CN115090847A - 一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统及方法，包括喷淋冷却装置；通过位于窄面足辊边部、供水独立于原有中间喷嘴组件的窄面足辊边部喷淋组件对板坯角部喷淋冷却；水路控制模块，用于控制阀组；检测元件模块与水路控制模块和检测元件模块进行数据交互的远程终端；所述远程终端接收检测元件模块的工作数据，并对工作数据进行分析处理，进而控制水路控制模块的工作状态。本发明满足工业化大生产过程，达到弥散铸坯角部微合金碳氮化物析出并快速铁素体化转变其组织以细化晶粒，提高铸坯角部抗裂纹能力的目的，同时克服已有连铸坯角部强冷技术对后续连铸工艺改动量大、实际工业化实施困难等缺点。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢连铸领域，具体涉及一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统及控制方法。
背景技术
微合金钢具有高强、高韧、易焊接等优异性能，其板材广泛应用于能源石化、交通运输、海洋工程的领域，是当前国内外钢铁企业生产的主力产品之一。然而，在实际微合金钢板坯连铸生产过程，其铸坯角部频发横裂纹缺陷，致使其后续轧材产生严重表面质量缺陷，给企业带来了巨大的经济损失，是制约微合金钢高质和高效化生产亟待解决的共性技术难题。
研究表明，造成微合金钢连铸板坯角横裂纹高发的主要原因是：在现有板坯连铸工艺下，铸坯在凝固过程中极易形成粗大的奥氏体晶粒，并在随后的冷却过程中，钢中的Nb、Al、V等微合金元素与C，N等元素结合形成碳化物、氮化物或碳氮化物，于组织晶界呈链状形式集中析出。与此同时，当铸坯角部温度进一步降低降至铁素体转变温度时，粗大的奥氏体晶界将生成网状先共析铁素体膜。由于铁素体相对奥氏体较软，受“软/硬”相综合作用，当铸坯进入矫直区时，在矫直应力等作用下，极易在铸坯角部组织晶界因应力集中而引发横裂纹缺陷。为此，抑制板坯连铸过程角部组织晶界呈链状集中析出微合金碳氮化物、并细化其奥氏体晶粒，是从控制微合金钢板坯角横裂纹发生的关键。
理论与实践研究均表明，在微合金碳氮化物析出“鼻子点”温度下以≥5℃/s的冷却速度快速冷却钢组织，可弥散其微合金碳氮化物于组织基体中析出，从而解决微合金钢凝固过程碳氮化物于晶界集中析出脆化晶界的难题。当前，国内外含Nb、B、Al等主流微合金钢板坯连铸生产，其微合金碳氮化物的析出“鼻子点”主要位于900～970℃(含V碳氮化物的析出“鼻子点”温度约为750～820℃)。对照微合金钢板坯连铸过程角部温度沿铸流方向的演变可知，其最佳快冷却的铸流位置在出结晶器后的连铸机窄面足辊区内。
同样研究表明，细化钢奥氏体组织晶粒的有效方法是在其奥氏体化温度以上，以超过5℃/s的冷速超快冷却其组织至完全铁素体化温度，而后以＞3℃/s的回温速度使其再次回温至完全奥氏体化温度，使组织完成γ→α→γ循环相变。同样，对照微合金钢板坯连铸过程角部温度沿铸流方向的演变可知，满足铸坯角部发生γ→α→γ循环相变的最佳控冷区域为连铸机立弯段之前，即铸坯角部最佳快速冷却的铸流位置亦为出结晶器的连铸机窄面足辊区。
然而，在实际板坯连铸生产中，连铸机窄面足辊段内的喷淋仅为中间单列喷嘴结构，受喷嘴喷射角度及水量分布特性的限制，喷射出的扇面冷却水无法高效冷却铸坯角部。基于现有板坯连铸机窄面足辊结构，在其已有中间单列喷嘴冷却结构基础上，在其对应的各排喷嘴两侧新增2个拥有独立供水回路并可水量自动控制、集中针对铸坯窄面内弧和外弧角部区域进行强制喷淋冷却的喷嘴，可实现微合金钢板坯连铸过程高温铸坯角部强冷控制。
当前，针对连铸板坯角部强冷却控制主要通过整体增加铸坯整个宽面或窄面的水量。例如，专利号为201010259985.1的发明专利，公开了一种在连铸机垂直段内整体增大铸坯宽面与窄面水量2～5倍的方法，使铸坯表面以3～10℃/s的冷却速冷却。然而，整体大幅增加连铸坯宽面与窄面冷却水量，实践表明，该方法极易造成铸坯宽面纵裂纹缺陷，且对铸坯角部局部的强冷却作用效果有限。同时，强化铸坯在垂直段内的宽面与窄面冷却，将加速铸坯凝固，使铸坯凝固终点位置提前，从而改变铸坯凝固末端压下等工艺。专利号为201210348907.8的发明专利，公开了一种降低微合金钢板坯角部横裂纹的二次冷却控制方法，通过整体增加出结晶器后铸坯的冷却强度，使铸坯表面以3～8℃/s的冷却速度冷却。同样，专利号为201810964557.5的发明专利，公开了一种消除冷轧基料铸坯角部横裂纹的方法，通过整体强冷足辊段内的铸坯，使铸坯表层析出物固溶于基体中。申请号为201210348907.8和201810964557.5的发明专利与申请号201010259985.1的专利思想类似，同样采用整体增大二冷高温区内连铸坯的冷却水量实现其角部强冷。实际实施过程，同样存在引发铸坯表面纵裂纹、改变铸坯凝固末端位置、以及角部局部强冷却效果不佳的缺点。
