CN114608320B - 一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统及方法，通过控制器根据检测口的周期性实时检测结果对第一气源、第二气源、第三气源以及第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀做出对应控制，从而保证钢液在反应过程中的顶部能够被最合适流量的氩气等保护气体所覆盖阻隔，降低与氧气接触而可能导致的非金属氧硫等非预期化合物的产品，从而进一步提高生产的大截面高速钢的凝固组织激励学性能；同时结合炉体外壁冷却液驱动功率的设置，使得在反应剧烈时能够保证足够的冷却功率下实现合适的冷却液流速控制，进一步保证大截面高速钢的生产过程稳定可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速钢的处理技术，具体涉及一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统及方法。
背景技术
在高速钢的生产流程中，实现氩气的变流量可控输入和冷却循环水流量的精准控制是成功制取Φ120-150mm等尺寸范围的大截面M2/M35 高性能高速钢产品的关键。通过大截面高速钢生产过程中氩气流量控制和冷却循环水流量的调节控制，可以有效降低因稀土镁与钢液反应过程暴露于空气中氧化及氮化而可能产生的O、S 等非金属成分的产生，改善钢中的非金属夹杂物类型、尺寸及分布，提高其纯净度。最终达到最大共晶碳化物颗粒≤18μm，不均匀度等级≤5级的目标。因此，在高速钢生产工艺过程中如何实现对氩气等保护气的输入流量控制和冷却液流量的合理控制是实现高速钢凝固组织及力学性能提高研究过程中亟待解决的技术问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，包括炉体、在所述炉体的顶部开设有进料口，在所述炉体的底部开设有出料口，在所述炉体的底部且位于出料口的一侧开设有检测口；
其特征在于：
所述炉体的外周从上至下依次套设有第一通气管、第二通气管、及第三通气管，所述第一通气管通过第一控制阀与第一气源以可启闭的方式连通，第二通气管通过第二控制阀与第二气源以可启闭的方式连通，第三通气管通过第三控制阀与第三气源以可启闭的方式连通；
所述第一气源、第二气源、第三气源、以及第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀分别与控制器连接，所述控制器能够根据检测口的检测结果对所述第一气源、第二气源、第三气源以及第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀做出对应控制；
所述第一通气管、第二通气管、及第三通气管的内壁分别连通设置有向所述炉体的内部伸出的通气口，每个所述通气口的一侧还对应设置有开口阻挡块及开口控制器，所述开口控制器与所述控制器连接，所述控制器能够通过向所述开口控制器同步或单独发送控制信号以控制所述开口阻挡块同步或单独动作；
所述炉体的外壁与内壁内部设置有冷却腔，冷却液在冷却液驱动源在驱动下由冷却腔入口进入该冷却腔后经冷却腔出口排出；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量超出第一预设阈值范围时，通过控制器控制所述第一气源、第二气源、第三气源同时打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀位于高幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至高驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第一预设阈值范围，但仍超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制所述第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于低幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至低驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制所述第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于当前开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源保持当前驱动功率输出状态；
且满足所述第一预设阈值范围所述第二预设阈值范围；
所述第一、第二、第三气源输出的保护气体为氩气。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述控制器通过向所述开口控制器同步发送控制信号以控制所述开口阻挡块同步动作时，控制开口阻挡块以彼此相同的速度调节同样的幅度。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述控制器通过向所述开口控制器单独发送控制信号以控制所述开口阻挡块单独动作时，控制开口阻挡块以彼此相同或不同的速度调节不同的幅度。
作为本发明的进一步优选实施方式，在径向上沿由外向内的方向，每个所述通气口的孔径逐步减小。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述冷却腔入口靠近所述炉体的底部设置，所述冷却腔出口靠近所述炉体的顶部设置。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述第一气源、第二气源、第三气源分别通过对应的气源输出管与气管输入管与所述第一通气管、第二通气管、及第三通气管对应连通，在所述气源输出管与气管输入管之间还连接有软管。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀分别设置于与之对应的气源输出管上。
作为本发明的进一步优选实施方式，通过控制器控制所述第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开时，第一气源的打开优先级低于第二气源的打开优先级，第二气源的打开优先级低于第三气源的打开优先级。
