CN104249140B - 一种连铸结晶器吹氩集成系统 - Google Patents

Abstract

一种连铸结晶器吹氩集成系统，对应安装于连铸中间包车的结晶器浇注工位上；其设有两个以上氩气入口管道，在每个吹氩入口管道上设手动切断阀、氩气入口压力表、过滤干燥调压阀、氩气入口流量表；每个氩气入口管道分成四个支路，每两个支路为一组，每组中一支路为自动控制支路，其上设质量流量控制器；另一支路为手动控制支路，设流量限制阀、手动调节阀、质量流量检测器；该两个支路最后又汇聚成一个氩气出口管道与吹氩用户点相连接，氩气出口管道上设出口流量计、切断阀；每个吹氩集成系统设有一个可编程序逻辑控制器，收集、上传氩气入口管道压力和支路上的氩气背压值和流量值到吹氩控制单元，并执行由吹氩控制单元或手动氩气流量控制指令。

Description

一种连铸结晶器吹氩集成系统

技术领域

本发明属于连铸技术领域，特别涉及一种连铸结晶器吹氩集成系统。

背景技术

板坯连铸生产过程中，从中间包到结晶器钢液面的这段浇注通道并不是充满了钢水，吹氩的作用主要有填充浇注通道的空隙，防止通道空隙造成的负压吸气现象，防止钢水的二次氧化和浇注通道的结堵；同时，合理的吹氩可以促进结晶器流场的均匀，促进夹杂物的上浮和结晶器弯月面的热交换，从而达到促进保护渣熔融层的形成和流动，提高钢水的纯净度和防止板坯表面的夹渣缺陷的目的；另外，吹氩通道不同氩气的流量、压力控制还有矫正结晶器偏流的作用，而不合理的吹氩方式也是造成结晶器弯月面流动速度过大，液面异常翻动并造成铸坯夹渣和皮下气泡、夹杂缺陷的原因。

从中间包到结晶器的吹氩控制点一般有塞棒吹氩、上水口吹氩、滑板吹氩、浸入式水口吹氩、浸入式水口氩封、滑板氩封等多种，不同的板坯连铸机从中间包到结晶器之间的结构设计，特别是结晶器控流方式和浸入式水口设计，其吹氩功能的设定和实际需要各不相同，大部分铸机采用了几种吹氩的组合形式。在控流方式方面，用塞棒控流的铸机其结晶器吹氩总量相对较小，而用滑板控流的铸机吹氩量相对较大；在浸入式水口设计方面，因水口的浸入深度，吐出孔的角度、底部形状设计等对结晶器弯月面的流动速度的影响很大，加上各种铸机结晶器宽度、厚度和浇注速度方面的变化，使氩气控制复杂程度很高；同一种浸入式水口所对应的结晶器宽厚比和拉速范围越广，氩气控制的难度越大。另外，浇注通道中耐材吹氩结构的设计也与吹氩量有着非常密切的关系。在其它条件均稳定一致或无法随机变更的情况下，氩气的大小往往是决定结晶器弯月面流动速度的唯一可控因素。

传统的连铸机结晶器吹氩都是人工控制的。连铸机设置各有不同，包括结晶器的宽厚比、拉速控制范围、浸入式水口设计、控流方式各有不同，每种机型的氩气控制要求也不同，氩气的控制均完全采用了人工调整的方式，操作工凭经验调整氩气的压力和流量，很难进行定量化控制，故每种机型、每个操作工生产的板坯的表面质量(主要是表面夹渣和气泡、夹杂缺陷发生率)也各不相同。

面对钢材市场的饱和以及激烈的竞争，对连铸坯质量的要求也越来越高。连铸自动化、无人化的要求除了降低劳动强度外，更重要的目的是减少人为干预对产品质量稳定性的干扰。因此，自动化设计日益成为国内外连铸竞相发展的目标，通过无人化、自动化浇注，可以在常规作业过程中，将操作控制缺陷这一对连铸生产、质量的干扰最常见也是最隐性的问题逐渐解决掉。也是在这种情况下，各种连铸结晶器吹氩自动化控制设备不断被应用到生产实践中。由于连铸生产过程中的氩气使用具有低压、小流量的特征，氩气的计量准确性是系统的一大难点。国外的连铸结晶器吹氩自动化控制技术更为注重的是计量的准确性，并在如结晶器电磁搅拌等其它相关技术配合下，采用小氩气量控制的产线上取得了较好的实际效果；但在氩气使用量相对较大，浇注断面、钢种、浇注速度变化频繁等复杂的生产控制条件下，这种吹氩控制方式无法满足实际需求，也需要通过人工进行干预，而对于结晶器偏流等异常情况，吹氩系统没有对应的措施。

