CN113128030B - 一种结晶器卷渣故障判定方法和装置 - Google Patents

一种结晶器卷渣故障判定方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及结晶器故障检测技术领域，具体涉及一种结晶器卷渣故障判定方法和装置。该方法包括：获取结晶器的侧板散热器的热通量；计算热通量与连铸机的浇注拉速的比值，获取侧板散热器的热速比；若热速比大于设定阈值，则认定结晶器发生卷渣故障。本发明基于结晶器中弯月面初生凝固钩的生长原理，巧妙地利用热通量与连铸机的浇注拉速的比值来表征出结晶器中当前弯月面初生凝固钩的生长环境，若侧板散热器的热速比大于设定阈值，即认定结晶器发生卷渣故障，从而实现了对结晶器卷渣故障的准确判定。

Description

一种结晶器卷渣故障判定方法和装置
技术领域
本发明涉及结晶器故障检测技术领域，具体涉及一种结晶器卷渣故障判定方法和装置。
背景技术
超低碳钢在连铸浇注过程中，由于水口堵塞、吹氩等因素引发结晶器液面波动，造成结晶器内流股的非稳态流动，易发生渣钢界面保护渣的卷入，形成结晶器卷渣故障。结晶器内卷渣形式包括剪切力卷渣、渣滴乳化卷渣、上回流过强卷渣、涡流卷渣、水口壁负压卷渣等形式，但无论哪种卷渣卷入形式，决定于结晶器中弯月面初生凝固钩hook的捕及概率，最终遗传至后工序，引发钢板表面缺陷。
随着钢水中碳含量的降低，结晶器中弯月面初生凝固钩hook长度，渣钢界面卷入的保护渣被凝固钩捕及的概率进一步增加，因此超低碳钢种更容易发生结晶器卷渣。
因此，如何实现结晶器卷渣故障的准确判定，是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种结晶器卷渣故障判定方法和装置，以实现结晶器卷渣故障的准确判定。
本发明实施例提供了以下方案：
第一方面，本发明实施例提供一种结晶器卷渣故障判定方法，包括：
获取结晶器的侧板散热器的热通量；
计算所述热通量与连铸机的浇注拉速的比值，获取所述侧板散热器的热速比；
若所述热速比大于设定阈值，则认定所述结晶器发生卷渣故障。
在一种可能的实施例中，所述获取结晶器的侧板散热器的热通量，包括：
计算所述侧板散热器的热通量Q，具体的计算公式为：
其中，C为所述侧板散热器的散热液比热容，M为所述侧板散热器的散热液的流量，T1为所述侧板散热器的出口处散热液温度，T2为所述侧板散热器的入口处散热液温度，S为所述侧板散热器的散热面积。
在一种可能的实施例中，所述认定所述结晶器发生卷渣故障之后，所述方法还包括：
控制所述侧板散热器的散热液的流量，以使所述热速比不大于所述设定阈值。
在一种可能的实施例中，所述控制所述侧板散热器的散热液的流量，包括：
计算所述控制所述侧板散热器的散热液的当前调整流量M*，具体计算公式为：
其中，α为调节系数，q为所述侧板散热器的热速比，q1为所述设定阈值，q2为所述热速比的设定上限值，M1为所述热速比为q1时的调整流量；
根据所述当前调整流量M*，控制所述侧板散热器进行散热。
在一种可能的实施例中，若所述侧板散热器设置在所述结晶器的大面，则当前调整流量M*的取值范围为4300L/min至4900L/min；
若所述侧板散热器设置在所述结晶器的窄面，则当前调整流量M*的取值范围为410L/min至500L/min。
在一种可能的实施例中，所述设定阈值的取值范围为1.1MW/(m3*min)至1.25MW/(m3*min)。
第二方面，本发明实施例提供一种结晶器卷渣故障判定装置，包括：
第一获取模块，用于获取结晶器的侧板散热器的热通量；
第一计算模块，用于计算所述热通量与连铸机的浇注拉速的比值，获取所述侧板散热器的热速比；
第一认定模块，用于在所述热速比大于设定阈值时，认定所述结晶器发生卷渣故障。
在一种可能的实施例中，所述第一获取模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述侧板散热器的热通量Q，具体的计算公式为：
其中，C为所述侧板散热器的散热液比热容，M为所述侧板散热器的散热液的流量，T1为所述侧板散热器的出口处散热液温度，T2为所述侧板散热器的入口处散热液温度，S为所述侧板散热器的散热面积。
在一种可能的实施例中，所述装置还包括：
第一控制模块，用于在认定所述结晶器发生卷渣故障之后，控制所述侧板散热器的散热液的流量，以使所述热速比不大于所述设定阈值。
在一种可能的实施例中，所述第一控制模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述控制所述侧板散热器的散热液的当前调整流量M*，具体计算公式为：
其中，α为调节系数，q为所述侧板散热器的热速比，q1为所述设定阈值，q2为所述热速比的设定上限值，M1为所述热速比为q1时的调整流量；
