CN116475373A

CN116475373A - 金属液磁浮连铸智能恒速流出及可变铸坯横断面尺寸技术

Info

Publication number: CN116475373A
Application number: CN202211670409.5A
Authority: CN
Inventors: 刘巍
Original assignee: Chengdu Lihua Strong Maglev Continuous Casting Technology Co ltd
Current assignee: Chengdu Lihua Strong Maglev Continuous Casting Technology Co ltd
Priority date: 2022-12-26
Filing date: 2022-12-26
Publication date: 2023-07-25

Abstract

本专利公布了两种金属液磁浮连铸智能恒流速及可变铸坯横断面尺寸技术。控制金属液恒速流入交变磁场的方法是按金属液深度来改变金属液流出通道大小。新建生产线时，按产品规格、产量，调试、测量出不同产品规格、不同单位时间产量在金属包或炉内的金属液深度(用铯137测量)的流出速度，以及深度与流速之间的关系关系，作为原始数值输入PLC。当金属液深度随时因流出和添加而降低和升高，随时测出，随时输入PLC，经PLC与原始数值计算，命令各自的执行机构增大或减小金属液流出通道，达到恒速流出.变换金属液断面尺寸的方法是变换不同內腔断面尺寸的水平流出管。当意外发生事故，金属液截留，防止事故扩大。

Description

金属液磁浮连铸智能恒速流出及可变铸坯横断面尺寸技术

【技术领域】

金属液磁浮连铸智能恒速流出及可变铸坯横断面尺寸技术，属于冶金行业金属材料生产及机械零件压铸坯生产领域

【背景技术】

钢、铝、铜、锌、钛、铅和镁等金属材料及机械零件压铸坯(以下简称金属材料)生产流程的主要工序为：1.备料(包括开矿、选矿....)→2.冶炼→3.铸坯→4.加热→5.热加工→6.冷加工(包括中间退火)→7.整理、检验、包装和入库等。

在上述金属材料生产流程诸工序中，工序3.铸坯的技术原理及其半成品，影响到后续工序4、5、6生产流程的简或繁；关系到单位产品能耗、产品质量提高和降本增收。

当今国内外金属材料铸坯工序生产技术均是水冷模连续铸造(以下简称DCC)。

DCC的工作原理：钢、铝、铜、锌、钛和镁等金属液(以下简称金属液)连续流入由内壳、中间为流水与外壳组成的水冷模结晶器中，内壳将金属液降温变成固态，连续拉出成为铸坯。

DCC的工作流程是：起始时，牵引系统的牵引头插入结晶器，金属液流入牵引头槽沟并与与结晶器内壳壁接触，立刻把金属液热量经内壳传导给流水带走，使金属液降温成固相、生成硬壳，该硬壳强度达到能存受牵引移动时与结晶器内壳壁相互相摩檫产生的摩檫力，就能连续牵引移出结晶器，连续铸造出铸坯。

DCC的主要缺陷：消耗结晶器和大量高压冷却水，将金属液中余热散失过多，铸成≤900℃钢锭，而钢锭热轧温度为1050～1250℃，必须二次加热。有的用≤900℃钢锭直轧成材，是不当作业。二者均多耗能耗物；DCC在铜材、铝材和机械零件生产领域只能铸成后续冷加工量占产品全部生产工作量＞80％的厚、大坯，把大量生产工作量，留给大量耗能耗物的冷加工(包括中间退火)。

DCC丢失利用金属液中余热提高产品质量的潜能。

发明专利，ZL200510021740.4《金属液磁悬浮连续铸造近终型余热热轧坯工艺》(以下简称MFCC)及其在线热加工，能颠覆、淘汰〔004〕所述的水冷模连续铸造技术。

MFCC的原理：金属液在炉口经铸模约束成终形(既保障制成品强度，而热、冷加工量最少，下同)液柱(液片)，被牵引流入5～30KHz交变磁场，金属液被电磁感应推斥悬浮，同时被电磁搅拌，在连续向热加工机械移动中，被适度降温热加工最佳温度的优质、终形余热铸坯，立刻在线热加工，使金属液在线一步制成钢材，或制成后续冷加工量＜20％的铜材坯、铝材坯和机械零件坯。

