一种连铸粘结漏钢的治愈控制方法
技术领域
本发明涉及连铸工艺技术领域,更具体地说,涉及一种连铸粘结漏钢的治愈控制方法。
背景技术
在连铸过程中,高温钢液首先通过长水口从钢包流入中间包,再通过浸入式水口从中间包流入结晶器。在结晶器内,由于钢液与结晶器铜板的传热,钢液凝固成一定厚度的坯壳,然后在结晶器振动和拉坯作用下,这个坯壳能连续的被拉出结晶器,进入二冷区。但往往由于液面波动过大或保护渣流入不均匀等导致铸坯与结晶器之间润滑变差,发生粘结现象。特别是在高拉速板坯连铸、宽厚板连铸和薄板坯连铸中,由于初生坯壳生长均匀性和保护渣流入稳定性显著下降,铸坯很容易与结晶器铜板发生粘结。如果在铸坯发生粘结后,没有及时的采取消除措施,那么在结晶器振动和拉坯作用下,坯壳会不断地被撕裂和重新凝固,导致裂口连续向下移动,当到达结晶器出口时就出现了漏钢。这就是粘结漏钢,是连铸过程中主要漏钢形式,它不仅严重影响了连铸生产的顺行,而且会损坏连铸机设备,造成巨大的经济损失,如何有效避免粘结漏钢现象,是降低一台连铸机漏钢率的关键。
为了避免粘结漏钢,基于热电偶测温法的漏钢预报技术在连铸过程中被广泛应用。其基本原理是通过在结晶器铜板上埋设一定数量的热电偶监控铜板温度变化,通过识别粘结漏钢征兆尽早发出报警,并采取降拉速措施,提高负滑脱时间消除铸坯粘结,使撕裂口处重新凝固形成一定厚度的坯壳,当坯壳到达结晶器出口时具有足够强度,能够抵挡住内部钢水静压力和拉坯阻力,从而避免漏钢。
目前大多数漏钢预报技术的研究重点是铸坯粘结的预报方法,比如专利CN101332499A、CN101477374A、CN101850410A、CN102554171A、CN102699302A、CN102825234A和CN102886504A等。尽早准确地识别出铸坯粘结现象固然重要,但在实际生产过程中,往往由于连铸现场环境恶劣等因素的影响造成热电偶出现较大的波动或故障,导致漏钢预报算法不能及时的报警,出现发出了粘结报警并采取了降拉速措施,但仍旧发生漏钢事故的现象。这种现象除了与较迟的粘结报警时间有关外,还与报警后采取的不当降拉速控制措施有很大关系。这些问题的出现均是由于对粘结漏钢的修复机制不清晰所致。而国内对粘结漏钢修复机制的研究尚未见公开报道。在国内的很多板坯连铸机上,粘结报警后的控制措施都是一种固定的降拉速模式,虽可避免大部分漏钢,但也时常存在粘结报警降速后仍旧漏钢或直接停机等问题。
综上所述,如何克服现有连铸过程中粘结报警降速后仍旧发生漏钢现象的不足,是现有技术中亟需解决的技术难题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明克服了现有连铸过程中粘结报警降速后仍旧发生漏钢现象的不足,提供了一种连铸粘结漏钢的治愈控制方法,实现了“有报警不漏钢”的目标,提高了现行漏钢预报系统的可靠性和整体性能。
2.技术方案
为达到上述目的,本发明提供的技术方案为:
本发明的连铸粘结漏钢的治愈控制方法,在结晶器上布置多排热电偶,包括以下步骤:
1)、给出防止粘结漏钢的假设条件;
2)、粘结漏钢修复条件的推导;
3)、粘结点下移速度Vst和粘结漏钢报警响应时间ta的推导;
4)、粘结漏钢修复过程的计算;
5)、给出不同种拉速控制模式;
6)、拉速控制模式的选择。
作为本发明更进一步的改进,步骤1)中,
假设粘结撕裂处的坯壳在结晶器出口处其愈合厚度大于等于正常生长时的坯壳厚度,即dBO≥dnor可防止漏钢。
作为本发明更进一步的改进,步骤2)中,
根据步骤1)的假设,结合粘结漏钢的修复过程和粘结点的传播行为,推导粘结漏钢的修复条件,上述修复条件包括:坯壳愈合速度VBO、坯壳愈合速度保持时间t2、降拉速斜率kdec和升拉速斜率kinc;
粘结漏钢的修复条件推导过程如下:
a)、坯壳愈合速度VBO和坯壳愈合速度保持时间t2;
由dBO≥dnor和凝固平方根定律得:
0≤t2≤tr (4)
