CN113134587A - 一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法 - Google Patents
一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,通过研究塞棒(或者是滑板)开口度百分比的变化,同时考虑生产过程中拉速变化、中间包钢水重量变化,调整液面、调宽对塞棒(或者是滑板)开口度带来的影响,建立一个公式来计算塞棒(或者是滑板)开口度的变化,用其值来表征堵塞或溶损的程度。本发明为连铸过程中水口堵塞和溶损程度提出了一种定量计算方法,可以在生产过程中进行预警,并建立了其对应板坯的评级标准,为板坯的质量管理提供了有效手段,对堵塞或溶损严重的板坯采取降级、切废等措施,保证了最终产品的质量。
Description
技术领域
本发明涉及连铸生产工艺技术,更具体地说,涉及一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法。
背景技术
连铸技术是把液态的钢水通过浇注、冷凝、切割而得到铸坯的工艺。如图1所示,这个过程最主要的环节就是把利用盛钢水的钢包1,通过中间包2的过渡,连续地注入结晶器3,在四块铜板构成的结晶器3内通过水冷得到四周为固态的坯壳,坯壳的中间部分仍为液态钢水的铸坯。之后铸坯通过二次冷却4逐渐全部凝固,并通过拉矫装置5中辊子的支撑和转动作用被拉出连铸机主体,由切割装置切割成一定长度的板坯。这个过程可以不断更换钢包1来实现多炉连续浇铸。
如图2所示,连铸生产过程中,中间包2是关键的过渡设备,中间包2的形状决定了钢水的流动状态,同时其依靠塞棒(或者是滑板)机构6来控制钢水,通过浸入式水口流入结晶器3。一般用塞棒(或者是滑板)机构6打开的百分比来表征钢水进入结晶器3的流量。正常情况下,基于拉速和浇铸断面,塞棒(或者是滑板)机构6的开口度一般在50%~80%,并且在一次浇铸过程中由于浇铸断面变化不会很大,塞棒(或者是滑板)机构6的开口度变化幅度不会超过20%。
实际浇铸过程中,可以控制塞棒(或者是滑板)机构6的开口度百分比来调节进入结晶器3钢水的流量,以平衡浇铸过程的各种变化,如拉速提升或降低、中间包2钢水重量波动等,目的是保持钢水在结晶器3内的液位稳定,保证铸坯质量。
但是浇铸过程中存在两种异常情况会影响到塞棒(或者是滑板)机构6的开口度百分比实际值,一种是由于钢中Al2O3、MgO·Al2O3等夹杂物的产生和凝聚,会堵塞水口,从而影响实际钢水流入结晶器3的流量。堵塞物挡住钢水的正常流入,例如塞棒(或者是滑板)机构6的开口度百分比已经超过80%了,而由于堵塞物的存在,实际流入结晶器3的钢水量小于正常情况下开口度达到80%流入的量。极端情况是开口度开到100%,但水口全部被堵塞物挡住,钢水不能流入结晶器3而造成断浇。另一种是钢水中含Ca,其含量过高会与塞棒(或者是滑板)机构6、水口的本体发生化学反应,从而导致塞棒(或者是滑板)机构6、水口的本体溶损,使实际流入的钢水量大于塞棒(或者是滑板)机构6正常开口度应该流入的量,会造成流量失控,发生生产事故。
浇铸过程中水口堵塞和溶损这两种情况除了对浇铸生产过程造成影响,也会影响期间产出的铸坯质量。实际生产中,这两种情况发生时往往不是最极端的,即堵塞但没有完全堵死;溶损有时也不显著。这样相对应的铸坯也能产出,但其质量较正常浇铸的铸坯为差。
浇铸过程中塞棒(或者是滑板)开口度的百分比变化同时受到正常操作和异常情况的影响,目前没有建立一种方法,通过过程参数来判断出这两种异常情况,并根据严重程度进行评级,进而应用到板坯的质量管理中。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷,本发明的目的是提供一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,结合生产过程中拉速变化、中间包钢水重量变化,调整液面、调宽对塞棒开口度带来的影响,从而计算塞棒开口度的变化,用其值来表征堵塞或溶损的程度。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,为了对连铸生产中水口堵塞和溶损的情况进行表征,并进一步对相应的板坯进行评级,评级需要将铸坯分段,考虑最短板坯为5m也要保证一定的分段数,分段为1min时间内浇铸的长度(如一般拉速为1m/min,此时浇铸的长度为1m/min×1min=1m)。对板坯上的每一段计算评估系数E值,根据评估表将E值超标的次数组合起来,就能得到最终的评级结果。为了计算每一段的E值,需要利用连铸高频数据采集系统每秒采集的数据,因为一段的时间为1分钟,在这段时间内还要选择一个合适的时间周期来计算各个参数的变化趋势。由于堵塞或溶损在较长的时间才能判断,这个周期不能太短;周期太长则1分钟内计算趋势的值太少,将这个周期定为10秒是比较合适的。计算每10秒塞棒(滑板)开口度的最大值,每10秒塞棒(滑板)开口度的平均值,每10秒拉速的平均值,每10秒中间包钢水重量的平均值,每10秒结晶器设定液位平均值,每10秒结晶器上口宽度平均值,作为基本运算数据。
定义:
塞棒开口度的最大值Stopper rod position(max),每10秒塞棒(滑板)开口度的最大值,单位%;
If stopper rod position(max)>=90%,判定为非常严重堵水口;
