CN109848401B - 一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法。本发明的方法包括：(1)主动提前预防粘结功能，降低塞棒粘结可能性：通过在控制系统中设置塞棒振动参数曲线或者塞棒旋转曲线实现；(2)塞棒粘结堵塞的动态补偿，具体包括：①对粘结逐步增加的计算及进行补偿：从浇铸开始对塞棒开度D的增量ΔD进行实时监控，设定并判断塞棒开度逐渐增大的趋势，通过一个附加的塞棒动作进行补偿，同时把塞棒开度反馈给控制系统；②对粘结突然断裂脱落的处理：通过调节快速控制塞棒开度，大幅度改变注入结晶器内的钢水量，最终使得结晶器液位的突变尖峰减小或趋于消失。本发明实现结晶器钢水液面精确、稳定的控制。

Description

一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法

技术领域：

本发明涉及一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，属于钢铁连铸技术领域。

背景技术：

在钢铁企业连铸机生产中，结晶器液位的自动控制功能在钢水浇铸过程中具有重要的作用，不仅能够改善劳动强度，更重要的是能够使结晶器钢水液面稳定在一定范围内，改善了铸坯表面质量。

但是，在一些装备有中间包塞棒式进行结晶器钢水液位控制的连铸机上浇铸钢水过程中，由于钢水成分、中间包内衬和塞棒设备及操作各种因素总是发生中间包塞棒的粘结堵塞或断裂等异常现象，导致注入结晶器钢流量变化引起结晶器液面的上涨下落，使得生产无法继续，这是一个现场无法回避的问题，任何一次非计划停产总会带来无法避免的成本增加，连铸机被迫降低拉坯速度进行浇铸，严重影响了生产的正常进行。为此，必须对中间包塞棒异常引起液面上涨下落的情况进行分析够找出原因，中间包塞棒、结晶器液位控制系统必须考虑应对出现的钢水液位上涨下落问题的功能模型,能够对钢水液位上涨下落即刻作出有效的响应，实现结晶器钢水液面精确、稳定的控制。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，能够有效解决中间包塞棒堵塞，实现结晶器钢水液面精确、稳定的控制，保障连铸生产工艺的顺利进行。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，该方法包括：

(1)主动提前预防粘结功能，降低塞棒粘结可能性：通过在控制系统中设置塞棒振动参数曲线或者塞棒旋转曲线实现；

(2)塞棒粘结堵塞的动态补偿，具体包括：

①对粘结逐步增加的计算及进行补偿：从浇铸开始对塞棒开度D的增量ΔD进行实时监控，设定并判断塞棒开度逐渐增大的趋势，通过一个附加的塞棒动作进行补偿，同时把塞棒开度反馈给控制系统；

②对粘结突然断裂脱落的处理：通过调节快速控制塞棒开度，大幅度改变注入结晶器内的钢水量，最终使得结晶器液位的突变尖峰减小或趋于消失。

所述的抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，步骤(1)中所述的通过在控制系统中设置塞棒振动参数曲线包括正弦曲线或者三角波曲线；所述的塞棒旋转曲线为正弦方式的旋转曲线。

有益效果：

1.本发明能够有效解决中间包塞棒堵塞，实现结晶器钢水液面精确、稳定的控制，保障连铸生产工艺的顺利进行。本发明是一种保证工矿企业设备的执行机构工作可靠的控制方法和装置，在各种场合通过现场长期地使用证明了该方法的设计适应于各种类型的塞棒机构，即安全又可靠，并可以推广应用到同类企业的相关设备。

通过方案1设计的偏移量曲线及方案2设计的塞棒旋转曲线的作用，使得中间包内钢水与塞棒头部发生一定的相对运动，通过增强塞棒头部摩擦，钢水中含有的夹渣物就难易在塞棒头部堆积，提前预防夹渣物在塞棒头部粘结的堵塞效应，从而减少塞棒头部粘结堵塞的可能性。通过生产统计，功能投用前后对比效果如下：投用前塞棒粘结堵塞的次数为10次/浇次，严重情况下断裂导致生产中断。投用前塞棒粘结堵塞的次数为10次/浇次(10炉)，严重情况下断裂导致生产中断。投用后塞棒粘结堵塞的次数较少为1次/浇次(10炉)，有效延缓减少了夹渣物在塞棒头部的粘结，表现在粘结堵塞的时间间隔和次数上效果非常明显。

