CN113714495A - 连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法 - Google Patents

连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法，属于金属铸造中间包技术领域。该方法采用直流等离子加热系统，在开浇阶段，通过升降电极与钢水液面的接触和非接触的距离，通过控制输出电压电流和等离子体介质气体输出流量和压力控制，最后随时根据电压波动偏差和弧长偏差调整，用以控制等离子电弧的起弧和稳弧。本发明给出了具体控制采用等离子体加热连铸中间包钢液的电弧控制方法，从而有效实现对连铸中间包的温度补偿。

Description

连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法
技术领域
本发明涉及一种对连铸机中间包内的金属液采用等离子加热的工艺控制方法，属于金属铸造中间包技术领域。
背景技术
在连铸工艺流程中，钢液的过热度为中间包内钢液温度与液相线温度的差值。钢水过热度是保证连铸产量和铸坯质量的关键因素。中间包内钢液过热度较高，有利于柱状晶生长，产生凝固搭桥，形成中心疏松，加重中心偏析，容易导致中心裂纹的产生。过热度较低，钢水容易被夹杂物污染，造成水口堵塞等问题。因此合理的过热度可以减少中心偏析的发生，为了保证连铸过程的顺利进行，必须精准控制钢液的过热度。而中间包浇注过程中，钢水温度波动范围大，钢液温度变化受出钢温度，以及包衬散热等因素的影响。尤其在不稳定浇注期间，钢液温降速度较快，无法实现精准控制钢液过热度。因此提出等离子加热中间包内钢水的方法，补偿中间包内钢水温降，实现过热度的精准控制。
等离子加热装置主要是通过中空电极，将工质气体电离后再复合，形成等离子弧，对钢液进行加热，通过调节加热功率，弥补钢液在浇注过程中的温度损失，来实现中间包内钢液温度的精准控制，进而实现中间包过热度的精准控制，提高铸坯质量。
中间包内的金属液处于连续流逝状态，所以要求加热升温的速度要快，热传递的效率要高。并且中间包的操作空间有限，需要高效率、并且稳定地生成等离子体弧，因此要求稳定的中间包等离子加热工艺控制方法，产生稳定的等离子体弧热源并传递到钢液中。
现有技术中公开号CN02229215的专利文献公开了一种交流等离子连铸中间包加热装置。采用中空通氩气的石墨电极作为等离子枪，用单相交流或三相交流低电压、大电流变压器提供等离子枪所需交流电源，通过石墨电极的升降、改变变压器的次级电压和载气流量等参数来调节等离子弧的功率和弧长。公开号CN 106001528的专利文献公开了一种用多石墨中空棒做电极的连铸中间包直流等离子加热装置，通过钢液液位测量设备和连续测温设备反馈控制参数，对加热功率进行调节。这二个文献未给出对中间包加热的准确完整工艺控制方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对采用现有连铸中间包直流等离子加热装置的情况，提供一种行之有效且成熟可靠的中间包加热控制方法。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：一种连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法，采用直流等离子加热系统，所述直流等离子加热系统包括阴阳电极、电极升降装置、可控硅直流电源、高频发生器，控制柜和等离子发生器和等离子体介质气体供气装置，并执行以下步骤：
一、开浇阶段
1) 当所述中间包内钢水液面达到200～300mm时，测量所述中间包内钢水温度低于设定温度范围时，将电极降至钢水液面以上50～100mm处，开启电源输出直流电给电极，控制输出电压在100V以上；
2）先将阳电极下降直至与钢水接触，此时阳电极的直流电压为0V，同时开通供气装置输出等离子体介质气体至阴电极，此时所述等离子体介质气体的流量和压力分别是5～6Nm3/h和1.5～2.0MPa；
3）将带有等离子体介质气体的阴电极下降，直到所述阴电极接近所述钢水液面上的渣层时使等离子体介质气体被电离产生等离子电弧；起弧瞬间所述电源控制输出预设恒定电流是5000A，所述电源控制输出电压下降至30V以下；
