CN101391292B - 一种连铸凝固压头实时气压补偿方法及其控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种连铸凝固压头实时气压补偿方法及其控制装置。该装置包括压缩保护气体源、精密减压阀、气体质量流量控制器、气体压力变送器、可控流量排气阀组、装在牵引机构上的拉铸速度传感器以及计算机。其方法是由计算机根据拉铸速度传感器测得的连铸速度，换算出连铸坩埚内部因金属液位下降而导致的凝固压头的变化，并且换算出气压补偿量，以该连铸坩埚内部气压作为受控参数，通过PID算法，以气体质量流量控制器为执行元件，对连铸凝固压头进行实时补偿。本发明实现凝固压头补偿的闭环自动控制，能保证连铸在恒定凝固压头下实施，获得组织致密均匀的铸锭，且简化连铸工艺、减少设备故障率、提高设备性能。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种连铸技术中的保持金属凝固压头恒定的方法与装置。具体涉及一种连铸凝固压头实时气压补偿方法及其控制装置，属于连铸用控制方法与装置的改进技术。该方法及其控制装置可用于各种连铸过程中的保持金属凝固压头恒定的控制。
背景技术
在连铸技术中，凝固压头对凝固过程起到补缩的作用。凝固压头的大小影响着铸锭组织的形成和组织内部的致密度。随着连铸过程的进行，连铸坯的形成，凝固区前沿的液态金属在不断减少。相应的凝固压头也随之降低，而压头越低，补缩的效果变差，这样一来，因补缩不够，铸锭中会形成大量的疏松、气孔等凝固缺陷，严重降低了连铸坯锭的性能。
通常的连铸生产过程中，常采用中间包向熔池不断补液，保持凝固压头的恒定。在不适宜中间包补液的条件场合中，如特种材料的热型连铸或真空连铸过程，随着过程的进行，连铸坯的形成，凝固区前沿的液态金属在不断减少，凝固压头降低，就会出现上述缺陷，影响连铸坯锭的质量。近年来，热型连铸工艺中，开始采用了活塞压入补偿的方法来解决这凝固压头下降的问题。这种活塞要浸泡入液体金属中，必须用特殊的耐火材料制作；并且压入高温液体金属的活塞动作，又必须要有一套复杂的驱动和准确的位移控制系统来实现。这给连铸工艺带来麻烦，也使设备的故障率提高。
发明内容
本发明的目的主要是克服所述连铸技术中凝固压头补偿控制存在的问题，推出一套专门的气控装置，通过动态地逐步增加坩埚腔内的气压，来补偿连铸过程中由于液面下降引起的凝固压头的损失，使连铸坯的凝固区在连铸的整个过程都维持足够的恒定的凝固压头，从而避免铸锭组织中出现疏松、气孔等凝固缺陷，最终获得组织优良的连铸坯锭。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种连铸凝固压头实时气压补偿方法，其特征在于：在连铸过程中，计算机主机(9)根据拉铸速度检测仪(7)检测到的拉铸速度，换算出凝固压头的降低量，并换算出气压补偿量及向连铸坩埚(1)内充气所需的充气流量ΔN；随即给气体质量流量控制器(4)发出指令；气体质量流量控制器(4)以流量ΔN向连铸坩埚(1)内充气，连铸坩埚(1)腔内压力上升；气体压力变送器(3)实时检测连铸坩埚(1)内气压的上升，并通过通信电缆(8)将检测的压力值PT转换成的电信号反馈到计算机主机(9)；计算机主机(9)根据该反馈的压力值PT换算出气压补偿后的凝固压头，并与设定的最佳压头值比较，经过PID运算，确定修正量，指令气体质量流量控制器(4)、可控流量排气阀组(5)，进行充气或排气的协调动作，使凝固压头迅速达到最佳目标控制量，形成连铸凝固压头实时补偿的闭环控制，使连铸过程中凝固压头始终保持恒定。