专利号为201510005720.1的发明专利，公开了一种在连铸机窄面足辊区下方的立弯段两侧，安装适应铸坯宽度变化且水量独立调控的针对铸坯角部强喷淋冷却系统，强冷细化铸坯角部组织晶粒。针对铸坯角部强冷却的喷淋架是通过一水平驱动装置，实现其喷嘴对准不同宽度的铸坯角部强喷淋冷却。然而，实际板坯连铸立弯段内的空间狭小，难以在其内增加伸缩控制驱动装置实现对喷淋架的整体水平移动。同时，立弯段为高温蒸汽环境，驱动结构难以长时间服役。
鉴于专利号为201510005720.1专利喷淋架难以驱动的不足，专利号为201510534316.3的发明专利，公开了一种通过在连铸机窄面足辊区的末端加装3～7组针对铸坯内弧与外弧角部强喷淋冷却的喷嘴，以强冷却铸坯角部的连铸坯角部组织晶粒细化的控制系统及方法。在该专利中，强冷却喷淋架以固定连接方式安装在窄面足辊的下方。但在实际生产中，结晶器及其窄面足辊延长喷淋架需由天车吊装入连铸机狭小的铸流内，在装入时，极易因天车晃动而撞坏该延长强冷却喷淋架。同时，带有延长强冷却喷淋架的结晶器停放需新建专用的结晶器存放台。
而专利号为201810329636.9的发明专利，公开了一种微合金钢薄板坯角部裂纹控制装备与工艺，该控制装备包括新增结晶器窄面下口强喷淋系统，使薄板坯角部以20℃/s～35℃/s的平均冷却速度强冷却铸坯边角部，从而弥散薄板坯角部微合金碳氮化物析出，并细化薄板坯角部组织晶粒。但薄板坯连铸机与常规板坯、宽厚板坯、以及特厚板坯连铸机的结构相差较大，薄板坯连铸机结晶器窄面下方无足辊结构，该专利仅需在薄板坯结晶器窄面下方增加一组针对铸坯内弧与外弧角部强冷喷淋的交错式布局喷淋架即可。而常规板坯、宽厚板坯、以及特厚板坯连铸机的窄面下方是带有侧导辊、窄面喷嘴等复杂结构的窄面足辊。专利号为201820702023.0的发明专利，同样公开了一种与专利号为201810329636.9相似、在薄板坯结晶器窄面下方增加一组针对薄板坯内弧与外弧角部交错式布局的强冷喷淋结构，其亦仅适用于薄板坯连铸机。
专利号为201911192737.7的发明专利，公开了一种控制连铸板坯角部奥氏体晶粒尺寸的方法和装置。该装置通过缩短结晶器窄面铜板，并在其下方足辊区安装多排强喷淋喷嘴。其中，上部喷嘴向下倾斜与铸坯表面成30～80°夹角，下部喷嘴垂直铸坯表面喷淋，提高铸坯出结晶器后窄面的冷却强度，细化连铸坯角部奥氏体晶粒。但该足辊强喷淋装置亦是强冷却整个铸坯窄面。同时，其延长的喷淋结构，亦与专利号为201510534316.3的发明专利类似，不利于结晶器上线安装。
此外，题分别为“微合金钢连铸坯角部裂纹控制技术研发及应用”和“含铌微合金钢连铸坯角部裂纹控制二冷新工艺”的学术论文中，开发出了一种立足于结晶器窄面足辊的铸坯角部强冷却结构，其虽然针对铸坯角部局部强冷却并独立回路控制，但从图中可以看出，该控冷结构仍然是通过一对安装在窄面足辊下方针对铸坯内弧角部或内弧与外弧角部喷淋的喷淋架，其实质是专利号为201510534316.3的一种实际应用。
为了确保不同断面板坯角部在连铸生产过程均可实现强冷却控制，弥散化其微合金碳氮化物析出和细化钢组织晶粒，并最大程度降低该强冷工艺所引入的后续生产工艺改变和实际实施难度，亟需开发一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统及控制方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种为了满足工业化大生产过程，不同微合金钢种及其不同断面尺寸连铸板坯角部在连铸机窄面足辊区内的喷淋冷却，达到弥散铸坯角部微合金碳氮化物析出并快速铁素体化转变其组织以细化晶粒，提高铸坯角部抗裂纹能力的目的，同时克服已有连铸坯角部强冷技术对后续连铸工艺改动量大、实际工业化实施困难等缺点，本发明提出了一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统及控制方法。
本发明是这样实现的，一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，其特征在于，包括：
喷淋冷却装置，设置在出结晶器后窄面足辊框架上；通过供水独立于原有中间喷嘴组件的针对铸坯内弧与外弧窄面角部的边部喷淋组件对板坯角部喷淋冷却；水路控制模块，包括PLC控制系统、用于控制边部喷淋组件水量的阀组；检测元件模块，用于检测边部喷淋组件水量；与水路控制模块和检测元件模块进行数据交互的远程终端；其中：所述远程终端接收检测元件模块的工作数据，并对工作数据进行分析处理，进而控制水路控制模块的工作状态。
优选的，所述边部喷淋组件通过外部供水管路与二冷水阀站内的二冷主供水管道相连，所述外部供水管路上安装由截止阀、气动调节阀构成的阀组以及用于监控流量的流量计；所述边部喷淋组件包括设置在窄面足辊框架内的边部喷淋供水通道；边部喷淋供水通道平行于原有中间喷嘴组件的供水通道；所述边部喷淋供水通道竖直通至原有中间喷嘴组件的供水通道的最上面的或者倒数第二个喷嘴的高度平齐；在原有中间喷嘴组件的同侧足辊面的同一高度两侧安装边部喷淋组件的喷淋管，各喷淋管与所述边部喷淋供水通道相连通，每个边部喷淋管的末端均安装有喷嘴。
