CN115383072A - 一种结晶器中冷却水的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种结晶器中冷却水的控制方法，属于结晶器技术领域，解决结晶器冷却过程中冷却水流量受外界环境温度影响的技术问题，解决方案为：经过长时间的数据积累，得出了环境温度对冷却的影响，以及流量的基础数据，通过能量守恒的办法，控制铸造过程中结晶器带走的热量，对结晶器的冷却水进行有效控制，以提高铸造过程中的不稳定因素对铸造的影响，从而提高铸锭质量。
Description
技术领域
本发明属于结晶器技术领域，具体涉及的是一种结晶器中冷却水的控制方法。
背景技术
在金属铸造系统中，结晶器是一个重要的组成环节，结晶器主要用于金属的冷却成型，冷却介质主要是冷却水，冷却水的控制手段有压力控制、流量控制、还有手动控制等方式，多种手动控制的目的均是希望结晶器能够获得较好的冷却效果，满足金属结晶成型所需的温度。在具体操作过程中，大多都是以经验为基础进行调整，操作的依据性不强，对于外界环境的温度变化无法准确的把控。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，解决结晶器冷却过程中冷却水流量受外界环境温度影响的技术问题，本发明提供一种结晶器中冷却水的控制方法，应用能量守恒的方法对结晶器的冷却水进行有效控制，使不论外界如何变化始终保持冷却温度恒定。
本发明采取的技术方案是：
一种结晶器冷却水控制方法，包括以下步骤：
S1、在结晶器的入口位置处安装温度传感器Ⅰ，温度传感器Ⅰ获得的入口冷却水温度为T2，并且在结晶器的入口处安装流量计，流量计获得的入口冷却水流量为f；在结晶器的出口位置处安装温度传感器Ⅱ，温度传感器Ⅱ获得的出口冷却水温度为T1，结晶器内部冷却水带走的热量Q为：
Q=（T1-T2）×C×M×K；
即T1=Q÷C÷M÷K+T2，所以数据的控制方向将集中在控制出口冷却水温度T1上；
式中，Q为热量，C为比热，M为质量，在冷却介质未发生变化时C、M的数值是不发生变化的；K为温度补偿系数，K是经过多组实验数据和全年温度变化影响的出来的经验数据；
结晶器在正常工作过程中经过数据采集可以计算出在其内部冷却水带走的热量Q是多少。本发明引入能量守恒的概念，即无论外界如何变化，保持在结晶器中带走的热量恒定，这就避免了因季节变化造成的环境温度变化进而导致对结晶器的影响。
S2、将环境温度、入口冷却水温度T2和热量设定值输入温度计算模块，温度计算模块导出理论出口冷却水温度T理；
S3、T1温度的调整则需要控制冷却水的流量，这就需要在程序中引用温度与流量计算模块，将实测的出口冷却水温度T1和步骤S2获得的理论出口冷却水温度T理导入温度与流量计算模块，选取现场采集运行最低流量的0.8倍作为基础流量，以基础流量为标准，以200ms为计算周期，将出口冷却水温度T1与理论出口冷却水温度T理进行数据比对，当出口温度T1>T理时，流量增加值为0.1m³/h，反之流量减少值为0.1m³/h，获得动态理论冷却水流量值f理=（基础流量±i1±i2……±in），式中n为数据比对的次数，并且i1=i2=……=in=0.1，结晶器额定保护流量≤f理≤（2~5）×结晶器额定保护流量；
S4、将步骤S3获得的理论冷却水流量值f理与流量计实测值f输入冷却水流量PID控制模块，以PID的控制方式控制冷却水阀，通过流量反馈稳定冷却水的流量。
进一步的，在所述步骤S1中，温度补偿系数K的取值为：当环境温度≤10℃时，K=1.02，环境温度＞10℃时，K=1.0。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
本发明的优势在于经过长时间的数据积累，得出了环境温度对冷却的影响，以及流量的基础数据，通过能量守恒的办法，控制铸造过程中结晶器带走的热量，以提高铸造过程中的不稳定因素对铸造的影响，从而提高铸锭质量。
附图说明
图1为本发明控制流程图；
图2为夏季稳定状态实验情况产品截面形貌图；
图3为实施例1中K=1.02时实验情况（冬季，环境温度≤10℃）产品截面形貌图；
图4为对比例1中K=1.01时实验情况（冬季，环境温度≤10℃）产品截面形貌图；
图5为对比例2中K=1.03时实验情况（冬季，环境温度≤10℃）产品截面形貌图；
图6为实施例2中K=1.0时实验情况（冬季，环境温度＞10℃）产品截面形貌图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
如图1所示的一种结晶器中冷却水的控制方法，包括以下步骤：
S1、在结晶器的入口位置处安装温度传感器Ⅰ，温度传感器Ⅰ获得的入口冷却水温度为T2，并且在结晶器的入口处安装流量计，流量计获得的入口冷却水流量为f；在结晶器的出口位置处安装温度传感器Ⅱ，温度传感器Ⅱ获得的出口冷却水温度为T1，结晶器内部冷却水带走的热量Q为：
Q=（T1-T2）×C×M×K；
式中，Q为热量；C为比热容，C=4.2×10³J/kg·℃；M为质量，M=20kg；K为温度补偿系数，本实施例1中由于环境温度≤10℃，所以K=1.02；
根据能量守恒定律，保持热量Q的值不变并对出口冷却水温度T1进行控制；
S2、将环境温度、入口冷却水温度T2=22℃和热量设定值Q=342720J输入温度计算模块，温度计算模块导出理论出口冷却水温度T理=26℃；
