CN105149538A - 一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方法，属于连铸设备与方法技术领域，用于确保结晶器水温度稳定。其技术方案是：水温动态分析控制装置利用计算机实时分析循环系统中的冷却水的温度，并实时与30~38℃的标准水温范围进行对比，有针对性地自动启动饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置或补给冷却水装置，实施结晶器冷却水的升温模式或降温模式，从而确保结晶器冷却水温稳定控制在30~38℃范围内。本发明可以对结晶器冷却水循环系统进行监控和水温的精确调节，解决了长期困扰连铸生产过程中结晶器冷却水水温稳定的问题，对提高铸坯质量和保持连铸生产的稳定运行起到至关重要的作用，具有显著的经济效益，在行业内有极大的推广使用价值。

Description

一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种在连铸生产过程中，确保结晶器水温度稳定的装置和方法，属于连铸设备与方法技术领域。

背景技术

热流密度也称热通量，是指单位时间内通过物体单位横截面积上的热量。对于连铸生产而言，结晶器热流密度(以下简称：热流密度)是指单位时间内结晶器冷却水通过铜板从单位面积上的铸坯表面带走的热量，它的稳定性会影响结晶器内铸坯坯壳厚度的均匀性，从而影响铸坯表面质量和生产的稳定性，因此该指标通常被用来衡量铸坯表面冷却效果的优劣以及连铸生产控制水平的高低。当热流密度的稳定性较好时，即：前后时刻热流密度差值的绝对值比例不超过5％时，铸坯表面质量较好，不会产生表面纵裂纹；而当热流密度的稳定性较差时，即：前后时刻热流密度差值的绝对值比例超过5％时，铸坯表面质量乃至生产就会受到很大的影响，即：要么铸坯表面出现严重的纵裂纹缺陷，从而影响最终的产品质量，要么发生漏钢事故，影响整个连铸工序的稳定运行。因此，对结晶器热流密度的稳定控制是连铸生产工艺过程中最重要的环节之一。

通常，影响结晶器热流密度稳定性的因素主要包括：拉速、钢水成分、浇铸温度、保护渣性能、冷却水流量、结晶器铜板厚度、结晶器铜板水槽尺寸、结晶器锥度、结晶器长度、铜板表面状况、结晶器进水温度、结晶器冷却水水质。因此，如果能够采取有效措施，稳定上述因素，就能够有效提高结晶器热流密度的稳定性。

近年来，随着设备性能以及工艺控制水平的提升，与结晶器热流密度的大部分因素均得到了有效的控制，如：针对拉速、钢水成分、浇铸温度、保护渣性能因素，生产现场通过提升工艺控制水平有效提升了其稳定性；而针对冷却水流量、结晶器铜板厚度、结晶器铜板水槽尺寸、结晶器锥度、结晶器长度、铜板表面状况、结晶器冷却水水质因素，生产现场则通过提高设备的加工精度、仪表的检测精度以及提高自动设备的自动控制精度有效解决了上述因素的稳定性。因此，如果再能够确保结晶器冷却水温度稳定在一个工艺允许的温度范围内，就能够最终实现结晶器热流的稳定。

根据工艺要求，通常需要将结晶器冷却水温度稳定控制在30～38℃范围内，在这个范围内可以确保铸坯表面不产生总裂纹以及连铸生产的稳定运行。但目前实现该水温控制范围的难度较大，其主要原因是其通常会受到现场实际工况以及季节的双重影响。具体原因是：由于结晶器冷却水循环系统(简称：循环系统)属于内循环方式，即冷却水在一个封闭的管道内流动，在通过结晶器铜板冷却铸坯表面的同时，冷却水也会因吸收大量的热量而导致其温度的逐渐升高，当冷却水温度超过要求的范围时，就会对连铸生产造成影响。此外，水温升高会导致冷却水大量蒸发，从而造成总水量的减少，进而影响冷却水流量，最终会导致结晶器铜板工作寿命的大幅度降低。因此，为解决上述问题，生产现场会根据实际工况，不定期的向结晶器冷却水循环系统中补加一定量的冷却水。由于新补加的冷却水的水温受季节的影响，与原循环系统中的冷却水水温存在较大的差别，因此在补加冷却水后，结晶器冷却水循环系统中冷却水的温度会较前一时刻出现较大的波动，进而导致结晶器热流密度出现较大幅度的波动，从而对铸坯表面质量以及生产节奏造成很大的影响。

传统的解决方法是减少一次加入结晶器冷却水循环系统的水量并加快冷却水循环速度，从而最大限度的降低水温波动。但这种方式是以牺牲结晶器铜板寿命以及影响整个生产节奏实现的，同时操作方式较为繁琐，且受人为操作的影响程度较大，因此通过该种方式实现结晶器冷却水温度稳定的效果并不理想。

