CN110369687A - 一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置及方法，包括结晶器和扇形段，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置和第二红外测量装置，其中第一红外测量装置设置于末端的扇形段外弧上，其中第二红外测量装置设置于末端的扇形段内弧上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置和第二红外测量装置分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
Description
技术领域
本发明属于冶金连铸设备技术领域，尤其涉及一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置及方法。
背景技术
针对板坯连铸机长周期的生产过程中，因为连铸坯内外弧冷却不均或者冷却设备缺陷造成连铸坯产品横断面内外弧呈现梯形的几何缺陷带来严重的角部内部缺陷问题，严重影响热轧产品质量。结合标准（YB/T2012-2004）和实践经验，当常规铸坯内外弧宽度尺寸差距大于±5mm时容易产生内部缺陷，诸如皮下裂纹、角部内裂纹等，只有通过离线修磨处理，才能避免对于热轧后续产品影响。
为了在轧制前及时在线解决上述问题，目前在连铸生产线主要采用了火焰表面清理、深度修磨处理等技术，虽然效果明显保证了轧钢后续产品的质量稳定性，但是铸坯成材率大幅度降低，而且需要专人肉眼或者特殊的设备在线检测并下线处理，费时费力，经济效益严重降低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置及方法，克服了现有技术中1：常规铸坯内外弧宽度尺寸差距大于±5mm时容易产生内部缺陷，诸如皮下裂纹、角部内裂纹等；2：采用火焰表面清理、深度修磨处理等技术，造成铸坯成材率大幅度降低；3：需要专人肉眼或者特殊的设备在线检测并下线处理，费时费力，经济效益严重降低等问题。
为了解决技术问题，本发明的技术方案是：一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器和扇形段，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置和第二红外测量装置，其中第一红外测量装置设置于末端的扇形段外弧上，其中第二红外测量装置设置于末端的扇形段内弧上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置和第二红外测量装置分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
优选的，所述第一红外测量装置和第二红外测量装置为红外测距仪，其中第一红外测量装置和第二红外测量装置设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置和第二红外测量装置用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
优选的，所述结晶器包括结晶器内弧、结晶器外弧和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧和结晶器外弧之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路和内弧冷却出水路，其中结晶器内弧输入端连接内弧冷却进水路，其中结晶器内弧输出端连接内弧冷却出水路，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路和外弧冷却出水路，其中结晶器外弧输入端连接外弧冷却进水路，其中结晶器外弧输出端连接外弧冷却出水路，所述内弧冷却进水路和外弧冷却进水路分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路和外弧冷却出水路分别连接水处理站。
优选的，所述结晶器冷却水PLC控制模块包括PLC控制中心、温度变送器、电磁流量计和气动调节阀，其中温度变送器包括第一温度变送器、第二温度变送器和第三温度变送器，其中电磁流量计包括第一电磁流量计和第二电磁流量计，其中气动调节阀包括第一气动调节阀和第二气动调节阀，所述内弧冷却出水路与水处理站之间的管路上依次设有第一温度变送器、第一电磁流量计和第一气动调节阀，其中第一温度变送器、第一电磁流量计和第一气动调节阀分别电连接PLC控制中心，所述外弧冷却出水路与水处理站之间的管路上依次设有第二温度变送器、第二电磁流量计和第二气动调节阀，其中第二温度变送器、第二电磁流量计和第二气动调节阀分别电连接PLC控制中心，所述内弧冷却进水路和外弧冷却进水路与结晶器总进水管道之间的管道上设有第三温度变送器，其中第三温度变送器电连接PLC控制中心，所述PLC控制中心为单片机，其中PLC控制中心连接结晶器冷却水运算模块。
优选的，一种如上任一项所述的在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，包括以下步骤：
步骤1）通过安装在末端的扇形段外弧上的第一红外测量装置测量铸坯横断面外弧宽度尺寸，通过安装在末端的扇形段内弧上的第二红外测量装置测量铸坯横断面内弧宽度尺寸，第一红外测量装置和第二红外测量装置将检测到的数据传送给结晶器冷却水运算模块；
