CN116237484B - 一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法 - Google Patents

一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属连铸技术领域，具体为一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，通过安装于连铸结晶器两侧窄面区域的液位波动传感器进行两侧窄面区域液面波动数据采集，应用小波能量分析法，对两侧窄面区域液面波动数据进行分析，可实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的准确判断，便于及时更换浸入式水口，有利于连铸工艺的顺行和铸坯质量的控制。

Description

一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法
技术领域
本发明涉及金属连铸技术领域，具体为一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法。
背景技术
连铸作为钢液存在的最后一道工序，各设备间的平稳运行是保证顺利生产的关键。钢液由中间包通过浸入式水口流入到结晶器，后经冷却形成铸坯；而浸入式水口作为中间包和结晶器的串联部分有着举足轻重的作用。
在现场生产过程中，由于钢液中存在夹杂物，当钢液流经浸入式水口，部分夹杂物会附着在浸入式水口的内壁，特别是在生产低碳钢和超低碳钢时，钢中脱氧产物和钢液二次氧化所生成的Al2O3类型夹杂物极易沉积在浸入式水口内壁，随着生产的进行会在浸入式水口内腔形成了结瘤，这将直接影响到结晶器内钢液的凝固与传热过程。而随着浸入式水口两侧结瘤物的不对称增加以及大型结瘤物随机脱落的发生，将直接造成水口两侧拥有不同的出口面积，使两侧出口的钢液流速发生变化，势必会改变结晶器内钢液流场的分布状态，产生偏流现象；当结晶器内部钢液发生偏流，所产生的液面波动也将发生变化，液面波动相对更大的一侧加剧了卷渣的频率，液面波动相对较小的一侧可能造成保护渣的化渣不良，从而影响到坯壳的均匀凝固以及增大铸坯产生裂纹的概率，这将直接恶化铸坯质量，严重时还可能导致停浇，造成重大的经济损失。
目前，现场工作人员一般采用直接观测法观测结晶器窄面处火焰的大小以及测量保护渣厚度来判别浸入式水口是否发生结瘤或有偏流现象，这种判别方式需要现场工作人员具备一定的经验，且需要实时注意现场结晶器的生产过程，这对工作人员有较高的要求；此外，也有通过在结晶器周围布置若干热电偶来获取结晶器内的等温线图，同时结合液面波动来判别是否发生水口结瘤，但对于结晶器在线调宽以及大量热电偶的维护仍然存在一些问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，通过安装于连铸结晶器两侧窄面区域的液位波动传感器进行两侧窄面区域液面波动数据采集，应用小波能量分析法，对两侧窄面区域液面波动数据进行分析，可实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的准确判断。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，包括如下步骤：
S1、在结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；
S3、将连铸过程中的液面波动的能量信息与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其中：所述步骤S3之后还包括，
S4、根据结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断结果确定是否需要更换浸入式水口。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，液位波动传感器以一定的采集频率采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，波动数据包括连铸过程中浸入式水口的更换数据。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的优选方案，其中：所述步骤S1中，所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面1.5~2.5cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的优选方案，其中：所述步骤S2中，所述小波能量分析法中，离散小波变换的表达式为：
（1）
式中，为对于波动数据/>的离散小波转换；
为结晶器波动数据；
为小波基函数；
j为尺度；
k为平移因子；
t为时间节点；
设为结晶器波动数据/>在/>尺度上的小波能谱，则在尺度域上/>可以形成对信号能量的一种划分；结晶器波动数据/>经小波分解后，在/>尺度下的小波系数能量和为：
（2）
式中，为/>尺度下小波系数的个数；
为/>尺度下小波系数重构分量。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的优选方案，其中：所述步骤S3中，将更换浸入式水口后时间间隔A的液面波动的能量信息作为未发生水口结瘤、钢液偏流现象的判断标准。
作为本发明所述的一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的优选方案，其中：所述步骤S3中，将连铸过程中时间间隔A的液面波动的能量信息与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断。
为解决上述技术问题，根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种实现上述结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的信息数据处理终端。
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法。
本发明的有益效果如下：
本发明提出一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，通过安装于连铸结晶器两侧窄面区域的液位波动传感器进行两侧窄面区域液面波动数据采集，应用小波能量分析法，对两侧窄面区域液面波动数据进行分析，可实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的准确判断，便于及时更换浸入式水口，有利于连铸工艺的顺行和铸坯质量的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明判断方法流程图；