目前，随着技术的发展，一些结晶器冷却水水温稳定技术被开发出来，这些方法集中在使用换热介质对冷却水进行冷却处理的方向，如采用热水、冷水、液氮等对结晶器冷却水进行强制换热。这些方法尽管能够对结晶器的水温稳定起到一定的作用，但存在的缺点主要为：

1、控制方式较为粗放，无法对结晶器冷却水的温度进行较为精确的控制；

2、需要设置专门的外部冷却装置，由于结晶器冷却水循环系统规模较大，因此冷却装置的体积也必须较大，需要的占地面积也将较大；

3、需要制作专用的换热介质，而无法使用现场现有的换热介质，因此运行成本较高；

4、由于是在冷却水管道外部进行冷却，因此受热胀冷缩的影响，管道极容易破裂，导致设备的损坏，从而影响到连铸生产的正常运行。

因此，到目前为止，对于保持结晶器冷却水水温稳定没有特别有效和合理的方法，如何保持结晶器冷却水水温稳定已经成为影响铸坯质量的稳定和提高的关键问题，至今没有得到有效解决。采取有效措施解决连铸生产过程中结晶器水温的合理和稳定的问题，将对确保铸坯质量和连铸生产的稳定运行起到至关重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方法，这种装置和方法包括水温监测装置和水温调节控制装置，通过对结晶器冷却水循环系统进行监控和水温的精确调节，可以确保结晶器冷却水温稳定控制在30～38℃范围内，从而解决连铸生产过程中结晶器水温的合理和稳定的问题，有效提高铸坯质量和保持连铸生产的稳定运行。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置，它包括水温动态分析控制装置、饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置和排水装置，饱和蒸汽加热装置的蒸汽输送管路与结晶器冷却水主管道相连接，结晶器冷却水主管道与一个冷却分支管道相连通，在冷却分支管道上安装风冷冷却装置，补给冷却水装置的补水管路与结晶器冷却水主管道相连接，排水装置的排水管路与结晶器冷却水主管道相连接，在结晶器冷却水主管道上再增加一个监测分支管道，在监测分支管道上安装水温动态分析控制装置，水温动态分析控制装置由计算机、若干PLC、若干物理检测元件组成，水温动态分析控制装置分别与饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置和排水装置相连接。

上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述饱和蒸汽加热装置由蒸汽储汽包和电磁阀组成，电磁阀安装在蒸汽储汽包与结晶器冷却水主管道之间的蒸汽输送管路中。

上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述冷却分支管道为一组U形管道，在U形管道的两侧分别安装若干台风机，在冷却分支管道与结晶器冷却水主管道的进水方向上分别安装电磁阀。

上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述补给冷却水装置由冷却水储水池和电磁阀组成，电磁阀安装在冷却水储水池与结晶器冷却水主管道之间的补水管路中。

上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述水温动态分析控制装置的若干物理检测元件包括结晶器冷却水温度检测元件、循环系统冷却水体积检测元件、空气温度检测元件、饱和蒸汽温度检测元件、补给冷却水温度检测元件、饱和蒸汽流量检测元件、补给冷却水流量检测元件，上述检测元件分别安装在结晶器冷却水主管道、饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置、排水装置以及大气中，上述检测元件与计算机相连接，计算机与饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC相连接，饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC分别与饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置和排水装置相连接。

一种使用上述装置的确保结晶器冷却水温度稳定的方法，它采用以下步骤进行：

a.水温动态分析控制装置利用计算机实时分析结晶器冷却水循环系统中的冷却水的温度，并实时与30～38℃的标准水温范围进行对比；

b.根据对比结果，有针对性地启动饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置或补给冷却水装置；

c.当计算机所接收到的水温信号低于30～38℃的范围时，实施结晶器冷却水的升温模式；

d.当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30～38℃的范围时，实施结晶器冷却水的降温模式，从而确保结晶器冷却水温稳定控制在30～38℃范围内；

上述确保结晶器冷却水温度稳定的方法，所述的结晶器冷却水的升温模式是：

当计算机所接收到的水温信号低于30～38℃的范围时，会开启饱和蒸汽加热装置，计算机通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置中的电磁阀发送开启信号，打开电磁阀，蒸汽储汽包中的饱和蒸汽会在内部压力的作用下向结晶器冷却水循环系统中注入饱和蒸汽，在注入的过程中，计算机会根据反馈回来的当前时刻蒸汽流量，自动累计出已向结晶器冷却水循环系统中喷入的蒸汽总量；

当蒸汽累计总量达到蒸汽计算量时，计算机会再次通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置中的电磁阀发送关闭信号，关闭电磁阀，完成饱和蒸汽向结晶器冷却水循环系统的注入操作；