国内板坯连铸结晶器吹氩系统由最初根据液面状态手动调节的吹氩站，到具备数字量显示并传输、记录实际流量的计量、信息功能的吹氩系统，到具有电磁阀远程控制吹氩功能的初步智能化调节系统，再到具有一定自动化功能的吹氩控制系统。但这些系统本身存在不少问题，主要是系统计量不准、操控难度较高、设备异常发生率高等缺陷。这些问题使吹氩的流量和压力精准很难把握，仪表校验能力有限；关键用户点的吹氩压力无法调整且进行流量调整时相互之间容易产生干涉波动；均为手动操控，缺乏自动控制的相关模式和配置。

发明内容

本发明的目的在于设计一种连铸结晶器吹氩集成系统，用于从连铸中间包到结晶器浇注通道进行吹氩定量化控制，确保在连铸生产各个环节中吹氩的合理性，防止不合理吹氩造成吸气、钢水二次氧化、通道结堵、结晶器钢液面异常翻动等并造成铸坯夹渣或粘结。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种连铸结晶器吹氩集成系统，其是连铸结晶器吹氩的执行单元，包括若干氩气压力、流量检测、控制元件、管路和控制及通讯PLC，这些元件被集成在一个氩气控制箱内并安装在中间包车的相应工位上，每个吹氩吹氩集成系统设有两个以上氩气入口管道，在每个吹氩入口管道上设置手动切断阀、氩气入口压力表、过滤干燥调压阀、氩气入口流量表；每个氩气入口管道分成四个支路，每两个支路为一组，每一组中的一个支路为自动控制支路，其上设一个用于自动检测并控制氩气的流量的质量流量控制器；每一组中另一个支路为手动控制支路，其上依次设一个流量限制阀、一个手动调节阀、一个质量流量检测器，该两个支路最后又汇聚成一个氩气出口支管与吹氩用户点相连接，每个氩气出口管道上设有出口流量计、用于质量流量检测器和质量流量控制器调零或检修的出口支管切断阀；每个吹氩执行单元内部设有一个可编程序逻辑控制器PLC，收集该工位每个氩气入口管道压力和支路上的氩气背压值和流量值，并上传到上级吹氩控制单元，并执行由上级吹氩控制单元或手动氩气流量控制指令。

在本发明中，根据用户点对吹氩特征及稳定性的要求，上水口、塞棒、滑板等用户点的氩气出口支管不共用同一个氩气入口，便于在异常情况下通过系统压力进行调整并防止关键用户点的氩气压力相互干扰，影响吹氩的稳定性。

关键用户点的吹氩支路不共用同一个氩气入口，便于在异常情况下通过系统压力进行调整并防止关键用户点的氩气压力相互干扰，影响吹氩的稳定性。

连铸结晶器吹氩的作用主要有：①填充浇注通道的空隙，防止通道空隙的负压吸气现象，防止二次氧化和浇注通道的结堵；②促进结晶器流场的均匀性，促进夹杂物的上浮和结晶器钢液面热交换，从而达到促进保护渣熔融层的形成和流动、提高钢水的纯净度和防止板坯表面的夹渣缺陷的目的；③通过压力和流量的组合调节，达到异常情况下纠正结晶器偏流的目的。

在本发明系统设计中，过滤干燥调压阀(气动三联件)用于过滤干燥氩气并调整气源管路的供气压力；手动阀用于检修时切断氩气。

每个氩气入口管道可分成两组共两个支路，每组各包含一自动控制支路、一手动控制支路，避免过多分支导致氩气调整过程中的系统压力波动；其中浇注通道上部吹氩点的支路与浇注通道下部的吹氩点支路不共用同一个氩气入口，这种划分用于不同位置氩气管供气压力的单独调整，特别是在异常情况下可通过氩气压力和流量调整的组合，以达到控制结晶器内的偏流现象的目的。

吹氩集成系统中的每两个支路为一组，每组中的一个支路为自动控制支路，上设一个质量流量控制器，用于自动检测并控制氩气的流量，另一个支路为手动控制支路，手动支路上依次设一个流量限制阀、一个手动调节阀、一个质量流量检测器，该管路有两个功能：一是用于生产异常情况下的大流量氩气冲刷用的旁通(同样具有精确计量功能)；二是在吹氩控制PLC出现故障时，可人工调节氩气用于应急，两根支路最后又汇聚成一个氩气出口管道与吹氩用户点相连接。

每个吹氩吹氩集成系统设有四个以上氩气出口管道，即根据系统吹氩点的设置数设置，并保留一个备用点；每个出口管道上设有出口流量计，用于人工参照，出口支管切断阀用于质量流量检测器和质量流量控制器的调零。

设置在各个旁通支管前端的流量限制阀用于限制该支管流量，防止手动阀异常造成后续质量流量检控的损坏。

一台连铸机设置一个氩气控制单元，负责与铸机控制系统和安装在各个工位的吹氩集成系统PLC进行通讯。

每个吹氩执行单元内部设有一个PLC，收集并上传该工位每个吹氩总管和支路上的氩气压力和流量值，并上传到上级吹氩控制单元，并执行由上级吹氩控制单元或吹氩执行单元控制面板上触摸屏或调整旋钮发出的氩气流量控制指令。

