CN219924504U - 结晶器热交换控制装置、盖、盖套件和连续铸造设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及结晶器热交换控制装置、盖、盖套件和连续铸造设备。结晶器中有：冷却通道；和布置在通道的出口处的温度传感器，测量在通道的出口处的冷却流体的温度T_OUT，以计算例如不同通道的不同值T_OUT之间的温差ΔT，以识别在铸造期间的热交换的不均匀性。通道的出口处的温度传感器能周边布置在结晶器本身上或分开的盖上，盖封闭在结晶器与相关的锭模之间的间隙。合适的温度传感器是具有不同测量点的光学纤维。

Description

结晶器热交换控制装置、盖、盖套件和连续铸造设备

技术领域

本解决方案涉及监测结晶器中的热交换的趋势和均匀性或不均匀性的装置，且能够被用于长产品(诸如钢坯、方坯、梁坯)或扁平产品(诸如传统板坯或薄板坯)的连续铸造工艺中。

背景技术

结晶器是连续铸造领域中已知的基本部件，并且其功能是赋予在它内部铸造的产品以形状，从而通过热交换来限定产品本身的表皮的形状及厚度。

事实上，液体钢被倒入结晶器中，并且该结晶器借助于内部冷却液而从钢提取热，将热传递到冷却液，并导致表皮的逐渐形成，在结晶器的出口处，该表皮必须足够厚以包含内部的静止液体钢，而不需要连续包含。

结晶器可以具有适用于铸造扁平产品或长产品的不同形状，它们可以被构成为单个零件(如通常用于长产品)或者被构成为可组装的零件(如通常用于扁平产品)。结晶器可以具有不同的尺寸，例如从结晶器的110mm内部宽度开始到甚至1600mm甚至超过，用于方坯的竖直浇注。在扁平产品中，结晶器的内部宽度甚至可以大于2000mm，而厚度一般不超过400mm。

为了能够从钢提取热并承受高操作温度，如所提及的所有结晶器都被连接到封闭回路，该封闭回路通过使冷却流体(一般是水)循环来冷却结晶器。

第一代结晶器由具有一定厚度的管构成，这些管被装配到特殊腔室(称为输送机)中，使得在管的外部与输送机的内部之间生成间隙(也称为孔隙)，且整个结晶器被装配到锭模中。从一侧进入(例如在室温从下方进入)的冷却流体然后被引入到该输送机中，并在另一侧被提取变暖，从而沿输送机的路径冷却在输送机中包含的管。

设想到通过由于表皮形成得更快而允许因此增加铸造速度来允许改善在液体钢的附近的热交换的这个构思的演变来纵向钻凿结晶器的厚度以创建贯通通道，在这些贯通通道的内部允许冷却流体流动。

此外，为了限制生产成本，考虑到横向孔是麻烦的，该构思演变成：通过在外部铣削结晶器的壁来创建冷却通道；以及冷却通道通过用面板和/或绕组(优选地为碳纤维)封闭来最终限定，诸如例如，欧洲专利EP 3 013 498 B1中所描述。与具有贯通通道的版本相比，结晶器的这种变体允许具有结晶器的壁的较低厚度。

已经允许上述结晶器的演变以改善热交换并减小结晶器的生产成本，特别是通过切换到具有贯通通道或外部制作的通道的冷却原理；能够对结晶器的角部处的热交换进行调制。

通常，然后由共同的流供给每一个通道，且从共同的歧管提取流经结晶器的流体。

然而，铸造工艺在被执行的同时隐藏了若干未知数，并且表皮形成机制恰好引起了不适当的构象：事实上，正在形成的表皮对结晶器的壁的支持恰好不是最佳的，并且在结晶器中造成了热点或冷点，这与厚度不足的表皮或其与结晶器的分离同义，因此不再适当地交换，存在的风险在于未冷却的表皮由于内部钢的热而融化和/或由于再次凝固而产生质量缺陷，或者其仍然有可能从厚度不足的结晶器流出，存在的风险在于由于铁水压力而撕裂，从而产生所谓的破损，即，导致工艺中断的液体钢泄漏，从而造成生产的损失，并有可能损坏设备和对操作者的安全造成风险。

因此，必须了解连续铸造工艺期间的热交换的情况和演变，以便在它们引起潜在有害现象(诸如表皮破损(所谓的破损))或产品质量缺陷之前及时识别任何潜在危险的热不平衡，这需要尽可能早识别以便消除起因或至少减轻其影响。

就此而言，本领域的状态已知用于测量结晶器中的温度趋势的系统。例如，将提及专利申请EP 3 668 665 A2和WO 2020/254688 A1，它们描述了结晶器，这些结晶器的壁设有垂直于铸造方向的通道或沟槽，这些通道或沟槽中包含传感器以监测结晶器中的温度分布。这是复杂且昂贵的系统，其也使温度传感器在结晶器的壁内经受高温。

实用新型内容

本实用新型的目的是：克服以上缺点，并提出控制结晶器中的热交换的装置，该装置是可靠的，但同时又不非常复杂。本实用新型的另一个目的是减小结晶器的建造成本和用于管理相关连续铸造设备的成本，从而使在铸造期间的事故的风险和产品质量缺陷的风险最小化。