为避免结晶器冷却水系统内的总水量超过水量上限，在喷射蒸汽的过程中，计算机会通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的总水量信息，当水量超过设备要求的水量上限时，计算机通过排水电磁阀PLC向排水装置电磁阀发送开启信号，打开电磁阀向外排水；当计算机检测到的总水量低于结晶器冷却水循环系统允许水量的上限时，会通过排水电磁阀PLC向排水装置电磁阀发送关闭信号，关闭电磁阀，完成排水操作，最终完成针对结晶器冷却水的升温操作；

上述确保结晶器冷却水温度稳定的方法，所述的结晶器冷却水的降温模式是：

当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30～38℃的范围时，会将进行以下操作：

当环境温度低于38℃时，计算机通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置的电磁阀发出信号，关闭结晶器冷却水主管道上的电磁阀，打开冷却分支管道上的电磁阀，将结晶器冷却水引入冷却分支管道的U形管中，同时，计算机通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置中的风机发出启动信号，启动风机，通过风冷方式，降低结晶器冷却水的温度；当结晶器冷却水的温度低于38℃时，计算机通过风冷冷却PLC向风机发出关闭信号，关闭风机，同时计算机通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置的电磁阀再次发出信号，打开结晶器冷却水主管道上的电磁阀，关闭冷却水分支管道上的电磁阀，将结晶器冷却水再次引入到结晶器冷却水主管道中，最终完成针对结晶器冷却水的降温操作；

当环境温度高于38℃时，计算机首先在原有的结晶器冷却水流量不变的前提下，以水温为35℃为控制目标，根据当前时刻的结晶器冷却水温度和外界冷却水温度，自动计算出需要注水的体积，然后计算机通过补给冷却水PLC向补给冷却水装置的电磁阀发出启动信号，启动电磁阀向结晶器冷却水循环系统中注入冷却水，在注入的过程中，计算机根据反馈回来的当前时刻冷却水流量，自动累计出已向结晶器冷却水循环系统中注入的冷却水总量；

在补给冷却水装置向结晶器冷却水循环系统中补水的过程中，计算机自动记录补水的时间，当补水时间达到设定要求时，计算机会通过补给冷却水PLC向补给冷却水装置中的电磁阀发出关闭信号，关闭电磁阀，停止向结晶器冷却水循环系统中注入冷却水；

在向结晶器冷却水循环系统中加入冷却水的过程中，计算机通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的冷却水总体积，当冷却水的总体积超过设备设计要求的冷却水体积上限时，计算机通过排水电磁阀PLC向排水装置电磁阀发送开启信号，打开电磁阀向外排水；当计算机监测到的总水低于系统允许水量的上限时，通过排水电磁阀PLC向排水装置电磁阀发送关闭信号，关闭电磁阀，完成排水操作。最终完成针对结晶器冷却水的降温操作。

上述确保结晶器冷却水温度稳定的方法，所述加热冷却水所需的蒸汽体积的计算模型是：

式中：C_水为冷却水的比热，J/(kg·℃)，通常为4.2×10³J/(kg·℃)；ρ_水为冷却水的密度，kg/m³，通常为1.0×10³kg/m³；V_水为当前时刻循环系统中冷却水的体积，m³；T_目标为结晶器冷却水目标控制温度，℃；T_结晶器为当前时刻的结晶器冷却水温度，℃；C_汽为饱和蒸汽的比热，J/(kg·℃)，通常为4.2×10³J/(kg·℃)；T_汽为当前时刻饱和蒸汽的温度，℃；L_汽为水蒸汽潜热，J/kg，通常为2.26×10⁶J/kg；a为加权数，通常为1.0～1.2。

上述确保结晶器冷却水温度稳定的方法，所述需要补充冷却水体积的计算模型是：

式中：V_外水为需要从外界补充到结晶器冷却水循环系统中水的体积，m³；V_结晶器为当前时刻结晶器内的冷却水的体积，m³；T_结晶器为当前时刻结晶器冷却水的温度，℃；T_外水为当前时刻的外界冷却水的温度，℃；a为加权数，通常为1.0～1.2。

本发明的有益效果是：

本发明在原有的结晶器冷却水循环系统中分别增加了水温动态分析控制装置、饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置和排水装置，并在此基础上开发出一套结晶器冷却水稳定控制系统。其中，水温动态分析控制装置利用计算机实时分析循环系统中的冷却水的温度，并实时与30～38℃的标准水温范围进行对比，并根据对比结果，有针对性地自动启动饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置或补给冷却水装置，实施结晶器冷却水的升温模式或降温模式，从而确保结晶器冷却水温稳定控制在30～38℃范围内；补给冷却水装置主要用于向结晶器冷却水循环系统中输入一定量的冷却水，同时具有减低结晶器冷却水水温的功能；排水装置主要是向外界排出多余的冷却水，确保结晶器冷却水循环系统中的总水量在设备允许的范围内。通过上述措施，确保结晶器冷却水的水温能够被稳定的控制在30～38℃范围内，并且不会对补充冷却水的过程造成影响。

