CN117139582A - 一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法及系统，包括以下步骤：S1、在结晶器的钢水中垂直浸入一对钉子，钉子以结晶器的下水口中线为对称轴，并沿结晶器的宽度方向对称浸入；S2、经过N秒后将钉子提出，钉子的表面形成凝固坯壳，测量凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12；S3、将钉子与对称轴的距离d、钉子的浸入深度h和凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12输入液面流速计算模块，计算获取一对钉子的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；S4、流速评估模块根据步骤S3中计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议。本发明提高结晶器液面流场控制精度，避免卷渣等铸坯缺陷的效果。
Description
技术领域
本发明涉及炼钢技术，更具体地说，涉及一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法及系统，尤其涉及一种钢液表面附近流速的测量与反馈调节方法及系统。
背景技术
结晶器液面附近钢水流场对于连铸坯的内部质量和表面缺陷有至关重要的影响。结晶器液面附近钢水流速过快，特别是形成了向窄边方向的流场会造成保护渣和氩气泡的卷入，形成铸坯的保护渣和气泡型缺陷。另外，结晶器液面附近钢水流速过慢，钢水对液面的热量补充不足，不利于保护渣融化，也容易造成铸坯的表面质量问题，更甚者会引起铸坯产生裂纹以及造成漏钢。所以，结晶器液面附近钢水流速控制在合理的范围内对于连铸坯的最终质量是至关重要的，如何简单快捷地测量与反馈调节结晶器液面附近的钢水流速变得非常关键。
鉴于少有直接钢液流速测量专利或已有专利测量装置复杂，专利申请人曾公开过2个可在工业生产中直接测量钢液表面附近流速的装置和方法，即公开号CN 103837701 A，专利名“钢液表面附近流速的测量装置和方法”与公开号CN 103837698 A，专利名“一种钢液表面附近流速的连续测量装置和方法”。专利公开的钢液表面附近流速测量的装置包括测速棒和测速棒偏转装置，流速测量方法根据测速棒的重心、旋转支点和冲击力着力点，计算旋转支点和重心之间的距离，以及旋转支点和冲击力着力点之间的距离，测量测速棒的重力值，测量时将测速棒插入钢液中，得到旋转角度和插入深度，从而计算出钢液流速。
公开号CN 103962540 A的专利“一种连铸中间包及结晶器钢液流动控制装置及使用方法”公开了一种连铸中间包及结晶器钢液流动控制装置及使用方法。该方法通过在上水口内产生旋转磁场，与通过上水口附近的钢液运动，从而控制中间包内上水口附近的钢液运动，从而控制中间包与结晶器内钢液流动，同时实现中间包低液位浇注，达到改善连铸坯质量的效果。
由上可知，目前公开的专利多为测量流速装置以及适用于该装置的测量流速方法，一是通常装置比较复杂，二是难以同时测量多点液面流速以反映液面偏流/波动状态，重要地是，当测量流速在工艺窗口之外时，无法快速地提出相应地液面流动状态的改善措施。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的是提供一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法及系统，提高结晶器液面流场控制精度，避免卷渣等铸坯缺陷的效果。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，包括以下步骤：
S1、在结晶器的钢水中垂直浸入一对钉子，所述钉子以所述结晶器的下水口中线为对称轴，并沿所述结晶器的宽度方向对称浸入，且所述钉子的下端不与所述结晶器的底部接触；
S2、经过N秒后将所述钉子提出，所述钉子的表面形成凝固坯壳，测量所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12；
S3、将所述钉子与对称轴的距离d、所述钉子的浸入深度h和所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12输入液面流速计算模块，计算获取一对所述钉子的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；
S4、流速评估模块根据步骤S3中计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议。
较佳的，所述步骤S1中，所述钉子与对称轴的距离不超过所述结晶器宽度W的1/4。
较佳的，所述步骤S2中，经过5s至10s后将所述钉子提出。
较佳的，所述步骤S3中，所述液面流速计算模块根据流速计算公式和参数库计算钢液流速；
所述流速计算公式为：
V＝cDα△hβ (1)
公式(1)中，V为钢液流速，D为钉子的直径，Δh为斜坡高度差，c、α、β为公式的系数常数。
较佳的，所述系数常数c、α、β保存在所述参数库中，与所述钉子的浸入深度h、所述钉子与对称轴的距离d以及所述钉子的直径D相关；
进行公式(1)计算时，根据所述钉子的浸入深度h、所述钉子与对称轴的距离d、所述钉子的直径D以及所述结晶器结构类型编号，从所述参数库中搜索相匹配的系数常数c、α、β。
较佳的，所述系数常数c、α、β通过数值模拟试验、水模试验或实际生产中直接测量结果提前获取并保存在所述参数库中。
较佳的，在进行匹配时，在所述参数库中选择与所述结晶器结构类型编号相同的数据中进行，按照最近邻原则进行h、d、D的匹配。
较佳的，所述步骤S4中，所述流速评估模块包括评估规则和专家意见，所述评估规则和所述专家意见形成规则集，采用如下形式：