作为本发明的进一步优选实施方式，所述控制器控制冷却液驱动源的动作先于控制器控制各气源及各控制阀的动作。
作为本发明的进一步优选实施方式，本发明还提供一种用于大截面高速钢生产工艺的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将钢液由顶部进料口送入炉体，并经由炉体底部检测口对炉体内部钢液进行抽样检测；
2）当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量超出第一预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源同时打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀位于高幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至高驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第一预设阈值范围，但仍超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于低幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至低驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于当前开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源保持当前驱动功率输出状态；
且满足第一预设阈值范围第二预设阈值范围；
3）将抽样检测合格的钢液由底部出料口从炉体内部排出。
相较于现有技术，本发明能够实现的有益效果包括：
（1）本发明提供一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统及方法，通过控制器根据检测口的周期性实时检测结果对第一气源、第二气源、第三气源以及第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀做出对应控制，从而保证钢液在反应过程中的顶部能够被最合适流量的氩气等保护气体所覆盖阻隔，降低与空气接触而可能导致的非金属氧硫等非预期化合物的产品，从而进一步提高生产的大截面高速钢的凝固组织激励学性能；同时结合炉体外壁冷却液驱动功率的设置，使得在反应剧烈时能够保证足够的冷却功率下实现合适的冷却液流速控制，进一步保证大截面高速钢的生产过程稳定可靠。
附图说明
图1为本发明一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统的结构示意图；
图2为本发明第一、第二、第三通气管的结构示意图；
图3为本发明炉体的结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
[实施例1]
如图1-3所示为本发明实施例1所提供的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，
如图1所示该系统包括炉体1、在炉体1的顶部开设有进料口11，在炉体1的底部开设有出料口12，在炉体1的底部且位于出料口12的一侧开设有检测口13；钢液经由进料口11送入炉体1内部，经由检测口13对钢液中的成分进行周期性检测，当检测合格后，钢液经由炉体1底部的出料口12流出。
如图3所示，炉体1的外壁14与内壁15内部设置有冷却腔16，冷却液在冷却液驱动源在驱动下由冷却腔入口进入该冷却腔16后经冷却腔出口排出；在本实施例中作为优选，冷却腔入口靠近炉体1的底部设置，冷却腔出口靠近所述炉体1的顶部设置，这是由于炉体内部钢液往往集聚于炉体的底部设置，冷却腔入口靠近炉体1的底部设置可以更有利于刚进入冷却腔的冷却液与炉体内部进行热量交换，从而进一步保证炉体内部反应和制备环境的稳定。
如图1-2所示，炉体1的外周从上至下依次套设有第一通气管2、第二通气管3、及第三通气管4，第一通气管2通过第一控制阀22与第一气源21以可启闭的方式连通，第二通气管3通过第二控制阀32与第二气源31以可启闭的方式连通，第三通气管4通过第三控制阀42与第三气源41以可启闭的方式连通； 第一气源21、第二气源31、第三气源41、以及第一控制阀22、第二控制阀32、第三控制阀42分别与控制器C连接，控制器C能够根据检测口13的检测结果对第一气源21、第二气源31、第三气源41以及第一控制阀22、第二控制阀32、第三控制阀42做出对应控制；
在本实施例中，第一通气管2、第二通气管3、及第三通气管4采用相同的结构，因此如图3所示，仅以第一通气管2为例，
第一通气管2、第二通气管3、及第三通气管4包括与炉体1的外壁形状配合的呈环形的中空本体26，本体26的内壁分别连通设置有向炉体1的内部伸出的通气口27，在径向上沿由外向内的方向，每个所述通气口的孔径逐步减小，这样设置的目的在于能够实现通气的同时实现对氩气等保护气体的引流和汇集；在每个通气口27的一侧还对应设置有开口阻挡块29及开口控制器28，开口控制器与控制器C连接，控制器C能够通过向开口控制器同步或单独发送控制信号以控制开口阻挡块同步或单独动作从而实现每个通气口27的通气孔径的调节；作为其中一种实施方案，控制器C通过向所述开口控制器同步发送控制信号以控制所述开口阻挡块同步动作时，控制开口阻挡块以彼此相同的速度调节同样的幅度，该控制方式在调节容易实现、调节同步稳定的基础上，也便于检修及维护；作为其中另一种实施方案，所述控制器C通过向所述开口控制器单独发送控制信号以控制所述开口阻挡块单独动作时，控制开口阻挡块以彼此相同或不同的速度调节不同的幅度，该方案的好处在于能够实现一些特殊工况需要下的调节功能，例如当第一、第二、第三气源在炉体的外周360度方向上呈等间距（即半径及两两圆周角相同）均匀排布时，通过在第一通气管2、第二通气管3、及第三通气管4在圆周360度方向上等间距位置的通气口27打开幅度相同时，能够实现氩气等保护气体以类似涡流的方式进入炉体内部的钢液中，在提供保护的同时也能够促进内部钢液的搅拌流动以保证反应的充分发生。