优选的，上述远程终端包括工控机和与人机交互模块，其中：工控机用于输入当前所浇铸的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量的参数信息；所述的人机交互模块包括系统维护后台、实时工况信息显示与操作前台界面构成。
优选的，所述系统维护后台包括数据通讯模块、数据实时采集模块、水表设定模块、流量标定模块、水量实时下发模块、数据存储模块、历史数据查询模块；其中：数据通讯模块用于工控机与PLC控制系统间的实时通讯，并给出当前通讯状态；数据实时采集模块用于实时采集当前连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量数据，数据采集周期一般选择0.5～3s；水表设定模块用于新建拉速和水量对应关系的新建水表、修改并保存该水表；水表中的拉速和水量数据由对应钢种在各拉速下满足铸坯角部皮下0～10mm深度范围组织以≥5℃/s冷却速度快速实现γ→α相变并弥散微合金碳氮化物析出的水量所确定；流量标定模块用于标定调节阀开度与流量关系，使得实时工况信息显示与操作前台界面在选择调节阀开度水量下发模式或流量水量下发模式下，均可准确下发要求的水量；水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表和水量下发模式，关联调用选中的水表，并准确下发与当前拉速匹配的冷却水量；数据存储模块用于将对应数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中，数据存储长度可由系统设定；历史数据查询模块，根据实时工况信息显示与操作前台界面所选择的数据查询方式、数据查询范围，调用数据存储数据库，提取拟查询的数据；
优选的，所述实时工况信息显示与操作前台界面包括实时工况显示区和操作区两部分；其中：所述实施工况显示区，采用数字与曲线形式实时显示连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量、以及设定下发水量信息；所述操作区，包括水量下发模式选择下拉列表、安全水量设定按钮、水表选择下拉列表、历史数据查询按钮、后台维护按钮、系统退出按钮构成；其中，水量下发模式选择下拉列表中包括调节阀开度水量下发模式、流量水量下发模式、安全水量模式；选中调节阀开度水量下发模式和流量水量下发模式，系统均根据经流量标定模块标定后的调节阀开度与水量间的关系，由水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表，准确下发水表中与当前拉速匹配的水量；安全水量模式为各拉速下，水量实时下发模块均下发同一个固定水量值，水量值设定40～80L/min，该值由安全水量设定按钮设定和修改；水表选择下拉列表用于自动关联维护后台所建立的水表；经水表选择下拉列表选中水表后，水量实时下发模块将匹配对应名称的水表，并根据当前拉速按照水量下发模式选择列表所选中的模式，准确下发水量；历史数据查询按钮，供操作人员按照时间段或单炉号与多炉号查询的方式，以曲线、数据表的形式提供拟查询的炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量的部分或全部信息的功能；后台维护按钮，提供进入系统维护后台的通道；系统退出按钮，退出并关闭系统。
本发明还公开一种出结晶器后板坯角部强喷淋冷却控制方法；其特征在于：包括如下步骤：
S1、控制系统启动后，后台维护界面通过与PLC控制系统间的通讯模块，判定工控机与PLC控制系统是否通讯良好；如果通讯失败，则提示通讯失败，否则读取上次系统关闭前保存的调节阀开度与流量关系和安全水量；
S2、A、若需要进行调节阀开度与流量关系重新标定，则进入流量标定模块，并基于数据实时采集模块实时采集空载条件下的调节阀开度与流量计流量数据，进行流量重新标定并保存；
B、若需要修订安全水量，则设置新的安全水量；
C、若A和B均不需要，则根据当前连铸钢种，确定是否需新建或修订水表，如果需要，则进入水表设定模块，新建或修订水表；否则，进入水表选择下拉列表和水量下发模式下拉列表，选定对应的水表和水量下发模式，水量实时下发模块根据所选择的水表与水量下发模式，经PLC控制系统实时下发不同拉速水量下的调节阀开度，为所述的强喷淋结构准确下发冷却水量，并将对应各数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中。
本发明具有的优点和技术效果：
由于本发明采用上述技术方案，具有以下优点：
(1)本发明可有效强冷却板坯连铸机窄面足辊区内微合金钢连铸坯角部，满足铸坯角部组织循环相变晶粒细化与微合金碳氮化物弥散析出工艺的强冷却要求；
(2)本发明针对连铸板坯角部强喷淋的冷却结构与窄面足辊框架一体，可随连铸机窄面足辊在线无极调宽，无需额外驱动结构而适应不同铸坯断面宽度尺寸生产要求；
(3)所发明的针对铸坯内弧与外弧角部强喷淋的窄面足辊冷却结构简单，现场易实施；
(4)适用的连铸板坯厚度范围宽，可满足具有结晶器窄面足辊结构的150mm及其以上厚度的常规、宽厚以及特厚板坯连铸生产。