步骤2）通过结晶器冷却水运算模块进行计算判定结晶器内外弧冷却水是否需要修正，然后通过结晶器冷却水PLC控制模块进行结晶器内外弧冷却水的修正。
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距小于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时，结晶器内外弧冷却水不变，继续正常生产；
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时，通过结晶器冷却水运算模块计算结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，通过结晶器冷却水PLC控制模块进行修正，以达到修正铸坯出结晶器的内外弧温度，从而修正铸坯梯形缺陷并保证铸坯产品的内外弧外形尺寸。
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差高于9℃时，停机进行结晶器设备检修。
优选的，所述结晶器冷却水运算模块的计算公式如下：
式中：
—铸坯内外弧宽度尺寸差，mm；
—铸坯内外弧坯壳的平均温度差值，℃；
k—浇注铸坯的钢种固态的线性膨胀系数，m·K-1/2；
B—铸坯出结晶器的宽度尺寸，mm；
D—铸坯出结晶器时的坯壳平均厚度，mm；
—拉坯速度，mm/min；
—每分钟通过结晶器的固体钢的体积，m3；
—结晶器内弧进出水温差，℃；
—结晶器外弧进出水温差，℃；
—铸坯内外弧带走的热量差，J；
—钢在高温固态的比热，J/Kg/℃；
—钢在高温的密度，Kg/m3；
—液态水的比热，J/Kg/℃；
—结晶器外弧进出水温差与内弧进出水温差的差值，℃；
—结晶器内外弧分别用冷却水量，Kg；
—结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，Kg；
—结晶器内弧进出水温差和结晶器外弧进出水温差中较小的值，℃；
即：当＞，则=；当＜，则=。
相对于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本发明通过安装在末端扇形段出口即二冷区出口的两套红外测量装置测量铸坯横断面的内、外弧宽度尺寸并将检测到数据传输给结晶器冷却水运算模块，该模块经过比较、计算、优化处理后，通过结晶器冷却水PLC控制模块实时闭环控制结晶器内外弧冷却水系统，改变铸坯出结晶器后的内外弧表面温度，从而控制铸坯在后续冷却过程的线性收缩，以修正铸坯因为冷却不均匀带来的板坯断面梯形缺陷以及引起的铸坯内部质量的问题；本发明大大降低了铸坯产生内部缺陷的问题，改善了铸坯质量，提高了铸坯和后续轧材的成材率，提高了企业的经济效益；
（2）本发明通过结晶器冷却水PLC控制模块实时自动控制结晶器内外弧冷却水系统，从源头修正铸坯内外弧出结晶器的温度，速度快，节省了人力物力，大大提高了成品铸坯的生产效率和质量；
（3）本发明计算方法快速合理，数据可靠，可有效调整铸坯出结晶器后的内外弧表面温度，避免了后续离线修磨处理，大大降低了成本。
附图说明
图1、本发明一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的结构示意图；
图2、本发明一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置A向结构示意图；
图3、本发明一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的结晶器内外弧冷却水系统及结晶器冷却水PLC控制模块的安装示意图；
图4、本发明一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法的工艺流程图。
附图标记说明：
1-第一红外测量装置，2-第二红外测量装置，3-扇形段外弧，4-扇形段内弧，5-结晶器内弧，6-结晶器外弧，7-内弧冷却进水路，8-内弧冷却出水路，9-外弧冷却进水路，10-外弧冷却出水路，11-第一温度变送器，12-第二温度变送器，13-第三温度变送器，14-第一电磁流量计，15-第二电磁流量计，16-第一气动调节阀，17-第二气动调节阀，18-结晶器，19-扇形段。
具体实施方式
下面结合实施例描述本发明具体实施方式：
需要说明的是，本说明书所示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明所述的红外测距仪、结晶器、扇形段、温度变送器、电磁流量计、气动调节阀均为现有技术。
实施例1
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
实施例2
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
如图1、2所示，优选的，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2为红外测距仪，其中第一红外测量装置1和第二红外测量装置2设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
实施例3
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