本发明通过对结晶器冷却水循环系统进行监控和水温的精确调节，可以确保结晶器冷却水温稳定控制在30～38℃范围内。本发明采取的设备和方法是国内外首创，解决了长期困扰连铸生产过程中结晶器冷却水水温稳定的问题，对提高铸坯质量和保持连铸生产的稳定运行起到至关重要的作用，具有显著的经济效益，在行业内有极大的推广使用价值。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的风冷冷却装置结构示意图；

图3是本发明的水温动态分析控制装置的结构框图；

图4是本发明的结晶器冷却水温度控制模式的示意图。

图中标记如下：冷却水主管道1、冷却分支管道2、监测分支管道3、水温动态分析控制装置4、饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6、补给冷却水装置7、排水装置8、结晶器9、蓄水池10、过滤器11、电磁阀12、U形管道13、风机14。

具体实施方式

本发明的确保结晶器冷却水温度稳定的装置包括水温动态分析控制装置4、饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6、补给冷却水装置7和排水装置8。

图1显示，饱和蒸汽加热装置5的蒸汽输送管路与结晶器冷却水主管道1相连接，用于向结晶器冷却水循环系统中注入饱和蒸汽。饱和蒸汽加热装置5由蒸汽储汽包和电磁阀12组成，电磁阀12安装在蒸汽储汽包与结晶器冷却水主管道1之间的蒸汽输送管路中。

图1、2显示，在结晶器冷却水主管道1上增加一个冷却分支管道2，在冷却分支管道2上安装风冷冷却装置6。冷却分支管道2为一组U形管道13，在U形管道13的两侧分别安装若干台风机14，在冷却分支管道2与结晶器冷却水主管道1的进水方向上分别安装电磁阀12。冷却分支管道2的作用是利用两个电磁阀12的开、闭配合，将结晶器冷却水引入到U形管道13内，同时利用风机14对U形管道13进行不间断的吹风，利用空气流动将冷却水的热量带走，从而降低结晶器冷却水的温度。

图1显示，补给冷却水装置7的补水管路与结晶器冷却水主管道1相连接，补给冷却水装置7由冷却水储水池和电磁阀12组成，电磁阀12安装在冷却水储水池与结晶器冷却水主管道1之间的补水管路中。补给冷却水装置7主要用于向结晶器冷却水循环系统中输入一定量的冷却水，同时具有减低结晶器冷却水水温的功能。

图1显示，排水装置8的排水管路与结晶器冷却水主管道1相连接，排水装置8由一套电磁阀12构成，利用电磁阀12的开、闭，实现从结晶器冷却水循环系统中向外排水的功能。

图1显示，在结晶器冷却水主管道1上再增加一个监测分支管道3，在监测分支管道3上安装水温动态分析控制装置4。水温动态分析控制装置4由计算机、饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC、若干物理检测元件组成，水温动态分析控制装置4分别与饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6、补给冷却水装置7和排水装置8相连接。水温动态分析控制装置4作用是实时分析检测结晶器冷却水水温等的物理状态，并自动控制饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6、补给冷却水装置7和排水装置8的启动和停止。

图3显示，水温动态分析控制装置4的若干物理检测元件包括结晶器冷却水温度检测元件、循环系统冷却水体积检测元件、空气温度检测元件、饱和蒸汽温度检测元件、补给冷却水温度检测元件、饱和蒸汽流量检测元件、补给冷却水流量检测元件，上述检测元件分别安装在结晶器冷却水主管道1、饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6、补给冷却水装置7、排水装置8以及大气中，上述检测元件与计算机相连接，计算机与饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC相连接，饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC分别与饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6、补给冷却水装置7和排水装置8相连接。通过上述检测元件，分别实时检测结晶器冷却水温度、饱和蒸汽温度、环境温度、外界冷却水温度、饱和蒸汽流速、结晶器冷却水体积、以及给排水的流速，同时将上述的各种检测信号实时反馈给计算机。

本发明的使用上述装置的确保结晶器冷却水温度稳定的方法采用以下步骤进行：

a.水温动态分析控制装置4利用计算机实时分析结晶器冷却水循环系统中的冷却水的温度，并实时与30～38℃的标准水温范围进行对比；

b.根据对比结果，有针对性地启动饱和蒸汽加热装置5、风冷冷却装置6或补给冷却水装置7；

c.当计算机所接收到的水温信号低于30～38℃的范围时，实施结晶器冷却水的升温模式；

d.当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30～38℃的范围时，实施结晶器冷却水的降温模式，从而确保结晶器冷却水温稳定控制在30～38℃范围内；

