CN113510226A - 一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置及方法，该装置包括结晶器、检测铸坯窄面鼓肚装置、结晶器锥度运算模块和控制模块，检测铸坯窄面鼓肚装置设于结晶器后扇形段末端出口处；检测铸坯窄面鼓肚装置用于角部内弧棱角和相邻窄面最外侧的距离尺寸B，结晶器锥度运算模块用于接收检测铸坯窄面鼓肚装置传输的数据，并比较与设定值的大小后得到锥度提高调整值

，控制模块用于接收结晶器锥度运算模块传输的锥度提高调整值

，并控制对结晶器锥度的调整。本发明可以改变初生凝固坯壳和结晶器窄面的冷却强度、改善结晶器窄面对初生坯壳的支撑作用，从而修正铸坯窄面鼓肚的形状缺陷，进而改善因鼓肚引起的偏离角裂纹、角部内裂纹等。

Description

一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置及方法

技术领域

本发明属于冶金连铸设备技术领域，具体涉及一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置及方法。

背景技术

针对板坯连铸机长周期的生产过程中，因为结晶器内初生的连铸坯窄面冷却不均或者窄面冷却设备缺陷造成连铸坯窄面鼓肚以及鼓肚引起的表面和内部缺陷。该表面几何尺寸缺陷其实影藏的角部和内部质量问题，严重影响热轧产品质量。

结合标准（YB/T2012-2004）和实践经验，常规铸坯窄面鼓肚量必须控制在B≤5%D₀才是合格产品，具体鼓肚形状如图所示。根据实际生产取样分析和经验，如果铸坯鼓肚量 B＞55%D₀时，窄面内部将容易产生内部缺陷，诸如偏离角裂纹、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。

为了在板坯轧制前在线解决上述问题，目前在连铸生产线根据钢种不同主要采用了火焰表面清理或者深度修磨处理等技术。虽然在线处理后保证了轧钢后续工艺产品的质量稳定性，但是连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

本发明的目的在于提供一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，克服现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的另一个目的在于提供一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，实时纠正连铸坯窄面冷却不足带来的铸坯鼓肚缺陷以及就此引起的铸坯内部质量问题。

为此，本发明提供的技术方案如下：

一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，包括结晶器、检测铸坯窄面鼓肚装置、结晶器锥度运算模块和控制模块，所述检测铸坯窄面鼓肚装置设于结晶器后扇形段末端出口处；

所述检测铸坯窄面鼓肚装置用于检测铸坯角部内弧棱角和相邻窄面最外侧的距离尺寸B，所述结晶器锥度运算模块用于接收检测铸坯窄面鼓肚装置传输的数据，并比较与设定值的大小后得到锥度提高调整值

，所述控制模块用于接收结晶器锥度运算模块传输的锥度提高调整值

，并控制结晶器实现对结晶器锥度的调整。

所述检测铸坯窄面鼓肚装置为两套红外测距仪，分别设于扇形段末端出口内弧的两侧。

所述结晶器包括在线热调整装置，所述在线热调整装置由热调整模块和热调整装置组成，所述热调整装置包括驱动装置和位移传感器，所述驱动装置通过推杆连接结晶器的两块窄边铜板，所述位移传感器设于结晶器的机架上，所述驱动装置和位移传感器均与热调整模块电信号连接，所述热调整模块与控制模块电信号连接。

所述设定值为5%D₀，其中，D₀为板坯公称厚度。

所述控制模块为PLC控制器。

所述驱动装置为减速电机、液压油缸或气压油缸。

一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，采用实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，包括以下步骤：

