阅读说明：本技术 一种连铸机结晶器水的控制系统及方法 (control system and method for crystallizer water of continuous casting machine ) 是由 刘强 韩志伟 孔意文 邓比涛 于 2019-09-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种连铸机结晶器水的控制系统及方法,属于冶金技术领域。该系统包括具有水量扰动功能的结晶器水进水系统、结晶器系统和结晶器水出水系统；本发明的目的在于提供一种连铸机结晶器水的控制系统及方法,通过改变结晶器水在结晶器水缝内的流动形式,即从层流方式变为紊流方式,从而减少或消除结晶器冷却水在结晶器铜板面上的附面层,进而降低铜板和结晶器铜板间的热阻,以提升传热效果,提高坯壳在结晶器内的厚度和强度。方法简单,成本低廉,便于维护。(The invention relates to a control system and method for crystallizer water of a continuous casting machine, belonging to the technical field of metallurgy. The system comprises a crystallizer water inlet system with a water quantity disturbance function, a crystallizer system and a crystallizer water outlet system; the invention aims to provide a control system and a control method for crystallizer water of a continuous casting machine, which reduce or eliminate the boundary layer of crystallizer cooling water on the surface of a copper plate of the crystallizer by changing the flowing form of the crystallizer water in a water gap of the crystallizer, namely changing the laminar flow mode into the turbulent flow mode, thereby reducing the thermal resistance between the copper plate and the copper plate of the crystallizer, improving the heat transfer effect and improving the thickness and the strength of a blank shell in the crystallizer. The method is simple, low in cost and convenient to maintain.)

一种连铸机结晶器水的控制系统及方法

技术领域

本发明属于冶金技术领域，涉及一种连铸机结晶器水的控制系统及方法。

背景技术

随着我国经济由高速增长阶段转向高质量发展阶，对企业的生产效率提升提出了更高的要求，在钢铁工业领域，从原料到成品一般经历四个大的工序，分别是高炉炼铁，转炉炼钢，连铸成坯，轧钢成材，目前，“连铸成坯”是实现高效率的限制性工序，因此，提高连铸效率成为了提高钢铁工业生产效率的关键。

连铸是以将液态钢水为主要原料，通过结晶器、导向辊、二次冷却等工艺环节，如图1所示，将液态钢水转换为具有特定形状的固态铸坯的过程，在钢铁工业生产的工序中，连铸工序是连接炼钢和轧钢的中间环节，起到承上启下的作用。

之所以提高连铸工序拉速难以实现的最大原因是，在高拉速下，结晶器区域漏钢事故发生的概率大大提高，造成巨大的经济损失。而漏钢率提高的原因有2个方面：1)内因---高拉速下结晶器内铸坯停留时短，坯壳较薄，温度较高，导致抗拉强度较低；2)外因-高拉速下，坯壳与结晶器间的摩擦力增大。

为了解决上述问题，达涅利里卡多·托尼等提出一种高效连铸结晶器(专利名称：一种高效连铸结晶器专利号：201420063767.4)所述结晶器铜管内表面冲压有多条条形凹槽。以实现高拉速浇注和高的铸坯无缺陷率。同时,极大的提高了铜管的使用寿命。中冶连铸李富帅等提出新型结晶器铜管(专利名称：一种梅花型结晶器铜管，专利号：201520168790.4)，该结晶器铜管上部曲面横截面呈凸形,中部曲面截面为矩形,下部曲面截面为四角凸起的矩形,使其坯壳表面温度沿截面周长方向更加均匀,实现了更高拉坯速度的目的。

上述方案，为了提高拉速，优化结晶器结构，导致结晶器的结构变得复杂，所需加工和维护成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种连铸机结晶器水的控制系统及方法，通过改变结晶器水在结晶器水缝内的流动形式，即从层流方式变为紊流方式，从而减少或消除结晶器冷却水在结晶器铜板面上的附面层，进而降低铜板和结晶器铜板间的热阻，以提升传热效果，提高坯壳在结晶器内的厚度和强度。方法简单，成本低廉，便于维护。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种连铸机结晶器水的控制系统，该系统包括依次连接的用于水量扰动的结晶器水进水系统、结晶器系统和结晶器水出水系统。

