连铸机钢水分配装置及其钢水液面控制方法

摘要

本发明提供一种连铸机钢水分配装置及其钢水液面控制方法，该装置包括：可升降机构；大包，支撑在可升降机构上；大包盖，设置在大包上方，其上设有钢水入口，且大包可上升到与大包盖密封结合；中间包，固定设置并设有钢水出口；倒U型连通管，一端伸入中间包，另一端穿过大包盖伸入大包；液面高度检测单元，用于检测大包内钢水液面的高度；控制机构，与液面高度检测单元和可升降机构连接，并可根据液面高度检测单元所检测到的大包内钢水液面的高度控制可升降机构升降。钢水经大包、倒U型连通管、中间包流向结晶器，使用该装置向结晶器分配钢水时无需频繁调整滑动水口就能保证结晶器内的钢水液面维持在预定高度上，从而保证生产效率和铸造质量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种连铸机钢水分配装置及其钢水液面控制方法，属于钢铁 铸造领域。

背景技术

在各类钢铁产品的生产过程中，广泛使用连铸机将钢水连续不断地直接 浇铸成钢坯或薄带。图1为剖视图，示出了现有技术中的一种典型的连铸机 的示意结构。如图1所示，该连铸机主要包括大包1、中间包2、结晶器3、 二次冷却器4、结晶器液面控制系统5等。其中，大包1的出钢口设有可控制 大包钢水流量的滑动水口11，中间包2的出钢口设有可控制中间包钢水流量 的滑动水口21，另外，中间包2的出钢口还可以设有塞棒22，用于封堵中间 包2的出钢口。连铸时，大包1中的钢水通过滑动水口11进入中间包2中, 中间包2中的钢水再通过滑动水口21进入结晶器3中,结晶器3中的钢水在 凝固后形成钢坯或薄带6,钢坯或薄带6从结晶器3出来后由二次冷却器5进 行进一步冷却。

在连铸过程中，要求结晶器3中钢水的液面高度尽量保持不变，这是因 为，结晶器钢水液面的波动会引起夹渣、卷渣、溢钢、漏钢等问题，并且会 迫使钢坯6的拉速发生变化，从而导致钢坯6冷却不均匀，影响钢坯6的表 面及亚表面质量。为此，如图1所示，可以利用结晶器液面控制系统5来控 制结晶器3中的液面高度。具体说，结晶器液面控制系统5可以包括铯源51、 铯源传感器52、液面计53、工控机54和驱动器55，其中，铯源51设置在结 晶器3的一侧，用于发射γ射线；铯源传感器52设置在结晶器3的另一侧， 用于接收铯源51发出的穿过结晶器3的γ射线并产生相应的电信号。铯源51 发出的γ射线在穿过结晶器3后其强度会随着结晶器3中钢水的液面高度的 变化而相应地变化。液面计53将铯源传感器52所产生的电信号转化为结晶 器液面高度信号，并将该信号输出到工控机54中，工控机54根据结晶器液 面高度信号控制驱动器55驱动滑动水口21，以控制滑动水口21的开口度， 从而控制流入结晶器3的钢水流量，达到控制结晶器3中的钢水液面高度的 目的。工控机54还可以控制滑动水口11以及塞棒22的开口度。

在上面描述的连铸机中，大包1、滑动水口11、中间包2、滑动水口21 以及结晶器液面控制系统5构成钢水分配装置，负责向结晶器3分配钢水并 控制结晶器3中的钢水液面高度保持不变。上述的连铸机钢水分配装置及其 钢水液面控制方法存在如下不足。首先，在结晶器钢水液面控制过程中，滑 动水口11、21(也可以包括塞棒22)在高温下频繁动作，极易损坏，这就增 加了成本并降低了效率。其次，液面高度控制精度比较差，据报道，采用上 述控制方式可将液面高度的波动控制在2mm的范围内，但实际上达不到。