保护气体从压缩保护气体源(15)经过精密减压阀(2)后，通向气体质量流量控制器(4)，进入连铸坩埚(1)内的金属液面上方。根据连铸工艺参数计算出最佳凝固压头，即为设定的最佳压头值，并输入计算机主机(9)，计算机主机(9)即以这最佳凝固压头作为目标控制量。
一种连铸凝固压头实时气压补偿方法的控制装置(如附图1所示)，该装置由连铸坩埚(1)、压缩保护气体源(15)、精密减压阀(2)、气体压力变送器(3)、气体质量流量控制器(4)、可控流量排气阀组(5)、牵引机构(6)、拉铸速度检测仪(7)、计算机主机(9)和若干远程通信电缆(8)组成，其特征在于：压缩保护气体源(15)与精密减压阀(2)连接，精密减压阀(2)的另一端与气体质量流量控制器(4)连接，气体质量流量控制器(4)的另一端与连铸坩埚(1)连接，气体质量流量控制器(4)还有一端通过通信电缆(8)与计算机主机(9)连接；气体压力变送器(3)一端与连铸坩埚(1)连接，另一端通过通信电缆(8)与计算机主机(9)连接；可控流量排气阀组(5)一端与连铸坩埚(1)连接，另一端与通过通信电缆与计算机主机(9)连接；拉铸速度检测仪(7)一端与牵引辊(6)连接，检测实时牵引速度υ，另一端通过通信电缆与计算机主机(9)连接；连铸导流槽(10)的一端与连铸坩埚(1)相连，另一端与结晶器(11)相连，冷却器(12)在结晶器(11)的下方，盘丝机构(14)中的盘丝末端引锭棒穿过冷却器(12)插入结晶器(11)的出口处。
由于上述技术方案的运用，构成本发明的特点是：
1.采用气压补偿的方法，成功实现了连续凝固压头实时补偿与闭环控制，解决了凝固压头损失的补偿难问题；
2.建立了凝固压头实时的计算机自动补偿与控制系统，能保证压头大小的精度和恒定性、能保证连铸坯锭的组织优良、简化了连铸工艺、减少了设备故障率、提高了设备性能。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图(在下引式热型连铸设备上)
图中各数字代号表示如下：
1.铸坩埚 2.精密减压阀 3.气体压力变送器 4.气体质量流量控制器 5.可控流量排气阀组 6.牵引机构 7.拉铸速度检测仪 8.通信电缆 9.计算机主机 10.连铸导流槽 11.结晶器 12.冷却器 13.铸坯 14.盘丝机构 15.压缩保护气体源 16.连铸坩埚内液位
图2为凝固压头气压补偿闭环控制实施流程方框图
具体实施方式
如图1所示，用于热型连铸的凝固压头实时气压补偿方法及其控制装置由连铸坩埚(1)、压缩保护气体源(15)、精密减压阀(2)、气体压力变送器(3)、气体质量流量控制器(4)、可控流量排气阀组(5)、牵引机构(6)、拉铸速度检测仪(7)、计算机主机(9)和若干远程通信电缆(8)组成。
保护气体从压缩保护气体源(15)经过精密减压阀(2)后通向气体质量流量控制器(4)，气体质量流量控制器(4)将气体通入连铸坩埚(1)，气体质量流量控制器(4)还有一端通过通信电缆与计算机主机(9)连接，接收计算机主机(9)发出的指令，进行充气加压；气体压力变送器(3)一端与连铸坩埚(1)连接，实时检测连铸坩埚(1)内的气压PT，另一端通过通信电缆与计算机主机(9)连接，将检测的压力值PT转换为电信号反馈到计算机主机(9)作为受控参数；可控流量排气阀组(5)一端与连铸坩埚(1)连接，作为连铸坩埚(1)的排气口，另一端与通过通信电缆与计算机主机(9)连接，接收计算机主机(9)发出的指令，进行排气减压；拉铸速度检测仪(7)一端与牵引辊(6)连接，检测实时牵引速度υ，另一端通过通信电缆与计算机主机(9)连接，将检测到的牵引速度υ转为电信号反馈到计算机主机(9)。连铸导流槽(10)的一端与连铸坩埚(1)相连，另一端与结晶器(11)相连，冷却器(12)在结晶器(11)的下方，盘丝机构(14)中的盘丝末端引锭棒穿过冷却器(12)插入结晶器(11)的出口处。