上述公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)中:Ks为凝固常数;tr为粘结修复时间且tr=t2+t3;t3为升拉速保持时间;tnor为凝固坯壳正常生长时间;Lm为结晶器出口距弯月面距离;VC为拉速;Ld为报警时粘结点距弯月面距离;△Ldec为降拉速阶段经过的距离;
b)、降拉速斜率kdec;
降拉速阶段粘结点的运动过程看作匀减速运动,则:
将公式(6)带入公式(5)可得:
结合公式(2)和公式(3)可知:
联立公式(7)和(8)可得:
上述公式(5)、公式(6)、公式(7)、公式(8)和公式(9)中:Vst为粘结点下移速度;t1为降拉速保持时间;
c)、升拉速斜率kinc;
升拉速阶段升拉速斜率为kinc,升拉速保持时间为t3,且粘结修复时间tr=t2+t3,则:
上述公式(10)和公式(11)中:△Linc为升拉速阶段经过的距离。
作为本发明更进一步的改进,步骤3)中,
粘结点下移速度Vst采用统计公式计算,Vst=0.7613VC-0.0222 (A)
则粘结漏钢报警响应时间ta=Ld/Vst (B)。
作为本发明更进一步的改进,步骤4)中,
VC、Lm和Ld为给定参数,Vst采用公式(A)计算;ta采用公式(B)计算;tr范围由公式(2)确定;VBO范围由公式(3)确定;t2根据公式(4)取一定值;VBO根据其范围取不同的定值;kdec针对VBO取的不同定值根据公式(9)分别确定其取值范围;kinc针对VBO取的不同定值根据公式(11)分别确定其取值范围。
作为本发明更进一步的改进,步骤5)中,
基于步骤4)粘结漏钢修复过程的计算,当漏钢预报系统发出粘结报警后,提出了不同种防止粘结漏钢的拉速控制模式,每种拉速控制模式对应的防止粘结漏钢的报警条件如下:
其中,△Ldec根据公式(7)计算;避免粘结漏钢的最大Ld值为(Ld)max,根据公式(8)确定;根据(ta)max=(Ld)max/Vst得到防止粘结漏钢的最大报警响应时间(ta)max;
结晶器铜板内相邻热电偶横向间距为Dx,粘结点下降线至相邻最近热电偶的水平距离为Lx,则Lx的取值范围如公式(12)所示:
坯壳撕裂线与水平线的夹角为β,β的取值范围如公式(13)所示:
β=20.9°~39.0° (13)
报警热电偶距粘结点垂直距离Ly,可按公式(14)计算:
根据公式(14)得报警热电偶距粘结点垂直距离最大值(Ly)max,则防止粘结漏钢的最迟报警热电偶位置(LTC)lim由公式(15)确定:
(LTC)lim=(Ld)max-(Ly)max (15)
根据实际结晶器铜板上各热电偶距弯月面的距离与(LTC)lim对比可得结晶器铜板上防止粘结漏钢的最迟报警热电偶TCa,具体对比方法为:距弯月面的距离小于等于(LTC)lim且最靠近结晶器出口的热电偶即为防止粘结漏钢的最迟报警热电偶TCa。
作为本发明更进一步的改进,步骤6)中,
参照步骤5)给出的不同种拉速控制模式,根据粘结报警热电偶位置选择相适应的一种拉速控制模式,完成连铸粘结漏钢的治愈。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下显著效果:
(1)、本发明的连铸粘结漏钢的治愈控制方法,通过粘结漏钢修复行为推导其修复条件,提出了一种治愈粘结漏钢的动态拉速控制方法,具体为根据粘结报警热电偶位置而采取不同的防止漏钢拉速控制模式的策略,有效提高了粘结漏钢的治愈率,减少了实际生产过程中漏钢预报系统发出粘结报警并采取了降拉速措施后,仍发生漏钢事故的现象,促进了“有报警不漏钢”目标的实现,提高了系统可靠性。
(2)、本发明中在粘结报警后采取的拉速控制模式,消除了铸坯粘结,降低了漏钢风险,减少了不必要的操作时间,提高了生产效率,有效控制了设备损耗等经济损失。
附图说明
图1为连铸粘结漏钢修复过程示意图;
图2为实施例1中避免粘结漏钢的拉速控制模式一;
图3为实施例1中避免粘结漏钢的拉速控制模式二;
图4为实施例1中避免粘结漏钢的拉速控制模式三;
图5为粘结撕裂口传播过程示意图,m。
具体实施方式