发明内容

本发明的目的在于提供一种连铸机钢水分配装置及其钢水液面控制方 法，使用该装置和方法向结晶器分配钢水时无需频繁调整处于高温下的滑动 水口或频繁调整拉坯速度就能保证结晶器内的钢水液面高度始终维持在预定 高度上，从而保证生产效率和铸造质量。

为了实现上述目的，在本发明的一个方面，提供一种连铸机钢水分配装 置，其包括：可升降机构；大包，该大包支撑在所述可升降机构上；大包盖， 该大包盖设置在所述大包的上方，其上设有钢水入口，并且所述大包可上升 到与该大包盖密封结合；中间包，该中间包固定设置，并设有钢水出口；倒U 型连通管，其一端伸入所述中间包中，其另一端穿过所述大包盖伸入所述大 包中；液面高度检测单元，用于检测所述大包内钢水液面的高度；控制机构， 该控制机构与所述液面高度检测单元和所述可升降机构连接，并且可根据所 述液面高度检测单元所检测到的大包内钢水液面的高度控制所述可升降机构 升降。其中，在所述连铸机钢水分配装置工作过程中，钢水从所述大包盖上 的钢水入口进入所述大包中，所述大包中的钢水经过所述倒U型连通管进入 所述中间包中，然后从所述中间包上的钢水出口流出，并且在钢水流出所述 中间包的过程中，所述控制机构控制所述可升降机构的升降，使得所述大包 内的钢水液面与所述中间包中的具有预定高度的钢水液面在同一水平面上。

优选地，所述可升降机构可以包括：固定支座，该固定支座上设有液压 缸；大包支架，该大包支架支撑在所述固定支座上，并且在所述固定支座上 的液压缸的作用下可升降，其中，所述大包支撑在所述大包支架上。

另外，优选地，所述大包上可以设有加热装置。

另外，优选地，所述倒U型连通管可以为陶瓷连通管，并且其周围可以 设有加热装置。

另外，优选地，所述中间包还可以包括中间包液面高度指示单元，用于 监测并指示所述中间包中的钢水液面的高度。进一步优选地，所述中间包液 面高度指示单元可以为设置在所述中间包上的观察窗口或液面高度计。另外， 优选地，所述中间包液面高度指示单元可以与所述控制机构连接，该控制机 构可以根据该中间包液面高度指示单元所测量到的中间包内钢水液面的高 度、所述液面高度检测单元所检测到的大包内钢水液面的高度控制所述可升 降机构升降。

在本发明的另一个方面，提供一种连铸机钢水分配装置中的钢水液面控 制方法，该方法对上述的连铸机钢水分配装置中的钢水液面进行控制，其包 括：a)控制所述可升降机构上升，使所述大包上升，直至与所述大包盖密封 结合；b)通过所述大包盖上的钢水入口向所述大包内注入钢水；c)在所述大 包中的钢水通过所述倒U型连通管进入所述中间包之后，以及在所述中间包 中的钢水液面达到预定高度之前，控制所述可升降机构下降，使得当所述中 间包中的钢水液面达到所述预定高度时，所述大包中的钢水液面与所述中间 包中的钢水液面在同一水平面上；d)打开所述中间包上的钢水出口，并且在 钢水流出所述中间包的过程中，控制所述可升降机构下降或上升，使得所述 大包中的钢水液面始终与所述中间包中的钢水液面在同一水平面上。

优选地，在所述中间包中的钢水液面达到预定高度之后，根据下述公式 计算所述大包的下降或上升速度：

v＝(Q1-Q2)/S

其中，v为所述大包的升降速度，当v＞0时，所述大包下降，当v＜0时，所 述大包上升；Q1为单位时间流入所述大包的钢水体积；Q2为单位时间流出 所述中间包的钢水体积；S为所述大包的底面积。