If stopper rod position(max)<90%,按以下步骤判断:
定义:
塞棒开口度的平均值Stopper rod position(avg),每10秒塞棒(滑板)开口度的平均值,单位%;
拉速的最大值v(max),每10秒拉速的最大值,单位m/min;
中间包钢水重量的平均值Tundish weight(avg),每10秒中间包钢水重量的平均值,单位kg;
结晶器设定液位平均值Mold Level Setpoint(avg),每10秒结晶器设定液位平均值,单位mm;
结晶器上口宽度平均值MoldWidthtop(avg),每10秒结晶器上口宽度平均值,单位mm;
Fv,拉速影响因子;
ftw,中间包钢水重量影响因子;
fmls,结晶器设定液位因子;
fw,结晶器上口宽度因子;
以1分钟为周期,有
Stopper rod position(avg)i,i=1~6;
Stopper rod position(max)i,i=1~6;
v(max)i,i=1~6;
Tundish weight(avg)i,i=1~6;
Mold Level Setpoint(avg)i,i=1~6;
Widthtop(avg)i,i=1~6;
fv(i),i=1~6;ftw(i),i=1~6;fmls(i),i=1~6;fw(i),i=1~6;
采用塞棒开口度变化Stopper rod Change来表征堵水口和塞棒溶损的程度,则
上述公式(1)中,fv(i)取值如下:(ABS为绝对值计算)
1)If ABS(v(max)i+1-v(max)i)<0.02m/min,fv(i)=0;
2)If ABS(v(max)i+1-v(max)i)≧0.02m/min;
若公式(1)中拉速影响因子fv(i)满足公式(1)中条件If ABS(v(max)i+1-v(max)i)≧0.02m/min时,选取相同连铸机之前浇铸的50~100条数据,数据满足以下要求:
(1)中间包钢水重量变化不大,即ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)<=150kg;
(2)结晶器设定液位不变,即ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold LevelSetpoint(avg)i)<=2.5mm;
(3)没有调宽,即ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm;
(4)Stopper rod position(max)实际值范围在50%~80%之间;
(5)两两一组选取采集周期连续的拉速v(max)i+1和v(max)i,以及同时刻采集的塞棒开口度Stopper rod position(max)i+1和Stopper rod position(max)i,选取条件为ABS(v(max)i+1-v(max)i)>=0.02m/min,且(v(max)i+1-v(max)i)×(Stopper rod position(max)i+1-Stopper rod position(max)i)>0,计算:
最后计算得到:
对符合要求的组的计算结果取平均值,作为fv(i)当前计算公式(1)时满足条件的取值。
ftw(i)取值如下:
1)If ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)<=150kg,ftw(i)=0;
2)If ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg;
若公式(1)中中间包钢水重量影响因子ftw(i)满足公式(1)中条件ABS(Tundishweight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg时,选取浇铸过程50~100条数据,数据满足以下要求:
(1)拉速变化不大,即ABS(v(max)i+1-v(max)i)<0.02m/min;
(2)结晶器设定液位不变,即ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold LevelSetpoint(avg)i)<=2.5mm;
(3)没有调宽,即ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm;
(4)Stopper rod position(max)实际值范围在50%~80%之间;
(5)两两一组选取采集周期连续的中间包钢水重量Tundish weight(avg)i+1和Tundish weight(avg)i,以及同时刻采集的塞棒开口度Stopper rod position(avg)i+1和Stopper rod position(avg)i,选取条件为ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg,且(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)×(Stopper rodposition(avg)i+1-Stopper rod position(avg)i)<0,计算:
最后计算得到:
对符合要求的组的计算结果取平均值,作为ftw(i)当前计算公式(1)时满足条件的取值。
fmls(i)和fw(i)的取值