本实用新型的其它目的或优点将从以下公开变得明显。

在本实用新型的第一形态中，该目的由一种控制结晶器中的热交换的热交换控制装置实现，所述装置包括：

(a)结晶单元，所述结晶单元继而包括：

(a-1)用于连续铸造的结晶器，所述结晶器包括：

(a-1.1)具有至少一个壁的管状体，所述管状体限定纵向贯通空腔；以及

(a-1.2)优选纵向的多个第一冷却通道，其中所述第一冷却通道的一端用作它们的入口，且另一端用作出口；以及

(b)一个或更多个优选多个第一温度传感器，

-所述第一温度传感器位于所述第一冷却通道的出口处，以测量在结晶器的使用期间行进通过所述第一冷却通道的所述冷却流体的相关出口温度T_OUT，

且/或

-所述第一温度传感器沿所述第一冷却通道的纵向延伸位于所述第一冷却通道的内部，优选地在N个不同的高度处，以测量在结晶器的使用期间行进通过所述第一冷却通道的所述冷却流体的在不同高度处的一个或更多个相应温度T_N。

术语“冷却通道”是指经过所述至少一个壁的通道和在所述至少一个壁的外表面的至少一部分中获得的沟槽两者，该沟槽被相应覆盖物覆盖。

术语“贯通通道”是指在结晶器的壁中穿孔并由壁本身沿结晶器的纵向延伸封闭的通道，该通道仅在端部中具有开口。而“沟槽”代表被应用于结晶器的壁的外表面的凹部，这些凹部沿它们的纵向延伸向外敞开。覆盖该纵向开口导致在纵向侧上的封闭通道，该封闭通道仅在其端处(因此在通道的入口处和出口处)具有开口。

术语“管状”指的是管，因此是中空细长体，其截面具有各种几何形状：圆形、矩形、多边形、H形等。该列表不是详尽的。

冷却通道的优选延伸是纵向延伸，该纵向延伸遵循铸造的路线，且因此遵循凝固的路线以及金属在通过结晶器的转变中的连接冷却的路线。与铸造方向不平行的延伸(诸如横向延伸或斜向延伸)也是可设想的。

通过“在通道的出口处”的定义，不仅可以标识与冷却通道的实际出口直接对应的位置，而且可以标识实际出口的内部的位置或外部的位置，其中至少一个温度测量传感器相对于实际出口之间的距离优选地小于10cm、更优选地小于4cm，甚至更优选地小于2cm。

在设有沟槽的结晶器的情况下，出口位置可以位于沟槽的未被相应覆盖物封闭的端区域中。在通道的出口处且因此在出口区域中测量的温度的情况下，可以提到温度值T_OUT。

将至少一个第一传感器定位在结晶器的冷却通道的出口处，使得该系统与提供了用于冷却结晶器和用于测量结晶器中的热状况的专用系统或通道的现有技术状态的结晶器相比不那么复杂。此外，相对于被插入在结晶器的壁的厚度中制作的通道中的传感器而言，直接受冷却流体的流影响的温度传感器暴露于较低的温度，如本领域所设想的那样，被插入在结晶器的壁的厚度中制作的通道中的传感器适用于测量与钢接触的铜的温度，而不是像本实用新型中那样测量冷却流体的温度。

出口温度T_OUT的测量值之间的比较以及因此仅在冷却通道的出口处存在温度传感器，已经提供了关于所述通道之间的热差的信息，其表明了结晶器中的热交换的不规则性。

为了识别任何热不均匀性或不规则性的发生，因此将利用上文描述的现有技术状态的最先进的结晶器的特点：设有分开的冷却通道，监测并随后比较在不同冷却通道的冷却流体的流之间或甚至在各个冷却通道内生成的热增量ΔT。

定期或甚至更好地连续监测该热增量ΔT将允许及时识别被监测通道的温度趋势中的局部热交换的任何峰值或下降，从而允许理解结晶器的哪些区域最危险并及时采取适当措施。这种监测能够通过根据本实用新型的热交换控制装置来执行，并在下文中进行说明。

在本实用新型的一个优选实施例中，根据本实用新型的热交换控制装置进一步包括：

(c)至少一个第二温度传感器，所述至少一个第二温度传感器位于所述第一冷却通道的上游，以测量在结晶器的使用期间行进通过所述第一冷却通道的冷却流体的入口温度T_IN。

所述至少一个第二温度传感器可以位于结晶器的外部或结晶器的冷却通道的入口区域中。

像上文限定的术语“在通道的出口处”那样，术语“在通道的入口处”不仅可以标识与冷却通道的实际入口直接对应的位置，而且可以标识实际入口的内部的位置或外部的位置。

至少一个冷却通道(或优选地其中一些冷却通道、更优选所有冷却通道)的入口温度(其可能是所有冷却通道共有的温度)和出口温度的读数一旦被比较就有助于理解发生在结晶器中的冷却的强度。入口温度通常在10℃至50℃之间的范围内，优选地在20℃至40℃之间(室温)的范围内。

在本实用新型的一个实施例中，所述结晶单元进一步包括冷却流体源特别是冷却系统或回路，所述冷却流体源被连接到所述第一冷却通道，以通过所述第一冷却通道的入口向所述第一冷却通道供给冷却流体。