磁浮连铸终形余热铸坯及其在线热加工生产的优点：

1.优化铸坯组织(电磁搅拌作用)提高铸坯进而提高材料强度；

2.大幅简化生产流程，减少能耗、金属损耗和多种消耗，达到节能降碳和降本增收。

3.大幅减少热、冷加工量，因而在相同产量时，闲置1/3～1/2设备(熔炉除外)。

【发明共同内容】

〔01〕根据〔005〕所述的金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线(以下简称本生产线)作业流程如下：

1.从冶炼输入合格的金属液；2.精炼(或保温)；3.磁悬浮连铸终形余热铸坯；4.在线热加工；5.离线冷加工；6.整理、检验、入库。流程1.、2.和3.为制坯阶段；4.、5.和6.为加工阶段，本发明为制坯阶段的技术。

〔02〕本发明的可变铸坯横断面尺寸技术为更换不同内腔断面尺寸的水平流出管。

不同内腔断面尺寸的水平流出管，均用耐火材料预先制成。水平流出管(说明书附图1为18、附图2为17)与金属液流出竖管按产品牌号，分别使用低强或高强粘结剂粘结，并在粘结处用耐火材料包裹、再粘结和固定、支撑。

水平流出管内腔横断面尺寸，按产品规格并能满足产品强度及最小的热、冷加工余量。

每换一个产品规格，在热加工机械无法调整来满足新产品规格、强度及最小的热、冷加工余量，就必须更换水平流出管。更换办法，将现水平流出管撤除，粘结新的水平流出管。

例如用本生产线热轧产出Φ20圆钢的钢液断面尺寸为40mm(厚)×80mm(宽)矩形液柱；从铜液产出厚度≤1mm铜带材坯(根据国家标准-GB，铜带材的厚度范围为0.05mm～0.5mm)的铜液断面厚度为≤3mm、其宽度由轧机轧制宽度确定，一般≥440mm。

水平流出管的长度须尽可能地短，因各牌号金属液的粘度不同而异，如≤100mm。过长，金属液容易降温凝固，妨碍生产

〔03〕本发明用两种方式实现恒速流出

磁浮连铸为金属液直接流入交变磁场，故需流速恒定才能达到平稳、安全生产。

本发明用两种方式：智能调节塞棒缝隙和智能调节组合管断面积，达到恒速流出。

包(或炉，下同)内金属液流出速度与多项因素有关，但主要与包内金属液深度(由金属液表面到包底的厚度，下同)呈正相关，即越深流速越快。故用测量深度数值，经可编程序控制器(PLC)来智能控制金属液流出通道的大下，改变从包内的流出量，达到金属液恒流速流出。

〔04〕两种方式的智能控制原理相同：测量金属液深度经PLC控制流出量。

包内金属液的深度数值随着金属液流出和添加，随时都在减小和增加，导致金属液流出速度随时都在降低和提高，必须用智能控制技术来使其恒速流出。

新建生产线时按每款产品规格和〔02〕所述确定金属液柱断面尺寸；再按单位时间产量确定金属液流速。调试出达到该流速时，包内金属液深度，并经铯137系统(说明书附图1的6和17，说明书附图2的6和14)测得，以及深度与流速的关系，作为原始(基准，下同)数值存入PLC(说明书附图1的13，说明书附图2的12)中。

当金属液深度随时因流出和添加而降低和升高，经铯137测量系统随时测出，随时输入PLC，经计算后，命令各自的执行机构加大或减小金属液流出通道，改变流出量，达到恒速流出。

〔05〕两种方式智能控制的执行机构相似。

智能控制的执行机构有电动、液压和气动等。以电动为例，它由步进电机、法兰盘、丝杆、连接或夹持件和随时都在移动的执行件(说明书附图1的5塞棒、说明书附图2的15中滑板等)组成。