水温动态分析控制装置4中的计算机接收到冷却水温度信号后，会做出相应的处理，即：启动升温模式或降温模式。

具体是操作如下：

(1)升温模式

当计算机所接收到的水温信号低于30～38℃的范围时，会自动开启饱和蒸汽加热装置5，饱和蒸汽加热装置5向结晶器冷却水循环系统的循环水池中注入一定量的饱和蒸汽，具体方法是：在原有的结晶器冷却水流量不变的前提下，以水温为34℃为控制目标，根据当前时刻的冷却水温度和蒸汽温度，首先自动计算出加热冷却水所需的蒸汽体积，计算模型是：

式中：C_水为冷却水的比热，J/(kg·℃)，通常为4.2×10³J/(kg·℃)；ρ_水为冷却水的密度，kg/m³，通常为1.0×10³kg/m³；V_水为当前时刻循环系统中冷却水的体积，m³；T_目标为结晶器冷却水目标控制温度，℃；T_结晶器为当前时刻的结晶器冷却水温度，℃；C_汽为饱和蒸汽的比热，J/(kg·℃)，通常为4.2×10³J/(kg·℃)；T_汽为当前时刻饱和蒸汽的温度，℃；L_汽为水蒸汽潜热，J/kg，通常为2.26×10⁶J/kg；a为加权数，通常为1.0～1.2。

计算完成后，水温动态分析控制装置自动启动饱和蒸汽加热装置5，即：计算机通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置5中的电磁阀12发送开启信号，从而打开电磁阀12。此时蒸汽储汽包中的饱和蒸汽会在内部压力的作用下向结晶器冷却水循环系统中注入饱和蒸汽。在注入的过程中，计算机会根据反馈回来的当前时刻蒸汽流量，自动累计出已向结晶器冷却水循环系统中喷入的蒸汽总量。累计方法为：

V_汽＝∑Q_汽i·Δt

式中：Q_汽为当前时刻注入的蒸汽流量，m³/s；Δt为检测周期，s，通常为1～2s。

当蒸汽累计总量达到蒸汽计算量时，计算机会再次通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置5中的电磁阀12发送关闭信号，完成饱和蒸汽向结晶器冷却水循环系统的注入操作。

蒸汽在进入循环系统后，会冷凝成水，其体积会发生变化，具体为：V_汽-水＝0.8036·V_汽(式中：V_汽-水为蒸汽冷凝后水的体积，m³)。而蒸汽会导致结晶器冷却水循环系统中总水量的变化。为避免系统内的总水量超过水量上限，在喷射蒸汽的过程中，计算机会通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的总水量信息，当水量超过设备要求的水量上限时，会自动打开排水装置8进行排水操作，即：计算机通过排水电磁阀PLC向排水装置8的电磁阀12发送开启信号，打开电磁阀12，实现向外排水。需要排出的设定水量为：

V_排＝V_结水+V_汽-水-V_上限

式中：V_排为所设定的系统需要向外排出的冷却水体积，m³；V_结水为系统原有的冷却水体积，m³；V_上限为系统内所规定的冷却水体积的上限，m³。

当计算机检测到的总水量低于冷却水循环系统允许水量的上限时，会通过排水电磁阀PLC向排水装置8电磁阀12发送关闭信号，关闭电磁阀12，完成排水操作。最终，完成针对结晶器冷却水的升温操作。

(2)降温模式

当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30～38℃的范围时，会将进行以下操作：

①当环境温度低于38℃时

计算机会通过风冷冷却PLC分别向风冷冷却装置6附近的冷却水主管道1、冷却分支管道2上的电磁阀12发出信号，即：关闭冷却水主管道1上的电磁阀12，打开冷却分支管道2上的电磁阀12，从而将结晶器冷却水引入U形管道13中。同时，计算机通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置6中的风机14发出启动信号，通过风冷方式，降低结晶器冷却水的温度。当结晶器冷却水的温度低于38℃时，计算机会通过风冷冷却PLC向风机14发出关闭信号，关闭风机14。同时，计算机会通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置6附近的冷却水主管道1、冷却分支管道2上的电磁阀12再次发出信号，即：打开冷却水主管道1上的电磁阀12，关闭冷却分支管道2上的电磁阀12，将结晶器冷却水再次引入到冷却水主管道1中。最终，完成针对结晶器冷却水的降温操作。

②当环境温度高于38℃时

计算机控制补给冷却水装置7向结晶器冷却水循环系统的循环水池中注入一定量的冷却水。具体方法是：计算机首先在原有的结晶器冷却水流量不变的前提下，以水温为35℃为控制目标，根据当前时刻的结晶器冷却水温度和外界冷却水温度，自动计算出需要注水的体积，计算模型是：