综上所述，本发明根据不同微合金钢种及其不同断面尺寸连铸板坯角部在连铸机窄面足辊区内的强喷淋冷却，达到弥散铸坯角部微合金碳氮化物析出并快速铁素体化转变其组织以细化晶粒，提高铸坯角部抗裂纹能力的目的，同时克服已有连铸坯角部强冷技术对后续连铸工艺改动量大、实际工业化实施困难等缺点。
附图说明
图1为本发明实施例提供的铸坯角部喷淋冷却组件结构示意图；
图2为本发明角部喷淋供水通道设置位置结构示意图；
图3为本发明铸坯角部喷淋冷却组件安装位置结构示意图；
图4为发明铸坯角部喷淋冷却组件与已有中间单列喷嘴和铸坯位置结构示意图；
图5是系统维护后台控制框图；
图6为本发明实施例提供的一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统运行原理与逻辑框图。
图中、1、窄面足辊框架；1-1、窄面足辊延长框架；1-2、横向供水连通水道；2、原有中间喷嘴组件；3、边部喷淋组件；3-1、边部喷淋供水通道；3-2、喷淋管；3-3、喷嘴；4、外部供水管路；4-1、截止阀；4-2、气动调节阀；4-3、流量计；5、接水点；6、工控机；7、PLC控制系统；8、铸坯。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1至图4，一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，包括：
喷淋冷却装置，设置在出结晶器后窄面足辊框架1上；通过位于供水独立于原有中间喷嘴组件2的针对铸坯内弧与外弧窄面角部的边部喷淋组件3对板坯角部喷淋冷却；所述边部喷淋组件通过外部供水管路4连接二冷水阀站内的二冷主供水管道相连；
水路控制模块，包括PLC控制系统、用于控制边部喷淋组件3水量的阀组；所述阀组包括用于开启或关闭管路的截止阀4-1、调节流量大小的调节阀4-2；
检测元件模块，用于检测边部喷淋组件水量；检测元件模块一般至少包括流量计4-3；
与水路控制模块和检测元件模块进行数据交互的远程终端；其中：
所述远程终端接收检测元件模块的工作数据，并对工作数据进行分析处理，进而控制水路控制模块的工作状态。
所述边部喷淋组件通过外部供水管路与二冷水阀站内的二冷主供水管道相连，所述外部供水管路上安装由截止阀、气动调节阀构成的阀组以及用于监控流量的流量计；所述边部喷淋组件包括设置在窄面足辊框架内的边部喷淋供水通道3-1；边部喷淋供水通道平行于原有中间喷嘴组件的供水通道；所述边部喷淋供水通道竖直通至原有中间喷嘴组件的供水通道的最上面的或者倒数第二个喷嘴的高度平齐；在原有中间喷嘴组件的同侧足辊面的同一高度两侧安装边部喷淋组件的喷淋管3-2，各喷淋管与所述边部喷淋供水通道相连通，每个边部喷淋管的末端均安装有喷嘴3-3。
优选的，在窄面足辊框架的背面对应边部喷淋供水通道位置设有接水点，上述外部供水管路铺设至结晶器振动框架附近再分成两路，分别通过金属软管连接两条边部喷淋供水通的接水点。
优选的，所述窄面足辊框架的下部密封焊接有窄面足辊延长框架1-1，所述窄面足辊延长框架内横向设有横向供水连通水道1-2，所述窄面足辊延长框架在竖直方向设有与边部喷淋供水通道接水点连通的进水口；所述横向供水通道连接外部供水管路。
优选的，接水点的接口尺寸小于外部供水管路的尺寸；所述外部供水管路的尺寸为DN50或者DN65；对应接水点接口的尺寸为DN40或者DN50；所述边部喷淋供水通道的直径设计为25～40mm；所述喷淋管的直径为10～20mm。
优选的，外弧喷淋供水通道和内弧喷淋供水通道距离足辊框架的足辊面的侧框架边的距离为5-30mm。
优选的，所述喷嘴沿窄面足辊高度方向内设有3～5排，且在每排中喷嘴与中间喷嘴平齐或者上下偏移5～20mm。
优选的，内弧喷淋管连接内弧喷嘴端的延长线与铸坯窄面角部至窄面中心方向0～20mm区域相交；
优选的，所述喷嘴的末端与铸坯窄面间的垂直距离为50～100mm。
优选的，喷嘴喷射出的冷却水在铸坯内弧与外弧窄面角部至其中心方向的作用宽度为40～80mm。
优选的，所述喷嘴采用矩形或圆锥形喷嘴；所述喷嘴的喷射角度为45～90°。
优选的，上述远程终端包括工控机和与人机交互模块，其中：工控机用于输入当前所浇铸的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量的参数信息；所述的人机交互模块包括系统维护后台、实时工况信息显示与操作前台界面构成。
上述远程终端采用如下优选技术方案，包括工控机和与人机交互模块，其中：工控机用于输入当前所浇铸的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量的参数信息；所述的人机交互模块包括系统维护后台、实时工况信息显示与操作前台界面构成。