根据连铸工艺参数计算出最佳凝固压头，并输入计算机主机(9)，计算机主机(9)即以这最佳凝固压头作为目标控制量，实施闭环控制。在连铸过程中，随着连铸坯锭(13)不断由牵引机构(6)引出，连铸坩埚内液位(16)不断下降，则凝固压头因连铸坯锭(13)的引出而相应地降低，此时，需要向连铸坩埚(1)内补气加压来补偿凝固压头的降低。计算机主机(9)根据拉铸速度检测仪(7)检测到的拉铸速度，换算出凝固压头的降低量，并换算出气压补偿量及向连铸坩埚(1)内充气所需的充气流量ΔN；随即给气体质量流量控制器(4)发出指令。气体质量流量控制器(4)以流量ΔN向连铸坩埚(1)内充气，连铸坩埚(1)腔内压力上升；气体压力变送器(3)实时检测连铸坩埚(1)内气压的上升，并通过通信电缆将检测的压力值PT转换成的电信号反馈到计算机主机(9)；计算机主机(9)根据该反馈的压力值PT算出气压补偿后的凝固压头，并与原设定的最佳压头值比较，经过PID运算(即微分积分运算)，确定修正量，指令气体质量流量控制器(4)、可控流量排气阀组(5)，进行充气或排气的协调动作，使凝固压头迅速达到最佳目标控制量，形成连铸凝固压头实时补偿的闭环控制回路，使连铸过程中凝固压头始终保持恒定。系统在整个连铸过程中如此循环，从而达到控制连铸坯的凝固区在连铸的整个过程中维持足够的恒定的凝固压头的目的。
Claims (2)
1.一种连铸凝固压头实时气压补偿方法，其特征在于：在连铸过程中，计算机主机(9)根据拉铸速度检测仪(7)检测到的拉铸速度，换算出凝固压头的降低量，并换算出气压补偿量及向连铸坩埚(1)内充气所需的充气流量ΔN；随即给气体质量流量控制器(4)发出指令；气体质量流量控制器(4)以流量ΔN向连铸坩埚(1)内充气，连铸坩埚(1)腔内压力上升；气体压力变送器(3)实时检测连铸坩埚(1)内气压的上升，并通过通信电缆(8)将检测的压力值PT转换成的电信号反馈到计算机主机(9)；计算机主机(9)根据该反馈的压力值PT换算出气压补偿后的凝固压头，并与设定的最佳压头值比较，经过PID运算，确定修正量，指令气体质量流量控制器(4)、可控流量排气阀组(5)，进行充气或排气的协调动作，使凝固压头迅速达到最佳目标控制量，形成连铸凝固压头实时补偿的闭环控制，使连铸过程中凝固压头始终保持恒定。
2.一种用于权利要求1所述的连铸凝固压头实时气压补偿方法的控制装置，由连铸坩埚(1)、压缩保护气体源(15)、精密减压阀(2)、气体压力变送器(3)、气体质量流量控制器(4)、可控流量排气阀组(5)、牵引机构(6)、拉铸速度检测仪(7)、计算机主机(9)和若干远程通信电缆(8)组成，其特征在于：压缩保护气体源(15)与精密减压阀(2)的一端连接，精密减压阀(2)的另一端与气体质量流量控制器(4)的一端连接，气体质量流量控制器(4)的另一端与连铸坩埚(1)连接，气体质量流量控制器(4)还有一端通过通信电缆(8)与计算机主机(9)连接；气体压力变送器(3)一端与连铸坩埚(1)连接，另一端通过通信电缆(8)与计算机主机(9)连接；可控流量排气阀组(5)一端与连铸坩埚(1)连接，另一端通过通信电缆与计算机主机(9)连接；拉铸速度检测仪(7)一端与牵引辊(6)连接，检测实时牵引速度υ，另一端通过通信电缆与计算机主机(9)连接；连铸导流槽(10)的一端与连铸坩埚(1)相连，另一端与结晶器(11)相连，冷却器(12)在结晶器(11)的下方，盘丝机构(14)中的盘丝末端引锭棒穿过冷却器(12)插入结晶器(11)的出口处。
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