如图1、2所示，优选的，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2为红外测距仪，其中第一红外测量装置1和第二红外测量装置2设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
如图3所示，优选的，所述结晶器18包括结晶器内弧5、结晶器外弧6和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧5和结晶器外弧6之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路7和内弧冷却出水路8，其中结晶器内弧5输入端连接内弧冷却进水路7，其中结晶器内弧5输出端连接内弧冷却出水路8，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路9和外弧冷却出水路10，其中结晶器外弧6输入端连接外弧冷却进水路9，其中结晶器外弧6输出端连接外弧冷却出水路10，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路8和外弧冷却出水路10分别连接水处理站。
实施例4
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
如图1、2所示，优选的，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2为红外测距仪，其中第一红外测量装置1和第二红外测量装置2设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
如图3所示，优选的，所述结晶器18包括结晶器内弧5、结晶器外弧6和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧5和结晶器外弧6之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路7和内弧冷却出水路8，其中结晶器内弧5输入端连接内弧冷却进水路7，其中结晶器内弧5输出端连接内弧冷却出水路8，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路9和外弧冷却出水路10，其中结晶器外弧6输入端连接外弧冷却进水路9，其中结晶器外弧6输出端连接外弧冷却出水路10，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路8和外弧冷却出水路10分别连接水处理站。
如图3所示，优选的，所述结晶器冷却水PLC控制模块包括PLC控制中心、温度变送器、电磁流量计和气动调节阀，其中温度变送器包括第一温度变送器11、第二温度变送器12和第三温度变送器13，其中电磁流量计包括第一电磁流量计14和第二电磁流量计15，其中气动调节阀包括第一气动调节阀16和第二气动调节阀17，所述内弧冷却出水路8与水处理站之间的管路上依次设有第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16，其中第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16分别电连接PLC控制中心，所述外弧冷却出水路10与水处理站之间的管路上依次设有第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17，其中第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17分别电连接PLC控制中心，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9与结晶器总进水管道之间的管道上设有第三温度变送器13，其中第三温度变送器13电连接PLC控制中心，所述PLC控制中心为单片机，其中PLC控制中心连接结晶器冷却水运算模块。
实施例5
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
如图1、2所示，优选的，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2为红外测距仪，其中第一红外测量装置1和第二红外测量装置2设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
如图3所示，优选的，所述结晶器18包括结晶器内弧5、结晶器外弧6和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧5和结晶器外弧6之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路7和内弧冷却出水路8，其中结晶器内弧5输入端连接内弧冷却进水路7，其中结晶器内弧5输出端连接内弧冷却出水路8，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路9和外弧冷却出水路10，其中结晶器外弧6输入端连接外弧冷却进水路9，其中结晶器外弧6输出端连接外弧冷却出水路10，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路8和外弧冷却出水路10分别连接水处理站。
