CN1368908A

CN1368908A - 高速连铸设备的自动化

Info

Publication number: CN1368908A
Application number: CN00811472A
Authority: CN
Inventors: F·P·普莱休特施尼格; S·菲尔德豪斯; L·帕沙特; M·冯德尔班克; T·乌尔克; R·V·科瓦列夫斯基; R·P·海德曼
Original assignee: SMS Demag AG
Current assignee: SMS Siemag AG
Priority date: 1999-06-07
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2002-09-11
Anticipated expiration: 2020-06-07
Also published as: MXPA01012413A; US20040244941A1; ATE230318T1; EP1183118A1; DE50001011D1; US6793006B1; TW469187B; DE10027324A1; CA2375133A1; EP1183118B1; US6854507B2; KR20020026448A; WO2000074878A1; DE10027324C2; ES2192532T3; KR100752693B1; JP2003501265A; CN1200788C

Abstract

一种自动运行高速连铸设备的方法,其中测量塞棒运动或滑板运动、液池液面高度变化、流经结晶器壁的热流、金属液温度和浇注期间内的拉坯速度并把测量结果送往计算机并为自动运行而预定的极限值进行比较。

Description

高速连铸设备的自动化

尤其是在板坯高速生产设备工作时且在此尤其是在与轧制设备相连的设备工作时，连铸设备能够可靠地在可控的高速下工作是有意义的。

尤其是在高达10米/分的高浇注速度下，需要浇注安全性，这使得借助自动化装置来控制众多彼此间复杂联系的工艺参数是必不可少的。

这种自动化装置必须把其外部的操作语言转化为工人可一览无余的简单功能语言。

此外，当给出以下某些预定条件时，在其操作语言中还只知道浇注速度选择和操作侧(NO)或驱动侧(ND)的窄侧壁热流的自动化程度允许自控运行方式，

-受控制的中间包内的钢水温度；

-良好的氧化的钢纯净度；

-平静的浇注液面；

-连续不变的宽侧壁热流。

作为现有技术地知道了测量板坯结晶器的所有四块铜板的热流(DE4117073)，但是在这篇专利文献中，没有公开与浇注速度相关的现有技术。因此，例如浇注速度的提高对结晶器负荷的影响小(以MW/m²表示)并对坯壳负荷的影响强烈(以MWh/m²表示)。

图1示出了这种关系，可以从图1中看到，在高浇注速度下，当使用结晶器润滑剂和某个如大于4.5米/分的浇注速度时，结晶器负荷几乎保持不变并且坯壳负荷明显减小。其原因在于，在高浇注速度下，存在连续的渣润滑膜并因而存在不变的热传导，但坯壳在结晶器内的停留时间与浇注速度成比例地缩短。该图清楚示出了，随着浇注速度增大，结晶器负荷不再增大并且坯壳负荷更小，由此降低了开裂危险，但是坯壳如在结晶器末端处更薄更热。

在图2中示出了这些条件之间的关系，

-铸渣膜；

-如在结晶器出口处的坯壳温度、坯壳厚度和收缩；

-结晶器负荷和坯壳负荷或收缩；

-浇注液面处的最高结晶器壳温度和与再结晶温度相关的结晶器寿命，所述再结晶温度导致冷轧铜板软化。

本发明的任务是，能够在“在线数据测量”的基础上实现连铸过程的自动化，它不仅考虑了半自动控制即窄侧壁锥度和浇注速度的控制，还考虑了全自动控制、自控运行方式，并且它考虑并按照中间包内钢水温度的函数并在以下条件的前提下工作，即受控制的纯净度、浇注液面和宽侧壁热流。

通过方法权利要求1的特征或装置权利要求及其用于实施本发明的从属权利要求完成了该任务。

以下，例如为了解释本发明而画出了这些图，其中：

图1是表示与浇注速度有关的结晶器负荷和坯壳负荷；

图2表示浇注速度与以下条件之间的关系，即渣膜厚度、坯壳温度、收缩以及结晶器出口处的坯壳厚度、结晶器负荷和坯壳负荷以及收缩、浇注液面上的铜板的温度负荷以及与冷轧铜板的再结晶温度有关的铜板寿命；