从上面的描述和实践可知，在现有的连铸机钢水分配装置中，大包中的 钢水通过下出方式流入中间包中，并且通过滑动水口控制钢水从大包到中间 包或从中间包到结晶器的流动速度，而在本发明提供的连铸机钢水分配装置 中，大包中的钢水通过上出方式流入中间包中，并且通过大包的升降控制钢 水从大包流入中间包的速度，进而控制钢水从中间包流入结晶器的速度，因 此，使用本发明的装置及其控制方法向结晶器分配钢水时无需频繁调整处于 高温下的滑动水口或频繁调整拉坯速度就能保证结晶器内的钢水液面高度始 终维持在预定高度上，从而保证生产效率和铸造质量。而且，实践证明，采 用本发明的连铸机钢水分配装置可将结晶器中的液面高度的波动控制在2mm 的范围内。

附图说明

图1为剖视图，示出了现有技术中的一种典型的连铸机的示意结构；

图2为侧视图，示出了本发明的一个实施例所述的连铸机钢水分配装置 的结构；

图3a-3e为剖视示意图，示出了本发明所述的连铸机钢水分配装置中的钢 水液面控制方法。

具体实施方式

下面将参考附图来描述本发明所述的连铸机钢水分配装置及其钢水液面 控制方法的实施例。本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的 精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。 因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范 围。此外，在本说明书中，附图未按比例画出，并且相同的附图标记表示相 同的部分。

图2为侧视图，示出了本发明的一个实施例所述的连铸机钢水分配装置 的结构。如图2所示，本发明的一个实施例所述的连铸机钢水分配装置100 包括可升降机构110、大包120、大包盖130、中间包140、倒U型连通管150、 液面高度检测单元160以及控制机构170。

可升降机构110可以升降。大包120支撑在可升降机构110上，可以随 着可升降机构110的升降而升降。在本实施例中，可升降机构110可以包括 固定支座111和大包支架112，其中，固定支座111上设有液压缸111a；大包 支架112支撑在固定支座111上，并且在固定支座111上的液压缸111a的作 用下可升降。大包120则支撑在大包支架112上。但本发明不限于此。

大包120用于盛装钢水。在大包120上可以设有加热装置121，以便使大 包120内的钢水保持温度。

大包盖130设置在大包120的上方位置。在大包盖130上设有钢水入口 131，钢水可以通过钢水入口131倒入大包120中。大包120可以上升到与大 包盖130密封结合，图2示出了大包120与大包盖130密封结合的状态。

中间包140固定设置，例如，可以固定地设置在中间包支座141上。中 间包140上设有钢水出口142，中间包140中的钢水可以通过钢水出口142流 入例如结晶器(图2中未示出)中。另外，在中间包内可以设有塞棒143，塞 棒143可以控制钢水出口142的关闭和打开。

另外，中间包140还可以包括中间包液面高度指示单元(未示出)，用于 监测并指示中间包140中的钢水液面的高度。该中间包液面高度指示单元可 以为例如设置在中间包140上的观察窗口或液面高度计。

倒U型连通管150设置在中间包140与大包120之间，其一端伸入中间 包140中，其另一端穿过大包盖130伸入大包120中。大包120中的钢水可 以通过倒U型连通管150流入中间包140中。倒U型连通管150可以为陶瓷 连通管，并且其周围可以设有加热装置151。加热装置151可以防止钢水流经 倒U型连通管150时因温度降低而发生凝固。

液面高度检测单元160用于检测大包120内钢水液面的高度。液面高度 检测单元160可以为铯源型液面高度检测器或红外型液面高度检测器，并且 根据其类型的不同，设置在大包120周围的不同位置处。

控制机构170与液面高度检测单元160和可升降机构110连接，并且可 根据液面高度检测单元160所检测到的大包120内钢水液面的高度控制可升 降机构110升降。具体说，例如，控制机构170可以包括工控机和驱动器， 工控机接收到液面高度检测单元160所检测到的大包120内钢水液面的高度 信号后，将该信号与工控机中预先存储的大包120内钢水液面的预定高度信 号进行比较，然后，根据比较结果输出驱动信号给驱动器，由驱动器对可升 降机构110(具体说，液压缸111a)进行升或降，从而控制钢水从大包120 向中间包140的流动速度。