在本实用新型的另一实施例中，所述结晶器热交换控制装置进一步包括：

(d)控制单元，所述控制单元被构造成：

(d-1)接收相应冷却通道的出口温度T_OUT的测量信号，且/或从所述第一温度传感器接收所述结晶器中的不同高度处的温度T_N的测量信号；

(d-2)可选地，在存在所述至少一个第二温度传感器的情况下，从所述至少一个第二温度传感器接收入口温度T_IN的测量信号；

(d-3)计算在接收的温度值之间的温差ΔT；以及

(d-4)在计算出的所述温差ΔT的基础上，处理用于控制包括所述结晶器的连续铸造设备的铸造参数的命令。

在不同的通道(诸如例如相邻的通道或相反的通道)之间在出口T_OUT处测量的温度之间的差异表明在通道的内部的冷却流体的不同温度，因此它们也表明在结晶器与钢之间发生的热交换之间的差异。本领域技术人员利用他的一般知识来识别待分析的差ΔT，以便具有关于结晶器中的热交换的信息。

优选地，在存在被布置在冷却通道中的不同高度处的传感器的情况下，可行的是：通过提供温度在高度上的分布以及结晶器中的冷却不均匀性的位置和延伸的更详细的映射，计算在相应冷却通道内的各个测量点之间的不同的ΔT值。在一个或更多个通道的内部和/或在一个或更多个通道的出口处提供的传感器越多，就越能有针对性地校正冷却或铸造本身。

通过计算T_N或T_OUT与T_IN的值之间的温差，能够获得另外的有用信息。

为了在构造和经济方面减小成本，可以减少传感器的数目。在本实用新型的一个优选实施例中，结晶器在它的横截面中被划分为若干扇区，并且设想对于每一个扇区包括一定数目的所述第一冷却通道。对于每一个扇区，然后提供的第一温度传感器的数目低于冷却通道的数目。可行的是：例如，通过提供具有传感器和不具有传感器的交替扇区，使一些扇区中的传感器的数目等于零。

例如，可行的是：将结晶器的周长划分为四个象限，并为每一个象限提供至少一个出口传感器，并在各象限之间进行比较，测量将因此不那么精确，但在安装仪器和维护/更换方面的投资将较低。正如说明书中的若干点所阐述的，也很清楚的是，在不偏离本实用新型的保护范围的情况下，每一个通道也可能有多个传感器。

所使用的温度传感器可以是各种类型的。在本实用新型的一个实施例中，所述至少一个第二温度传感器是单点的一点传感器，该一点传感器优选地选自热电偶和热电阻。一点传感器或换能器允许随着时间的推移获取它们的信号，从而允许监测铸造的热趋势。

优选地，所述至少一个第一温度传感器是多点传感器，优选地为布拉格光栅光学纤维。

获取频率可以是例如1Hz，但不禁止根据需要增加或减少获取频率，这适用于所有形式的实施方式。

为了增加温度检测系统的可靠性，从而限制要管理的电缆的数目，可行的是考虑采用多点测量系统，诸如例如光学纤维。就此而言，在本实用新型的另一优选实施例中，所述至少一个第二温度传感器是多点传感器，优选地为布拉格光栅光学纤维。具有若干测量点的光学纤维允许沿冷却通道或在一个或更多个环形布置中或沿周边进行温度映射，这将在稍后说明。在通道的出口处的区域中，这些光学纤维也总是允许测量值T_OUT。

因此，在本实用新型的该实施例中，两个子变体是可设想的：在前一子变体中，将光学纤维纵向地插入在结晶器的通道(至少一些)中，在后一子变体中，光学纤维在水平位置中，其也可以采取沿结晶器的周边的布置。不影响结晶器的端部的全周的水平布置也是可想象的，例如在用于扁平产品的结晶器中，可以仅在形成结晶器的一些板中设置传感器。

光学纤维一般包含成等间距的多个反射(测量)点，当经受热变化时，这些反射(测量)点经历变形从而改变它们的尺寸的范围，且因此改变它们的反射能力。作为这些变化的函数，能够理解由反射点检测的温度的值。

布拉格纤维的使用和操作对于本领域技术人员来说是众所周知的，且不需要更详细地描述。

在本实用新型的有利的实施例中，在至少一个所述第一冷却通道中，在纵向方向上且因此平行于铸造方向插入多点温度传感器。在这种情况下，冷却通道的端处的测量点提供温度值T_OUT。在冷却通道中插入竖直纤维可以与在通道的出口的前面存在传感器相结合，在这种情况下，值T_OUT将对应于被放置在通道的出口的前面的传感器的值。

例如，也可行的是：在冷却通道的内部，在结晶器的厚度上制作用于安装光学纤维的附加通道，并且一旦光学纤维被插入，就用允许其轻微变形的一些膏(例如硅酮基膏)使它们粘结。

通过用经过结晶器的冷却通道的不同纤维来测量温度，能够比较沿同一结晶器的所有壁的热分布(作为凝固进展的函数)，通过比较若干通道的读数，能够确立是否存在具有热点或冷点的区域并进行干预。

关于温度传感器的数目和定位，因此可行的是将根据本实用新型的热交换控制装置划分为若干变体。

例如，在第一变体中，可行的是在冷却通道的出口处插入具有单个测量点的第一温度传感器或换能器。通过应用多个传感器即多通道换能器，能够比较这些ΔT值，并检查是否存在相关的差异，这些差异表明结晶器中存在一些功能障碍。

通过示例性地假定具有带有52个通道的结晶器，则将需要在流体输出中的52个传感器或换能器用于至少一个完整读数。然而，没有什么阻止甚至在入口处插入多个传感器，即使这增加了安装成本。