本发明的连铸粘结漏钢的治愈控制方法,通过热电偶测温法的结晶器漏钢预报技术,识别出铸坯粘结征兆并发出粘结报警后,通过降拉速措施,提高坯壳在结晶器内的负滑脱时间,可以使粘结坯壳和结晶器铜板完全脱离,消除铸坯粘结,使粘结撕裂口开始修复,撕裂坯壳变厚,脱离的坯壳将与铸坯一起下移,从而完成粘结漏钢的治愈。在粘结漏钢的治愈循环中,关键问题是要保证撕裂处的坯壳在出结晶器之前愈合形成一定的厚度,具有足够的强度,在结晶器出口能抵挡住内部钢水静压力和拉坯阻力,以防止漏钢。本发明假设在结晶器出口时粘结撕裂处愈合形成的坯壳厚度大于等于正常生长时的坯壳厚度,即dBO≥dnor可防止漏钢。根据此前提假设,结合粘结漏钢的修复过程和粘结点的传播行为,推导粘结漏钢的修复条件,包括防止粘结漏钢的坯壳愈合速度、坯壳愈合速度保持时间、降拉速斜率和升拉速斜率,并由此进一步研究了不同的拉速控制模式和对应的避免粘结漏钢的报警条件,提出了一种根据粘结报警热电偶位置采取不同的拉速控制模式的策略。
为进一步了解本发明的内容,结合附图和实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的连铸粘结漏钢的治愈控制方法,在结晶器上布置多排热电偶,主要通过降拉速措施消除铸坯粘结和避免漏钢,其关键是保证粘结撕裂处的坯壳在出结晶器之前能愈合形成一定的厚度,从而能够抵挡住内部钢水静压力和拉坯阻力。
本实施例以板坯连铸为例,假设粘结撕裂处的坯壳在结晶器出口处其愈合厚度大于等于正常生长时的坯壳厚度,即dBO≥dnor可防止漏钢;根据上述假设,结合粘结漏钢的修复过程和粘结点的传播行为,结合图1,推导了粘结漏钢的修复条件,上述修复条件具体包括:防止粘结漏钢的坯壳愈合速度VBO、坯壳愈合速度保持时间t2、降拉速斜率kdec和升拉速斜率kinc。上述修复条件具体推导过程如下:
(1)、防止粘结漏钢的坯壳愈合速度VBO和坯壳愈合速度保持时间t2:
由dBO≥dnor和凝固平方根定律得:
0≤t2≤tr (4)
结合图1,上述公式(1)、公式(2)、公式(3)和公式(4)中:Ks为凝固常数;tr为粘结修复时间且tr=t2+t3;t3为升拉速保持时间;t1为降拉速保持时间;tnor为凝固坯壳正常生长时间;Lm为结晶器出口距弯月面距离;VC为拉速;Vst为粘结点下移速度;Ld为报警时粘结点距弯月面距离;△Ldec为降拉速阶段经过的距离;△Lh为坯壳愈合阶段经过的距离;△Linc为升拉速阶段经过的距离;ta为粘结漏钢报警响应时间。
(2)、降拉速斜率kdec:
由图1可知,降拉速阶段(即t1时间段内)粘结点由粘结点下移速度Vst降至坯壳愈合速度VBO,此运动过程看作匀减速运动,则:
将公式(6)带入公式(5)可得:
结合公式(2)和公式(3)可知:
联立公式(7)和(8)可得:
(3)、升拉速斜率kinc:
如图1所示,假设在B点时,粘结坯壳正好脱离结晶器铜板,且粘结修复时间tr=t2+t3,则:
比如:在拉速VC为0.9m/min下,当结晶器出口距弯月面距离Lm=0.8m,粘结报警时粘结点距弯月面距离Ld=0.5m,如果粘结点下移速度Vst采用统计公式计算Vst=0.7613Vc-0.0222=0.6630m/min,则粘结漏钢报警响应时间ta=Ld/Vst≈45.25s。此时粘结漏钢的修复条件按照以上公式计算,具体计算结果如表1所示。其中,粘结点下移速度Vst和拉速Vc的线性关系式是根据大量粘结实例的热电偶温度数据统计获得;粘结修复时间tr范围由公式(2)确定;坯壳愈合速度VBO范围由公式(3)确定;坯壳愈合速度保持时间t2根据公式(4)取定值20s;坯壳愈合速度VBO根据其范围取三个定值,分别为0.0m/min、0.1m/min和0.3m/min;降拉速斜率kdec针对VBO的三个定值根据公式(9)分别确定其取值范围;同理,升拉速斜率kinc分别针对VBO的三个定值根据公式(11)分别确定其取值范围。
表1粘结漏钢修复的参数和条件