IF V11 or V12>Vc1,THEN OPTION1
IF V11 or V12<Vc2,THEN OPTION2
IFΔV>ΔVc,THEN OPTION3
所述评估与优化建议给出为工艺经验的输入，包括调节氩气流量、氩气压力、保护渣类型。
另一方面，一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统，包括：
钉子，以所述结晶器的下水口中线为对称轴，对称垂直浸入结晶器的钢水中，使所述钉子的表面形成凝固坯壳，测量获取所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12；
液面流速计算模块，根据所述钉子与对称轴的距离d、所述钉子的浸入深度h和所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12，计算获取一对所述钉子的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；
流速评估模块，根据所述液面流速计算模块计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议；
所述快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统用于实现所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法。
本发明所提供的一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法及系统，可以快速地进行液面附近一点或多点流速测量，且可以根据测量结果快速推荐相应液面流速的改善措施，减少板坯产生卷渣等缺陷的概率。该系统简单、操作方便，易于移植。
附图说明
图1是本发明快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法的测量示意图；
图2是本发明快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统的框架示意图。
具体实施方式
为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
结合图1所示，本发明所提供的一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，包括以下步骤：
S1、将一对钉子1以结晶器2的下水口中线为对称轴，并沿结晶器2的宽度方向对称垂直浸入结晶器2的钢水中，且钉子1的下端不与结晶器2的底部接触；钉子1与对称轴的距离d为100mm至300mm，不超过结晶器宽度W的1/4W，并记录d与钉子1的浸入深度h。
S2、经过5s至10s后将钉子1从钢液中提出，此时钉子1的表面形成凝固坯壳3，测量凝固坯壳3的斜坡高度Δh11、Δh12。
S3、将钉子1与对称轴的距离d、钉子1的浸入深度h和凝固坯壳3的斜坡高度Δh11、Δh12输入液面流速计算模块，计算获取一对钉子1的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；
液面流速计算模块包括流速计算公式和参数库；
流速计算公式为：
V＝cDα△hβ (1)
公式(1)中，V为钢液流速，D为钉子1的直径，Δh为斜坡高度，c、α、β为公式的系数常数。
系数常数c、α、β保存在参数库中，与钉子1的浸入深度h、钉子1与对称轴的距离d以及钉子1的直径D相关；
进行公式(1)计算时，根据钉子1的浸入深度h、钉子1与对称轴的距离d、钉子1的直径D以及结晶器结构类型编号，从参数库中搜索相匹配的系数常数c、α、β。
系数常数c、α、β可通过数值模拟试验、水模试验或实际生产中直接测量结果提前获取并在参数库中建立。
在进行匹配时，在参数库中选择与结晶器结构类型编号相同的数据中进行，按照最近邻原则进行h、d、D的匹配。
S4、流速评估模块根据步骤S3中计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议；
流速评估模块包括评估规则和专家意见，由评估规则和专家意见形成规则集，采用如下形式：
IF V11 or V12>Vc1,THEN OPTION1
IF V11 or V12<Vc2,THEN OPTION2
IFΔV>ΔVc,THEN OPTION3
评估规则从两个方面考虑：一是钢液流速在工作窗口内，二是钢液流速差不能过高。
评估与优化建议的给出为工艺经验的输入，包括调节氩气流量、氩气压力、保护渣类型等。
结合图2所示，本发明还提供了一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统，包括：
钉子，以结晶器的下水口中线为对称轴，对称垂直浸入结晶器的钢水中，使钉子的表面形成凝固坯壳，测量获取凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12；
液面流速计算模块，根据钉子与对称轴的距离d、钉子的浸入深度h和凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12，计算获取一对钉子的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；
流速评估模块，根据液面流速计算模块计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议；
通过本发明快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统以实现本发明快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法。