另一布置是已经描述的在一个或更多个冷却通道的内部的纵向或竖直布置(平行于铸造方向)。

在本实用新型的另一实施例中，所述结晶器热交换控制装置包括多个单点传感器或以特别有利的方式包括至少一个多点传感器，所述传感器以绕所述结晶器的端部且在所述第一冷却通道的出口处的周边方式定位，使得所述第一冷却通道的出口处的冷却流体的流影响所述传感器沿结晶器的周边或绕结晶器的周边的布置(用光学纤维制作特别简单)，允许同时收集多个通道的值T_OUT，且是具有简单构造的构造。

特别简单的构造规定，有利地，在所述第一冷却通道的端部中且因此在所述第一冷却通道的所述出口区域中，所述结晶器进一步包括沿周边的空腔，所述空腔容纳所述多个单点传感器或所述至少一个多点传感器。所述周边空腔可以位于结晶器的侧壁上或结晶器的边缘上。所述周边空腔优选地为沟槽形，以便能够容纳传感器，并且可以适当地被覆盖，但也可以是与所述第一冷却通道连通的贯通通道。

有利地，所述系统可以集成有检测在结晶器的入口处的冷却流体的温度T_IN的传感器，以便能够确定相对于T_IN值而言的温差。

本实用新型的特别有利的一个实施例涉及具有相关温度测量点的传感器的水平布置，在这些相关温度测量点处，传感器位于结晶器的周边但与之分离。这样的实施例规定，所述结晶单元进一步包括：

(a-2)锭模，将所述结晶器插入到所述锭模中；以及

(a-3)第一盖，优选地为圆盘形，具有中央开口，所述中央开口适用于封闭在所述结晶器与所述锭模之间的间隙，其中所述开口与所述结晶器的出口互补，并且其中所述第一盖包括：

(a-3.1)绕所述开口沿径向布置的多个第二通道，在所述间隙与所述第一盖的关闭状态下，所述多个第二通道是所述第一冷却通道的延续；以及

(a-3.2)空腔，优选地为环形，并绕所述中央开口延伸，所述空腔与所述第二通道连通，并且所述空腔容纳所述至少一个第一温度传感器特别是多点传感器。

所述空腔也可以是多个单一空腔的复合体，以包含各个温度传感器。

为了进一步冷却所述结晶器，有利的是通过将水引入到直接插入锭模中的结晶器的通道中而用冷却流体填充锭模。

有利地，单点传感器的间距或多点传感器的测量点的间距基本上与盖中的第二通道的距离对应。

因此，直接在结晶器上通过周边空腔，且/或在分开的元件上(即，在封闭元件上，即，在盖上)在相关的周边或环形腔体中，能够制作绕结晶器的开口的传感器的周边布置。换句话说，在盖中的水平布置可以被描述为横向布置，即，垂直于铸造方向。

上文所见的温度的“竖直”测量的类型(即，沿冷却通道)示出精确但非常复杂的系统，该系统当然提供了大量的数据，但其在要安装的传感器的数目方面带来了麻烦(具有相关的负担和成本)。此外，在通道中制作和封堵传感器也是不容易的，且由于要进一步处理以便容纳纤维(特别是在小尺寸的管状结晶器中)而昂贵。

特别具有多个测量点的传感器(特别是光学纤维)的使用及它们的水平定位(具体地也是周边定位)允许实现用于测量冷却流体的温度的设备，该设备允许在数据获取方面实现良好的结果，但同时允许使安装过程更容易且经济上可持续。

如上文所见，纤维的水平安装是指将它们定位在冷却通道的出口处的孔的附近，有利地注意将传感器或光学纤维的反射点定位在所述通道的前面，使得它们随着时间的推移被离开结晶器的较暖的水的流击中。术语“周边”表示绕或沿结晶器的周边的布置。

因此，能够获取由反射点检测的信号，以监测各个通道的热变化(在特定情况下也从各个冷却通道中的共同入口温度开始)。

本实用新型的一个优选实施例解决了将传感器(特别是光学纤维)固定在第一盖中的问题，从而避免应用固定手段诸如胶水、硅酮膏或夹具：设想所述第一盖包括呈沟槽的形式的多个第二通道和呈沟槽的形式的如上限定的空腔(优选地为环形)，并且所述结晶单元进一步包括：

(a-4)第二盖，

(a-4.1)优选地为圆盘形，具有适用于封闭在所述结晶器与所述锭模之间的间隙的中央开口，其中所述开口与所述结晶器的出口互补，并且

(a-4.2)与所述第一盖兼容，使得将所述至少一个温度传感器封装在所述第一盖与所述第二盖之间并封闭所述第二沟槽。

有利地，所述第二盖包括：绕所述开口沿径向布置的多个第三沟槽；以及优选地为环形且绕所述中央开口延伸的空腔。所述第二沟槽和所述第三沟槽以及优选地所述空腔的布置在盖中是镜像的，使得：在与所述第一盖及所述第二盖的间隙的封闭状态下，第二沟槽和第三沟槽形成封闭通道，对应的空腔也是如此。

特别地，因此有利的是使用用于封闭冷却通道的部件，该部件适用于至少部分地与结晶器的一端联接，该部件通常是带沟槽的，在该部件中还制造特殊空间诸如环形空腔用于安装光学纤维。如上所说明，该封闭部件也可以被制作为适用于彼此联接的两个或更多个本体，从而将一个或更多个纤维封装在这些本体之间。除了环形空腔之外，也可设想其它形式的空腔来容纳传感器。

这种构造特别有利，因为纤维被阻挡在封闭部件(盖)之间，从而仅留下其小部分可见，这些小部分被冷却流体的流所冲击，不经历危险的振动，这些危险的振动会破坏读数并随着时间的推移导致纤维的早期磨损。