基于以上粘结漏钢修复条件的计算,在实际浇钢时,当漏钢预报系统发出粘结报警后,提出了三种防止粘结漏钢的拉速控制模式,如图2~图4。这三种拉速控制模式对应的防止粘结漏钢的报警条件如表2所示,其中△Ldec根据公式(7)计算,避免粘结漏钢的最大Ld值为(Ld)max,根据公式(8)确定;同时根据(ta)max=(Ld)max/Vst也可得到防止粘结漏钢的最大报警响应时间(ta)max。如图5所示,当裂口传播至热电偶位置发出粘结报警时,粘结点并不一定在该热电偶位置,可能已经移动至该热电偶位置以下。设结晶器铜板内相邻热电偶横向间距为Dx,本实施例中取Dx=0.185m;粘结点下降线至相邻最近热电偶的水平距离为Lx,由此可知其取值范围如公式(12)所示;坯壳撕裂线与水平线的夹角为β,β可由大量粘结实例统计和实际粘结坯壳测量获得,本实施例确定其取值范围如公式(13)所示;报警热电偶距粘结点垂直距离Ly,可按公式(14)计算,并联合公式(12)和公式(13)得报警热电偶距粘结点垂直距离最大值(Ly)max为0.075m。由此可知,防止粘结漏钢的最迟报警热电偶位置(LTC)lim由公式(15)确定,结果见表2。实际结晶器铜板上各热电偶距弯月面的距离如图5所示,与(LTC)lim对比可得结晶器铜板上防止粘结漏钢的最迟报警热电偶TCa。具体对比方法为:距弯月面的距离小于等于(LTC)lim且最靠近结晶器出口的热电偶即为防止粘结漏钢的最迟报警热电偶TCa。
β=20.9°~39.0° (13)
(LTC)lim=(Ld)max-(Ly)max (15)
表2不同拉速控制模式下防止漏钢的报警条件
由表2可知,采用拉速控制模式一时,漏钢预报系统必须在第四排热电偶R4或第四排热电偶以上的第一热电偶R1、第二热电偶R2、第三排热电偶R3发出粘结报警,才能使粘结漏钢治愈。如果在第五排热电偶R5发出粘结报警时,可采用拉速控制模式二和模式三,即在粘结报警后,保持更低的坯壳愈合速度VBO或采取停机操作,才能避免漏钢。如果在第六排热电偶R6发出粘结报警时,粘结点已经离结晶器出口较近,这种情况下非常危险,对于Vc为0.9~1.2m/min时,可采取拉速控制模式三,使漏钢治愈,而对于当Vc为1.3m/min和1.4m/min时,在第六排热电偶R6报警已经无法使漏钢治愈,必须在第五排热电偶R5及第五排热电偶R5以上发出报警采取措施,才能避免漏钢。尽早地识别出粘结征兆可为后续的降拉速控制措施避免漏钢创造有利条件。但往往由于现场恶劣环境的影响,缩短报警响应时间就会增加误报和漏报几率,所以在保证粘结报警准确率的前提下,较迟的粘结报警现象有时很难避免。本实施例为提高报警后降拉速对粘结漏钢的治愈率,提出了根据不同报警热电偶位置采取不同的拉速控制模式。比如由表2可知,如果在第五排热电偶R5报警时,仍采用拉速控制模式一,将无法治愈漏钢,而采用拉速控制模式二可避免漏钢。
本实施例的连铸粘结漏钢的治愈控制方法集成到结晶器漏钢预报系统中,在某板坯连铸机上应用了2个月,统计结果显示,浇铸炉数为3250炉,共发生18次铸坯粘结事件,在漏钢预报系统报出全部粘结的同时,采用本实施例的治愈控制方法,成功治愈了所有粘结漏钢事故,消除了以往发出粘结报警并采取降拉速措施后仍旧发生漏钢的现象,粘结漏钢治愈率达到了100%,促进了“有报警不漏钢”目标的实现,也提高了现行漏钢预报系统的可靠性和整体性能。
本发明的连铸粘结漏钢的治愈控制方法,其进步意义在于:通过粘结漏钢修复行为推导其修复条件,提出了一种治愈粘结漏钢的动态拉速控制方法,具体为根据粘结报警热电偶位置而采取不同的防止漏钢拉速控制模式的策略,有效提高了粘结漏钢的治愈率,减少了实际生产过程中漏钢预报系统发出粘结报警并采取了降拉速措施后,仍发生漏钢事故的现象,促进了“有报警不漏钢”目标的实现,提高了系统可靠性;本发明中在粘结报警后采取的拉速控制模式,消除了铸坯粘结,降低了漏钢风险,减少了不必要的操作时间,提高了生产效率,有效控制了设备损耗等经济损失。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。