冷却水支管(3-1)一端连接有进水总管道(5-1)，另一端连接有出水总管道(5-2)，窄面左侧结晶器冷却水支管(3-1)上按照冷却水流动的方向设有窄面左侧冷却水流量调控阀(3-2)、窄面左侧冷却水进口测温仪(3-3)、结晶器窄面左侧冷却水缝(3-4)、窄面左侧冷却水出口测温仪(3-5)，窄面左侧冷却水流...

【专利技术属性】
技术研发人员：李四军，王中学，何飞，彭永香，杜金科，韩蕾蕾，郭达，周俐，张闯，常立忠，王海军，
申请(专利权)人：莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37