图2为本发明实施例的液位波动传感器安装位置示意图；
图3为本发明未发生水口结瘤、钢液偏流的小波能量占比信息图；
图4为本发明实施例1的小波能量占比信息图；
图5为本发明实施例2的小波能量占比信息图；
图6为本发明实施例3的小波能量占比信息图。
其中，1-液位波动传感器A，2-液位波动传感器B，3-浸入式水口，4-结晶器。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的主要目的是提出一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法。
根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，包括如下步骤：
S1、在结晶器4两侧窄面区域分别安装液位波动传感器A和液位波动传感器B，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；
S3、将连铸过程中的液面波动的能量信息与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息对比，实现结晶器浸入式水口3结瘤、钢液偏流现象的判断。
优选的，所述步骤S3之后还包括，
S4、根据结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断结果确定是否需要更换浸入式水口3。在判断是否需要更换浸入式水口3时，还需再结合现场实际生产要求做进一步确定。
优选的，所述步骤S1中，液位波动传感器以一定的采集频率采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据。
优选的，所述步骤S1中，波动数据包括连铸过程中浸入式水口的更换数据。
优选的，所述步骤S1中，所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面1.5~2.5cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心。
优选的，所述步骤S2中，所述小波能量分析法中，离散小波变换的表达式为：
（1）
式中，为对于波动数据/>的离散小波转换；
为结晶器波动数据；
为小波基函数；
j为尺度；
k为平移因子；
t为时间节点；
设为结晶器波动数据/>在/>尺度上的小波能谱，则在尺度域上/>可以形成对信号能量的一种划分；结晶器波动数据/>经小波分解后，在/>尺度下的小波系数能量和为：
（2）
式中，为/>尺度下小波系数的个数；
为/>尺度下小波系数重构分量。
优选的，所述步骤S3中，将更换浸入式水口后时间间隔A（可以根据需要选用，例如100s、150s、200s等等）的液面波动的能量信息作为未发生水口结瘤、钢液偏流现象的判断标准。
优选的，所述步骤S3中，将连铸过程中时间间隔A的液面波动的能量信息与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断。
根据本发明的另一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种实现上述结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的信息数据处理终端。
一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法。
以下结合具体实施例对本发明技术方案进行进一步说明。
结晶器浸入式水口未发生结瘤、钢液偏流的判断标准的确定，其中铸坯断面尺寸为1300mm×230mm，包括如下步骤：
S1、在结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面2cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；
S3、将更换浸入式水口后150s内的液面波动的能量信息作为未发生水口结瘤、钢液偏流现象的判断标准，如图3所示，其中a7、d7~d1等小波系数代表液面波动的不同频率区间，a7为液面波动的低频部分，d7~d1代表液面波动的高频部分，其中小波能量占比代表不同小波系数对液面波动组成的贡献度。由图3可以看出，未发生水口结瘤、钢液偏流现象的判断标准为：结晶器两侧窄面处液面波动小波能量占比十分接近，两侧小波能量占比集中体现在系数a7、d6、d5上，左右两侧窄面处系数a7的能量占比分别为49.70%、55.25%，d6的能量占比分别为24.92%、25.09%，d5的能量占比分别为17.49%、13.48%。
实施例1
一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，铸坯断面尺寸为1300mm×230mm，包括如下步骤：
S1、在结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面2cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；
S3、将连铸过程中150s的液面波动的能量信息（如图4所示）与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息（如图3所示）对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断；由图4可以看出，结晶器两侧窄面处液面波动小波能量占比十分接近，两侧小波能量占比集中体现在系数a7、d6、d5上，左右两侧窄面处系数a7的能量占比分别为39.09%、34.65%，d6的能量占比分别为29.17%、32.94%，d5的能量占比分别为24.18%、24.95%；相较于图3，结晶器两侧窄面处a7的小波能量占比下降，d6、d5的小波能量占比上升，因此可以判断结晶器浸入式水口发生双侧均匀结瘤现象，但未发生钢液偏流现象；
S4、根据结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断结果，虽然结晶器浸入式水口发生结瘤现象，但未发生钢液偏流现象，再结合现场实际生产要求考虑是否需要更换浸入式水口。
实施例2
一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，铸坯断面尺寸为1300mm×230mm，包括如下步骤：
S1、在结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面2cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；