进一步，即使在粘结堵塞发生状况下，本技术的塞棒粘结堵塞的动态补偿功能，对粘结突然断裂脱落的处理通过系统补偿调节快速控制塞棒开度，大幅度改变注入结晶器内的钢水量，最终使得结晶器液位的突变尖峰大幅减小或趋于消失。功能投用前，粘结突然断裂脱落致使结晶器液位突变尖峰平均达到液位设定值的10％，功能投用后，结晶器液位突变尖峰平均达到液位设定值的3％以内。避免了钢流量急剧增加使得结晶器液位瞬间大幅度上涨，稳定结晶器钢水液位有利与产品质量的同时也保障了连铸机生产的连续进行。

附图说明

图1：塞棒及粘结堵塞。

图2：粘结增加及断裂脱离效应。

图3：预防粘结及粘结堵塞补偿原理。

具体实施方式：

一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，该方法包括：

一、主动提前预防粘结功能，降低塞棒粘结可能性的：

生产开始阶段，正常情况下安装在中间包上的塞棒头部和水口碗形口流经的钢水相对较少，经过的钢水夹渣物在塞棒头部和水口碗形口不能堆积，因此生产开始阶段的塞棒粘结堵塞不会发生。粘结堵塞效应见图1：塞棒及粘结堵塞。

但由于连铸机工艺需求要保持恒定的拉速等，使得流出结晶器的钢水基本保持不变，为此需要保持进入结晶器的钢水也基本不变，即结晶器钢水液位是相对稳定在一个固定的水平上，这样，塞棒头部和水口碗形口的相对位置(塞棒开度D)也要保持基本不变才能达到上述需求，这种状况使得经过的钢水中夹渣物极易在塞棒头部堆积，同时，随着时间的推移经过的钢水量增加，夹渣物在塞棒头部就会越积越多，塞棒头部变形，影响塞棒寿命，也对控制功能产生不利的干扰。针对夹渣物极易在塞棒头部堆积，采用如下方案主动提前预防粘结。

方案1：

通过上述分析，在连铸拉速相对恒定的生产特点下，如果结晶器液位实际值L按照一定规律ΔL发生改变，那么就要改变进入结晶器的钢水流量，即塞棒头部和水口碗形口的相对位置(塞棒开度D)要发生变化，这就使得钢水与塞棒头部发生一定的相对运动，钢水中含有的夹渣物就难易在塞棒头部堆积，从而减少塞棒头部粘结堵塞的可能性。所以，主动地改变结晶器液位实际值L，能够提前预防钢水中含有的夹渣物在塞棒头部粘结堵塞效应。见图1：塞棒及粘结堵塞。

为尽可能降低塞棒头部粘结可能性，考虑不同的钢种含有不同的化学成分和夹渣物因而粘结性能不同，按照粘结性能增强的趋势排序如钢种：A、B、C...。同时考虑产品规格断面影响的钢水流量，按照粘结断面增大的趋势排序如规格：X、Y、Z...，这样，依据钢种和产品规格等工艺参数对钢水进行组合划分，形成钢水粘结性能不同的液位偏移量曲线ΔL如：ΔLax、ΔLay、ΔLaz，ΔLbx、ΔLby、ΔLbz...，见表1：液位偏移量曲线。

见表1：液位偏移量曲线。

对应偏移量曲线：ΔLax、ΔLay、ΔLaz，ΔLbx、ΔLby、ΔLbz...，设定幅值为Max、May、Maz，Mbx、Mby、Mbz...，周期为Tax、Tay、Taz，Tbx、Tby、Tbz...，即这些曲线可以设定不同的变化周期T和幅度值M等参数，同时曲线类型可以采用多种形式如正弦波、三角波等。这样，主动地、周期性地调节塞棒开度改变和水口碗形口的相对位置，通过变化的钢流冲刷塞棒头及水口通道延缓减少夹杂物的粘结。