第一气源21、第二气源31、第三气源41分别通过对应的气源输出管23与气管输入管25与第一通气管、第二通气管、及第三通气管内部对应连通，在所述气源输出管与气管输入管之间还连接有软管24，软管的柔性连接作用可以有效避免气源启动时大功率的气体输出对硬质管道内壁可能造成的损坏及异响，作为本实施例的优选，所述第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）分别设置于与之对应的气源输出管上，通过各控制阀调节各气源对应输出的保护气体的流量大小。
当通过检测口13检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量超出第一预设阈值范围时，通过控制器C控制第一气源21、第二气源31、第三气源41同时打开，同时控制第一控制阀22、第二控制阀32、第三控制阀42位于高幅开启状态，并通过控制器C控制冷却液驱动源切换至高驱动功率输出状态；此时非金属夹杂物含量较高，说明钢液未与空气充分隔绝，需要快速通入足量的氩气以保证反应的发生；同时保护气体的通入会加剧钢液搅拌因此促进反应的进一步发生因而需要更高的冷却功率来实现冷却；
当通过检测口13检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第一预设阈值范围，但仍超出第二预设阈值范围时，通过控制器C控制第一气源21、第二气源31、第三气源41其中任一气源打开，同时控制第一控制阀22、第二控制阀32、第三控制阀42中的对应控制阀位于低幅开启状态，并通过控制器C控制冷却液驱动源切换至低驱动功率输出状态；此时非金属夹杂物含量适当降低但仍超标，说明钢液与空气开始隔绝但并不充分，仍需要通入适量的氩气以保证反应的发生；同时需要保证一定的冷却功率实现冷却效果；
当通过检测口13检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第二预设阈值范围时，通过控制器C控制第一气源21、第二气源31、第三气源41其中任一气源打开，同时控制第一控制阀22、第二控制阀32、第三控制阀42中的对应控制阀位于当前开启状态，并通过控制器C控制冷却液驱动源保持当前驱动功率输出状态；此时非金属夹杂物含量符合要求，说明钢液与空气已经充分隔绝，按当前方式通入适量的氩气和冷却功率即可保证反应的稳定发生。
在本实施例中，满足第一预设阈值范围第二预设阈值范围；且第一、第二、第三气源输出的保护气体为氩气。
在此基础上，作为本实施例的优选，通过控制器C控制第一气源21、第二气源31、第三气源41其中任一气源打开时，第一气源21的打开优先级低于第二气源31的打开优先级，第二气源31的打开优先级低于第三气源41的打开优先级，由于氩气；这是由于炉体内部钢液往往集聚于炉体的底部设置，优先打开位于底部的第三气源更有利于接近炉体底部钢液从而更快速形成内部的气体保护环境。
作为本实施例的另一优选，所述控制器C控制冷却液驱动源的动作先于控制器C控制各气源及各控制阀的动作，为冷却液的循环流动提供了时间，同时为通入保护气体后的钢液反应提供了先冷却的环境，以促进反应过程的进一步稳定。
[实施例2]
本发明实施例2还提供一种用于大截面高速钢生产工艺的控制方法，包括以下步骤：
1）将钢液由顶部进料口送入炉体，并经由炉体底部检测口对炉体内部钢液进行抽样检测；
2）当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量超出第一预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源同时打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀位于高幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至高驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第一预设阈值范围，但仍超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于低幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至低驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于当前开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源保持当前驱动功率输出状态；
且满足第一预设阈值范围第二预设阈值范围；
3）将抽样检测合格的钢液由底部出料口从炉体内部排出。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (10)
1.一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，包括炉体（1）、在所述炉体（1）的顶部开设有进料口（11），在所述炉体（1）的底部开设有出料口（12），在所述炉体（1）的底部且位于出料口（12）的一侧开设有检测口（13）；
其特征在于：
所述炉体（1）的外周从上至下依次套设有第一通气管（2）、第二通气管（3）、及第三通气管（4），所述第一通气管（2）通过第一控制阀（22）与第一气源（21）以可启闭的方式连通，第二通气管（3）通过第二控制阀（32）与第二气源（31）以可启闭的方式连通，第三通气管（4）通过第三控制阀（42）与第三气源（41）以可启闭的方式连通；
所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）、以及第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）分别与控制器（C）连接，所述控制器（C）能够根据检测口（13）的检测结果对所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）以及第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）做出对应控制；
