CN110976841B - 一种模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，属于冶金行业模铸生产工艺技术领域，用于对模铸下注法浇钢浇铸速度进行合理控制。其技术方案是：在钢锭模壁下侧开测温盲孔，并形成沿径向不同深度布置的两个测温点，通过对浇铸过程中钢锭模壁的温度进行连续精确检测，并延时计算出铸模内钢水的温度，进而调节钢包内钢水的浇铸速度，控制钢锭模内的钢水温度，最终达到钢液的均匀凝固，避免钢锭的疏松和缩孔。本发明是模铸下注法浇钢浇铸工艺的首创，解决了目前急需解决的及时掌握钢锭模中钢液浇注过程温度的测量、监控整个浇铸期间的温度变化、实现自动控制钢包钢流大小以及浇注速度的问题，为连续生产高质量的铸坯提供了可靠的技术保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，属于冶金行业模铸生产工艺控制技术领域。
背景技术
大型模铸钢锭国内普遍采用下注法，下注法在浇注时，钢液由汤道进入钢锭模下部位置，在中心部位向上蔓延，所以中心区域及次中心区域处于液状或糊状，中心区域最后凝固。目前的钢液的浇铸速度通过钢包秤在单位时间的变化来反应，并通过手动液压开关进行控制。如果浇注速度控制不当，会引起钢液凝固不均，造成钢锭的疏松和缩孔。迄今为止，没有通过监控钢锭模中钢液温度变化对钢包浇注速度进行自动控制的方法，不能保证能够连续生产高质量的铸坯。因此，及时掌握钢锭模中钢液浇注过程温度的测量，监控整个浇铸期间的温度变化，并实现自动控制钢包钢流大小以及浇注速度是目前需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，这种控制方法能够掌握浇注过程中钢锭模内钢液的温度变化，进而对浇注速度进行控制，从而改善铸坯的内部质量。
解决上述技术问题的技术方案是：
一种模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，它采用以下步骤进行：
a.在钢锭模壁下侧开一个测温盲孔，在测温盲孔内前后分别各设置一个测温点，在两个测温点分别放置测温热电偶，两个测温点与钢锭模底面等高，两个测温点与钢锭模内壁的距离不同；
b.通过两个测温热电偶的测温数值计算钢锭模中的钢水温度，计算方法公式如下：
T计算＝(T1-T2)×L1/L2+T1
其中，
T1为第一测温点的测量温度值；
T2为第二测温点的测量温度值；
T计算为钢锭模中钢水的计算温度值；
L1为第一测温点与钢锭模内壁的距离；
L2为第二测温点与钢锭模内壁的距离；
c.引入修正系数K，计算钢锭模的钢水实时温度如下：
T钢水＝K×[(T1-T2)×L1/L2+T1]
其中，K为修正系数；
T钢水为钢锭模中钢水的温度值；
d.依据上述的测量及计算得到的钢锭模内的钢水温度，通过液压控制管路系统控制液控滑板砖的开口度，最终控制浇钢速度。
上述模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，所述步骤a中的两个测温点与钢锭模中心连线之间有20-30度的夹角，测温点外侧进行保温。
上述模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，所述步骤c中的修正系数K由以下方法得到：采用插入式热电偶进行多次不同时间点的温度测量，同时在相应的时间节点进行钢水温度计算，通过实测值和计算值的比值，得到了修正系数K。
本发明的有益效果是：
本发明在钢锭模壁下侧开测温盲孔，并形成沿径向不同深度布置的两个测温点，通过对浇铸过程中钢锭模壁的温度进行连续精确检测，并延时计算出铸模内钢水的温度，进而调节钢包内钢水的浇铸速度，控制钢锭模内的钢水温度，最终达到钢液的均匀凝固，避免钢锭的疏松和缩孔。
本发明是模铸下注法浇钢浇铸工艺的首创，解决了目前急需解决的及时掌握钢锭模中钢液浇注过程温度的测量、监控整个浇铸期间的温度变化、实现自动控制钢包钢流大小以及浇注速度的问题，为连续生产高质量的铸坯提供了技术保障，值得在行业内推广使用。
附图说明
图1为本发明的模铸剖视图；
图2为下注法浇钢及温度控制的三维视图；
图3为钢锭模测温热电偶的布置图；
图4为钢锭模热传导温度仿真图；
图5为钢锭模部分测温选择点温度随时间变化图；
图6为实施例1测温计算得到的温度和实测温度对比图；
图7为测温计算得到的温度和实测温度对比图。