吹氩集成系统的氩气流量控制面板设有触摸屏和控制旋钮，其中触摸屏用于设定、修改本系统的吹氩控制配方值，直接调用并执行某个吹氩配方，显示各个吹氩点的设定、实际流量、总管和支管的背压值；控制旋钮用于手动调节各支管氩气的流量值、开闭该支管的旁通；其中流量调节旋钮通过程序设定，具有单次(拨动)定值调整和连续加速度调整两种功能。远程和本地切换功能用于在非自动开浇等方式下的氩气远程或本地手动调节，而在自动开浇、异常处理和浇注结束时，这个开关不管在任何位置，均可实现手动介入调整。

在吹氩控制执行单元或氩气控制单元无法正常开启的情况下，仍可用盘箱内的旁通支管流量手动调节阀调节氩气，实施应急性吹氩作业。

在浇注过程中，发现结晶器液面异常或偏流，均可通过操作场所的切换，实现中央控制室的HMI画面或现场吹氩流量控制面板上的旋钮或触摸屏14画面进行氩气配方的调整。

本发明的有益效果是：

连铸结晶器吹氩集成系统的设置根据连铸生产特性和结晶器液面在各个环节中的控制要求，通过氩气集成系统的设置，达到了精确计量并实现连铸结晶器吹氩模式自动和手动控制兼备的功能，系统中手动介入方式与纯手动控制方式的配置确保了异常情况下氩气的使用和结晶器偏流纠正控制，为连铸生产自动化控制创造了有利的条件。

附图说明：

图1为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明一种连铸结晶器吹氩集成系统，其是连铸结晶器吹氩的执行单元，安装在中间包车的相应工位上，每个吹氩控制箱设有2个以上氩气入口管道1、1’，在每个吹氩入口管道1(以吹氩入口管道1为例，下同)上设置手动切断阀2、氩气入口压力表3、过滤干燥调压阀4、氩气入口流量表5；每个氩气入口管道1分成四个支路101、102、103、104，每两个支路即支路101、102为一组，支路103、104为一组，每组中的一个支路101、103为自动控制支路，其上设一个用于自动检测并控制氩气的流量的质量流量控制器6、6’；另一个支路102、104为手动控制支路，其上依次设一个流量限制阀7、7’、一个手动调节阀8、8’、一个质量流量检测器9、9’，该四个支路101～104最后又各汇聚成一个氩气出口管道10、10’与吹氩用户点相连接，每个氩气出口管道10、10’上设有出口流量计11、11’、用于质量流量检测器和质量流量控制器调零或检修的出口管道切断阀12、12’；每个吹氩集成系统设有一个可编程序逻辑控制器PLC13，收集该工位每个氩气入口管道1、1′和支路上的氩气背压值和流量值，并上传到上级吹氩控制单元16，并执行由上级吹氩控制单元16或手动氩气流量控制指令。

进一步，浇注通道上部吹氩点的支路与浇注通道下部的吹氩点支路不共用同一个氩气入口。

每个吹氩集成系统设有四个以上氩气出口管道，即根据系统吹氩点的设置数设置，并保留一个备用点。

在本实施例中，每个吹氩集成系统设一个可编程序逻辑控制器PLC13，收集并上传该工位每个吹氩总管和支路上的氩气背压和流量值，并上传到上级吹氩控制单元16，并执行由上级吹氩控制单元16或吹氩执行单元控制面板上触摸屏14或调整旋钮15发出的氩气流量控制指令。

本发明结合板坯连铸生产的工艺要求，通过对连铸过程中结晶器吹氩的精确检测、控制功能优化、吹氩实绩管理，为连铸自动化控制能力和结晶器液面控制精度的提升，铸坯夹渣缺陷的控制打下了基础，这种连铸结晶器吹氩集成系统的配置在国内外属于首创，由于结晶器吹氩控制问题大量存在于国内外各种具有吹氩功能的板坯连铸机上，本发明具有很大的推广应用前景。

Claims (1)

1.一种连铸结晶器吹氩集成系统，其是连铸结晶器吹氩的执行单元，对应安装于连铸中间包车的结晶器浇注工位上；每个吹氩集成系统设有两个以上氩气入口管道，在每个吹氩入口管道上设置手动切断阀、氩气入口压力表、过滤干燥调压阀、氩气入口流量表；每个氩气入口管道分成四个支路，每两个支路为一组，每一组中的一个支路为自动控制支路，其上设一个用于自动检测并控制氩气的流量的质量流量控制器；每一组中另一个支路为手动控制支路，其上依次设一个流量限制阀、一个手动调节阀、一个质量流量检测器，该两个支路最后又汇聚成一个氩气出口管道与吹氩用户点相连接，每个氩气出口管道上设有出口流量计、用于质量流量检测器和质量流量控制器调零或检修的出口管道切断阀；每个吹氩集成系统设有一个可编程序逻辑控制器PLC，收集每个氩气入口管道压力和支路上的氩气背压值和流量值，并上传到上级吹氩控制单元，并执行由上级吹氩控制单元或手动氩气流量控制指令。