优选的，请参阅图5，所述系统维护后台包括数据通讯模块、数据实时采集模块、水表设定模块、流量标定模块、水量实时下发模块、数据存储模块、历史数据查询模块；其中：数据通讯模块用于工控机与PLC控制系统间的实时通讯，并给出当前通讯状态；数据实时采集模块用于实时采集当前连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量数据，数据采集周期一般选择0.5～3s；水表设定模块用于新建拉速和水量对应关系的新建水表、修改并保存该水表；水表中的拉速和水量数据由对应钢种在各拉速下满足铸坯角部皮下0～10mm深度范围组织以≥5℃/s冷却速度快速实现γ→α相变并弥散微合金碳氮化物析出的水量所确定；流量标定模块用于标定调节阀开度与流量关系，使得实时工况信息显示与操作前台界面在选择调节阀开度水量下发模式或流量水量下发模式下，均可准确下发要求的水量；水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表和水量下发模式，关联调用选中的水表，并准确下发与当前拉速匹配的冷却水量；数据存储模块用于将对应数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中，数据存储长度可由系统设定；历史数据查询模块，根据实时工况信息显示与操作前台界面所选择的数据查询方式、数据查询范围，调用数据存储数据库，提取拟查询的数据；
优选的，所述实时工况信息显示与操作前台界面包括实时工况显示区和操作区两部分；其中：所述实施工况显示区，采用数字与曲线形式实时显示连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量、以及设定下发水量信息；所述操作区，包括水量下发模式选择下拉列表、安全水量设定按钮、水表选择下拉列表、历史数据查询按钮、后台维护按钮、系统退出按钮构成；其中，水量下发模式选择下拉列表中包括调节阀开度水量下发模式、流量水量下发模式、安全水量模式；选中调节阀开度水量下发模式和流量水量下发模式，系统均根据经流量标定模块标定后的调节阀开度与水量间的关系，由水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表，准确下发水表中与当前拉速匹配的水量；安全水量模式为各拉速下，水量实时下发模块均下发同一个固定水量值，水量值设定40～80L/min，该值由安全水量设定按钮设定和修改；水表选择下拉列表用于自动关联维护后台所建立的水表；经水表选择下拉列表选中水表后，水量实时下发模块将匹配对应名称的水表，并根据当前拉速按照水量下发模式选择列表所选中的模式，准确下发水量；历史数据查询按钮，供操作人员按照时间段或单炉号与多炉号查询的方式，以曲线、数据表的形式提供拟查询的炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量的部分或全部信息的功能；后台维护按钮，提供进入系统维护后台的通道；系统退出按钮，退出并关闭系统。
本发明还公开一种出结晶器后板坯角部强喷淋冷却控制方法；包括如下步骤，请参阅图6：
S1、控制系统启动后，后台维护界面通过与PLC控制系统间的通讯模块，判定工控机与PLC控制系统是否通讯良好；如果通讯失败，则提示通讯失败，否则读取上次系统关闭前保存的调节阀开度与流量关系和安全水量；
S2、A、若需要进行调节阀开度与流量关系重新标定，则进入流量标定模块，并基于数据实时采集模块实时采集空载条件下的调节阀开度与流量计流量数据，进行流量重新标定并保存；
B、若需要修订安全水量，则设置新的安全水量；
C、若A和B均不需要，则根据当前连铸钢种，确定是否需新建或修订水表，如果需要，则进入水表设定模块，新建或修订水表；否则，进入水表选择下拉列表和水量下发模式下拉列表，选定对应的水表和水量下发模式，水量实时下发模块根据所选择的水表与水量下发模式，经PLC控制系统实时下发不同拉速水量下的调节阀开度，为所述的强喷淋结构准确下发冷却水量，并将对应各数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中。
本发明优选实施例如下：
本发明公开的一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，包括喷淋冷却装置、水路控制模块，检测元件模块以及远程终端；
水路控制模块，包括PLC控制系统、用于控制中间喷嘴组件、边部喷淋组件工作状态的阀组；所述阀组包括用于开启或关闭管路的截止阀4-1、调节流量大小的调节阀4-2；
检测元件模块用于检测中间喷嘴组件、边部喷淋组件工作状态；检测元件模块一般至少包括流量计4-3；
与水路控制模块和检测元件模块进行数据交互的远程终端接收检测元件模块的工作数据，并对工作数据进行分析处理，进而控制水路控制模块的工作状态；上述远程终端包括工控机6和与人机交互模块。
上述喷淋冷却装置为出结晶器后板坯角部强喷淋冷却结构，立足于连铸机窄面足辊，和现有技术相比，由窄面足辊框架1的新增外接供水回路、框架内新增边部供水回路、针对铸坯内弧与外弧窄面角部强冷却的足辊边部新增强喷淋结构组成，如图1所示。其中，窄面足辊框架1新增外接供水回路的供水能力为400L/min，供水管路由DN50的不锈钢管连接截止阀4-1、气动调节阀4-2、流量计4-3元件后铺设至结晶器振动框架附近，而后分为2路，由公称直径为DN40的金属软管连接至结晶器两侧窄面足辊框架背面新增接水点5附近，再与新增接水点5相连接，对足辊框架1内新增边部供水回路稳定供水，并由本发明出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统控制水量下发。