PLC随时发出的指令，使步进电机随时都在转动，通过法兰盘、丝杆、连接件或夹持件，驱动塞棒升或降改变缝隙A的数值；或使滑动板向左或右移动，改变移动版、固定板内孔组合成的金属液流出管的横断面面积。二者均改变金属液流出通道面积，改变流出量。

〔06〕两种方式的金属液流出竖管(在说明书附图1和附图2中均为19)均有约束或宽展金属液流出宽度的功能。

如〔02〕所述，金属产品的规格不同，金属液宽度不同，从宽80mm～≥440mm。金属液流入竖管的管道直径或孔道宽度均小于该数值，就需要竖管有约束或宽展金属液宽度的功能。

宽展方法很多，例如将由耐火材料制成的竖管，制成两块，用高温粘结剂粘合。一块为平面，另一块为凹槽，槽内粘结“Δ”块，金属液从上尖部流入，就被分流扩展。

竖管的长度，按各金属牌号粘度、须宽展的量，对每一规格须多次试验、总结。

竖管须尽可能地夹持固定，不至受更换水平流出管影响。

〔07〕两种方式的竖管和水平流出管的连接方法相同。

两种方式使金属液恒定速度流出均有竖管和水平流出管，其连接方法，按金属牌号，按易撤除更换和可持续生产原则，选用低温或高温粘结剂粘结。粘结后用耐高温的软体材料再粘结、包裹和夹固、支撑，达到保温和稳定地生产。

〔08〕两种方式生产线的安全生产控制原理相同。

当偶发生产事故时，事故机台传感器(全生产线各机台均装显示事故的传感器，均与PLC连接)必发出警报，经PLC判别为事故后，命令两种方式各自的执行机构，关闭金属液流出通道，防止事故扩大。

〔09〕本发明的社会和经济效益

本发明能使〔005〕发明专利，ZL200510021740.4《金属液磁悬浮连续铸造近终型余热热轧坯工艺》(以下简称MFCC)及其在线热加工，能顺利实施用于生产，达到：

1.优化铸坯组织(电磁搅拌作用)提高铸坯质量进而提高材料强度；

3.大幅减少热、冷加工量，因而在相同产量，闲置1/3～1/2设备(熔炉除外)。

以锡磷青铜(QSn6.5-0.1)带材厚0.9mm坯为例，当今国内外的水冷模连铸(DCC)只能铸出厚16mm黑皮坯，经3次退火、13次冷轧，才能到厚0.9mm坯，共耗电3498KWh/t。而智能磁浮连铸余热坯在线热轧(IMFCCR)达到铜液在线一步成厚0.9mm坯，耗电400KWh/t，节电率89％。

在钢铁行业使用本生产线，消除二次加热和违规的低温轧制，社会、经济效益显著、

按2021年我国产热轧钢材10.5亿吨、铝材5000余万吨和铜材近3000万吨初步计算，共可节能2.85×10⁷tce、减排7.105×10⁷t CO₂、企业增收1541亿元。

【发明一内容】

本发明为调节塞棒尖头与塞棒座内孔组成的缝隙，如说明书附图1中A所示。调节A的大小就能调节金属液流出量，达到金属液恒定流速流出。

从说明书附图1知，金属液8从缝隙A，经竖管19、水平流出管18，被牵引系统13牵引流入交变磁场16，被感应推斥悬浮与适度降温9适度降温，成终形余热铸坯10，立刻进入热加工机械系统11进行热加工，产出热加工制品12，立刻进入热加工后处理系统15处理，完成整个生产流程。

实现恒定流速的技术原理与措施如〔04〕、〔05〕所述。

说明书附图1中.的6铯137射线穿透包内金属液达到射线吸收传感器17，将测得的金属液深度数值，转为电子信息输入13PLC，经PLC与原始数值对比计算，命令执行机构4升、降塞棒，改变缝隙A值，调节金属液流出量达到恒流速流出。