S3、将实测的出口冷却水温度T1=28℃和步骤S2获得的理论出口冷却水温度T理=26℃导入温度与流量计算模块，选取现场采集运行最低流量16m³/h的0.8倍作为基础流量（即12.8m³/h），以基础流量为标准，以200ms为计算周期，将出口冷却水温度T1=28℃与理论出口冷却水温度T理=26℃进行数据比对，通过数据比对进行流量的增减计算，当出口温度T1>T理时，流量增加值为0.1m³/h，反之流量减少值为0.1m³/h，获得动态理论冷却水流量值f理=（12.8+0.1+0.1……±0.1）m³/h，本实施例1中结晶器额定保护流量为12m³/h，故12m³/h≤f理≤24m³/h；
S4、将步骤S3获得的理论冷却水流量值f理与流量计实测值f输入冷却水流量PID控制模块，以PID的控制方式控制冷却水阀，通过流量反馈稳定冷却水的流量。
通过本实施例1制得的产品截面形貌图如图3所示，与夏季稳定状态实验情况产品截面形貌图（如图2所示）相近，说明结晶器中冷却水的控制合理。
对比例1
在本对比例1中，K的取值为1.01，其余步骤与工艺参数均与实施例1相同，在此不做赘述。
通过本对比例1制得的产品截面形貌图如图4所示，与夏季稳定状态实验情况产品截面形貌图（如图2所示）相比，晶粒过于细小，说明K的取值为1.01时不能满足结晶器中冷却水的控制。
对比例2
在本对比例2中，K的取值为1.03，其余步骤与工艺参数均与实施例1相同，在此不做赘述。
通过本对比例2制得的产品截面形貌图如图5所示，与夏季稳定状态实验情况产品截面形貌图（如图2所示）相比，晶粒过于粗大，说明K的取值为1.03时不能满足结晶器中冷却水的控制。
实施例2
一种结晶器中冷却水的控制方法，包括以下步骤：
S1、在结晶器的入口位置处安装温度传感器Ⅰ，温度传感器Ⅰ获得的入口冷却水温度为T2，并且在结晶器的入口处安装流量计，流量计获得的入口冷却水流量为f；在结晶器的出口位置处安装温度传感器Ⅱ，温度传感器Ⅱ获得的出口冷却水温度为T1，结晶器内部冷却水带走的热量Q为：
Q=（T1-T2）×C×M×K；
式中，Q为热量；C为比热容，C=4.2×10³J/kg·℃；M为质量，M=20kg；K为温度补偿系数，本实施例2中环境温度＞10℃，所以K=1.0；
根据能量守恒定律，保持热量Q的值不变并对出口冷却水温度T1进行控制；
S2、将环境温度、入口冷却水温度T2=22℃和热量设定值Q=342720J输入温度计算模块，温度计算模块导出理论出口冷却水温度T理=26.08℃；
S3、将实测的出口冷却水温度T1=28.3℃和步骤S2获得的理论出口冷却水温度T理=26.08℃导入温度与流量计算模块，选取现场采集运行最低流量为16m³/h的0.8倍作为基础流量（即12.8m³/h），以基础流量为标准，以200ms为计算周期，将出口冷却水温度T1=28.3℃与理论出口冷却水温度T理=26.08℃进行数据比对，通过数据比对进行流量的增减计算，当出口温度T1>T理时，流量增加值为0.1m³/h，反之流量减少值为0.1m³/h，获得理论冷却水流量值f理=（12.8+0.1+0.1……±0.1）m³/h，本实施例1中结晶器额定保护流量为10m³/h，故10m³/h≤f理≤28m³/h；
S4、将步骤S3获得的理论冷却水流量值f理与流量计实测值f输入冷却水流量PID控制模块，以PID的控制方式控制冷却水阀，通过流量反馈稳定冷却水的流量。
通过本实施例2制得的产品截面形貌图如图6所示，与夏季稳定状态实验情况产品截面形貌图（如图2所示）相近，说明结晶器中冷却水的控制合理。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (2)
1.一种结晶器中冷却水的控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S1、在结晶器的入口位置处安装温度传感器Ⅰ，温度传感器Ⅰ获得的入口冷却水温度为T2，并且在结晶器的入口处安装流量计，流量计获得的入口冷却水流量为f；在结晶器的出口位置处安装温度传感器Ⅱ，温度传感器Ⅱ获得的出口冷却水温度为T1，结晶器内部冷却水带走的热量Q为：
Q=（T1-T2）×C×M×K；
式中，Q为热量，C为比热，M为质量，K为温度补偿系数；
S2、将环境温度、入口冷却水温度T2和热量设定值输入温度计算模块，温度计算模块导出理论出口冷却水温度T理；
S3、将实测的出口冷却水温度T1和步骤S2获得的理论出口冷却水温度T理导入温度与流量计算模块，选取现场采集运行最低流量的0.8倍作为基础流量，以基础流量为标准，以200ms为计算周期，将出口冷却水温度T1与理论出口冷却水温度T理进行数据比对，当出口温度T1>T理时，流量增加值为0.1m³/h，反之流量减少值为0.1m³/h，获得动态理论冷却水流量值f理=（基础流量±i1±i2……±in），式中n为数据比对的次数，并且i1=i2=……=in=0.1，结晶器额定保护流量≤f理≤（2~5）×结晶器额定保护流量；
S4、将步骤S3获得的理论冷却水流量值f理与流量计实测值f输入冷却水流量PID控制模块，以PID的控制方式控制冷却水阀，通过流量反馈稳定冷却水的流量。
2.根据权利要求1所述的一种结晶器中冷却水的控制方法，其特征在于：在所述步骤S1中，温度补偿系数K的取值为：当环境温度≤10℃时，K=1.02，环境温度＞10℃时，K=1.0。
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