第二控制模块，用于根据所述当前调整流量M*，控制所述侧板散热器进行散热。
在一种可能的实施例中，若所述侧板散热器设置在所述结晶器的大面，则当前调整流量M*的取值范围为4300L/min至4900L/min；
若所述侧板散热器设置在所述结晶器的窄面，则当前调整流量M*的取值范围为410L/min至500L/min。
在一种可能的实施例中，所述设定阈值的取值范围为1.1MW/(m3*min)至1.25MW/(m3*min)。
第三方面，本发明实施例提供一种结晶器卷渣故障判定设备，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现第一方面中任一所述的结晶器卷渣故障判定方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以实现第一方面中任一所述的结晶器卷渣故障判定方法的步骤。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明基于结晶器中弯月面初生凝固钩的生长原理，巧妙地利用热通量与连铸机的浇注拉速的比值来表征出结晶器中当前弯月面初生凝固钩的生长环境，若侧板散热器的热速比大于设定阈值，即认定结晶器发生卷渣故障，从而实现了对结晶器卷渣故障的准确判定。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种热通量指数Qv与卷渣指数J的关系示意图；
图2是本发明实施例提供的一种结晶器卷渣故障判定方法的流程图；
图3是本发明实施例提供的一种结晶器卷渣故障判定装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。
结晶器是带钢连铸浇注工序中的重要设备，其结构为中空的长方体，内部空间用于钢水的成型，具体的，结晶器中沿钢水流动方向环绕有4块金属侧板，用于限制带钢厚度的两块侧板均称为结晶器的大面，用于限制带钢宽度的两块侧板均称为结晶器的窄面。结晶器中，各侧板中设置有散热通路，每个侧板内的散热通路即为该侧板对应的侧板散热器，其利用水等散热液的流动带走侧板的热量，实现对侧板内钢水的降温。
本发明的发明人在对结晶器的卷渣故障判定控制研究分析时，发现目前国内对于超低碳汽车板卷渣的控制方法主要集中于渣钢界面保护渣卷入的控制，主要采取降低结晶器液面波动，提高保护渣黏度等措施，而对于弯月面凝固钩hook的控制，钢铁企业多采取高过热度浇注或结晶器电磁搅拌工艺，其中高过热度增加了结晶器漏钢的风险，特别是对于倒角结晶器，因此国内钢铁企业对于过热度均进行了严格的上限控制，过热度提高范围有限，改善效果不明显。
而对于结晶器电磁搅拌，投资费用巨大，且易引发结晶器液面波动增加，应用效果存在较大争议，国内钢铁企业仅有宝钢等少数钢铁企业进行了应用。目前对于超低碳钢弯月面凝固钩hook长度的控制手段较少，且均存在较大的弊端。
因此，本领域中采用搅拌等方式来抑制结晶器卷渣的发生，并没有方案对结晶器卷渣故障进行准确判定。为实现对结晶器卷渣故障的准确判定，本发明的发明人对弯月面凝固钩hook长度的生长因素进行了深入分析，并从多种因素中，找出了与其生长最敏感且容易测量计算的侧板散热器的热速比，来作为故障检测的判据。如图1所示为本发明实施例提供的一种热通量指数Qv(侧板散热器的热速比)与卷渣指数J的关系示意图。
请参阅图2，图2为本发明实施例提供的一种结晶器卷渣故障判定方法的流程图，包括步骤11至步骤13。
步骤11，获取结晶器的侧板散热器的热通量。
这里，本实施例还提供了侧板散热器的热通量的计算方案，具体包括步骤21。
步骤21，计算所述侧板散热器的热通量Q，具体的计算公式为：
其中，C为所述侧板散热器的散热液比热容，M为所述侧板散热器的散热液的流量，T1为所述侧板散热器的出口处散热液温度，T2为所述侧板散热器的入口处散热液温度，S为所述侧板散热器的散热面积。
侧板散热器属于一种液冷散热器，可以设置在结晶器的外壁上，也可以设置在结晶器的内部。散热液可以采用水等比热容较大的液体。
这里，侧板散热器的散热面积可以是侧板中散热通路的整体面积，也可以是散热通路与侧板的接触面积。
步骤12，计算所述热通量Q与连铸机的浇注拉速v的比值，获取所述侧板散热器的热速比。
具体的，侧板散热器的热速比q的计算公式为：
热速比q的值越大，说明侧板散热器的散热能力越好，传热较快，结晶器中钢水的温度下降得越快。
实际应用中，侧板散热器的热速比q小于1.0MW/(m3*min)时，传热速度较慢，容易导致结晶器漏钢，因此需要将，侧板散热器的热速比q稳定在1.0MW/(m3*min)以上。
步骤13，若所述热速比大于设定阈值，则认定所述结晶器发生卷渣故障。