已经在提出任务时具体说明了图1、2并且它们用于更好地理解以下说明书部分，以下部分对于普通技术人员来说是非显而易见的并因此具有发明高度；

图3示出了

a)板坯结晶器(1)，它具有或没有浇入漏斗区(1.1)并且具有锥度可调的窄侧壁(1.2)以及浸没式浇口(1.4)和结晶器润滑剂，

b)在浇注时间的窄侧壁(ND，NO)和宽侧壁(WF，WL)的结晶器负荷，它以MW/m²来表示，

c)宽侧壁与窄侧壁的热流比，以NO/WL、NO/WF、ND/WL、ND/MF来表示，它们简单地表示热流过程并且可以在浇注过程中简单地通过锥度调整来进行修正；

图4示出了借助以下参数的浇注情况A、B、C

a)热流，以MW/ml来表示，或者

b)热流比NO/WL、NO/WF、ND/WL、ND/WF，它们通过从位置0到位置1地调节窄侧壁锥度进行修正；

图5示出了在1小时浇注时间内的中间包内钢水温度的曲线；

图6示出了浇注窗，它成形于中间包内钢水温度和浇注速度之间，它具有如不同钢水的温度曲线；

图7示出了在连铸机区域内的数据测量和调节电路，连铸机接收用于控制和调整窄侧壁锥度的极限值以及与中间包内钢水温度成函数的最高浇注速度。

图3由分图a)、b)、c)构成，图3a)示意地示出了板坯结晶器或初轧坯结晶器(1)，所述结晶器分别由两个在操作侧(1.2.1，NO)和驱动侧(1.2.2，ND)配备有压下缸(1.2.3)的独立窄侧壁和两个宽侧壁(1.3)即背侧(1.3.1，WF)和活动侧(1.3.2，WL)的宽侧壁构成。

结晶器(1)还可以有利地配备有一个浇注漏斗区(1.1)。在采用结晶器润滑剂(1.6)并形成铸渣(1.6.1)和在结晶器(1)与坯壳(1.7.1)之间的铸渣膜的情况下，钢水(1.4)通过在液池液面(1.7.2)下的浸没式浇口(1.5)流入结晶器，所述铸渣膜用于润滑和热流控制。

图3b)、3c)示出了在正常无事故浇注过程中的宽侧壁WF、WL(1.3.2)和窄侧壁NO(1.2.1)、ND(1.2.2)的特定热流过程，单位为MW/2，其中浇注时间从开始到钢水处于与中间包温度平衡的时间tx。窄侧壁热流通过窄侧壁锥度调整而显示出小于1的与宽侧壁之比，在浇注期间内保持这个比例不变。

在铸坯上形成的不同渣膜且尤其是在宽侧壁和窄侧壁之间的渣膜、不同浇注速度、不同钢水温度、在左右半边结晶器内的不均匀流动状况以及铸坯在浇注方向上偏离铸坯中心轴线都可能导致特定散热的差异。

在图4中，在三种典型情况A、B、C(图4)下并结合特殊热流地示出了以MW/m²来表示的差异，而在图4c)中，作为示出了窄侧壁/宽侧壁热流比地示出了所述差异。

在情况A中，驱动侧(ND)(1.2.2)的窄侧壁热流与操作侧(NO)(1.2.1)的窄侧壁热流相差一个很小的热流。通过从位置0到位置1地较大调整ND窄侧壁的锥度，使热流适应NO窄侧壁的锥度。

在情况B中，这两个窄侧壁的热流与宽侧壁相比太高了。通过从位置0到位置1地回缩这两个窄侧壁的锥度，使热流与宽侧壁的比例适当。

在情况C中，窄侧壁热流太小并且可以通过同时从位置0到位置1地增大窄侧壁锥度使上述热流变成相对宽侧壁是适当的热流值。

图5示出了在约1小时时间内的中间包内许多熔液的温度曲线。可以从图中看到，例如在这个具有约180吨熔炼能力的中间包中，钢水温度以约5℃/小时的速度降低。可以使中间包内钢水的温降保持得较小并且这种温降主要取决于以下因素，

-钢水在中间包内的停留时间即浇注能力，和

-中间包的绝热。

钢水流入中间包内的绝对温度由连铸工作决定并由钢厂调整并例如取决于以下因素，

-钢包工作时间，

-钢包老化和

-钢包墙衬，

这些因素通常因不受控制的运行方式而导致与额定温度的偏差。

图6示出了浇注窗，它由中间包内的钢水温度和可行的最高浇注速度构成。

浇注窗(4)由一个上临界温度(3.2)和一个下临界温度(3.1)构成。此外，除了结晶器(3.3)内的钢水温度外，还示出了如低碳钢的液相线温度区域(3.4)。当中间包入口处的钢水温度不变时，结晶器内的钢水温度因以下因素而升高，

-更大的中间包体积，

-更好的中间包绝热，

-在结晶器中使用了电磁滞流器。

图6的曲线示出了三种具有不同的中间包温度并进而具有不同的可行最高浇注速度但具有如相同的5℃/小时的温度损失的熔液。

在浇注窗(4)中的这三种情况具体如下。

在情况(4.1)中，钢水温度在浇注开始时为1570℃并允许4.0米/分的最高浇注速度(1.8)，经过1小时浇注后，在钢包浇注结束时，1565℃的钢水温度允许4.5米/分的浇注速度。