如图3所示，优选的，所述结晶器冷却水PLC控制模块包括PLC控制中心、温度变送器、电磁流量计和气动调节阀，其中温度变送器包括第一温度变送器11、第二温度变送器12和第三温度变送器13，其中电磁流量计包括第一电磁流量计14和第二电磁流量计15，其中气动调节阀包括第一气动调节阀16和第二气动调节阀17，所述内弧冷却出水路8与水处理站之间的管路上依次设有第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16，其中第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16分别电连接PLC控制中心，所述外弧冷却出水路10与水处理站之间的管路上依次设有第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17，其中第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17分别电连接PLC控制中心，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9与结晶器总进水管道之间的管道上设有第三温度变送器13，其中第三温度变送器13电连接PLC控制中心，所述PLC控制中心为单片机，其中PLC控制中心连接结晶器冷却水运算模块。
优选的，一种如上任一项所述的在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，包括以下步骤：
步骤1）通过安装在末端扇形段19外弧上的第一红外测量装置1测量铸坯横断面外弧宽度尺寸，通过安装在末端扇形段19内弧上的第二红外测量装置2测量铸坯横断面内弧宽度尺寸，第一红外测量装置1和第二红外测量装置2将检测到的数据传送给结晶器冷却水运算模块；
步骤2）通过结晶器冷却水运算模块进行计算判定结晶器18内外弧冷却水是否需要修正，然后通过结晶器冷却水PLC控制模块进行结晶器18内外弧冷却水的修正。
实施例6
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
如图1、2所示，优选的，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2为红外测距仪，其中第一红外测量装置1和第二红外测量装置2设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
如图3所示，优选的，所述结晶器18包括结晶器内弧5、结晶器外弧6和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧5和结晶器外弧6之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路7和内弧冷却出水路8，其中结晶器内弧5输入端连接内弧冷却进水路7，其中结晶器内弧5输出端连接内弧冷却出水路8，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路9和外弧冷却出水路10，其中结晶器外弧6输入端连接外弧冷却进水路9，其中结晶器外弧6输出端连接外弧冷却出水路10，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路8和外弧冷却出水路10分别连接水处理站。
如图3所示，优选的，所述结晶器冷却水PLC控制模块包括PLC控制中心、温度变送器、电磁流量计和气动调节阀，其中温度变送器包括第一温度变送器11、第二温度变送器12和第三温度变送器13，其中电磁流量计包括第一电磁流量计14和第二电磁流量计15，其中气动调节阀包括第一气动调节阀16和第二气动调节阀17，所述内弧冷却出水路8与水处理站之间的管路上依次设有第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16，其中第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16分别电连接PLC控制中心，所述外弧冷却出水路10与水处理站之间的管路上依次设有第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17，其中第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17分别电连接PLC控制中心，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9与结晶器总进水管道之间的管道上设有第三温度变送器13，其中第三温度变送器13电连接PLC控制中心，所述PLC控制中心为单片机，其中PLC控制中心连接结晶器冷却水运算模块。
优选的，一种如上任一项所述的在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，包括以下步骤：
步骤1）通过安装在末端扇形段19外弧上的第一红外测量装置1测量铸坯横断面外弧宽度尺寸，通过安装在末端扇形段19内弧上的第二红外测量装置2测量铸坯横断面内弧宽度尺寸，第一红外测量装置1和第二红外测量装置2将检测到的数据传送给结晶器冷却水运算模块；
步骤2）通过结晶器冷却水运算模块进行计算判定结晶器18内外弧冷却水是否需要修正，然后通过结晶器冷却水PLC控制模块进行结晶器18内外弧冷却水的修正。