实施例
某钢铁企业生产某一汽车板钢，应用本发明系统进行工艺参数调整，以期达到减少夹渣发生率的目的。根据数值模拟的结果获得的凝固坯壳斜坡的高度和钢水流速的对应关系用最小二乘法，来拟合一条曲线来对应数值模拟的结果。以下是得到的凝固坯壳斜坡的高度和钢水流速的拟合曲线的计算公式，只需确定了钉子的直径和凝固坯壳斜坡的高度，就可以通过如下计算公式直接获得钢水流速：
V＝0.624D0.696△h0.567
D为钉子直径，△h为钢水液面变形高度。
结晶器液面附近钢水流速的测量是这样实现的，把直径为5mm的两个钉子对称插入到结晶器液面附近的钢水中，钉子在流动的钢水中迎着钢流的一侧液位会显著升高，钉子在钢水中停留3～5秒后迅速提起，其表面凝固坯壳会形成一个斜坡。通过测量凝固壳坯斜坡的高度，来测算结晶器液面附近钢水的流速。氩气流量为50N1/min，测得对称两点的流速为0.34m/s、0.36m/s,液面流速较大，根据工艺调整反馈系统，将氩气流量调整到30N1/min,将氩气流量为30N1/min时测得的两点流速分别为0.2m/s、0.21m/s，达到工艺经验需求，不再进行调整。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。
Claims (9)
1.一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在结晶器的钢水中垂直浸入一对钉子，所述钉子以所述结晶器的下水口中线为对称轴，并沿所述结晶器的宽度方向对称浸入，且所述钉子的下端不与所述结晶器的底部接触；
S2、经过N秒后将所述钉子提出，所述钉子的表面形成凝固坯壳，测量所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12；
S3、将所述钉子与对称轴的距离d、所述钉子的浸入深度h和所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12输入液面流速计算模块，计算获取一对所述钉子的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；
S4、流速评估模块根据步骤S3中计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议。
2.根据权利要求1所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述钉子与对称轴的距离不超过所述结晶器宽度W的1/4。
3.根据权利要求1所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于：所述步骤S2中，经过5s至10s后将所述钉子提出。
4.根据权利要求1所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述液面流速计算模块根据流速计算公式和参数库计算钢液流速；
所述流速计算公式为：
V＝cDα△hβ (1)
公式(1)中，V为钢液流速，D为钉子的直径，Δh为斜坡高度差，c、α、β为公式的系数常数。
5.根据权利要求4所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于：所述系数常数c、α、β保存在所述参数库中，与所述钉子的浸入深度h、所述钉子与对称轴的距离d以及所述钉子的直径D相关；
进行公式(1)计算时，根据所述钉子的浸入深度h、所述钉子与对称轴的距离d、所述钉子的直径D以及所述结晶器结构类型编号，从所述参数库中搜索相匹配的系数常数c、α、β。
6.根据权利要求5所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于：所述系数常数c、α、β通过数值模拟试验、水模试验或实际生产中直接测量结果提前获取并保存在所述参数库中。
7.根据权利要求5所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于：在进行匹配时，在所述参数库中选择与所述结晶器结构类型编号相同的数据中进行，按照最近邻原则进行h、d、D的匹配。
8.根据权利要求1所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述流速评估模块包括评估规则和专家意见，所述评估规则和所述专家意见形成规则集，采用如下形式：
IF V11 or V12>Vc1,THEN OPTION1
IF V11 or V12<Vc2,THEN OPTION2
IFΔV>ΔVc,THEN OPTION3
所述评估与优化建议给出为工艺经验的输入，包括调节氩气流量、氩气压力、保护渣类型。
9.一种快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统，其特征在于，包括：
钉子，以所述结晶器的下水口中线为对称轴，对称垂直浸入结晶器的钢水中，使所述钉子的表面形成凝固坯壳，测量获取所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12；
液面流速计算模块，根据所述钉子与对称轴的距离d、所述钉子的浸入深度h和所述凝固坯壳的斜坡高度Δh11、Δh12，计算获取一对所述钉子的钢液流速V11、V12以及流速差ΔV；
流速评估模块，根据所述液面流速计算模块计算获取的V11、V12以及ΔV给出评估与优化建议；
所述快速优化工艺改善钢液表面附近流速的系统用于实现如权利要求1-8之一所述的快速优化工艺改善钢液表面附近流速的方法。
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