在情况(4.2)中，中间包内的钢水温度在钢水开始浇注时为1560℃，在浇注结束时为1555℃，这样的钢水温度允许5.0米/分的最高浇注速度，而在浇注结束时，允许5.85米/分的最高浇注速度。

在情况(4.3)中，温度为1550℃并且允许7.2米/分的浇注速度，在浇注结束时，1545℃的温度允许高于8米/分的浇注速度。在达到约1548℃时启用最高为8米/分的浇注速度。

图7示出了用于使高速生产设备进行浇注工作的半自动控制装置或全自动控制/自控运行装置的结构。

高速生产设备由钢包(5)、带塞棒或封闭滑板的中间包(6)以及连续或不连续测量中间包内温度的测量装置、具有振荡式结晶器(1)和可调节的窄侧壁以及拉坯辊(6.3)的连铸机构成，所述拉坯辊由电动机(6.3.1)驱动并且以可控浇注速度(1.8)抽出铸坯。

对于全自动控制运行方式/自控运行方式来说，以下数据测量是必须的：

-中间包(6.2)内钢水温度的测量，单位℃；

-塞棒运动或滑板运动(6.1.1)，单位dy/dt；

-宽侧壁(7)的热流测量，单位MW/m²；

-窄侧壁(8)的热流测量，单位MW/m²；

-塞棒运动；

-浇注液面活动(9)，单位dx/dt；

-实际浇注速度(1.8)，单位米/分。

这些数据在联机计算机(10)中与数据极限进行比较。在以下预定条件下，如：

-塞棒运动dt/dy为±0，即纯净钢，它没有导致在SEN中的明显的氧化皮以及塞棒腐蚀和SEN腐蚀；

-在宽侧壁内的不变的热流，当浇注速度不变时，所述热流在浇注期间内具有最大为0.1MW/m²的公差；

-在60秒的浇注期间内，最大为±5毫米的浇注液面运动；

-大于0.9和小于0.4的窄侧壁与宽侧壁的热流比，

成控制杆形式的操作面(11)可以工作安全且因而开裂少(＜0.5％)地被转换到全自动控制或自控运行状态。所述控制杆有四种功能即±浇注速度和±各窄侧壁的锥度并且是半自动控制装置。

全自动控制装置随着浇注并根据例如在这样的范围内的窄侧壁与宽侧壁之间的热流比来修正每个窄侧壁的锥度调整工作，即0.8＞N/W＞0.5，并且全自动控制装置自动运行可行的最高浇注速度，这个浇注速度可以根据中间包内钢水温度和所设立的函数而实现。

本发明可以在避免了开裂且控制了铸坯质量的情况下使连铸设备以可行的最高生产率工作。

附图标记一览表(1)-振荡式板坯结晶器；(1.1)-漏斗区；(1.2)-结晶器窄侧壁；(1.2.1)-操作侧(NO)窄侧壁；(1.2.2)-驱动侧(ND)窄侧壁；(1.2.3)-以下缸；(1.3)-宽侧壁；(1.3.1)-固定侧或背面的宽侧壁，WF；(1.3.2)-活动侧或背面的宽侧壁，WL；(1.4)-钢水；(1.5)-浸没式浇口，SEN；(1.6)-结晶器润滑剂；(1.6.1.1)-结晶器和坯壳之间的铸渣膜；(1.7)-铸坯；(1.7.1)-坯壳；(1.7.2)-浇注液面；(1.8)-浇注速度，Vc；(1.8.1)-浇注时刻tx，在这个时刻后，钢水温度与中间包平衡；(3)-上临界温度；(3.1)-下临界温度；(3.3)-结晶器内的钢水温度；(3.4)-低碳钢的液相线温度区；(3.5)-在中间包入口处的钢水温度受控制时，结晶器内钢水温度升高的起因；(4)-浇注窗，其中温度不同的三种熔液位于中间包内，在钢水温度/浇注速度浇注窗中，有相同的5℃/小时的温度损失；(4.1)-情况1，其熔液在开始浇注时导致了1570℃的中间包内钢水温度并在浇注结束时导致了1565℃的钢水温度以及允许4.0米/分的浇注速度和最高4.5米/分的浇注速度；(4.2)-情况2，其熔液在开始浇注时导致了1560℃的中间包内钢水温度并在浇注结束时导致了1560℃的钢水温度以及允许5.0米/分的浇注速度和最高5.85米/分的浇注速度；(4.3)-情况3，其熔液在开始浇注时导致了1500℃的中间包内钢水温度并在浇注结束时导致了1545℃的钢水温度以及允许7.0米/分和大于8.0米/分的浇注速度；(5)-钢包；(6)-中间包；(6.1)-塞棒或封闭滑板；(6.1.1)-塞棒运动或滑棒运动；(6.2)-连续或不连续地测量中间包内钢水温度的装置；(6.3)-被驱动的拉坯辊；(6.3.1)-驱动电动机；(7)-宽侧壁的热流测量，单位MW/m²；(7.1)-固定侧即背面WF的宽侧壁；(7.2)-活动侧WL的宽侧壁；(8)-窄侧壁的热流测量，单位MW/m²；(8.1)-操作侧(NO)的热流测量；(8.2)-驱动侧(ND)的热流测量；(8.3)-窄侧壁/宽侧壁的热流比；(8.3.1)-操作侧的窄侧壁与宽侧壁的热流比((NO，NO)/(WL，WF))；(8.3.2)-驱动侧的窄侧壁与宽侧壁的热流比((ND，NO)/(WL，WF))；(9)-浇注液面的活动，单位dx/dt；(10)-联机计算机；(10.1)-极限值；(11)-操作面“控制杆”；(11.1)-全自动控制/自控运行状态；(11.2)-采用半自动控制的警报；