图中标记如下：钢包1、上水口2、液控滑板砖3、下水口4、液压控制管路5、控制单元6、温度显示单元7、第一测温点8、第二测温点9、浇钢汤道10、中注管11、钢锭模12、帽口13。
具体实施方式
本发明通过对浇铸过程中锭模壁的温度进行连续精确检测，并同步计算出铸模内钢水的实时温度，进而调节钢包内钢水的浇铸速度来开环控制锭模内的钢水温度的系统，最终达到钢液的均匀凝固，避免钢锭的疏松和缩孔。
图1、2显示，在模铸下注法的浇铸过程中，钢水从钢包1中依次经过上水口2、液控滑板砖3、下水口4、帽口13、中注管11、浇钢汤道10后，最终进入均匀布置的钢锭模12内，其中钢锭模12的数量及尺寸依据钢包内钢水的重量确定，多个钢锭模12之间通过浇钢汤道10形成互相联通的U型管结构，钢液面保持同步上升，多个钢锭模12内的钢水温度基本保持一致。
本发明增设控制单元6，用于收集不同钢锭模12的测量点测量的温度数据，并经过整理计算后，在温度显示单元7上显示钢锭模12内的钢水温度，并进一步的依据此温度，通过液压控制管路5控制液控滑板砖3的开口，最终控制浇钢速度。
本发明采取以下步骤进行：
第一步，设置测温点。
在钢锭模12壁下侧开一个测温盲孔，测温盲孔内前后各设置一个测温点，分别为第一测温点8和第二测温点9，在第一测温点8和第二测温点9内分别放置测温热电偶，第一测温点8和第二测温点9与钢锭模12底面等高，第一测温点8和第二测温点9与钢锭模12内壁的距离不同，第一测温点8和第二测温点9与钢锭模12中心连线之间有20-30度的夹角。
第二步，通过两个测温热电偶的测温数值计算钢锭模12中的钢水温度。
由于两个测温热电偶与钢锭模12中心的距离差远小于两个测温热电偶与钢锭模12的中心距离，为了计算简便，忽略两个测温热电偶与钢锭模中心的距离差，取传热量Q1≈Q2，可以得到以下公式：
Q1＝λ×(T钢水-T1)/L1
Q2＝λ×(T1-T2)/L2
其中，Q1是钢锭模12中的钢水向第一测温点8处的传热量；
Q2是钢锭模12中的第一测温点8向第二测温点9处的传热量；
λ为钢锭模的传热系数；
T1为第一测温点8的测量温度值；
T2为第二测温点9的测量温度值；
T钢水为钢锭模12中钢水的温度值；
L1为第一测温点8与钢锭模12内壁的距离；
L2为第二测温点9与钢锭模12内壁的距离；
经过推导得到：
T计算＝(T1-T2)×L1/L2+T1
第三步，引入修正系数K，计算钢锭模的钢水实时温度。
由于钢锭模12材料的传导系数较大，在钢液通过浇钢汤道10进入钢锭模12后，钢锭模12在测温点附近开始快速升温，大约7-10分钟后，通过钢锭模12中新流入的钢水的传热和钢锭模12向周围空气中散热热量达到一个平衡稳态，也即Q1≈Q2。
本发明中，考虑钢液和保护渣、保护渣与气隙、气隙和钢锭模12内壁之间不同导热系数的换算、热平衡稳态为近似一致等误差因素，以及钢锭模导热的滞后性引入修正系数K，最终形成修正后的公式如下：
T钢水＝K×[(T1-T2)×L1/L2+T1]
进行上述修正是考虑到钢锭模12传热时间的影响，不能测量钢锭模12内钢水的实时温度，类似于地球上收到的光照是太阳八分钟前的光照的逻辑，钢锭模12上测量的温度是测量时刻前n分钟的钢水数据，并通过修正系数将温度进行了修正。考虑控制时效，本发明的控制单元6中优选15分钟作为控制时间节点，也就是说在模铸浇铸进行15分钟后，各测温点温度达到稳定，如图5仿真温度所示，图6显示不同距离的测温点温度达到稳定的快慢。通过上述修正后的公式，可以得到较为准确的钢锭模内的钢水温度。
本发明中，修正系数K由以下方法得到：采用插入式热电偶进行多次不同时间点的温度测量，同时在相应的时间节点进行钢水温度计算，通过实测值和计算值的比值，得到了修正系数K。
第四步，控制浇钢速度。
依据上述的测量及计算得到的钢锭模12内的钢水温度，通过液压控制管路5控制液控滑板砖3的开口度，最终控制浇钢速度。
本发明通过调节钢包内钢水的浇铸速度来控制钢锭模12内的钢水温度，达到铸锭内钢水温度均匀稳定，最终达到钢液的均匀凝固，避免钢锭的疏松和缩孔。
上述测量及计算得到的钢锭模12内钢水温度方法还包括对测温点处测量温度值进行的多炉大数据收集分析的经验数据曲线，经过现浇炉次的简单比较，及时的分析钢水温度值与经验浇铸的钢水温度值之间的差异。
本发明的测温点处的测温方式可以采用热电偶和感应测温等多种测温方式，优选方案中，可以采用测温热电偶进行测温，测温点的测温精度可以控制在±3℃以内，计算温度可以控制在±15℃以内。