式中：V_外水为需要从外界补充到结晶器冷却水循环系统中水的体积，m³；V_结晶器为当前时刻结晶器内的冷却水的体积，m³；T_结晶器为当前时刻结晶器冷却水的温度，℃；T_外水为当前时刻的外界冷却水的温度，℃；a为加权数，通常为1.0～1.2。

当用水量数据计算完成后，计算机会通过补给冷却水PLC向补给冷却水装置7的电磁阀12发出启动信号，从而启动电磁阀，此时，补给冷却水装置7会向结晶器冷却水循环系统中注入冷却水。在注入的过程中，计算机会根据反馈回来的当前时刻冷却水流量，自动累计出已向结晶器冷却水循环系统中注入的冷却水总量。累计方法为：

V_外水＝∑Q_外水i·Δt

式中：Q_外水为当前时刻补加冷却水的流速，m³/s；Δt为检测周期，s，通常为1～2s。

在补给冷却水装置7向结晶器冷却水循环系统中补水的过程中，计算机会自动记录补水的时间。当补水时间达到设定要求时，计算机会通过补给冷却水PLC向补给冷却水装置7中的电磁阀12发出关闭信号，关闭该电磁阀12。此时补给冷却水装置7将停止向结晶器冷却水循环系统中注入冷却水。

由于补水操作会影响到结晶器冷却水循环系统中的总水量的变化。因此为避免系统内的总水量超过水量设定的上限，在向结晶器冷却水循环系统中加入冷却水的过程中，计算机会通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的冷却水总体积，当冷却水的总体积超过设备设计要求的冷却水体积上限时，计算机会会自动打开排水装置8进行排水操作，即：计算机通过排水电磁阀PLC向排水装置8电磁阀12发送开启信号，打开电磁阀12实现向外排水。需要排出的设定水量为：

V_排＝V_结水+V_外水-V_上限

当计算机监测到的总水低于系统允许水量的上限时，会通过排水电磁阀PLC向排水装置8电磁阀12发送关闭信号，关闭电磁阀12，完成排水操作。最终，完成针对结晶器冷却水的降温操作。

通过上述工作，最终实现结晶器冷却水温度稳定在30～38℃的范围内。

实施例1

结晶器冷却水循环系统中冷却水容量的上限值为200m³，下限为160m³。

当前时刻，水温动态分析控制装置4中的计算机检测到当前时刻各检测元件反馈回来的信号分别是：结晶器冷却水温度为23℃，低于标准要求的30～38℃的控制范围；饱和蒸汽温度为110℃；当前时刻结晶器冷却水循环系统中的总水量为180m³。根据上述检测结果，计算机自动启动结晶器冷却水升温模式，按照结晶器冷却水水温34℃为目标值，并将权值定为1.2，得出温升所需的饱和蒸汽体积：

然后，计算机开始通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置5中的电磁阀12发出启动信号，打开电磁阀12，向循环系统中注入饱和蒸汽。在喷射蒸汽的过程中，计算机利用饱和蒸汽流量检测元件实时检测蒸汽的流量，并累计已喷射的蒸汽量，当检测到已喷射出6m³的饱和蒸汽后，计算机会通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置5中的电磁阀12发出关闭信号，关闭电磁阀12，完成饱和蒸汽的注入工作。

在向结晶器冷却水循环系统中注入饱和蒸汽的过程中，计算机会实时监测系统内冷却水总体积的变化。通过计算可知，6m³的饱和蒸汽冷凝后会变成4.82m³的水。当加入饱和蒸汽后，结晶器冷却水循环系统中的总水量变为184.82m³，未达到200m³的系统水量上限，因此计算机无需开启排水装置8。

在完成饱和蒸汽的注入操作后，结晶器冷却水的实际温度升至35℃，达到了30～38℃的工艺控制要求。

实施例2

结晶器冷却水循环系统中冷却水容量的上限值为200m³，下限为160m³。

当前时刻，水温动态分析控制装置4中的计算机检测到当前时刻各检测元件反馈回来的信号分别是：结晶器冷却水温度为40℃，高于标准要求的30～38℃的控制范围；当前时刻空气温度为30℃；当前时刻结晶器冷却水循环系统中的总水量为190m³。根据上述检测结果，计算机自动启动结晶器冷却水降温模式，即：首先通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置6附近的冷却水主管道1、冷却分支管道2上的电磁阀12发出信号，将冷却水主管道1上的电磁阀12关闭，将冷却分支管道2上的电磁阀12打开，将结晶器冷却水引入到风冷冷却装置6的U形管道13中，同时通过风冷冷却PLC向风机14发出启动信号，启动风机14对U形管道13进行吹风处理。当计算机检测到的结晶器冷却水温度降至38℃以下时，计算机会再次通过风冷冷却PLC向风机14发出关闭信号，关闭风机14，同时再次通过风冷冷却PLC分别向风冷冷却装置6附近的冷却水主管道1、冷却分支管道2上的电磁阀12发出信号，将冷却水主管道1上的电磁阀12打开，将冷却分支管道2上的电磁阀12关闭，将结晶器冷却水引回到冷却水主管道1中，从而完成降温操作。