步骤1）由安装在扇形段末端内弧侧的两套检测铸坯窄面鼓肚装置分别对铸坯两个窄面鼓肚量B进行测量，然后将测量的数据传输给结晶器锥度运算模块；

步骤2）结晶器锥度运算模块分别对两个窄面鼓肚量B与设定值5%D₀进行比较，当测量铸坯两个窄面鼓肚量B均不大于设定值5%D₀时，结晶器锥度不变，继续正常生产；

当测量铸坯任一个窄面鼓肚量B＞5%D₀时，结晶器锥度运算模块计算得到锥度提高调整值

，并发送数据给控制模块；

步骤3）控制模块发送指令给热调整模块，热调整模块控制热调整装置使窄边铜板进行移动，完成对结晶器锥度的调整，实现板坯窄面缺陷鼓肚和偏离角裂纹的实时在线修正。

锥度提高调整值

通过下式得到：

式中，D₀为板坯公称厚度，m；

为窄面鼓肚量B和5%D₀的差值，mm；

为结晶器单侧窄面锥度提高调整值，mm；

K为凝固系数，不同钢种凝固系数不同，18-22mm/min^0.5。

在结晶器锥度调整过程中，热调整模块实时监测位移传感器的位移数据并反馈给控制模块，当达到锥度提高调整值

时，控制模块发送信号给热调整模块，热调整模块控制驱动装置停止。

本发明的有益效果是：

本发明提供的这种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，通过检测铸坯窄面鼓肚装置对铸坯窄面鼓肚尺寸进行检测后，通过结晶器锥度运算模块计算得到锥度提高调整值

，再由控制模块和结晶器的在线热调整装置配合，实时闭环控制结晶器窄面锥度以改变初生凝固坯壳和结晶器窄面（窄面铜板和窄面喷淋）的冷却强度、改善结晶器窄面对初生坯壳的支撑作用，从而修正铸坯窄面鼓肚的形状缺陷，进而改善因鼓肚引起的偏离角裂纹、角部内裂纹等。

本发明在线实时纠正连铸坯窄面冷却不足带来的铸坯鼓肚缺陷以及就此引起的铸坯内部质量问题，改善了铸坯质量，提高了连铸坯和后续轧材的成材率，提高了企业的经济效益。

下面将结合附图做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是本发明中检测铸坯窄面鼓肚装置的安装位置示意图；

图3是图2中A向放大示意图；

图4是铸坯鼓肚量B示意图。

图中：1、检测铸坯窄面鼓肚装置；2、结晶器；3、扇形段；4、铸坯。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

现参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语（包括科技术语）对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

实施例1：

本实施例提供了一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，包括结晶器2、检测铸坯4窄面鼓肚装置1、结晶器锥度运算模块和控制模块，所述检测铸坯4窄面鼓肚装置1设于结晶器2后扇形段3末端出口处；

所述检测铸坯4窄面鼓肚装置1用于检测铸坯4角部内弧棱角和相邻窄面最外侧的距离尺寸B，所述结晶器锥度运算模块用于接收检测铸坯4窄面鼓肚装置1传输的数据，并比较与设定值的大小后得到锥度提高调整值

，所述控制模块用于接收结晶器锥度运算模块传输的锥度提高调整值

，并控制结晶器2实现对结晶器2锥度的调整。

本发明是为了解决在线连铸生产过程中，连铸坯4窄面出现鼓肚以及鼓肚引起的偏离角裂纹、角部内裂纹等铸坯4内部缺陷。

本发明原理如下：

通过检测铸坯4窄面鼓肚装置1对铸坯4窄面鼓肚尺寸进行检测后，通过结晶器锥度运算模块计算得到锥度提高调整值

，再由控制模块和结晶器2的在线热调整装置配合，实时闭环控制结晶器2窄面锥度以改变初生凝固坯壳和结晶器2窄面（窄面铜板和窄面喷淋）的冷却强度、改善结晶器2窄面对初生坯壳的支撑作用，从而修正铸坯4窄面鼓肚的形状缺陷，进而改善因鼓肚引起的偏离角裂纹、角部内裂纹等。

实施例2：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，所述检测铸坯4窄面鼓肚装置1为两套红外测距仪，分别设于扇形段3末端出口内弧的两侧。

如图2、图3所示，为了便于安装和维护，通过安装在扇形段3末端即二冷区出口内弧侧的两套红外测距仪测量铸坯4角部内弧棱角和相邻窄面最外侧的距离尺寸B，即鼓肚量，如图4所示。

实施例3：

在实施例1的基础上，本实施例提供了一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，所述结晶器2包括在线热调整装置，所述在线热调整装置由热调整模块和热调整装置组成，所述热调整装置包括驱动装置和位移传感器，所述驱动装置通过推杆连接结晶器2的两块窄边铜板，所述位移传感器设于结晶器2的机架上，所述驱动装置和位移传感器均与热调整模块电信号连接，所述热调整模块与控制模块电信号连接。