Claims

1、一种使用或不使用结晶器润滑剂地自动驱动高达10米/分的且具有一个振荡式结晶器、一个浸没式浇口或一个喷嘴的高速板坯生产设备工作的方法，它具有以下特征：

-在浇注期间内在线测量塞棒或滑板运动；

-在线测量液池液面运动的变化，单位mm/min；

-在线测量宽侧壁热流；

-在浇注期间内在线测量窄侧壁热流，单位MW/m²；

-在浇注期间内测量中间包内的钢水温度；

-在浇注期间内在线测量实际速度，单位m/min；

-在线地将单位时间内的塞棒变化、液池液面运动和宽侧壁热流与作为自动工作方式准则的预定极限值进行比较；

-将每一个窄侧壁/宽侧壁的热流比进行比较以便平衡窄侧壁铜板锥度以及与宽侧壁热流有关地进行修正；

-将中间包内的钢水温度和与之成函数的最高浇注速度进行比较以便适当地平衡实际浇注速度。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，自动化可以被转化到全自动控制/自控运行方式状态，它在超出极限值时发出警报并且可以反切换到半自动控制方式。

3、如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，为每个钢组如低碳钢、中碳钢和高碳钢确定准则，即中间包内的钢水温度与可行的最高浇注速度成函数关系。

4、一种使用或不使用结晶器润滑剂(1.6)地自动驱动高达10米/分的且具有一个振荡式结晶器(1)、一浸没式浇口(1.5)或一个喷嘴的高速板坯生产设备工作的装置，它由以下部分构成：

-一个板坯结晶器，它由两个宽侧壁(1.3)和两个窄侧壁(1.2)构成，它们可以在浇注过程中借助压下缸(1.2.3)来控制其锥度；

-一个塞棒运动或滑板运动(6.1.1)的测量装置；

-一个液池液面运动(9)的测量装置；

-一个固定侧(7.1)和活动侧(7.2)的宽侧壁热流的测量装置；

-一个操作侧(8.1)和驱动侧(8.2)的窄侧壁热流(8)的测量装置；

-借助非连续的或连续的测量装置测量中间包(6.2)内钢水温度的装置；

-测量板坯或铸坯(1.7)的实际浇注速度(1.8)的测量装置；

-作为以下参数准则地确定极限值(10.1)的确定装置，

—最大为±2毫米/时间单位的塞棒运动(6.1.1)的变化；

—±5毫米/时间单位的液池液面运动(9)的变化；

—绝对和相对的±0.1MW/m²的宽侧壁热流(7)的变化；

—窄侧壁与宽侧壁的热流比(8.3)，0.9＞NO/W’，ND/W＞0.4，以确保自动工作；

-建立操作侧的窄侧壁(8.3.1)和驱动侧的窄侧壁(8.3.2)的热流比(8.3)并借助用压下缸(1.2.3)调整窄侧壁锥度(1.2.1，1.2.2)来进行修正的装置，从而热流比(8.3)本身在0.8＞NO/W’，ND/W＞0.6的范围内活动，这种修正最好自动且以0.1毫米/调节动作分步进行；

-根据浇注窗(4)启用与钢水温度成函数的最大许可浇注速度。

5、如权利要求4所述的装置，其特征在于，可以通过修正窄侧壁调整(1.2)把具有操作面“控制杆”(11)和浇注速度(1.8)函数选择及热流比控制作用的半自动控制方式转换成全自动控制/自控运行状态(11.1)，当超过极限值(10.1)时，发出警报(11.2)并反切换到半自动控制方式(11)。

6、如权利要求5所述的装置，其特征在于，浇注窗(4)本身根据钢级组和所用的结晶器润滑剂改变。