在光学纤维被插入到第一冷却通道中的情况下，具有允许从结晶器出来的纤维经过的贯通通道或沟槽的盖能够帮助进一步阻挡纤维。

本实用新型的第二形态涉及一种盖，所述盖用于封闭在锭模与结晶器之间的间隙，所述结晶器被插入在所述锭模中，其中优选地为圆盘形的所述盖具有中央开口，其中所述开口与所述结晶器的出口互补，并且其中所述盖包括：

(i)绕所述开口沿径向布置的多个通道，在所述间隙与所述盖的关闭状态下，所述多个通道能够与所述结晶器中存在的冷却通道对准；以及

(ii)空腔，优选地为环形，并绕所述中央开口延伸，优选地连接所述径向通道，所述空腔适用于容纳至少一个温度传感器，特别是多点传感器，特别是布拉格光栅光学纤维；以及可选地

(iii)被插入在所述空腔中的温度传感器，特别是多点传感器，特别是布拉格光栅光学纤维。

这些通道可以是在所述盖的表面挖空的贯通通道或沟槽。

作为环形空腔的替代，可以存在具有其它形状的空腔，其适用于在通道/沟槽的区域中容纳传感器。

如在本说明书的开头所提及，结晶器被放置在锭模的内部，能够设有输送机，以便能够连接冷却递送和回流；虽然结晶器是可消耗的且一旦达到一定数目的铸件就被更换，但锭模(和任何输送机)能够被回收，因此最佳的是将纤维安装在作为后者的一部分的部件中，或安装在分开的部件中，以便能够在若干结晶器上使用它们。在本实用新型的一个优选实施例中，规定将传感器安装在封闭元件(盖)上，将容易更换结晶器而不必同时更换或丢弃传感器。由于能够容易地生产盖，所以在经济上也方便生产带有集成温度测量系统的盖(例如，用3D打印)。

结晶器可以具有各种长度和截面(圆形、方形、矩形、多边形，诸如例如八角形、H形或其组合及其它形状)，以生产具有圆形、方形、矩形、八角形轮廓、结合的圆框、H形或更多形状的各种形式的铸造产品。本实用新型独立于结晶器的形式或铸造产品的形式。

集成在锭模的盖中的热交换测量系统能够容易地适用于不同的结晶器。

本实用新型在另一形态中提供一种盖套件，所述盖套件包括：

(i)多个根据本实用新型的盖，所述多个盖之间兼容，以便封闭在结晶器与锭模之间的间隙，并将温度传感器封装在所述多个盖之间；和/或

(ii)多个根据本实用新型的盖，每一个盖具有使得它们与各种类型的结晶器兼容的不同的形状和/或尺寸。

本实用新型的另一形态涉及一种连续铸造设备，所述连续铸造设备包括根据本实用新型的热交换控制装置。

本实用新型的构思可以被应用于：用于一般具有基本矩形出口形状的扁平产品的结晶器；或者用于具有如上文以示例性形式列出的更多变化的轮廓的长产品的结晶器。

根据本实用新型的热交换控制装置可应用于一种用于控制结晶器中的热交换的方法中，所述方法包括以下步骤：

(I)提供结晶器，所述结晶器的至少一个壁中应用有优选纵向的冷却通道；

(II)将冷却流体引入到所述冷却通道中，使得所述冷却流体的流优选地平行于所述铸造方向，其中所述冷却流体对于所有通道而言具有优选共同的入口温度T_IN，并且通过所述结晶器执行铸造；

(III)对于至少一个所述冷却通道但优选地对于多个所述冷却通道，测量在所述出口处的所述冷却流体的温度(T_OUT)和/或沿所述冷却通道的所述冷却流体的温度(T_N)；

(IV)可选地测量或确定在所述冷却通道的入口处的入口温度T_IN；

(V)优选地对于设有温度传感器的所有通道计算：

(V-1)在两个不同的冷却通道的至少两个出口温度T_OUT之间的温差ΔT；和/或

(V-2)在冷却通道的不同高度处测量的两个温度之间或者在同一高度处的不同冷却通道中测量的两个温度之间的温差ΔT；

以及可选地

(V-3)在冷却通道的入口温度T_IN与出口温度T_OUT之间的温差ΔT；和/或

(V-4)在入口温度T_IN与沿冷却通道的温度T_N之间的温差ΔT；

(VI)识别温差ΔT的不规则性；以及

(VII)基于在步骤(VI)中确定的所述不规则性，校正铸造参数，例如铸造速度或润滑。

测量和计算优选地作为时间的函数进行。

如上文已经提及，可以想象其它的温差，这些温差可以从各通道的数据T_OUT、T_N和可选的T_IN计算出，这些数据对于确定温差ΔT的不规则性是有用的，并且可以由专家识别。特别地，“正常”值的或多或少延长的增加或减少分别表明在结晶器的某些区域中的不充分冷却或过度冷却。作为具有根据(V-1)、(V-2)的计算的方法的替代，可设想仅使用根据(V-3)和/或(V-4)的计算的方法。

可以通过根据本实用新型的热交换控制装置来实施该方法。

在连续铸造工艺中，通过对结晶器中的热交换的测量，能够在具有根据本实用新型的盖(即封闭元件)的结晶器中使用根据本实用新型的热交换控制装置，其中：

(α)用新的结晶器更换磨损的结晶器；或者

(β)将所述结晶器更换为具有另一形状和/或其它尺寸的结晶器，且因此将所述第一盖更换为新盖，所述新盖在其形状和/或其尺寸上适用于新结晶器，且适用于在所述新结晶器与所述锭模之间创建的相应间隙。