由于结晶器中弯月面初生凝固钩的生长温度存在一个适宜温度区间，当钢水温度在这个范围内，将会促进弯月面初生凝固钩的生长，导致结晶器中出现卷渣故障。但是，直接测量钢水温度，难度较大，本实施例采用侧板散热器的热速比q来反向表征弯月面初生凝固钩的生长温度。当侧板散热器的热速比q大于设定阈值时，说明侧板温度较低，有利于弯月面初生凝固钩的生长，此时即可准确判定出结晶器在该侧板处发生了卷渣故障。
具体的，设定阈值的取值范围可以为1.1MW/(m3*min)至1.25MW/(m3*min)。
在认定所述结晶器发生卷渣故障之后，本实施例还提供了抑制卷渣故障的控制方案，具体包括步骤31。
步骤31，控制所述侧板散热器的散热液的流量，以使所述热速比不大于所述设定阈值。
当热速比q的值过大，可以适当降低侧板散热器中散热液的流量，来降低侧板散热器的散热能力，使热速比不大于设定阈值，从而抑制卷渣的发生。
为了方便对侧板散热器的散热液的流量进行调控，本实施例还提供了基于当前的热速比q的值，来计算侧板散热器的散热液的当前调整流量的方案，具体包括步骤41至步骤42。
步骤41，计算所述控制所述侧板散热器的散热液的当前调整流量M*，具体计算公式为：
其中，α为调节系数，q为所述侧板散热器的热速比，q1为所述设定阈值，q2为所述热速比的设定上限值，M1为所述热速比为q1时的调整流量。
步骤42，根据所述当前调整流量M*，控制所述侧板散热器进行散热。
具体的，当计算出当前调整流量M*后，直接将侧板散热器中散热液的流量调整为当前调整流量M*，即可实现本步骤的操作。
实际应用中，若侧板散热器设置在结晶器的大面，则当前调整流量M*的取值范围为4300L/min至4900L/min；若侧板散热器设置在结晶器的窄面，则当前调整流量M*的取值范围为410L/min至500L/min。当当前调整流量的值不在上述区间内时，说明结晶器存在其他影响侧板散热的故障，无法采用本实施例的方案来控制卷渣的产生，需要及时报警，通知技术人员前来处理。
实际应用中，结晶器可以设置4套侧板散热器，每套侧板散热器独立进行本实施例的上述方案，实现对对应侧板卷渣故障的判定和控制。
本实施例已在现场进行了试验，获得了良好的效果反馈。本实施例能够适用于板坯厚度在200-400mm的板坯，其浇注中间包内钢水过热度可以控制在20-35℃之间，以下为本实施例的具体应用案例。
应用案例1
某钢厂连铸结晶器浇铸断面230×1100mm的M3A33(C：0.0014％)过程中，拉速1.7m/min，过热度20-35℃；采用本发明的热通量指数与结晶器水量动态控制方法，满足1.0MW/(m3*min)≤Qv≤1.25MW/(m3*min)之间，对应保护渣卷渣指数J为0.45个/公里，较原工艺降低0.30个/公里。
应用案例2
某钢厂连铸结晶器浇铸断面230×1600mm的M3A33(C：0.0014％)过程中，拉速1.2m/min，过热度20-35℃；采用本发明的热通量指数与结晶器水量动态控制方法,满足1.0MW/(m3*min)≤Qv≤1.25MW/(m3*min)之间，对应保护渣卷渣指数J为0.35个/公里，较原工艺降低0.20个/公里。
应用案例3
某钢厂连铸结晶器浇铸断面230×1800mm的M3A30(C：0.0016％)过程中，拉速1.0m/min，过热度20-35℃；采用本发明的热通量指数与结晶器水量动态控制方法，满足1.0MW/(m3*min)≤Qv≤1.25MW/(m3*min)之间，对应保护渣卷渣指数J为0.28个/公里，较原工艺降低0.15个/公里。
基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种结晶器卷渣故障判定装置，如图3所示为该装置实施例的结构示意图，包括：
第一获取模块51，用于获取结晶器的侧板散热器的热通量；
第一计算模块52，用于计算所述热通量与连铸机的浇注拉速的比值，获取所述侧板散热器的热速比；
第一认定模块53，用于在所述热速比大于设定阈值时，认定所述结晶器发生卷渣故障。
在一种可能的实施例中，所述第一获取模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述侧板散热器的热通量Q，具体的计算公式为：
其中，C为所述侧板散热器的散热液比热容，M为所述侧板散热器的散热液的流量，T1为所述侧板散热器的出口处散热液温度，T2为所述侧板散热器的入口处散热液温度，S为所述侧板散热器的散热面积。
在一种可能的实施例中，所述装置还包括：
第一控制模块，用于在认定所述结晶器发生卷渣故障之后，控制所述侧板散热器的散热液的流量，以使所述热速比不大于所述设定阈值。
在一种可能的实施例中，所述第一控制模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述控制所述侧板散热器的散热液的当前调整流量M*，具体计算公式为：
其中，α为调节系数，q为所述侧板散热器的热速比，q1为所述设定阈值，q2为所述热速比的设定上限值，M1为所述热速比为q1时的调整流量；