在本实施例中，窄面足辊框架1内的新增边部供水回路的2条边部喷淋供水通道3-1，其直径l1为32mm，保证每条边部喷淋供水通道的通水量可达100L/min。每条边部喷淋供水通道均由窄面足辊框架1底部通至已有单列原有中间喷嘴组件2的倒数第2个喷嘴的高度处，如图2所示。边部喷淋供水通道3-1沿铸坯厚度方向的位置为边部喷淋供水通道壁面距足辊框架1侧面的距离l2为15mm，靠近足辊面侧的边部喷淋供水通道3-1的壁距足辊面侧框架边的距离l7为20mm。所述的窄面足辊框架1下部延长的窄面足辊延长框架1-1的长度l8为70mm。在该窄面足辊延长框架内横向钻直径为32mm的横向供水连通水道1-2，并在竖直方向上与内弧喷淋供水通道3-1和外弧喷淋供水通道互通，如图2所示。窄面足辊框架内的供水回路，由一个在窄面足辊框架背面接水点5接入，与窄面足辊新增外接供水回路连通。
针对铸坯内弧与外弧窄面角部强喷淋结构的喷淋管3-2，从已有窄面单列中间喷嘴组件的上部第2排起，沿窄面足辊框架1的高度方向设计5排，每排与已有窄面单列中间喷嘴组件平齐，使得足辊的各辊间的喷嘴数量横向为3个。所设计喷淋管3-2的内径l3为15mm，采用螺纹拧入窄面足辊框架内1的方式，与边部喷淋供水通道3-1连接，为喷淋管3-2供水，如图3所示。
喷淋管3-2从窄面足辊框架1出来后，经弯曲与对应的喷嘴3-3连接端的喷淋管延长线与铸坯窄面4相交的点O1位于距铸坯窄面角部至窄面中心方向的8mm处，即l4为8mm。内弧、外弧喷淋管的长度为保证其连接内弧、外弧喷嘴后，内弧、外弧喷嘴的末端与铸坯窄面的垂直距离l5为60mm。
所述喷嘴3-3为纯水冷却的圆锥形喷嘴，其喷射角θ1为68°，喷嘴3-3的冷却水在铸坯窄面的角部向窄面中心方向的作用宽度l6为40mm，如图4所示。
采用屏蔽双绞线等电缆将所述的工控机6、PLC控制系统7、流量计4-3和气动调节阀4-2等元件，系统连接起来，实现窄面足辊新增外接供水回路水量自动化控制系统。
工控机6与PLC控制系统7间通过工业以太网连接，利用西门子S7通讯协议完成工控机6与PLC控制系统7之间的网络信号通讯，将PLC系统8所采集到的气动调节阀开度与流量计流量传送至工控机6和将工控机6的人机交互模块下发的水量信号传输至PLC控制系统7；PLC系统8与气动调节阀4-2之间采用电缆线连接，基于西门子PLC控制系统信号接口模拟量输出模块与气动调节阀4-2信号通讯，实现对气动调节阀4-2开度的控制；PLC控制系统7与流量计4-3之间采用电缆线连接，基于西门子PLC控制系统信号接口模拟量输入模块与流量计信号通讯，实现对流量计4-3流量信号采集；
所述PLC控制系统7，选用西门子S7-1500系列PLC，采用西门子博图软件编写如下控制逻辑：根据所采集的流量计流量与工控机6交互界面下发的水量进行对比，根据二者产生的水量偏差信号，基于PID控制算法计算并输出气动调节阀4-2开度调整信号，通过信号接口模拟量输出模块与气动调节阀4-2信号通讯，实现对气动调节阀4-2的开度控制，从而达到对回路流量的闭环控制。
其中，所述的工控机6，其与PLC控制系统7连接通讯，输入信息包括当前所浇铸的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量。所述的人机交互模块，由WinCC开发，安装于工控机6内，包括系统维护后台与实时工况信息显示与操作前台界面构成。其中，所述的系统维护后台包括：数据通讯模块、数据实时采集模块、水表设定模块、流量标定模块、水量实时下发模块、数据存储模块、历史数据查询模块构成。其中，数据通讯模块负责工控机6与PLC控制系统7间的实时通讯，并给出当前通讯状态；数据实时采集模块负责实时采集当前连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量数据，数据采集周期设定为1s；水表设定模块具有新建、修改并保存水表的功能。水表中的拉速—水量数据由对应钢种在各拉速下满足铸坯角部皮下0～10mm深度范围组织以≥5℃/s冷却速度快速实现γ→α相变并弥散微合金碳氮化物析出的水量所确定，如表1所示；流量标定模块负责标定调节阀开度与流量关系，供操作人员在空载条件下，人工标定调节阀开度与流量计实际流量间的关系，使得实时工况信息显示与操作前台界面在选择调节阀开度水量下发模式或流量水量下发模式下，均可准确下发要求的水量；水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表和水量下发模式，准确下发与当前拉速匹配的冷却水量；数据存储模块负责将对应数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中，数据存储长度可由系统设定，本实施例的数据存储长度选择3个月。超过3个月的数据，将在系统继续运行过程自动覆盖；历史数据查询模块，根据实时工况信息显示与操作前台界面所选择的数据查询方式、数据查询范围，调用数据存储数据库，提取拟查询的数据。