偏移量曲线：

在控制系统中设置曲线振动参数周期和幅值均可调(依据钢种规格等工艺参数自动或人工设定)，同时塞棒振动参数曲线可以通过人机界面选择允许或禁用、曲线类型、参数修改等。在控制系统中设置的几种类型的塞棒振动曲线：1、正弦曲线；2、三角波曲线。

实施例假如钢种Q345对应A、对应断面1000mmX230mmm对应X，根据表1对应的振动周期设置为Tax、幅值设置为Max,且φ-初相，K-初值，可选择的各类偏移量曲线，液位偏移量曲线。

正弦曲线：ΔLax＝Max*sin(2π/Tax*t+φ)+k；

三角波曲线：ΔLax＝4Max*t/T(0<＝t<T/4)或

ΔLax＝-4Max*t/T+2Max(T/4<＝t<＝T/2)。

方案2：根据钢种(A、B、C...)和塞棒直径(U、V、W...，从小到大)设置正弦波变化的曲线S,即Sau、Sav、Saw，Sbu、Sbv、Sbw...，将塞棒按不同的速度和周期进行整体正反旋转，以此增加塞棒和钢水的相对运动，加大塞棒头部摩擦，减少夹渣物在塞棒头部粘结，提前预防夹渣物在塞棒头部粘结的堵塞效应。旋转功能见图1：塞棒及粘结堵塞，表2：旋转曲线。

旋转曲线：

实施例假如钢种Q345对应A、对应塞棒直径100mm对应U，根据表2对应的正弦旋转曲线Sau周期设置为Tau、幅值为M。为正弦方式的旋转曲线，旋转曲线：

即：Sau＝Mau*sin(2π/Tau*t+φ)+k。

上述方案的实施通过设置专用的控制功能实现，见图3：预防粘结及粘结堵塞补偿原理，见虚框内。

二、塞棒粘结堵塞的动态补偿功能：

第一阶段：对粘结逐步增加的计算及进行补偿：

塞棒粘结逐步增加的阶段，随着连续浇铸的炉数增多，在塞棒控制钢流量注入结晶器的过程中，塞棒粘结程度的由轻而重造成的直接后果是塞棒头部和水口碗形口相当位置变小(塞棒开度变小)，为了保持结晶器的实际液位稳定在设定值目标，需要将堵塞的塞棒开度及时适量地增加才能保持恒定钢流量的注入。粘结增加的阶段见图2：粘结增加及断裂脱离效应

因此，从浇铸开始对塞棒开度D的增量ΔD进行实时监控，周期性的计算：ΔD＝D当前周期值-D前周期值，随着时间推移ΔD会逐步增大，ΔD的值表示粘结的严重程度。

同时计算塞棒开度D增加的速率d＝ΔD/Δt，速率d反应粘结的快慢程度。

ΔD、速率d作为控制因素反馈给控制系统，进行控制系统的动态补偿功能，消除粘结负面影响。

设定并判断塞棒开度逐渐增大的趋势，通过一个附加的塞棒动作进行补偿。塞棒安装在结晶器上方的中间包上，塞棒通过电动或液压执行机构控制中间包水口开度，从而调节钢水从中间包流入结晶器的流量，以维持钢水液面的稳定，同时把塞棒开度反馈给控制系统。

第二阶段：对粘结突然断裂脱落的处理：

在第一阶段粘结逐步增加的过程中，随着时间的延续流经塞棒的钢水增多，钢水夹杂物等在塞棒的粘结越来越多，由于粘结的不稳定性随时可能突然断裂脱落，即塞棒头部和水口碗形的响度位置瞬间急增，此时，钢流量急剧增加必然使得结晶器液位瞬间大幅度上涨(液位尖峰)，而在控制系统的常规调节功能下，无法判断并紧急处理这种液位尖峰的异常状况，液位尖峰造成钢水从结晶器上沿溢出，轻者粘在结晶器上边缘，导致钢水浇铸无法继续进行，重则或造成人员和设备安全事故。塞棒堵塞后粘结断裂脱落导致结晶器液位尖峰，见图2：粘结增加及断裂脱离效应。