所述第一通气管（2）、第二通气管（3）、及第三通气管（4）的内壁分别连通设置有向所述炉体（1）的内部伸出的通气口，每个所述通气口的一侧还对应设置有开口阻挡块及开口控制器，所述开口控制器与所述控制器（C）连接，所述控制器（C）能够通过向所述开口控制器同步或单独发送控制信号以控制所述开口阻挡块同步或单独动作；
所述炉体（1）的外壁（14）与内壁（15）内部设置有冷却腔（16），冷却液在冷却液驱动源在驱动下由冷却腔入口进入该冷却腔（16）后经冷却腔出口排出；
当通过检测口（13）检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量超出第一预设阈值范围时，通过控制器（C）控制所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）同时打开，同时控制第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）位于高幅开启状态，并通过控制器（C）控制冷却液驱动源切换至高驱动功率输出状态；
当通过检测口（13）检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第一预设阈值范围，但仍超出第二预设阈值范围时，通过控制器（C）控制所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）其中任一气源打开，同时控制第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）中的对应控制阀位于低幅开启状态，并通过控制器（C）控制冷却液驱动源切换至低驱动功率输出状态；
当通过检测口（13）检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第二预设阈值范围时，通过控制器（C）控制所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）其中任一气源打开，同时控制第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）中的对应控制阀位于当前开启状态，并通过控制器（C）控制冷却液驱动源保持当前驱动功率输出状态；
且满足所述第一预设阈值范围所述第二预设阈值范围；
所述第一、第二、第三气源输出的保护气体为氩气。
2.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：所述控制器（C）通过向所述开口控制器同步发送控制信号以控制所述开口阻挡块同步动作时，控制开口阻挡块以彼此相同的速度调节同样的幅度。
3.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：所述控制器（C）通过向所述开口控制器单独发送控制信号以控制所述开口阻挡块单独动作时，控制开口阻挡块以彼此相同或不同的速度调节不同的幅度。
4.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：在径向上沿由外向内的方向，每个所述通气口的孔径逐步减小。
5.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：所述冷却腔入口靠近所述炉体（1）的底部设置，所述冷却腔出口靠近所述炉体（1）的顶部设置。
6.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）分别通过对应的气源输出管与气管输入管与所述第一通气管（2）、第二通气管（3）、及第三通气管（4）对应连通，在所述气源输出管与气管输入管之间还连接有软管。
7.根据权利要求6所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：所述第一控制阀（22）、第二控制阀（32）、第三控制阀（42）分别设置于与之对应的气源输出管上。
8.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：通过控制器（C）控制所述第一气源（21）、第二气源（31）、第三气源（41）其中任一气源打开时，第一气源（21）的打开优先级低于第二气源（31）的打开优先级，第二气源（31）的打开优先级低于第三气源（41）的打开优先级。
9.根据权利要求1所述的一种用于大截面高速钢生产工艺的控制系统，其特征在于：所述控制器（C）控制冷却液驱动源的动作先于控制器（C）控制各气源及各控制阀的动作。
10.一种用于大截面高速钢生产工艺的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将钢液由顶部进料口送入炉体，并经由炉体底部检测口对炉体内部钢液进行抽样检测；
2）当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量超出第一预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源同时打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀位于高幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至高驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第一预设阈值范围，但仍超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于低幅开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源切换至低驱动功率输出状态；
当通过检测口检测得到的钢液中非金属夹杂物的含量未超出第二预设阈值范围时，通过控制器控制第一气源、第二气源、第三气源其中任一气源打开，同时控制第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀中的对应控制阀位于当前开启状态，并通过控制器控制冷却液驱动源保持当前驱动功率输出状态；
且满足第一预设阈值范围第二预设阈值范围；
3）将抽样检测合格的钢液由底部出料口从炉体内部排出。
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