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距小于5mm，并且结晶器18内外弧的进出水温差低于9℃时，结晶器18内外弧冷却水不变，继续正常生产；
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时，通过结晶器冷却水运算模块计算结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，通过结晶器冷却水PLC控制模块进行修正，以达到修正铸坯出结晶器的内外弧温度，从而修正铸坯梯形缺陷并保证铸坯产品的内外弧外形尺寸。
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器18内外弧的进出水温差高于9℃时，停机进行结晶器18设备检修。
实施例7
如图1、2、4所示，本发明公开了一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器18和扇形段19，其中结晶器设置于扇形段顶端，还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置1和第二红外测量装置2，其中第一红外测量装置1设置于末端的扇形段外弧3上，其中第二红外测量装置2设置于末端的扇形段内弧4上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
如图1、2所示，优选的，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2为红外测距仪，其中第一红外测量装置1和第二红外测量装置2设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置1和第二红外测量装置2用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
如图3所示，优选的，所述结晶器18包括结晶器内弧5、结晶器外弧6和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧5和结晶器外弧6之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路7和内弧冷却出水路8，其中结晶器内弧5输入端连接内弧冷却进水路7，其中结晶器内弧5输出端连接内弧冷却出水路8，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路9和外弧冷却出水路10，其中结晶器外弧6输入端连接外弧冷却进水路9，其中结晶器外弧6输出端连接外弧冷却出水路10，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路8和外弧冷却出水路10分别连接水处理站。
如图3所示，优选的，所述结晶器冷却水PLC控制模块包括PLC控制中心、温度变送器、电磁流量计和气动调节阀，其中温度变送器包括第一温度变送器11、第二温度变送器12和第三温度变送器13，其中电磁流量计包括第一电磁流量计14和第二电磁流量计15，其中气动调节阀包括第一气动调节阀16和第二气动调节阀17，所述内弧冷却出水路8与水处理站之间的管路上依次设有第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16，其中第一温度变送器11、第一电磁流量计14和第一气动调节阀16分别电连接PLC控制中心，所述外弧冷却出水路10与水处理站之间的管路上依次设有第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17，其中第二温度变送器12、第二电磁流量计15和第二气动调节阀17分别电连接PLC控制中心，所述内弧冷却进水路7和外弧冷却进水路9与结晶器总进水管道之间的管道上设有第三温度变送器13，其中第三温度变送器13电连接PLC控制中心，所述PLC控制中心为单片机，其中PLC控制中心连接结晶器冷却水运算模块。
优选的，一种如上任一项所述的在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，包括以下步骤：
步骤1）通过安装在末端扇形段19外弧上的第一红外测量装置1测量铸坯横断面外弧宽度尺寸，通过安装在末端扇形段19内弧上的第二红外测量装置2测量铸坯横断面内弧宽度尺寸，第一红外测量装置1和第二红外测量装置2将检测到的数据传送给结晶器冷却水运算模块；
步骤2）通过结晶器冷却水运算模块进行计算判定结晶器18内外弧冷却水是否需要修正，然后通过结晶器冷却水PLC控制模块进行结晶器18内外弧冷却水的修正。
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距小于5mm，并且结晶器18内外弧的进出水温差低于9℃时，结晶器18内外弧冷却水不变，继续正常生产；
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时，通过结晶器冷却水运算模块计算结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，通过结晶器冷却水PLC控制模块进行修正，以达到修正铸坯出结晶器的内外弧温度，从而修正铸坯梯形缺陷并保证铸坯产品的内外弧外形尺寸。