执行机构4已在〔05〕中述明。

改变产品规格、产量和实现安全生产的方法，已在〔02〕、〔04〕、〔05〕、〔06〕、〔07〕和〔08〕中述明。

【发明内容一附图说明】

附图1是本申请发明内容一的说明书附图。下列顺序号就是附图1中各组件、部件的代号。

1.包(炉)外壳，其材质为钢板或玻丝板。

2.绝热材料。

3.耐火砖。

4执行机构，执行由PLC18来的命令，使塞棒升或降，改变塞棒尖头与塞棒座的缝隙，改变金属液流速。执行机构可为电动、液压或气动。

5.塞棒，塞棒尖头与塞棒座组成缝隙，是金属液流出通道，由耐火材料制成。其剖面形状本申请为圆锥形，按生产需要也可为半圆形或其他形状。

6.铯137放射源，其射线穿越的金属液到达射线吸收传感器17。

7.覆盖剂。

8.金属液。

9.金属液适度降温水雾喷射及弥漫水汽回收装置。

10.余热铸坯。

11.热加工机械，如热轧机、连续挤压机和压铸机。

12.热加工制品。

13.PLC。

14.牵引系统，由牵引头、牵引绳、牵引架和牵引机组成。除牵引机外，均为非金属材料。

15.热加工后处理系统。按不同金属种类及不同热加工制品类别的处理系统设置。

16.交变磁场。是本生产线的创新核心。

17.射线吸收器传感器，吸收由放射源6穿越金属液来的射线，输入计PLC13。

18.水平流出管，由耐火材料制成。

19.竖管，有改变流出金属液断面形状、尺寸的功能。由耐火材料制成。

20.竖管与水平流出管的连接，含在连接处包裹，加固和支撑等功能。

21.塞棒尖头座，其内腔余塞棒尖头组成缝隙A，是金属液流出通道，由耐火材料制成。

【发明一具体实施方式】

生产线启动时，由牵引系统14将金属液8牵引进入交变磁场16，成余热铸坯10后进入热加工机械11，完成牵引。牵引系统完成牵引后退出，整理，备下次使用。

交变磁场16，由交变电源与铜管制成的线圈组成。因交变磁场透入金属液的深度与频率呈负相关。交变电源频率选择，既要能使金属液被感应推斥悬浮，也要尽量深地透入金属液。

凡在交变磁场16的300mm三维空间半径内的物件，须为不能产生电磁感应的材料。例如冷却水务喷射器及其支撑架须为陶瓷或玻丝板。

附图1中射线吸收器17须有绝热保护。

【发明二内容】

本发明为调节由说明书附图2中的21上滑板、15中滑板和20下滑板的三板内孔组成的组合孔横断面面积，改变金属液流出量，达到金属液恒速流出。

从说明书附图2知，金属液5经三滑板内孔组成的组合孔流入竖管19，再从水平流出管17，被牵引系统13牵引流入交变磁场16，被感应推斥悬浮和被7适度降温，成终形余热铸坯8，立刻进入热加工机械系统9进行热加工，产出热加工制品10，又立刻进入热加工后处理系统11处理，完成整个生产流程。

实现恒定流速的技术原理与措施如〔04〕、〔05〕所述。

说明书附图2中的6铯137射线穿透包内金属液达到射线吸收传感器14，将测得的金属液深度数值转为电子信息输入12PLC，经PLC计算，命令执行机构22拖动中滑板15向左或向右移动，改变组合孔横断面面积，调节金属液流出量达到恒流速流出。

【发明内容二附图说明】

附图2是本申请的发明内容二的说明书附图。下列顺序号就是附图2中各组件、部件的代号。

1.包(炉)外壳，其材质为钢板或玻丝板。

2.绝热材料。

3.耐火砖。

4.覆盖剂

5.金属液

6.铯137

7.适度冷却水雾喷射和弥漫水汽回收。

8.余热铸坯。

9.热加工机械，如热轧机、连续挤压机和压铸机。

10.热加工产品。

11.热加工后处理系统。到此，完成本生产线全生产流程。

12.PLC

13..牵引系统，由牵引头、牵引绳、牵引架和牵引机组成。除牵引机外，均为非金属材料。

14..射线吸收传感器，吸收由放射源6穿越金属液来的射线信息转为电子信息，输入13PLC。

15.中滑板，与上板21、下板20和中滑板15各自内孔组合的金属液流出通道。当中滑板受执行机构22拖动向左移动，就增大组合孔断面面积，增加金属液流出量；反之向右移动，就减小组合孔断面面积，减少金属液流出量，达到恒流速流出。