表1 250mm厚度AH36高强船板钢铸坯角部皮下0～10mm深度范围组织以≥5℃/s冷却速度快速实现γ→α相变的拉速—水量表
注：表1中A为某一水量值。
所述的实时工况信息显示与操作前台界面，包括实时工况显示区和操作区部分。所述的实施工况显示区，采用数字与曲线形式实时显示连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量、以及设定下发水量信息。所述的操作区，包括水量下发模式选择下拉列表、安全水量设定按钮、水表选择下拉列表、历史数据查询按钮、后台维护按钮、系统退出按钮构成。其中，水量下发模式选择下拉列表中包括调节阀开度水量下发模式、流量水量下发模式、安全水量模式。选中调节阀开度水量下发模式和流量水量下发模式，系统均根据经流量标定模块标定后的调节阀开度与水量间的关系，由水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表，准确下发水表中与当前拉速匹配的水量。安全水量模式为各拉速下，水量实时下发模块均下发同一个固定水量值，设定为50L/min，该值由安全水量设定按钮设定；水表选择下拉列表具备自动关联维护后台所建立的水表的功能。经水表选择下拉列表选中水表后，水量实时下发模块将匹配对应名称的水表，并根据当前拉速按照水量下发模式选择列表所选中的模式，准确下发水量；历史数据查询按钮，具备供操作人员按照时间段或单炉号与多炉号查询的方式，以曲线、数据表的形式提供拟查询的炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量的部分或全部信息的功能；后台维护按钮，提供进入系统维护后台的通道；系统退出按钮，退出并关闭系统。
所述的PLC控制系统7，与工控机6、气动调节阀4-2及流量计4-3相连。通过PLC控制系统7，将调节阀4-2与流量计4-3的信号转变后送至工控机6，由人机交互模块系统维护后台接收、存储和实时工况信息显示与操作前台界面显示，并根据人机交互模块下发的水量(经流量标定模块标定后，转化为调节阀开度)或调节阀开度信号，由PLC控制系统7实时调节调节阀4-2的开度，从而控制所述强喷淋结构的水量实时、准确下发。
基于上述控制系统的出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统的控制方法如下：
控制系统启动后，后台维护界面通过与PLC控制系统7间的通讯模块，判定工控机6与PLC控制系统7是否通讯良好。如果通讯失败，则提示通讯失败，否则读取上次系统关闭前保存的调节阀开度与流量关系和安全水量。若需要进行调节阀开度与流量关系重新标定，则点击后台维护按钮，进入流量标定模块，并基于数据实时采集模块实时采集空载条件下的调节阀开度与流量计流量数据，进行流量重新标定并保存。同样，若需要修订安全水量，则点击安全水量设定按钮，设置新的安全水量。若上述环节均不需要，则根据当前连铸钢种，确定是否需新建或修订水表，如果需要，则点击后台维护按钮，进入水表设定模块，新建或修订水表。否则，进入水表选择下拉列表和水量下发模式下拉列表，选定对应的水表和水量下发模式，水量实时下发模块根据所选择的水表与水量下发模式，经PLC控制系统7实时下发不同拉速水量下的调节阀开度，使强喷淋结构准确下发冷却水量，并将对应各数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中，直至停止，如图6所述。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，其特征在于，包括：
喷淋冷却装置，设置在出结晶器后窄面足辊框架上；通过供水独立于原有中间喷嘴组件的针对铸坯内弧与外弧窄面角部的边部喷淋组件对板坯角部喷淋冷却；
水路控制模块，包括PLC控制系统、用于控制边部喷淋组件水量的阀组；
检测元件模块，用于检测边部喷淋组件水量；
与水路控制模块和检测元件模块进行数据交互的远程终端；其中：
所述远程终端接收检测元件模块的工作数据，并对工作数据进行分析处理，进而控制水路控制模块的工作状态。
2.根据权利要求1所述的出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，其特征在于，所述边部喷淋组件通过外部供水管路与二冷水阀站内的二冷主供水管道相连，所述外部供水管路上安装由截止阀、气动调节阀构成的阀组以及用于监控流量的流量计；所述边部喷淋组件包括设置在窄面足辊框架内的边部喷淋供水通道；边部喷淋供水通道平行于原有中间喷嘴组件的供水通道；所述边部喷淋供水通道竖直通至原有中间喷嘴组件的供水通道的最上面或者倒数第二个喷嘴的高度平齐；在原有中间喷嘴组件的同侧足辊面的同一高度两侧安装边部喷淋组件的喷淋管，各喷淋管与所述边部喷淋供水通道相连通，每个喷淋管的末端均安装有喷嘴。
3.根据权利要求1所述的出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，其特征在于，上述远程终端包括工控机和与人机交互模块，其中：