步骤(α)可以在维护热交换控制系统的情况下进行，而不必将热交换控制系统丢弃或在新结晶器中提供热交换控制系统。

术语“另一形状”包括几何形状(尺寸、截面)，但也包括冷却通道的数目和构造。

针对本实用新型的一种形态描述的特征和优点可以经必要的变更转移到本实用新型的其它形态。

工业实用性从能够解决最初说明的技术问题并提供控制结晶器中的热交换的热交换控制装置的时刻就很明显，该装置和方法可靠、不非常复杂、经济，在一些实施例中，对所采用的传感器而言热应力较小，并且在一些情况下，增加了当测量系统与结晶器本身分离时的灵活性，并且更容易改变在锭模的内部的结晶器的类型。因此，本实用新型已经实现了最初描述的目的。

在仅以非限制示例的方式给出的本实用新型的实施例的优选示例的公开中，将进一步强调这些目的和优点。

本实用新型的变体和其它特征是从属权利要求的主题。根据本实用新型的装置、盖、套件和设备的优选实施例的描述是参考附图以示例的方式而不是以限制的方式给出的。特别地，除非另有说明，否则系统和各个部件的数目、形状、尺寸和材料可以变化，并且在不偏离实用新型构思的情况下可以应用等同元件。

附图说明

图1表示根据本实用新型的用于长产品的结晶器中的热交换控制的原理图。

图2表示根据本实用新型的用于扁平产品的结晶器中的热交换控制的原理图。

图3表示根据本实用新型的结晶单元的实施例，该结晶单元具有结晶器和未安装的用于温度传感器的水平布置的盖。

图4是图3的继续，其中安装了该盖。

图5以放大形式示出图3和图4的设有光学纤维的盖。

图6表示在各种形态下的作为时间的函数的值ΔT的趋势，其中ΔT被理解为T_OUT的各种值之间的差异。

图7表示包括竖直光学纤维的结晶器中的热趋势。

图8以示意形式示出光学纤维在结晶器的端部中的定位和固定的实施例。

具体实施方式

在图1和图2中示出结晶器中的温度的测量和铸造系统的调节的原理，图1和图2以结晶器的类型来区分，图1中是用于长产品的结晶器，并且图2中是用于扁平产品的结晶器。为了纯粹说明的目的，在这些结晶器中指示用于温度传感器的各种可能的位置(不一定同时存在)。

在图1中，结晶器126(在该示例中为圆筒形)设有在其纵向方向上(即，平行于铸造方向)延伸的一系列沟槽148，这些沟槽148由限定冷却通道的覆盖物149封闭，这些冷却通道的端是敞开的，且分别形成这些通道的入口148a区域和出口148b区域。箭头150象征着冷却水的入口(在所有通道中在共同温度T_IN)。水沿结晶器126经过通道148并使结晶器的内部的铸造产品(未表示)冷却，并借助于热交换升温，然后离开通道(箭头152)。在附图中，已经为温度传感器插入各种构造：带有各种测量点156的光学纤维154；在通道的出口处的单一点传感器158；以及圆形或周向光学纤维160，该光学纤维160被插入在周边沟槽中，该周边沟槽被布置成使得相对测量点162与每一个通道的前方的通道出口接触。由传感器154、156、158；160、162测量的温度数据164(T_OUT和/或T_N)被传送到自动化单元166，该自动化单元166计算在各种温度值T_OUT和/或T_N之间且可选地相对于T_IN的温差ΔT，并识别任何不均匀性。根据这些结果，自动化单元处理命令以调整168连续铸造单元110的铸造参数。

图2的基本部分与图1的基本部分对应。可以注意到通过喷嘴22被供给液体金属20的结晶器26。该结晶器26用于生产扁平产品，且由长壁25和窄壁27组成。在壁25、27中制作若干竖直贯通通道48，这些竖直贯通通道48中的至少一个竖直贯通通道48示例性地包含具有多个测量点56的光学纤维54。还可以注意到与这些竖直通道48垂直的贯通通道61，该贯通通道61设有具有示例性测量点62的光学纤维60。这些通道被冷却流体的流(50、52)穿过。从传感器54、60获取的温度数据被传送64到自动化单元66，自动化单元66从值ΔT计算出用于调整68包括结晶器26的连续铸造单元10的铸造参数的命令。

图3和图4分别在盖的未安装视图(图3)和安装视图(图4)中表示根据本实用新型的结晶单元的实施例，该结晶单元具有锭模227、结晶器226和用于温度传感器的水平布置的盖272。在底视图中可以注意到由锭模227组成的结晶单元，将实际结晶器226插入在该锭模227中，其中可以注意到通道248b的出口区域。为了封闭在结晶器226与锭模227之间的空隙271，设置具有一系列沟槽247的盖272，这些沟槽247是结晶器226的沟槽的端部248b的延续。环形空腔261包围盖272的开口273，该开口273与结晶器226的出口互补。该环形空腔261连接所有相对于结晶器226的纵向延伸而言横向地即水平地布置的沟槽247。

图5以放大形式示出图3和图4的盖，除了存在插入在环形空腔261中的光学纤维260之外，相对于图3和图4的盖而言没有添加任何东西。

要理解，根据本文所描述的原理，因此借助于与冷却通道相关的盖，图3至图5中所示的用于长产品的结晶器的用于用光学纤维分析冷却流体温度的系统当然也能够被应用到用于扁平产品的结晶器，诸如例如用于板坯的板结晶器。