第二控制模块，用于根据所述当前调整流量M*，控制所述侧板散热器进行散热。
在一种可能的实施例中，若所述侧板散热器设置在所述结晶器的大面，则当前调整流量M*的取值范围为4300L/min至4900L/min；
若所述侧板散热器设置在所述结晶器的窄面，则当前调整流量M*的取值范围为410L/min至500L/min。
在一种可能的实施例中，所述设定阈值的取值范围为1.1MW/(m3*min)至1.25MW/(m3*min)。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种结晶器卷渣故障判定设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前文任一所述方法的步骤。
基于与前述实施例中同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现前文任一所述方法的步骤。
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例基于结晶器中弯月面初生凝固钩的生长原理，巧妙地利用热通量与连铸机的浇注拉速的比值来表征出结晶器中当前弯月面初生凝固钩的生长环境，若侧板散热器的热速比大于设定阈值，即认定结晶器发生卷渣故障，从而实现了对结晶器卷渣故障的准确判定。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、装置(模块、系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种结晶器卷渣故障判定方法，其特征在于，包括：
获取结晶器的侧板散热器的热通量，包括：
计算所述侧板散热器的热通量Q，具体的计算公式为：
其中，C为所述侧板散热器的散热液比热容，M为所述侧板散热器的散热液的流量，T1为所述侧板散热器的出口处散热液温度，T2为所述侧板散热器的入口处散热液温度，S为所述侧板散热器的散热面积；
计算所述热通量与连铸机的浇注拉速的比值，获取所述侧板散热器的热速比；
若所述热速比大于设定阈值，则认定所述结晶器发生卷渣故障，控制所述侧板散热器的散热液的流量，以使所述热速比不大于所述设定阈值；
所述控制所述侧板散热器的散热液的流量，包括：
计算所述控制所述侧板散热器的散热液的当前调整流量M*，具体计算公式为：
其中，α为调节系数，q为所述侧板散热器的热速比，q1为所述设定阈值，q2为所述热速比的设定上限值，M1为所述热速比为q1时的调整流量；
根据所述当前调整流量M*，控制所述侧板散热器进行散热。
2.根据权利要求1所述的结晶器卷渣故障判定方法，其特征在于，若所述侧板散热器设置在所述结晶器的大面，则当前调整流量M*的取值范围为4300L/min至4900L/min；
若所述侧板散热器设置在所述结晶器的窄面，则当前调整流量M*的取值范围为410L/min至500L/min。
3.根据权利要求1所述的结晶器卷渣故障判定方法，其特征在于，所述设定阈值的取值范围为1.1MW/(m3*min)至1.25MW/(m3*min)。
4.一种结晶器卷渣故障判定装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取结晶器的侧板散热器的热通量，包括：
第二计算模块，用于计算所述侧板散热器的热通量Q，具体的计算公式为：
其中，C为所述侧板散热器的散热液比热容，M为所述侧板散热器的散热液的流量，T1为所述侧板散热器的出口处散热液温度，T2为所述侧板散热器的入口处散热液温度，S为所述侧板散热器的散热面积；
第一计算模块，用于计算所述热通量与连铸机的浇注拉速的比值，获取所述侧板散热器的热速比；
第一认定模块，用于在所述热速比大于设定阈值时，认定所述结晶器发生卷渣故障；
第一控制模块，用于在认定所述结晶器发生卷渣故障之后，控制所述侧板散热器的散热液的流量，以使所述热速比不大于所述设定阈值；
所述第一控制模块，包括：
第二计算模块，用于计算所述控制所述侧板散热器的散热液的当前调整流量M*，具体计算公式为：
其中，α为调节系数，q为所述侧板散热器的热速比，q1为所述设定阈值，q2为所述热速比的设定上限值，M1为所述热速比为q1时的调整流量；
第二控制模块，用于根据所述当前调整流量M*，控制所述侧板散热器进行散热。
5.一种结晶器卷渣故障判定设备，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至3任一所述的方法的步骤。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1至3任一所述的方法的步骤。
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