16.交变磁场。

17.水平流出管，由耐火材料制成。

18.包裹，将竖管与水平流出管粘结包裹。

19.竖管，由耐火材料制成。

20下滑板，由耐火材料制成。

21.上滑板，由耐火材料制成。

22.执行机构，有电动、液压和气动三种。以电动为例，执行由12PLC来的命令，拖动中华板向左移动，就增大组合孔断面面积，增加金属液流出量；反之向右移动，就减小组合孔断面面积，减少金属液流出量，达到恒流速流出。

【发明二具体实施方式】

附图2中射线吸收器14须有绝热保护。

本发明为三板式调节组合管断面积，也可用两板式。

Claims

1.改变塞棒尖头与塞棒座內腔的缝隙，就可改变金属液流出速度，达到恒速流出；

S1：金属液智能磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线的铸坯阶段，用智能控制技术使金属液恒速流出、使全生产线按产品规格、单位时间产量平稳、安全运行；

包(或炉，下同)内金属液流出速度主要与包内金属液深度呈正相关。故用测量金属液深度数值，经PLC来智能控制、调节金属液流出通道的大小，改变流出量，达到金属液恒流速流出；

S2：新建生产线时按每款产品规格的金属液柱断面尺寸和按单位时间产量确定金属液流速，调试出达到该流速时，包内金属液的深度(经铯137或其它测量系统测得)，以及该深度与流速的关系，作为原始(基准，下同)数值存入PLC中；

当金属液深度随时因流出和添加而降低和升高，经测量系统随时测出，随时输入PLC，经计算，命令附图1执行机构4加大或减小流出通道A，改变流出量，达到恒速流出；

其特征在于：用铯137系统或其它测量系统测得包内随时都在变化的金属液深度数值，立刻输入PLC，经与原始数值对比计算后，命令执行机构4，升、降塞棒5，改变缝隙A，调节金属液流出量，达到恒定速度流出，使生产线平稳运行。

2.改变动板与定板內腔孔组成的金属液流出组合通道断面面积，达到恒速流出；

当金属液深度随时因流出和添加而降低和升高，经铯137或其它测量系统随时测出，随时输入PLC，经与原始数值对比计算，命令执行机构22向左或右拖动动滑板15，改变金属液流通组合管横断面面积，调节金属液流出量，达到恒定速度流出，使生产线平稳运行。

其特征在于：用铯137或其它系统测得包内随时都在变化的金属液深度数值，立刻输入PLC，经与原始数值对比计算后，命令执行机构22，向左或右拖动滑板15，改变金属液流通组合管横断面面积，调节金属液流出量，达到恒速流出，使生产线平稳运行。

3.竖管，两种发明内容的竖管，均具有相同的将从炉内来的金属液进行约束与扩展的功能；

有时候产品要求的宽度远大于塞棒流出的直径和动板、定板内孔组合通道数值。这就需要展扩，展扩方式很多，例如采用“△”內腔，金属液从上尖部流入就可展扩；

其特征在于：竖管具有约束与展扩功能。展扩方法之一，“△”內腔，金属液从上尖部流入就可展扩。

4.可变换金属液横断面尺寸；更换不同内腔尺寸的水平流出管，就能获得要求尺寸横断面的金属液；

其特征在于：更换不同内腔尺寸的水平流出管，就能获得要求尺寸的横断面金属液。

5.全生产线各机台的所有传感器均接入PLC，若偶发事故，由事故机台的传感器发出信息通知PLC，由PLC命令执行机构关闭金属液流出通道，金属液截流，防止事故扩大。

其特征在于：全生产线各机台的所有传感器均接入PLC。若偶发事故，由事故机台的传感器发出信息通知PLC，由PLC命令执行机构关闭金属液流出通道，金属液截流，防止事故扩大。