本发明的第一测温点8处的测量温度值还进行了多炉的大数据收集分析，经过简单对比，及时的分析钢水温度值与经验浇铸的温度值之间的差异，当偏离较大时，可以实时进行调整。
实施例1
在某模铸厂42吨锭模生产模具钢1.2738的测温实施中，采用了本发明的测温方法来控制其浇钢速度，整个浇注周期65分钟。
钢锭模12壁厚300mm，在距离锭模底部200mm处，开200mm深的测温盲孔，盲孔开口直径φ40mm，布置第一测温点8距离内壁100mm，第二测温点9距离内壁150mm，跟第一测温点8在水平方向形成30度夹角，避免相互影响。测温点外侧进行保温，减少开孔对正常热传导或者辐射的影响。
测温线路采用插拔式线路和控制单元连接，钢锭模12脱模时对线路进行盘绕固定及保护，不影响脱模等操作。
根据某厂生产模具钢1.2738的特定生产工艺，采用插入式热电偶进行多次不同时间点的温度测量，同时在相应的时间节点进行钢水温度计算，通过实测值和计算值的比值，得到了修正系数K。
后续浇铸相同钢种时，通过测温计算得到的温度和实测温度对比如图6。
在本实施例中，利用拟合的K值曲线对后续相同工艺条件，不同浇铸温度的模具钢1.2738进行温度监控及验证，计算温度跟插入式热电偶的实测温度对比温度控制精度在±5℃以内，具体如下表所示。
第二炉测量时，测量温度显示温度较经验值偏低，加大浇铸口开口度，最终得到合格的组织性能。
实施例2
在某模铸厂39吨锭模生产模具钢9Cr2Mo的测温实施中，采用了本发明的测温方法来控制其浇钢速度，整个浇注周期72分钟。
钢锭模12壁厚300mm，在距离锭模底部200mm处，开200mm深的测温盲孔，盲孔开口直径φ40mm，布置第一测温点8距离内壁100mm，第二测温点9距离内壁150mm，跟第一测温点8在水平方向形成30度夹角，避免相互影响。测温点外侧进行保温，减少开孔对正常热传导或者辐射的影响。
测温线路采用插拔式线路和控制单元连接，钢锭模12脱模时对线路进行盘绕固定及保护，不影响脱模等操作。
根据某厂生产模具钢9Cr2Mo的特定生产工艺，采用插入式热电偶进行多次不同时间点的温度测量，同时在相应的时间节点进行钢水温度计算，通过实测值和计算值的比值，得到了修正系数K。
后续浇铸相同钢种时，通过测温计算得到的温度和实测温度对比如图7。
在本实施例中，利用拟合的K值曲线对后续相同工艺条件，不同浇铸温度的模具钢9Cr2Mo进行温度监控及验证，计算温度跟插入式热电偶的实测温度对比温度控制精度在±7℃以内，具体如下表所示。
第一、二炉测量时，测量温度显示温度较经验值偏高，减小浇铸口开口度，最终得到合格的组织性能。
Claims (2)
1.一种模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，其特征在于：它采用以下步骤进行：
a.在钢锭模（12）壁下侧开一个测温盲孔，在测温盲孔内前后分别各设置一个测温点，在两个测温点分别放置测温热电偶，两个测温点与钢锭模（12）底面的距离相等，两个测温点与钢锭模（12）内壁的距离不同；
b.通过两个测温热电偶的测温数值计算钢锭模（12）中的钢水温度，计算方法公式如下：
T计算=（T1-T2）×L1/L2+ T1
其中，
T1为第一测温点（8）的测量温度值；
T2为第二测温点（9）的测量温度值；
T计算为钢锭模（12）中钢水的温度值；
L1为第一测温点（8）与钢锭模内壁的距离；
L2为第二测温点（9）与钢锭模内壁的距离；
c.引入修正系数K，计算钢锭模的钢水实时温度如下：
T钢水=K×[（T1-T2）×L1/L2 + T1 ]
其中，K为修正系数；
修正系数K由以下方法得到：采用插入式热电偶进行多次不同时间点的温度测量，同时在相应的时间节点进行钢水温度计算，通过实测值和计算值的比值，得到了修正系数K；
d.依据上述的测量及计算得到的钢锭模内的钢水温度，通过液压控制管路（5）控制液控滑板砖（3）的开口度，最终控制浇钢速度。
2.根据权利要求1所述的模铸下注法浇钢浇铸速度的控制方法，其特征在于：所述步骤a中的两个测温点与钢锭模（12）中心连线之间有20-30度的夹角，测温点外侧进行保温。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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