浇铸过程中结晶器设定液位调整和调宽过程时间都比较短(小于2.5分钟),对塞棒(滑板)开口度的影响可以看成扰动因素来处理,因此
fmls(i)取值如下:
1)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)<=2.5mm,fmls(i)=1;
2)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)>2.5mm,fmls(i)=0;
fw(i)取值如下:
1)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm,fw(i)=1;
2)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)>2mm,fw(i)=0;
将上述公式(1)为每1分钟计算一次,对应的铸坯约1m(按1m/min的拉速计算),得到一次Stopper rod Change的值,构造:
Stopper rod Change=E%
利用计算出的E值大小来判断对应铸坯产生时是否有水口堵塞或溶损情况,在浇铸过程中可以实时预警;而一块板坯一般长度从5.8m~12m不等,用E值大小结合一块板坯上发生水口堵塞或溶损的次数来表征其严重程度,从而进一步对板坯进行评级,达到质量管控的目的。
建立以下表1来判定每块板坯生产时水口堵塞或溶损的程度
表1
堵塞的夹杂物有可能掉落造成干扰,因此规定附加规则如下:
1、以上表格优先级为从上至下(特别指出:如一块板坯在堵塞中已经评级,溶损就不再评级);
2、如一块板坯在堵塞中已经评级,其后紧接着的一块板坯不在溶损中评级。
所述计算板坯分段E值及对板坯进行评级具体如下:
1)建立时间序列,10秒为一个周期,定义i=1,j=1,n=1,id=1;
2)获取i和i+1时的各个数据项;
3)定义E10(i)=(DeltaSTP-DeltaV×fv(i)-DeltaTW×ftw(i))×fmls(i)×fw(i);
4)计算1分钟的E值,1分钟的铸片长度l,1分钟开口度的最大值;
5)获取板坯长度L,累加铸片长度,得到板坯的分段数。
所述获取i和i+1时的各个数据项,有塞棒开口度平均值和最大值Stopper rodposition(avg)、Stopper rod position(max),最大和平均拉速v(max)、v(avg),中间包钢水重量平均值Tundish weight(avg),结晶器上口宽度平均值Mold Widthtop(avg),结晶器设定液位平均值Mold Level Setpoint(avg)。
根据板坯内每段的E值和塞棒最大开口度,即E(id)和MAXSTP(id),按照表1获得相应的评级,其结果以板坯号为关键字记录在这块板坯的实绩数据中。
本发明所提供的一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,为连铸过程中水口堵塞和溶损程度提出了一种定量计算方法,可以在生产过程中进行预警,并建立了其对应板坯的评级标准,为板坯的质量管理提供了有效手段,对堵塞或溶损严重的板坯采取降级、切废等措施,保证了最终产品的质量。
附图说明
图1是现有典型的直弧形连铸机的结构示意图;
图2是图1直弧形连铸机上中间包内部的结构示意图;
图3是本发明方法中拉速影响因子fv(i)满足公式(1)中条件ABS(v(max)i+1-v(max)i)≧0.02m/min时的流程图;
图4是本发明方法中中间包钢水重量影响因子ftw(i)满足公式(1)中条件ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg时的流程图;
图5是本发明方法中计算板坯分段的E值及对板坯进行评级的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
现以3号机生产的两块板坯计算E值并评级来进一步说明本发明方法。
根据公式(1)需要先确定fv和ftw,采集3号机某年某月浇铸过程的每10秒的数据项:拉速最大值v(max),中间包钢水重量平均值Tundish weight(avg),结晶器设定液位平均值Mold Level Setpoint(avg),结晶器上口宽度平均值Mold Widthtop(avg),塞棒(滑板)开口度最大值Stopper rod position(max),塞棒(滑板)开口度平均值Stopper rodposition(avg)。
1)按两两一组选取采集周期连续的拉速v(max)i+1和v(max)i,以及同时刻采集的塞棒开口度Stopper rod position(max)i+1和Stopper rod position(max)i,选取条件同时满足以下要求:
(1)ABS(v(max)i+1-v(max)i)>=0.02m/min(ABS为取绝对值,下同),且(v(max)i+1-v(max)i)×(Stopper rod position(max)i+1-Stopper rod position(max)i)>0;
(2)ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)<=150kg;
(3)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)<=2.5mm;