图6表示在各种形态下的作为时间的函数的值ΔT的趋势，其中ΔT被理解为各种通道的T_OUT的绝对值之间的差异。值ΔT是在根据本实用新型的结晶器中测量的所有各个通道的统计计算的结果。图6的图将各种形态下的T_OUT的各种值之间的温差的绝对值(℃)表示为时间的函数：ΔT_AV表示平均值，ΔT_MED表示中值，ΔT_MAX表示最大值，ΔT_MIN表示最小值，且ΔT_TOT表示一次冷却的总体值。通过仅测量值T_OUT并利用各种统计计算和通过与统计值的比较，能够识别结晶器内的任何故障。通过监测结晶器的一些或优选地所有出口通道处的冷却流体的温度，能够检查是否有异常的热趋势，并且也能够识别故障的部位(相应通道)。然后通过将它们与入流的温度进行比较，还能够确定随时间推移有多少温度已被移除。最大增量ΔT_MAX的随时间推移的趋势表明比平均ΔT_AV高一个等级，并且可以注意到热峰值(用箭头表示)，该热峰值可以是热交换暂时降低(例如由于表皮与壁的瞬间脱离)的指标。

操作者或算法通过注意到这一点能够选择使铸造参数适用于解决紧急情况。在这种情况下，显然随着热增量减小，铸造速度也已经增加热峰值，且因此通过通道的热交换更均匀；因此表皮较薄，且因此它应当通过更均匀地交换热而更好地附着到壁。然而，铸造速度的增加可能也已经造成表皮暂时脱离。

图7表示包括竖直光学纤维的结晶器中的热趋势。所表示的是在铸造的趋势的方向上的竖直截面的细节。从结晶器中的热分布(模拟)的示例能够注意到，通过用经过结晶器的壁340中的冷却通道的不同纤维来测量温度，能够比较沿同一结晶器的壁340的热分布(作为凝固进展的函数)。通过比较若干通道的读数，能够确立是否存在具有热点或冷点的区域并进行干预。对于所有通道而言，进入或入口温度T_IN(顶部处的暗带)是相同的。从具有较暖温度T₁的弯月面区域m开始，随着凝固的进展(带的变浅)，能够看到温度自顶向下减小(T↓)，并且温度通过T₂和T_N-1、T_N降低到相应通道的出口处的温度T_OUT。T_N的数目N＝1对应于具有到离结晶器的入口最近的高度的纵向路线的通道，而较高的值代表在离结晶器的出口较近的相继温度检测点中。结晶器的矩形角度(左边的图片(a))示出与钝角(右边的图片(b))不同的冷却行为。带的“鼻”对应于与冷却通道不一致的区域(不可见，但存在于壁340中)，与直接在冷却通道的后部处的区域相比，这些区域的冷却具有轻微延迟。

在图8中示出具有多个测量点362的光学纤维360在结晶器326的端部中的定位和固定的示例性实施例。一系列冷却通道348在它们的出口区域中影响沿结晶器326的周边布置的光学纤维360。用于固定光学纤维360的一种可能性是在结晶器326上直接应用相应钩380。替代优选的固定是替代地提供将纤维360保持在被封装在一对盖372a与372b之间的位置中，在具有相应沟槽361的截面中看到该位置。

Claims (24)

1.一种结晶器热交换控制装置，所述结晶器热交换控制装置控制结晶器(26；126；226；326)中的热交换，其特征在于所述结晶器热交换控制装置包括：

(a)结晶单元，所述结晶单元继而包括：

(a-1)用于连续铸造的结晶器(26；126；226；326)，所述结晶器(26；126；226；326)继而包括：

(a-1.1)具有至少一个壁的管状体，所述管状体限定纵向铸造贯通空腔；以及

(a-1.2)多个第一冷却通道(48；148；348)，其中所述第一冷却通道(48；148；348)的一端用作所述第一冷却通道(48；148；348)的入口(148a；248a)，且另一端用作出口(148b；248b)；以及

(b)一个或更多个第一温度传感器，

-所述第一温度传感器位于所述第一冷却通道(48；148；348)的所述出口(148b；248b)处，以测量在所述结晶器(26；126；226；326)的使用期间行进通过所述第一冷却通道(48；148；348)的冷却流体的相关出口温度T_OUT，

且/或

-所述第一温度传感器沿所述第一冷却通道(48；148；348)的纵向延伸位于所述第一冷却通道(48；148；348)的内部，以测量在所述结晶器(26；126；226；326)的使用期间行进通过所述第一冷却通道(48；148；348)的所述冷却流体的在不同高度处的一个或更多个相应温度T_N。

2.根据权利要求1所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述结晶器热交换控制装置进一步包括：

(c)至少一个第二温度传感器，所述至少一个第二温度传感器位于所述第一冷却通道(48；148；348)的上游，以测量在所述结晶器(26；126；226；326)的使用期间行进通过所述第一冷却通道(48；148；348)的冷却流体的入口温度T_IN。

3.根据权利要求1所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述多个第一冷却通道(48；148；348)是纵向的。

4.根据权利要求1所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述一个或更多个第一温度传感器是多个第一温度传感器。