4）起弧后，提升阴电极同时控制所述电源输出电压逐步上升达到设定电压范围以使所述电弧的弧长达到设定弧长，此时所述等离子体介质气体的流量是10±0.1 Nm3/h；所述弧长与输出电压呈正比并按照设定比例值K连续调节，表达式是：弧长∝K*输出电压；
当所述阴电极的实时电压值低于设定电压范围时，所述电极升降装置提升所述阴电极；当所述阴电极的实时电压值高于设定电压范围时，所述电极升降装置下降所述阴电极，所述比例值K和设定电压范围均是根据经验取值，K=0.7，所述设定电压范围是80～250V；
二、稳定浇铸阶段
5）随后根据检测到所述电极的实时电压值与设定电压值之间的偏差调整所述电源输出电压始终稳定在所述设定电压；同时，当所述中间包的钢水液面上升或下降时，提升或下降所述阴电极使所述所述电弧的弧长达到所述设定弧长的偏差范围之内；所述设定弧长的偏差范围是10～30mm。
进一步，用于双流板坯连铸场合；所述电极是三支，所述阳电极是一支并放置在所述中间包的浇注孔内，所述阴电极是两支并放置在所述中间包的出流口上游附近。
进一步，所述电极升降装置上装设有位置信号传感器，所述中间包的承载车上装设有重量传感器，所述第4）步骤中，根据所述位置信号传感器和重量传感器的数据人工辅助判断所述弧长是否达到设定弧长。
本发明有益效果是：通过对现有中间包直流等离子加热装置使用的摸索，总结出上述一种中间包直流等离子电弧加热控制方法，尤其是通过对起弧后电弧的弧长的控制,使等离子电弧加热能够有效完成,从而可以有效完成中间包的温度补偿，进而为整个连铸生产提供帮助。
附图说明
下面结合附图对本发明的连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法作进一步说明。
图1是实施例1的中间包过热度变化曲线图。
图2是实施例2的中间包过热度变化曲线图。
图3是作为实施例2对比情况的中间包过热度变化曲线图。
具体实施方式
实施例1
某厂冶炼低碳钢，其工艺流程为：转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸生产，其液相线温度为1531℃，目标过热度为30℃，采用直流等离子加热装置，用于双流板坯连铸场合；电极是三支，阳电极是一支并放置在中间包的浇注孔内，阴电极是两支并放置在中间包的出流口上游附近，具体对中间包内的钢液加热进行温度补偿（即通过直流等离子电弧对中间包内的钢液进行加热的控制方法）的步骤如下：
一、开浇阶段
1) 当中间包内钢水液面达到200～300mm时，测量中间包内钢水温度低于设定温度范围时，将电极降至钢水液面以上50～100mm处，开启电源输出直流电给电极，控制输出电压在100V以上；
2）先将阳电极下降直至与钢水接触，此时阳电极的直流电压为0V，同时开通供气装置输出等离子体介质气体至阴电极，此时等离子体介质气体的流量和压力分别是5～6Nm3/h和1.5～2.0MPa；
3）将带有等离子体介质气体的阴电极下降，直到阴电极接近钢水液面上的渣层时使等离子体介质气体被电离产生等离子电弧，起弧瞬间电源控制输出阴电极预设恒定电流是5000A，电源控制输出电压下降至30V以下；
4）起弧后，提升阴电极同时控制电源输出电压达到设定电压以使电弧的弧长达到设定弧长，等离子体介质气体的流量是10±0.1 Nm3/h；
弧长的变化与输出电压的变化之间呈正比关系，表达式是：弧长∝K*输出电压。本实施例通过PID控制程序按照设定比例值K连续调节输出电压，以使弧长逐步变化并达到设定弧长。
当阴电极的实时电压值低于设定电压范围时，电极升降装置提升阴电极；当阴电极的实时电压值高于设定电压范围时，电极升降装置下降所述阴电极；阴电极的实时电压值与设定电压范围偏差越大，则电极升降装置提升或下降阴电极的速度越快。
比例值K和设定电压均是根据实际经验取固定值，本实施例中，K=0.7，设定电压范围是80～250V。
除了通过上述表达式来确定弧长是否达到设定弧长此外，还可以在电极升降装置上装设位置信号传感器，在中间包的承载车上装设重量传感器，然后根据位置信号传感器和重量传感器的提供的位置距离和重量数据，通过人工来辅助判断弧长是否达到设定弧长。
二、稳定浇铸阶段