在完成降温操作后，结晶器冷却水的实际温度降至37℃，达到了30～38℃的工艺控制要求。

实施例3

结晶器冷却水循环系统中冷却水容量的上限值为200m³，下限为160m³。

当前时刻，水温动态分析控制装置中的计算机检测到当前时刻各检测元件反馈回来的信号分别是：结晶器冷却水温度为40℃，高于标准要求的30～38℃的控制范围；当前时刻空气温度为39℃；当前时刻结晶器冷却水循环系统中的总水量为180m³。根据上述检测结果，计算机自动启动结晶器冷却水降温模式，即通过向结晶器冷却水循环系统中加入冷却水的方式实现结晶器冷却水温度的下降。

此时，外部的冷却水温度为25℃，以结晶器水温为35℃为控制目标，并将权值定为1.1，根据当前时刻的结晶器冷却水温度和外界冷却水温度，得出温降所需的冷却水体积：

然后，计算机开始通过补给冷却水PLC向补给冷却水装置7中的电磁阀12发出启动信号，打开电磁阀12。此时，补给冷却水装置7开始向结晶器冷却水循环系统中补充冷却水。在补水过程中，计算机利用补给冷却水流量检测元件实时监测补水过程中的流量，并累计已加入的冷却水体积，当检测到已向结晶器冷却水循环系统中加入99m³的冷却水后，计算机会通过补给冷却水PLC向电磁阀12发出关闭信号，关闭电磁阀12，补给冷却水装置7停止向结晶器冷却水循环系统补充冷却水。

在向结晶器冷却水循环系统中加入冷却水的过程中，水温动态分析控制装置4会实时监测系统内冷却水总体积的变化。通过计算可知，在向系统中加入99m³冷却水的过程中，系统还需向外排出79m³的冷却水。此时，计算机会通过排水电磁阀PLC向排水装置8的电磁阀12发出开启信号，打开电磁阀12向外排水。当计算机检测到的结晶器冷却水循环系统中的总水低于系统允许水量的上限时，会通过排水电磁阀PLC向排水装置8的电磁阀12发送关闭信号，关闭电磁阀12，完成排水操作。最终，完成针对结晶器冷却水的降温操作。

在完成降温操作后，结晶器冷却水的实际温度降至33℃，达到了30～38℃的工艺控制要求。

Claims (8)

1.一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置，其特征在于：它包括水温动态分析控制装置（4）、饱和蒸汽加热装置（5）、风冷冷却装置（6）、补给冷却水装置（7）和排水装置（8），饱和蒸汽加热装置（5）的蒸汽输送管路与结晶器冷却水主管道（1）相连接，结晶器冷却水主管道（1）与一个冷却分支管道（2）相连通，在冷却分支管道（2）上安装风冷冷却装置（6），补给冷却水装置（7）的补水管路与结晶器冷却水主管道（1）相连接，排水装置（8）的排水管路与结晶器冷却水主管道（1）相连接，在结晶器冷却水主管道（1）上再增加一个监测分支管道（3），在监测分支管道（3）上安装水温动态分析控制装置（4），水温动态分析控制装置（4）由计算机、若干PLC、若干物理检测元件组成，水温动态分析控制装置（4）分别与饱和蒸汽加热装置（5）、风冷冷却装置（6）、补给冷却水装置（7）和排水装置（8）相连接。

2.根据权利要求1所述的确保结晶器冷却水温度稳定的装置，其特征在于：所述饱和蒸汽加热装置（5）由蒸汽储汽包和电磁阀（12）组成，电磁阀（12）安装在蒸汽储汽包与结晶器冷却水主管道（1）之间的蒸汽输送管路中。

3.根据权利要求2所述的确保结晶器冷却水温度稳定的装置，其特征在于：所述冷却分支管道（2）为一组U形管道（13），在U形管道（13）的两侧分别安装若干台风机（14），在冷却分支管道（2）与结晶器冷却水主管道（1）的进水方向上分别安装电磁阀（12）。

4.根据权利要求3所述的确保结晶器冷却水温度稳定的装置，其特征在于：所述补给冷却水装置（7）由冷却水储水池和电磁阀（12）组成，电磁阀（12）安装在冷却水储水池与结晶器冷却水主管道（1）之间的补水管路中。