5.根据权利要求1所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于沿所述第一冷却通道(48；148；348)的纵向延伸位于所述第一冷却通道(48；148；348)的内部的所述第一温度传感器位于N个不同的高度处。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述结晶单元进一步包括冷却流体源特别是冷却系统或回路，所述冷却流体源被连接到所述第一冷却通道(48；148；348)，以通过所述第一冷却通道(48；148；348)的入口(148a；248a)向所述第一冷却通道(48；148；348)供给冷却流体。

7.根据权利要求1至5中的任一项所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述至少一个第一温度传感器是多点传感器。

8.根据权利要求1至5中的任一项所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述至少一个第一温度传感器是布拉格光栅光学纤维。

9.根据权利要求1所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述结晶器热交换控制装置包括多个第一单点传感器(158)或至少一个第一多点传感器，所述多个第一单点传感器(158)或所述至少一个第一多点传感器以绕所述结晶器(26；126；226；326)的端部的周边方式且在所述第一冷却通道(48；148；348)的出口(148b；248b)处定位，使得所述第一冷却通道(48；148；348)的出口(148b；248b)处的冷却流体的流影响所述多个第一单点传感器(158)或所述至少一个第一多点传感器。

10.根据权利要求9所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于在所述第一冷却通道(48；148；348)的端部中且因此在所述第一冷却通道(48；148；348)的所述出口(148b；248b)区域中，所述结晶器进一步包括周边空腔(61；361)，所述周边空腔(61；361)容纳所述多个单点传感器或所述至少一个多点传感器。

11.根据权利要求9或10所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述结晶单元进一步包括：

(a-2)锭模(227)，将所述结晶器插入到所述锭模(227)中；以及

(a-3)第一盖(272；372a)，具有中央开口(273)，所述中央开口(273)适用于封闭在所述结晶器与所述锭模(227)之间的间隙(271)，其中所述开口(273)与所述结晶器的出口互补，并且其中所述第一盖(272；372a)包括：

(a-3.1)绕所述开口(273)沿径向布置的多个第二通道(247)，在所述间隙(271)与所述第一盖(272；372a)的关闭状态下，所述多个第二通道(247)是所述第一冷却通道(48；148；348)的延续；以及

(a-3.2)空腔(261；361)，并绕所述中央开口(273)延伸，所述空腔与所述第二通道(247)连通，并且所述空腔容纳所述至少一个第一温度传感器特别是多点传感器。

12.根据权利要求11所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述第一盖(272；372a)包括呈沟槽的形式的所述多个第二通道(247)和呈沟槽的形式的所述空腔(261；361)，并且所述结晶单元进一步包括：

(a-4)第二盖(372b)，

(a-4.1)具有适用于封闭在所述结晶器与所述锭模之间的间隙的中央开口，其中所述第二盖(372b)的所述中央开口与所述结晶器的出口互补，并且

(a-4.2)与所述第一盖(272；372a)兼容，使得将所述至少一个温度传感器封装在所述第一盖(272；372a)与所述第二盖(372b)之间并封闭所述第二通道(247)。

13.根据权利要求1至5中的任一项所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于在至少一个所述第一冷却通道(48；148；348)中，插入多点温度传感器。

14.根据权利要求11所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述第一盖(272；372a)为圆盘形。

15.根据权利要求11所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述空腔(261；361)为环形。

16.根据权利要求12所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述空腔(261；361)为环形。

17.根据权利要求12所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于所述第二盖(372b)为圆盘形。

18.根据权利要求13所述的结晶器热交换控制装置，其特征在于在纵向方向上且因此平行于铸造方向插入所述多点温度传感器。

19.一种盖(272；372a、372b)，所述盖(272；372a、372b)用于封闭在锭模(227)与结晶器之间的间隙(271)，所述结晶器被插入在所述锭模(227)中，其特征在于所述盖(272；372a、372b)具有中央开口(273)，其中所述开口(273)与所述结晶器的出口互补，并且其中所述盖(272；372a、372b)包括：

(i)绕所述开口(273)沿径向布置的多个通道(247)，在所述间隙(271)与所述盖(272；372a、372b)的关闭状态下，所述多个通道(247)能够与所述结晶器中存在的冷却通道(48；148；348)对准；以及

(ii)空腔(261；361)，并绕所述中央开口(273)延伸，所述空腔(261；361)适用于容纳至少一个温度传感器，特别是多点传感器，特别是布拉格光栅光学纤维；以及可选地

(iii)被插入在所述空腔(261；361)中的温度传感器，特别是多点传感器，特别是布拉格光栅光学纤维。

20.根据权利要求19所述的盖(272；372a、372b)，其特征在于所述盖(272；372a、372b)为圆盘形。

21.根据权利要求19所述的盖(272；372a、372b)，其特征在于所述空腔(261；361)为环形。

22.根据权利要求19所述的盖(272；372a、372b)，其特征在于所述空腔(261；361)连接所述多个通道(247)。

23.一种盖套件，其特征在于所述盖套件包括：

(i)多个根据权利要求19所述的盖(272；372a、372b)，所述多个所述盖之间兼容，用于封闭在结晶器(26；126；226；326)与锭模(227)之间的间隙(271)，并将温度传感器封装在所述多个所述盖之间；和/或

(ii)多个根据权利要求19所述的盖(272；372a、372b)，各个盖具有使得它们与各种类型的结晶器(26；126；226；326)兼容的不同的形状和/或尺寸。

24.一种连续铸造设备，其特征在于所述连续铸造设备包括根据权利要求1至18中的任一项所述的结晶器热交换控制装置。