(4)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm;
(5)Stopper rod position(max)实际值范围在50%~80%之间。
选到3号机某年某月30组60条符合上述要求的数据,计算得到:
2)按两两一组选取采集周期连续的中间包钢水重量Tundish weight(avg)i+1和Tundish weight(avg)i,以及同时刻采集的塞棒开口度Stopper rod position(avg)i+1和Stopper rod position(avg)i,选取条件同时满足以下要求:
(1)ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg,且(Tundishweight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)×(Stopper rod position(avg)i+1-Stopper rodposition(avg)i)<0;
(2)ABS(v(max)i+1-v(max)i)<0.02m/min;
(3)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)<=2.5mm;
(4)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm;
(5)Stopper rod position(max)实际值范围在50%~80%之间。
选到3号机某年某月30组60条符合上述要求的数据,计算得到:
一块板坯号为27484630600长度5.8m,采集的数据见下表2:
表2, 27484630600板坯的过程数据
按公式(1)
fv(i)取值如下:
1)If ABS(v(max)i+1-v(max)i)<0.02m/min,fv(i)=0;
2)If ABS(v(max)i+1-v(max)i)>=0.02m/min,fv(i)=0.203;
ftw(i)取值如下:
1)If ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)<=150kg,ftw(i)=0;
2)If ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg,ftw(i)=-0.010;
fmls(i)取值如下:
1)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)<=2.5mm,fmls(i)=1;
2)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)>2.5mm,fmls(i)=0;
fw(i)取值如下:
1)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm,fw(i)=1;
2)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)>2mm,fw(i)=0;
令Stopper rod Change=E%
结合表2和以上条件得到表3:
表3, 27484630600板坯得到的计算结果
根据表3,板坯27484630600计算得到的E值
8>E≥7,1次;
9>E≥8,2次;
再根据表2,板坯27484630600过程数据中
Stopper rod position(max)≥90%,发生4次
最后根据表1的评级标准及其优先级判定,
板坯27484630600为堵塞5级,即其生产过程中水口严重堵塞。
另一块板坯号为27552330600长度11.4m,采集的数据见表4:
表4, 27552330600板坯的过程数据
同前按公式(1)
fv(i)取值如下:
1)If ABS(v(max)i+1-v(max)i)<0.02m/min,fv(i)=0;
2)If ABS(v(max)i+1-v(max)i)>=0.02m/min,fv(i)=0.203;
ftw(i)取值如下:
1)If ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)<=150kg,ftw(i)=0;
2)If ABS(Tundish weight(avg)i+1-Tundish weight(avg)i)>150kg,ftw(i)=-0.010;
fmls(i)取值如下:
1)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)<=2.5mm,fmls(i)=1;
2)ABS(Mold Level Setpoint(avg)i+1-Mold Level Setpoint(avg)i)>2.5mm,fmls(i)=0;
fw(i)取值如下:
1)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)<=2mm,fw(i)=1;
2)ABS(Mold Widthtop(avg)i+1-Mold Widthtop(avg)i)>2mm,fw(i)=0;
令Stopper rod Change=E%
结合表4和以上条件得到表5:
表5, 27552330600板坯得到的计算结果
根据表5,板坯27552330600计算得到的E值全部:
-5≤E<5,