5.根据权利要求4所述的确保结晶器冷却水温度稳定的装置，其特征在于：所述水温动态分析控制装置（4）的若干PLC包括饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC，水温动态分析控制装置（4）的若干物理检测元件包括结晶器冷却水温度检测元件、循环系统冷却水体积检测元件、空气温度检测元件、饱和蒸汽温度检测元件、补给冷却水温度检测元件、饱和蒸汽流量检测元件、补给冷却水流量检测元件，上述检测元件分别安装在结晶器冷却水主管道（1）、饱和蒸汽加热装置（5）、风冷冷却装置（6）、补给冷却水装置（7）、排水装置（8）以及大气中，上述检测元件与计算机相连接，计算机与饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC相连接，饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC分别与饱和蒸汽加热装置（5）、风冷冷却装置（6）、补给冷却水装置（7）和排水装置（8）相连接。

6.一种使用上述装置的确保结晶器冷却水温度稳定的方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：

a.水温动态分析控制装置（4）利用计算机实时分析结晶器冷却水循环系统中的冷却水的温度，并实时与30~38℃的标准水温范围进行对比；

b.根据对比结果，有针对性地启动饱和蒸汽加热装置（5）、风冷冷却装置（6）或补给冷却水装置（7）；

c.当计算机所接收到的水温信号低于30~38℃的范围时，实施结晶器冷却水的升温模式；

d.当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30~38℃的范围时，实施结晶器冷却水的降温模式，从而确保结晶器冷却水温稳定控制在30~38℃范围内。

7.根据权利要求6所述的确保结晶器冷却水温度稳定的方法，其特征在于：所述的结晶器冷却水的升温模式是：

当计算机所接收到的水温信号低于30~38℃的范围时，计算机通过饱和蒸汽PLC开启饱和蒸汽加热装置（5），向结晶器冷却水循环系统中注入饱和蒸汽，在注入的过程中，计算机会根据反馈回来的当前时刻蒸汽流量，自动累计出已向结晶器冷却水循环系统中喷入的蒸汽总量；

当蒸汽累计总量达到蒸汽计算量时，计算机通过饱和蒸汽PLC关闭饱和蒸汽加热装置（5）的饱和蒸汽，完成饱和蒸汽向结晶器冷却水循环系统的注入操作；

在喷射蒸汽的过程中，计算机通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的总水量信息，当水量超过设备要求的水量上限时，计算机通过排水电磁阀PLC打开排水装置（8）向外排水；当计算机检测到的总水量低于结晶器冷却水循环系统允许水量的上限时，通过排水电磁阀PLC关闭排水装置（8），完成排水操作，最终完成针对结晶器冷却水的升温操作。

8.根据权利要求6所述的确保结晶器冷却水温度稳定的方法，其特征在于：所述的结晶器冷却水的降温模式是：

当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30~38℃的范围时，会将进行以下操作：

当环境温度低于38℃时，计算机通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置（6）发出信号，将结晶器冷却水引入冷却分支管道（2）的U形管道（13）中，同时，计算机通过风冷冷却PLC启动风冷冷却装置（8）中的风机（14），通过风冷方式降低结晶器冷却水的温度；当结晶器冷却水的温度低于38℃时，计算机通过风冷冷却PLC关闭风机（14），同时计算机通过风冷冷却PLC向风冷冷却装置（6）发出信号，将结晶器冷却水引入到结晶器冷却水主管道（1）中，最终完成针对结晶器冷却水的降温操作；

当环境温度高于38℃时，计算机首先在原有的结晶器冷却水流量不变的前提下，以水温为35℃为控制目标，根据当前时刻的结晶器冷却水温度和外界冷却水温度，自动计算出需要注水的体积，然后计算机通过补给冷却水PLC启动补给冷却水装置（7）向结晶器冷却水循环系统中注入冷却水，在注入的过程中，计算机根据反馈回来的当前时刻冷却水流量，自动累计出已向结晶器冷却水循环系统中注入的冷却水总量；

在补给冷却水装置（7）向结晶器冷却水循环系统中补水的过程中，计算机自动记录补水的时间，当补水时间达到设定要求时，计算机通过补给冷却水PLC关闭补给冷却水装置（7），停止向结晶器冷却水循环系统中注入冷却水；

在向结晶器冷却水循环系统中加入冷却水的过程中，计算机通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的冷却水总体积，当冷却水的总体积超过设备设计要求的冷却水体积上限时，计算机通过排水电磁阀PLC打开排水装置（8）向外排水；当计算机监测到的总水低于系统允许水量的上限时，通过排水电磁阀PLC关闭排水装置（8），完成排水操作，最终完成针对结晶器冷却水的降温操作。