可选的，所述结晶器水进水系统包括结晶器正常状态进水子系统和结晶器应急状态进水子系统。

可选的，所述结晶器正常状态进水子系统包括用于远程调节的气动调节阀、止回阀和进水管路。

可选的，所述结晶器应急状态进水子系统包括止回阀和进水管路。

可选的，结晶器水进水系统与结晶器系统之间，设置有本地压力表和温度传感器I。

可选的，所述结晶器系统中，沿着远离结晶器内腔方向，依次设置有结晶器铜板、结晶器水缝、结晶器冷却水和结晶器背板。

可选的，所述结晶器水缝由结晶器背板和结晶器铜板间隙构成，用于结晶器冷却水同结晶器水缝流过，不断的带走热量。

可选的，所述结晶器水出水系统包括温度传感器II、流量传感器和出水管路。

基于所述系统的连铸机结晶器水的控制方法，设定结晶器系统的进水水量目标设定值Qi，包括常规设定水量Qc量和扰动水量Qt，且Qi＝Qc+Qt；

扰动水量Qt和常规设定水量Qc相关，且随时间变化；

扰动水量Q_t＝Asin(ωt)，A＝αQ_c其中α取1～10％，ω取π～20π，t为时间单位为s；

扰动水量Q_t，

A＝αQ_c，其中α取1～10％，t₁，t₂为时间段取值范围为5s～20s，T为周期，ω取π～20π，t为时间单位为s；

带有扰动量的结晶器在设定水量时，通过流量调节阀直接动态调节实现或通过单独设置扰动水量水路实现。

可选的，所述温度传感器I将测量结晶器冷却水的温度传输到可编程逻辑控制器PLC，并进行高温报警，当冷却水进水水温高于一定温度时，则将发送报警信号到PLC；

温度传感器II将测量温度远程传输到PLC系统，并进行温差报警，当结晶器水出水系统的水温To与结晶器水进水系统的水温Ti温差To-Ti大于一定值时，将报警信号传递到PLC系统；

流量传感器将流量信号传输到PLC系统，当流量大于设定值超过一定限度时，将流量高报警信号传输到PLC系统；或者当流量低于设定值一定限度时，将流量低报警信号传输到PLC系统。

本发明的有益效果在于：对结晶器水进水系统进行简单的修改或动态调节结晶器水进水系统的流量调节阀即可实现减小结晶器水与结晶器铜板间的冷却水附面层的作用，从而减小了两者间的热阻，进而达到提高传热效率的目的。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为连铸机示意图；

图2为结晶器冷却系统示意图；

图3为结晶器示意图。

附图标记：结晶器水进水系统1、结晶器系统2、结晶器水出水系统3、气动调节阀101、止回阀102、结晶器应急状态进水子系统103、温度传感器104、本地压力表105、液态钢水201、结晶器铜板202、结晶器水缝203、结晶器背板204、凝固坯壳205、温度传感器301、流量传感器302、结晶器回水管路303。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图3，附图中的元件标号分别表示：具有水量扰动功能的结晶器水进水系统1、结晶器系统2、结晶器水出水系统3、气动调节阀101、止回阀102、结晶器应急状态进水子系统103、温度传感器104、本地压力表105、液态钢水201、结晶器铜板202、结晶器水缝203、结晶器背板204、凝固坯壳205、温度传感器301、流量传感器302、结晶器回水管路303。

本发明适用连铸工艺过程，一种连铸机结晶器水的控制系统及方法，包括具有水量扰动功能的结晶器水进水系统、结晶器系统和结晶器水出水系统。

一种具有水量扰动功能的结晶器水进水系统包括结晶器正常状态进水子系统和结晶器应急状态进水子系统。

可选地，结晶器正常状态进水子系统包括可以远程调节的气动调节阀、止回阀和进水管路。

可选地，流量调节阀具有远程调节的功能，即通过电信号调节阀门开度的功能。

可选地，结晶器进水水量目标设定值Qi包括常规设定水量Qc＝400L/min量和扰动水量Qt＝20sin(1.5t)，且Qi＝Qc+Qt。

可选地，带有扰动量的结晶器设定水量可以通过流量调节阀直接动态调节实现，也可单独设置扰动水量水路实现。

可选地，结晶器应急状态进水子系统包括止回阀和进水管路。

可选地，在结晶器水进水系统管路接入结晶器前，安装本地压力表以及温度传感器。

可选地，温度传感器具有将测量的结晶器冷却水温度传输到PLC(可编程逻辑控制器)的功能，且具有高温报警功能，当冷却水进水水温高于一定温度时，如40℃，则将发送报警信号到PLC。

一种结晶器系统，在沿着远离结晶器内腔方向，依次设置结晶器铜板、结晶器水缝、结晶器冷却水以及结晶器背板。

可选地，结晶器水缝由结晶器背板和结晶器铜板间隙构成，结晶器冷却水同结晶器水缝流过，不断的带走热量。

一种结晶器水出水系统包括温度传感器和流量传感器以及出水管路。

可选地，温度传感器有将测量温度远程传输到PLC系统的功能，且温度传感器具有温差报警功能，当结晶器水出水系统的水温To与结晶器水进水系统的水温Ti温差To-Ti大于一定值时，如10℃，将报警信号传递到PLC系统的功能。

可选地，流量传感器有具有将流量信号传输到PLC系统的功能，且流量传感器具有流量大于设定值超过一定限度时，如超过设定值的110％，将流量高报警信号传输到PLC系统的功能。或者低于设定值一定限度时，如低于设定值的90％，将流量低报警信号传输到PLC系统的功能。

本发明的工作原理：通过改变结晶器水在结晶器水缝内的流动形式，即从层流方式变为紊流方式，从而减少或消除结晶器冷却水在结晶器铜板面上的附面层，进而降低铜板和结晶器铜板间的热阻，以提升传热效果，提高坯壳在结晶器内的厚度和强度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。