结晶器2内壁有两块宽边铜板和两块窄边铜板，每块铜板都安装在通水冷却的水箱上，构成一个倒锥体形状，上、下都是开口的金属容器，对铸坯4进行冷却。由于钢水在结晶器2内的凝固过程中，随着坯壳厚度的不断增长，坯壳断面要逐渐收缩。结晶器2的断面必须随铸坯4断面不断收缩而变化，因此结晶器2必须有一定的倒锥度。锥度的大小必须合适，过大的锥度会造成结晶器2对坯壳的挤压，导致角部凹陷，坯壳与结晶器2的摩擦增加，加剧结晶器2的磨损，还会出现表面增铜。在角部区域由于气隙的作用会形成热点，造成坯壳减薄和裂纹。锥度小会使气隙增大，热流减小，坯壳减薄，容易发生漏钢；另外锥度过小会使角部转动加剧，诱发皮下裂纹和纵向凹陷的产生。因此，对结晶器2铜板锥度的设置是影响铸坯4质量的一个重要因素。

本实施例通过结晶器2自带的在线热调整装置对结晶器2锥度进行调整，热调整模块用于接收控制模块发送的锥度提高调整值

，热调整装置为执行结构，从而控制连铸坯4结晶器2的窄面铜板导向和冷却强度，达到控制铸坯4鼓肚量B，实现实时在线修正板坯窄面缺陷鼓肚和偏离角裂纹。

在本实施例中，控制模块为PLC控制器；驱动装置为减速电机、液压油缸或气压油缸。

实施例4：

本实施例提供了一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1）由安装在扇形段3末端内弧侧的两套检测铸坯4窄面鼓肚装置1分别对铸坯4两个窄面鼓肚量B进行测量，然后将测量的数据传输给结晶器锥度运算模块；

步骤2）结晶器锥度运算模块分别对两个窄面鼓肚量B与设定值5%D₀进行比较，当测量铸坯4两个窄面鼓肚量B均不大于设定值5%D₀时，结晶器2锥度不变，继续正常生产；

当测量铸坯4任一个窄面鼓肚量B＞5%D₀时，结晶器锥度运算模块计算得到锥度提高调整值

，并发送数据给控制模块；

步骤3）控制模块发送指令给热调整模块，热调整模块控制热调整装置使窄边铜板进行移动，完成对结晶器2锥度的调整，实现板坯窄面缺陷鼓肚和偏离角裂纹的实时在线修正。

本发明在线实时纠正连铸坯4窄面冷却不足带来的铸坯4鼓肚缺陷以及就此引起的铸坯4内部质量问题，改善了铸坯4质量，提高了连铸坯4和后续轧材的成材率，提高了企业的经济效益。

实施例5：

在实施例4的基础上，本实施例提供了一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，扇形段3末端出口即二冷区内弧出口的两套红外测距仪对铸坯4角部内弧棱角和相邻窄面最外侧的距离尺寸即窄面鼓肚尺寸B分别进行检测后，将数据传输给结晶器锥度运算模块，结晶器锥度运算模块判定鼓肚量B与5%D₀的大小关系，如果B＞5%D₀，对比鼓肚量B和5%D₀得到差值