工控机用于输入当前所浇铸的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量的参数信息；所述的人机交互模块包括系统维护后台、实时工况信息显示与操作前台界面构成。
4.根据权利要求3所述的出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，其特征在于，所述系统维护后台包括数据通讯模块、数据实时采集模块、水表设定模块、流量标定模块、水量实时下发模块、数据存储模块、历史数据查询模块；其中：
数据通讯模块用于工控机与PLC控制系统间的实时通讯，并给出当前通讯状态；
数据实时采集模块用于实时采集当前连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量数据，数据采集周期一般选择0.5～3s；
水表设定模块用于新建拉速和水量对应关系的新建水表、修改并保存该水表；水表中的拉速和水量数据由对应钢种在各拉速下满足铸坯角部皮下0～10mm深度范围组织以≥5℃/s冷却速度快速实现γ→α相变并弥散微合金碳氮化物析出的水量所确定；
流量标定模块用于标定调节阀开度与流量关系，使得实时工况信息显示与操作前台界面在选择调节阀开度水量下发模式或流量水量下发模式下，均可准确下发要求的水量；
水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表和水量下发模式，关联调用选中的水表，并准确下发与当前拉速匹配的冷却水量；
数据存储模块用于将对应数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中，数据存储长度可由系统设定；
历史数据查询模块，根据实时工况信息显示与操作前台界面所选择的数据查询方式、数据查询范围，调用数据存储数据库，提取拟查询的数据。
5.根据权利要求3所述的出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统，其特征在于，所述实时工况信息显示与操作前台界面包括实时工况显示区和操作区两部分；其中：
所述实施工况显示区，采用数字与曲线形式实时显示连铸钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量、以及设定下发水量信息；
所述操作区，包括水量下发模式选择下拉列表、安全水量设定按钮、水表选择下拉列表、历史数据查询按钮、后台维护按钮、系统退出按钮构成；
其中，水量下发模式选择下拉列表中包括调节阀开度水量下发模式、流量水量下发模式、安全水量模式；选中调节阀开度水量下发模式和流量水量下发模式，系统均根据经流量标定模块标定后的调节阀开度与水量间的关系，由水量实时下发模块根据实时工况信息显示与操作前台界面所选中的水表，准确下发水表中与当前拉速匹配的水量；
安全水量模式为各拉速下，水量实时下发模块均下发同一个固定水量值，水量值设定40～80L/min，该值由安全水量设定按钮设定和修改；
水表选择下拉列表用于自动关联维护后台所建立的水表；经水表选择下拉列表选中水表后，水量实时下发模块将匹配对应名称的水表，并根据当前拉速按照水量下发模式选择列表所选中的模式，准确下发水量；
历史数据查询按钮，供操作人员按照时间段或单炉号与多炉号查询的方式，以曲线、数据表的形式提供拟查询的炉号、拉速、气动调节阀开度、实际下发水量的部分或全部信息的功能；
后台维护按钮，提供进入系统维护后台的通道；
系统退出按钮，退出并关闭系统。
6.一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制方法；其特征在于：包括如下步骤：
S1、控制系统启动后，后台维护界面通过与PLC控制系统间的通讯模块，判定工控机与PLC控制系统是否通讯良好；如果通讯失败，则提示通讯失败，否则读取上次系统关闭前保存的调节阀开度与流量关系和安全水量；
S2、A、若需要进行调节阀开度与流量关系重新标定，则进入流量标定模块，并基于数据实时采集模块实时采集空载条件下的调节阀开度与流量计流量数据，进行流量重新标定并保存；
B、若需要修订安全水量，则设置新的安全水量；
C、若A和B均不需要，则根据当前连铸钢种，确定是否需新建或修订水表，如果需要，则进入水表设定模块，新建或修订水表；否则，进入水表选择下拉列表和水量下发模式下拉列表，选定对应的水表和水量下发模式，水量实时下发模块根据所选择的水表与水量下发模式，经PLC控制系统实时下发不同拉速水量下的调节阀开度，为所述的强喷淋结构准确下发冷却水量，并将对应各数据采集周期的钢种、炉号、拉速、气动调节阀开度、流量计流量以及系统当前时间实时数据存储于设定的数据库中。
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| CN202210610369.9A CN115090847B (zh) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 一种出结晶器后板坯角部喷淋冷却控制系统及控制方法 |
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