在第一阶段对粘结逐步增加的计算的基础上，塞棒粘结堵塞随着时间的变化愈来愈严重，即钢水夹杂物等粘结的程度恶化，通过对塞棒开度D的增量ΔD进行实时监控计算，由于塞棒开度D的增量ΔD＝D当前周期值-D前周期值，而粘结断裂脱落后ΔD的塞棒开度由D当前周期值重新恢复到D前周期值，因此，为了避免由于塞棒开度D的急剧增加量导致液位突然上涨，必须对塞棒开度进行特殊的控制处理，在粘结断裂脱落的初始阶段就要进行干预，使得塞棒开度尽可能的能够保持不变，即塞棒开度的变化量要足以抵消粘结断裂脱落带来的负面作用。通过堵塞补偿输出信号的作用，塞棒更快速地响应并能够有效减少结晶器液位突变的尖峰。

如图3：预防粘结及粘结堵塞补偿原理，见虚框内。

在控制功能中实时监测结晶器液位的变化率，当有突变的尖峰刚刚出现时，意味着断裂脱离事件的已经发生，即塞棒开度瞬间增大了ΔD(从某一时刻到当前时刻粘结的量)，那么必须将塞棒开度至少减小ΔD，才能抑制液位突变。对粘结突然断裂脱落的处理功能就是通过调节快速控制塞棒开度，大幅度改变注入结晶器内的钢水量，最终使得结晶器液位的突变尖峰减小或趋于消失。

在上述两个阶段的塞棒粘结堵塞的动态补偿功能作用时，由于该功能对塞棒开度D的增量ΔD进行实时监控，周期性的计算。因此，在第一次紧急处理完成后(经过第一阶段、第二阶段)，有重新开始后续的监控(即可能的第二次、第三次、......第n次处理)，这样在整个的生产浇铸过程中，该功能始终处于有效状态。

在生产期间任何时候，通过人机界面HMI上都可以投用或停用的补偿。

堵塞粘结堵塞补偿功能的投用条件：

在整个生产浇铸期间投用。

鼓肚的补偿模型在初始化后有一些时间上的设定，在某些特殊情况下模型内部自动地禁止功能投用：

在开始浇铸时或从结晶器因为控制方式从手动切换到自动模式后，补偿停用1分钟。

在结晶器调宽时堵塞粘结堵塞补偿停用，直到结晶器宽度稳定1分钟后。

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

Claims (2)

1.一种抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，其特征在于：该方法包括：

（1）主动提前预防粘结功能，降低塞棒粘结可能性：通过在控制系统中设置塞棒振动参数曲线或者塞棒旋转曲线实现；

（2）塞棒粘结堵塞的动态补偿，具体包括：

①对粘结逐步增加的计算及进行补偿：从浇铸开始对塞棒开度D的增量ΔD进行实时监控，周期性的计算：ΔD=D当前周期值-D前周期值，随着时间推移ΔD会逐步增大，ΔD的值表示粘结的严重程度；同时计算塞棒开度D增加的速率d=ΔD/Δt，速率d反应粘结的快慢程度；ΔD、速率d作为控制因素反馈给控制系统，进行控制系统的动态补偿功能，设定并判断塞棒开度逐渐增大的趋势，通过一个附加的塞棒动作进行补偿，同时把塞棒开度反馈给控制系统；

②对粘结突然断裂脱落的处理：通过调节快速控制塞棒开度，大幅度改变注入结晶器内的钢水量，最终使得结晶器液位的突变尖峰减小或趋于消失。

2.根据权利要求1所述的抑制中间包塞棒粘结堵塞效应的方法，其特征在于：步骤（1）中所述的通过在控制系统中设置塞棒振动参数曲线包括正弦曲线或者三角波曲线；所述的塞棒旋转曲线为正弦方式的旋转曲线。

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