再根据表1的评级标准及其优先级判定;
板坯27552330600为正常板坯。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到,以上的实施例仅是用来说明本发明,而并非用作为对本发明的限定,只要在本发明的实质精神范围内,对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (10)
1.一种通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于包括以下步骤:
选择计算参数变化趋势的时间周期,该时间周期设定为10秒;
计算每10秒的拉速的最大值v(max),单位m/min;塞棒开口度的最大值stopper rodposition(max),单位%;塞棒开口度的平均值Stopper rod position(avg),单位%;中间包钢水重量的平均值Tundish weight(avg),单位kg;结晶器设定液位的平均值Mold LevelSetpoint(avg),单位mm;结晶器上口宽度的平均值Mold Widthtop(avg),单位mm;利用连铸高频数据采集系统采集数据,所述数据包括上述的拉速最大值、塞棒开口度最大值、塞棒开口度平均值、中间包钢水重量平均值、结晶器设定液位平均值、结晶器上口宽度平均值,作为运算数据;
采用塞棒开口度变化参数Stopper rod Change来表征堵水口和塞棒溶损的程度,则
上述公式(1)中,
Fv为拉速影响因子;
ftw为中间包钢水重量影响因子;
fmls为结晶器设定液位因子;
fw,结晶器上口宽度因子;
i为自然数,以1分钟为周期,i取值为1、2、3、4、5、6,
将上述公式(1)定时计算一次,得到一次塞棒开口度变化,构造:
塞棒开口度变化=E%
利用计算出的板坯分段E值大小来判断对应铸坯产生时是否有水口堵塞或溶损情况,用E值大小结合一块板坯上发生水口堵塞或溶损的次数来表征其严重程度,从而进一步对板坯进行评级。
3.如权利要求2所述的通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于:所述两条数据满足条件为:
1)∣(拉速的最大值i+1-拉速的最大值i)∣≧0.02m/min,且(拉速的最大值i+1-拉速的最大值i)×(塞棒开口度的最大值i+1-塞棒开口度的最大值i)>0;
2)∣(中间包钢水重量的平均值i+1-中间包钢水重量的平均值i)∣<=150kg;
3)∣(结晶器设定液位平均值i+1-结晶器设定液位平均值i)∣<=2.5mm;
4)∣(结晶器上口宽度平均值i+1-结晶器上口宽度平均值i)∣<=2mm;
5)塞棒开口度的最大值在50%~80%之间。
5.如权利要求4所述的通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于:所述两条数据满足条件为:
1)∣(中间包钢水重量的平均值i+1-中间包钢水重量的平均值i)∣>150kg,且(中间包钢水重量的平均值i+1-中间包钢水重量的平均值i)×(塞棒开口度的最大值i+1-塞棒开口度的最大值i)<0;
2)∣(结晶器设定液位平均值i+1-结晶器设定液位平均值i)∣<=2.5mm;
3)∣(结晶器上口宽度平均值i+1-结晶器上口宽度平均值i)∣<=2mm;
4)∣(拉速的最大值i+1-拉速的最大值i)∣<0.02m/min;
5)塞棒开口度的最大值在50%~80%之间。
6.如权利要求1所述的通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于:
所述公式(1)中,结晶器设定液位因子fmls(i)取值如下:
1)∣(结晶器设定液位平均值i+1-结晶器设定液位平均值i)∣<=2.5mm,fmls(i)=1;
2)∣(结晶器设定液位平均值i+1-结晶器设定液位平均值i)∣>2.5mm,fmls(i)=0。
7.如权利要求1所述的通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于:
所述公式(1)中,结晶器上口宽度因子fw(i)取值如下:
1)∣(结晶器上口宽度平均值i+1-结晶器上口宽度平均值i)∣<=2mm,fw(i)=1;
2)∣(结晶器上口宽度平均值i+1-结晶器上口宽度平均值i)∣>2mm,fw(i)=0。
8.如权利要求1所述的通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于:
所述计算板坯分段E值及对板坯进行评级具体如下:
1)建立时间序列,10秒为一个周期,定义i=1,j=1,n=1,id=1;
2)获取i和i+1时的各个数据项;
3)定义E10(i)=(DeltaSTP-DeltaV×fv(i)-DeltaTW×ftw(i))×fmls(i)×fw(i);
4)计算1分钟的E值,1分钟的铸片长度l,1分钟开口度的最大值;
5)获取板坯长度L,累加铸片长度,得到板坯的分段数。
9.如权利要求8所述的通过塞棒开口度变化趋势判断水口堵塞和溶损的方法,其特征在于:所述获取i和i+1时的各个数据项,有塞棒开口度的平均值和最大值、拉速最大和平均值、中间包钢水重量平均值、结晶器上口宽度平均值、结晶器设定液位平均值。
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