5）随后根据检测到电极的实时电压值与设定电压值范围之间的偏差调整电源输出电压始终稳定在设定电压范围；同时，当中间包的钢水液面上升或下降时，提升或下降阴电极使所述电弧的弧长达到设定弧长的偏差范围之内；设定弧长的偏差范围是10～30mm。
本实施例中，加热功率在550-600kw范围内，钢液升温速率为0.73-0.86℃/min，其过热度的变化如图1所示，可以看出加热过程中，钢液过热度能够控制在目标值±3℃以内，且加热后期，能够保持过热度在±3℃范围内变化，实现了中间包过热度的精准控制。
实施例2
某厂冶炼低碳钢，其工艺流程为：转炉冶炼→LF精炼→RH精炼→连铸生产，其液相线温度为1529℃，目标过热度为30℃。具体对中间包内的钢液加热进行温度补偿的步骤与实施例1相同。不同的是：开启等离子加热11min，左右功率设置为550kw，升温8℃。其过热度的变化如图2所示，可以看出加热过程中，钢液过热度能够控制在±5℃以内，且加热后期，能够保持过热度在目标值±5℃范围内变化，实现了中间包过热度的精准控制。
与本实施例作为对比的是：当浇注过程中中间包没有加热温度补偿时，其过热度变化如图3所示。可以看出中间包内钢液温降明显，过热度变化较大，偏离目标过热度在9-17℃范围变化，会引发拉速和钢液面的不稳定，不利于非金属夹杂物的上浮，不利于提高铸坯质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但本发明并不局限于此，所有根据本发明的构思及其技术方案加以等同替换或等同改变均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法，采用直流等离子加热系统，所述直流等离子加热系统包括阴阳电极、电极升降装置、可控硅直流电源、高频发生器，控制柜和等离子发生器和等离子体介质气体供气装置，其特征在于执行以下步骤：
一、开浇阶段
1) 当所述中间包内钢水液面达到200～300mm时，测量所述中间包内钢水温度低于设定温度范围时，将电极降至钢水液面以上50～100mm处，开启电源输出直流电给电极，控制输出电压在100V以上；
2）先将阳电极下降直至与钢水接触，此时阳电极的直流电压为0V，同时开通供气装置输出等离子体介质气体至阴电极，此时所述等离子体介质气体的流量和压力分别是5～6Nm3/h和1.5～2.0MPa；
3）将带有等离子体介质气体的阴电极下降，直到所述阴电极接近所述钢水液面上的渣层时使等离子体介质气体被电离产生等离子电弧；起弧瞬间所述电源控制输出预设恒定电流是5000A，所述电源控制输出电压下降至30V以下；
4）起弧后，提升阴电极同时控制所述电源输出电压逐步上升达到设定电压范围以使所述电弧的弧长达到设定弧长，此时所述等离子体介质气体的流量是10±0.1 Nm3/h；所述弧长与输出电压呈正比并按照设定比例值K连续调节，表达式是：弧长∝K*输出电压；
当所述阴电极的实时电压值低于设定电压范围时，所述电极升降装置提升所述阴电极；当所述阴电极的实时电压值高于设定电压范围时，所述电极升降装置下降所述阴电极，所述比例值K和设定电压范围均是根据经验取值，K=0.7，所述设定电压范围是80～250V；
二、稳定浇铸阶段
5）随后根据检测到所述电极的实时电压值与设定电压值之间的偏差调整所述电源输出电压始终稳定在所述设定电压；同时，当所述中间包的钢水液面上升或下降时，提升或下降所述阴电极使所述所述电弧的弧长达到所述设定弧长的偏差范围之内；所述设定弧长的偏差范围是10～30mm。
2.根据权利要求1所述连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法，其特征在于：用于双流板坯连铸场合；所述电极是三支，所述阳电极是一支并放置在所述中间包的浇注孔内，所述阴电极是两支并放置在所述中间包的出流口上游附近。
3.根据权利要求1或2所述连铸中间包直流等离子电弧加热控制方法，其特征在于：所述电极升降装置上装设有位置信号传感器，所述中间包的承载车上装设有重量传感器，所述第4）步骤中，根据所述位置信号传感器和重量传感器的数据人工辅助判断所述弧长是否达到设定弧长。
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