优选的，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器18内外弧的进出水温差高于9℃时，停机进行结晶器18设备检修。
优选的，所述结晶器冷却水运算模块的计算公式如下：
式中：
—铸坯内外弧宽度尺寸差，mm；
—铸坯内外弧坯壳的平均温度差值，℃；
k—浇注铸坯的钢种固态的线性膨胀系数，m·K-1/2；
B—铸坯出结晶器的宽度尺寸，mm；
D—铸坯出结晶器时的坯壳平均厚度，mm；
—拉坯速度，mm/min；
—每分钟通过结晶器的固体钢的体积，m3；
—结晶器内弧进出水温差，℃；
—结晶器外弧进出水温差，℃；
—铸坯内外弧带走的热量差，J；
—钢在高温固态的比热，J/Kg/℃；
—钢在高温的密度，Kg/m3；
—液态水的比热，J/Kg/℃；
—结晶器外弧进出水温差与内弧进出水温差的差值，℃；
—结晶器内外弧分别用冷却水量，Kg；
—结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，Kg；
—结晶器内弧进出水温差和结晶器外弧进出水温差中较小的值，℃；
即：当＞，则=；当＜，则=。
实施例8
步骤1）通过安装在末端扇形段19外弧上的第一红外测量装置1测量铸坯横断面外弧宽度尺寸，通过安装在末端扇形段19内弧上的第二红外测量装置2测量铸坯横断面内弧宽度尺寸，第一红外测量装置1和第二红外测量装置2将检测到的数据传送给结晶器冷却水运算模块；国内某厂生产J1不锈钢的高温特性和生产过程特性和工艺参数，见表1、表2。
表1 J1不锈钢高温特性
| 钢种 | 线膨胀系数(900-1300℃)，10<sup>-6</sup>/(m·K) | 钢在高温固态的比热，J/kg/℃ | 钢在高温的密度，kg/m<sup>3</sup> |
| J1 | 26 | 640 | 7200 |
表2 浇注J1不锈钢工艺参数
| 结晶器出口宽度，mm | 拉坯速度，m/min | 结晶器内外弧初始生产水量，l/min | 铸坯出结晶器时的坯壳平均厚度，mm | 铸坯内外弧宽度尺寸差，mm | ，℃ | ℃ |
| 1600 | 1.0 | 3200 | 10 | 6mm | 7.5 | 6.4 |
步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm（该实施例铸坯内外弧宽度尺寸差为6mm），并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时（该实施例结晶器内外弧的进出水温差分别为7.5℃和6.4℃），通过结晶器冷却水运算模块计算结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，计算过程如下：
通过结晶器冷却水运算模块计算分析得到结晶器外弧需要增加的水量为352.13L/min，然后通过PLC控制中心控制外弧冷却水路上的第二气动调节阀17调整外弧水量，并通过第二电磁流量计15进行流量的监测，同时通过第二温度变送器12进行温度的监测，控制铸坯出结晶器18后的内、外弧表面温度达到相同的目的，从而修正铸坯梯形缺陷并保证铸坯产品的内外弧外形尺寸，最终保证铸坯质量的稳定性。
本发明的工作原理是：
铸坯出结晶器下口前，铸坯外形尺寸受到结晶器铜板型腔和钢水静压力的外力控制，内、外弧宽度保持和结晶器出口尺寸一致，但是由于内、外弧铜板冷却的不同引起铸坯出结晶器后内、外弧表面温度不同从而导致铸坯内、外弧在冷却到常温下的收缩量不同，因此通过调整铸坯出结晶器的内、外弧温度以修正铸坯断面梯形缺陷，进而改善铸坯皮下和内部质量。通过安装在扇形段末端出口即二冷区出口的两红外测量装置测量铸坯横断面的内、外弧宽度尺寸并将检测到数据传输给结晶器冷却水运算模块，该模块经过比较、计算、优化处理后，通过结晶器冷却水PLC控制模块实时闭环控制结晶器内外弧冷却水系统改变铸坯出结晶器后的内外弧表面温度，从而控制铸坯在后续冷却过程的线性收缩，以修正铸坯因为冷却不均匀带来的板坯断面梯形缺陷以及引起的铸坯内部质量的智能装置系统。
本发明大大降低了铸坯产生内部缺陷的问题，改善了铸坯质量，提高了铸坯和后续轧材的成材率，提高了企业的经济效益；本发明通过结晶器冷却水PLC控制模块实时自动控制结晶器内外弧冷却水系统，从源头修正铸坯内外弧出结晶器的温度，速度快，节省了人力物力，大大提高了成品铸坯的生产效率和质量；本发明计算方法快速合理，数据可靠，可有效调整铸坯出结晶器后的内外弧表面温度，避免了后续离线修磨处理，大大降低了成本。
上面对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。
Claims (8)
1.一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，包括结晶器和扇形段，其中结晶器设置于扇形段顶端，其特征在于：还包括红外测量装置和结晶器冷却水系统，所述红外测量装置包括第一红外测量装置和第二红外测量装置，其中第一红外测量装置设置于末端的扇形段外弧上，其中第二红外测量装置设置于末端的扇形段内弧上，所述结晶器冷却水系统包括结晶器冷却水运算模块和结晶器冷却水PLC控制模块，所述第一红外测量装置和第二红外测量装置分别电连接结晶器冷却水运算模块，其中结晶器冷却水运算模块电连接结晶器冷却水PLC控制模块，所述结晶器冷却水PLC控制模块用于控制进出结晶器内外弧的冷却水量。