，按照以上方案并依据铸坯4凝固原理，通过锥度运算模块计算，得到需要的锥度提高调整值

，通过控制模块实时闭环控制结晶器2锥度在线热调整装置，从而控制连铸坯4结晶器2的窄面铜板导向和冷却强度。

其中，结晶器锥度运算模块判定鼓肚量B与5%D₀的大小关系有以下两种情况：

1）如果测量铸坯4两个窄面同时B≤5%D₀，即B小于设定目标值，结晶器2锥度系统不改变，继续正产生产；

2）如果测量铸坯4任何一个窄面的B＞5%D₀，即B超过设定目标值，通过其对应窄面的结晶器锥度运算模块计算并优化窄面锥度达到控制凝固坯壳和结晶器2窄面铜板的冷却、提高窄面对凝固坯壳的支撑作用，从而修正连铸板坯窄面鼓肚缺陷并保证产品铸坯4的外形尺寸和内部质量。主要机理是高温钢液在结晶器2内凝固过程中，宽侧坯壳长度尺寸较大，由于坯壳凝固在水平宽度方向收缩量大，宽面的边角部从结晶器2的窄侧拉离，窄侧的中部在钢液静压力的作用下外鼓，形成了窄面鼓肚形状缺陷；窄面鼓肚和结晶器2窄面（窄面铜板+窄面足辊）保持接触，从而导致铸坯4角部刚性边缘扭转，并且使宽侧边缘附近区域和结晶器2失去接触，如果鼓肚量B＞5%D₀，根据实际生产经验和取样分析，鼓肚容易撕扯产生裂纹；如果出结晶器2后的坯壳比较薄，足辊锥度太小（或者无法和窄面铜板锥度保持一致），无法支撑窄面方向的鼓肚，铸坯4在二冷前期坯壳强度较弱，边角部存在鼓肚应力撕扯造成微小裂纹，影响铸坯4质量。

锥度提高调整值

通过下式得到：

式中，D₀为板坯公称厚度，m；

为窄面鼓肚量B和5%D₀的差值，mm；

为结晶器2单侧窄面锥度提高调整值，mm；

K为凝固系数，不同钢种凝固系数不同，18-22mm/min^0.5。

在结晶器2锥度调整过程中，热调整模块实时监测位移传感器的位移数据并反馈给控制模块，当达到锥度提高调整值

时，控制模块发送信号给热调整模块，热调整模块控制驱动装置停止。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于：包括结晶器、检测铸坯窄面鼓肚装置、结晶器锥度运算模块和控制模块，所述检测铸坯窄面鼓肚装置设于结晶器后扇形段末端出口处；

所述检测铸坯窄面鼓肚装置用于检测铸坯角部内弧棱角和相邻窄面最外侧的距离尺寸B，所述结晶器锥度运算模块用于接收检测铸坯窄面鼓肚装置传输的数据，并比较与设定值的大小后得到锥度提高调整值

，所述控制模块用于接收结晶器锥度运算模块传输的锥度提高调整值

，并控制结晶器实现对结晶器锥度的调整。

2.根据权利要求1所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于：所述检测铸坯窄面鼓肚装置为两套红外测距仪，分别设于扇形段末端出口内弧的两侧。

3.根据权利要求1所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于：所述结晶器包括在线热调整装置，所述在线热调整装置由热调整模块和热调整装置组成，所述热调整装置包括驱动装置和位移传感器，所述驱动装置通过推杆连接结晶器的两块窄边铜板，所述位移传感器设于结晶器的机架上，所述驱动装置和位移传感器均与热调整模块电信号连接，所述热调整模块与控制模块电信号连接。

4.根据权利要求1所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于：所述设定值为5%D₀，其中，D₀为板坯公称厚度。

5.根据权利要求1所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于：所述控制模块为PLC控制器。

6.根据权利要求1所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于：所述驱动装置为减速电机、液压油缸或气压油缸。

7.一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，采用权利要求3所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制装置，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）由安装在扇形段末端内弧侧的两套检测铸坯窄面鼓肚装置分别对铸坯两个窄面鼓肚量B进行测量，然后将测量的数据传输给结晶器锥度运算模块；

步骤2）结晶器锥度运算模块分别对两个窄面鼓肚量B与设定值5%D₀进行比较，当测量铸坯两个窄面鼓肚量B均不大于设定值5%D₀时，结晶器锥度不变，继续正常生产；

当测量铸坯任一个窄面鼓肚量B＞5%D₀时，结晶器锥度运算模块计算得到锥度提高调整值

，并发送数据给控制模块；

步骤3）控制模块发送指令给热调整模块，热调整模块控制热调整装置使窄边铜板进行移动，完成对结晶器锥度的调整，实现板坯窄面缺陷鼓肚和偏离角裂纹的实时在线修正。

8.根据权利要求7所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，其特征在于：锥度提高调整值

通过下式得到：

式中，D₀为板坯公称厚度，m；

为窄面鼓肚量B和5%D₀的差值，mm；

为结晶器单侧窄面锥度提高调整值，mm；

K为凝固系数，不同钢种凝固系数不同，18-22mm/min^0.5。

9.根据权利要求7所述的一种实时在线修正板坯窄面缺陷的智能控制方法，其特征在于：在结晶器锥度调整过程中，热调整模块实时监测位移传感器的位移数据并反馈给控制模块，当达到锥度提高调整值

时，控制模块发送信号给热调整模块，热调整模块控制驱动装置停止。

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