S3、将连铸过程中150s的液面波动的能量信息（如图5所示）与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息（如图3所示）对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断；由图5可以看出，结晶器两侧窄面处液面波动小波能量占比存在差异，两侧小波能量占比集中体现在系数a7、d6、d5上，左右两侧窄面处系数a7的能量占比分别为45.28%、16.06%，d6的能量占比分别为33.50%、49.30%，d5的能量占比分别为12.62%、27.08%；因此可以判断结晶器浸入式水口发生两侧不均匀结瘤，结瘤较大的一侧窄面处a7小波能量占比相比结瘤较小的一侧下降了29.22%，d6小波能量占比上升了15.80%，d5小波能量占比上升了14.46%，两侧窄面处小波能量占比出现一定的差异，因此可以判断结晶器内存在钢液偏流现象；
S4、根据结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断结果，结晶器浸入式水口发生两侧不均匀结瘤现象，且存在钢液偏流现象，需要及时更换浸入式水口。
实施例3
一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，铸坯断面尺寸为1300mm×230mm，包括如下步骤：
S1、在结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面2cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；
S3、将连铸过程中150s的液面波动的能量信息（如图6所示）与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息（如图3所示）对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断；由图6可以看出，结晶器两侧窄面处液面波动小波能量占比存在差异，两侧小波能量占比集中体现在系数a7、d6、d5上，左右两侧窄面处系数a7的能量占比分别为60.37%、35.62%，d6的能量占比分别为21.98%、36.08%，d5的能量占比分别为10.54%、21.90%；因此可以判断结晶器浸入式水口发生两侧不均匀结瘤，结瘤较大的一侧窄面处a7小波能量占比相比结瘤较小的一侧下降了24.75%，d6小波能量占比上升了14.10%，d5小波能量占比上升了11.36%，两侧窄面处小波能量占比出现一定的差异，因此可以判断结晶器内存在钢液偏流现象。
S4、根据结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断结果，结晶器浸入式水口发生两侧不均匀结瘤，且存在钢液偏流现象，需要及时更换浸入式水口。
本发明通过安装于连铸结晶器两侧窄面区域的液位波动传感器进行两侧窄面区域液面波动数据采集，应用小波能量分析法，对两侧窄面区域液面波动数据进行分析，可实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的准确判断，便于及时更换浸入式水口，有利于连铸工艺的顺行和铸坯质量的控制。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器，对连铸过程中结晶器窄面区域的液面波动情况进行采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据；
S2、采用小波能量分析法对结晶器两侧窄面区域液面波动数据进行分析，表征能量信息；所述小波能量分析法中，离散小波变换的表达式为：
（1）
式中，为对于波动数据/>的离散小波转换；
为结晶器波动数据；
为小波基函数；
j为尺度；
k为平移因子；
t为时间节点；
设为结晶器波动数据/>在/>尺度上的小波能谱，则在尺度域上/>可以形成对信号能量的一种划分；结晶器波动数据/>经小波分解后，在/>尺度下的小波系数能量和为：
（2）
式中，为/>尺度下小波系数的个数；
为/>尺度下小波系数重构分量；
S3、将连铸过程中的液面波动的能量信息与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断。
2.根据权利要求1所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，所述步骤S3之后还包括，
S4、根据结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断结果确定是否需要更换浸入式水口。
3.根据权利要求1所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，所述步骤S1中，液位波动传感器以一定的采集频率采集获得结晶器两侧窄面区域的波动数据。
4.根据权利要求1所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，所述步骤S1中，波动数据包括连铸过程中浸入式水口的更换数据。
5.根据权利要求1所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述结晶器两侧窄面区域安装液位波动传感器具体位置为：在结晶器宽面方向上距离两侧窄面1.5~2.5cm处，在结晶器窄面方向上位于窄面的中心。
6.根据权利要求1所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，所述步骤S3中，将更换浸入式水口后时间间隔A的液面波动的能量信息作为未发生水口结瘤、钢液偏流现象的判断标准。
7.根据权利要求1所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法，其特征在于，所述步骤S3中，将连铸过程中时间间隔A的液面波动的能量信息与未发生水口结瘤、钢液偏流现象时的能量信息对比，实现结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流现象的判断。
8.一种实现权利要求1-7任一项所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法的信息数据处理终端。
9.一种计算机可读存储介质，包括指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行权利要求1-7任一项所述的结晶器浸入式水口结瘤、钢液偏流的判断方法。
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