2.根据权利要求1所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，其特征在于：所述第一红外测量装置和第二红外测量装置为红外测距仪，其中第一红外测量装置和第二红外测量装置设置于同一竖直线上，所述第一红外测量装置和第二红外测量装置用于测量铸坯内外弧宽度尺寸。
3.根据权利要求1所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，其特征在于：所述结晶器包括结晶器内弧、结晶器外弧和结晶器内外弧冷却水系统，其中结晶器内弧和结晶器外弧之间制成铸坯，所述结晶器内外弧冷却水系统包括内弧冷却水路和外弧冷却水路，其中内弧冷却水路包括内弧冷却进水路和内弧冷却出水路，其中结晶器内弧输入端连接内弧冷却进水路，其中结晶器内弧输出端连接内弧冷却出水路，所述外弧冷却水路包括外弧冷却进水路和外弧冷却出水路，其中结晶器外弧输入端连接外弧冷却进水路，其中结晶器外弧输出端连接外弧冷却出水路，所述内弧冷却进水路和外弧冷却进水路分别连接结晶器总进水管道，其中内弧冷却出水路和外弧冷却出水路分别连接水处理站。
4.根据权利要求3所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置，其特征在于：所述结晶器冷却水PLC控制模块包括PLC控制中心、温度变送器、电磁流量计和气动调节阀，其中温度变送器包括第一温度变送器、第二温度变送器和第三温度变送器，其中电磁流量计包括第一电磁流量计和第二电磁流量计，其中气动调节阀包括第一气动调节阀和第二气动调节阀，所述内弧冷却出水路与水处理站之间的管路上依次设有第一温度变送器、第一电磁流量计和第一气动调节阀，其中第一温度变送器、第一电磁流量计和第一气动调节阀分别电连接PLC控制中心，所述外弧冷却出水路与水处理站之间的管路上依次设有第二温度变送器、第二电磁流量计和第二气动调节阀，其中第二温度变送器、第二电磁流量计和第二气动调节阀分别电连接PLC控制中心，所述内弧冷却进水路和外弧冷却进水路与结晶器总进水管道之间的管道上设有第三温度变送器，其中第三温度变送器电连接PLC控制中心，所述PLC控制中心为单片机，其中PLC控制中心连接结晶器冷却水运算模块。
5.一种如权利要求1~4任一项所述的在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1）通过安装在末端的扇形段外弧上的第一红外测量装置测量铸坯横断面外弧宽度尺寸，通过安装在末端的扇形段内弧上的第二红外测量装置测量铸坯横断面内弧宽度尺寸，第一红外测量装置和第二红外测量装置将检测到的数据传送给结晶器冷却水运算模块；
步骤2）通过结晶器冷却水运算模块进行计算判定结晶器内外弧冷却水是否需要修正，然后通过结晶器冷却水PLC控制模块进行结晶器内外弧冷却水的修正。
6.根据权利要求5所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，其特征在于，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距小于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时，结晶器内外弧冷却水不变，继续正常生产；
根据权利要求5所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，其特征在于，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差低于9℃时，通过结晶器冷却水运算模块计算结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，通过结晶器冷却水PLC控制模块进行修正，以达到修正铸坯出结晶器的内外弧温度，从而修正铸坯梯形缺陷并保证铸坯产品的内外弧外形尺寸。
7.根据权利要求5所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，其特征在于，所述步骤2）中当步骤1）的铸坯横断面内外弧宽度尺寸差距大于5mm，并且结晶器内外弧的进出水温差高于9℃时，停机进行结晶器设备检修。
8.根据权利要求7所述的一种在线实时修正板坯断面梯形缺陷的智能装置的修正方法，其特征在于，所述结晶器冷却水运算模块的计算公式如下：
式中：
—铸坯内外弧宽度尺寸差，mm；
—铸坯内外弧坯壳的平均温度差值，℃；
k—浇注铸坯的钢种固态的线性膨胀系数，m·K-1/2；
B—铸坯出结晶器的宽度尺寸，mm；
D—铸坯出结晶器时的坯壳平均厚度，mm；
—拉坯速度，mm/min；
—每分钟通过结晶器的固体钢的体积，m3；
—结晶器内弧进出水温差，℃；
—结晶器外弧进出水温差，℃；
—铸坯内外弧带走的热量差，J；
—钢在高温固态的比热，J/Kg/℃；
—钢在高温的密度，Kg/m3；
—液态水的比热，J/Kg/℃；
—结晶器外弧进出水温差与内弧进出水温差的差值，℃；
—结晶器内外弧分别用冷却水量，Kg；
—结晶器内弧或者外弧需要增加的水量，Kg；
—结晶器内弧进出水温差和结晶器外弧进出水温差中较小的值，℃；
即：当＞，则=；当＜，则=。
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|---|---|---|---|---|
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