在连铸机钢水分配装置100的工作过程中，钢水从大包盖130上的钢水 入口131进入大包120中，大包120中的钢水经过倒U型连通管150进入中 间包140中，然后从中间包140上的钢水出口142流出，并且在钢水流出中 间包140的过程中，控制机构170控制可升降机构110的升降，使得大包120 内的钢水液面与中间包140中的具有预定高度的钢水液面在同一水平面上， 从而保证结晶器中的钢水液面的稳定性。

下面将结合图3a-3e来详细描述本发明所述的连铸机钢水分配装置的工 作过程以及该装置中的钢水液面控制方法。

图3a-3e为剖视示意图，示出了本发明所述的连铸机钢水分配装置中的钢 水液面控制方法。

连铸机钢水分配装置100开始工作时，首先，控制机构170控制可升降 机构110上升，使大包120上升到与大包盖130密封结合的位置。图3a示出 了大包120上升到与大包盖130密封结合时的状态。在这个过程中，中间包 140中的塞棒143将中间包140的钢水出口142塞住。

然后，如图3b所示，通过大包盖130上的钢水入口131向大包120内注 入钢水，如图3b中的空心箭头所示。随着高温钢水的不断注入，大包120内 的空气受热发生膨胀，使大包120内的压力逐渐增大，当大包120中的空气 压力达到一定数值(例如3～4个大气压)时，就会驱使大包120中的钢水经 过倒U型连通管150流入中间包140中，如图3b中的曲线箭头所示。另外， 大包120中的钢水液面由大包120中的虚线表示，中间包140中的钢水液面 由中间包140中的虚线表示。在这个过程中，中间包140并非是完全密闭的， 因此，中间包140中的气压可以一直为大气压。

在大包120中的钢水流入中间包140后，可以使大包120下降以控制钢 水从大包120流向中间包140的速度。当大包120脱离与大包盖130的接触 而下降时，虽然大包120中的气压变为大气压，但由于大包120中的钢水液 面高于中间包140中的钢水液面，因此，钢水仍然可以继续从大包120中流 入中间包140中。

具体说，如图3c所示，在大包120中的钢水通过倒U型连通管150进入 中间包140之后，以及在中间包140中的钢水液面达到预定高度h之前，控 制可升降机构110下降(如图3c中的直线箭头所示)，使得当中间包140中的 钢水液面达到所述预定高度h时，大包120中的钢水液面与中间包140中的 钢水液面在同一水平面上。其中，在大包120中的钢水流入中间包140的过 程中，可以通过中间包140上的中间包液面高度指示单元来监测并指示中间 包140中的钢水液面的高度是否达到预定高度h。中间包140中的钢水液面的 预定高度h可在实践中根据结晶器结晶速度和结晶质量的要求来确定。在连 铸过程中，要求中间包140中的钢水液面保持在预定高度上，以保证结晶器 中的钢水液面高度保持不变。

当中间包140中的钢水液面达到预定高度h，同时大包120中的钢水液面 与中间包140中的钢水液面在同一水平面上时，拉起塞棒143，打开中间包 140上的钢水出口142，使中间包140中的钢水流入结晶器(未示出)，并且 在钢水流出中间包140的过程中，控制可升降机构110下降或上升，使得大 包120中的钢水液面始终与中间包140中的钢水液面在同一水平面上。也就 是说，在这个过程中，当液面高度检测单元160检测到大包120内的钢水液 面高于中间包140中的具有预定高度h的钢水液面时，工控机控制驱动器使 可升降机构110下降，反之，则使可升降机构110上升，从而保证大包120 中的钢水液面始终与中间包140中的钢水液面在同一水平面上。

具体地说，如图3d所示，在打开中间包140上的钢水出口142后，若在 中间包140中的钢水通过钢水出口142流出的同时继续有钢水通过大包盖130 上的钢水入口131注入大包120中，且单位时间注入大包120中的钢水体积 Q1大于单位时间从中间包140中流出的钢水体积Q2，则为了使中间包140 的钢水液面保持在预定高度h，同时使大包120和中间包140中的钢水液面保 持在同一水平面上，控制可升降机构110下降，从而使大包120下降。

在一个连铸批次中，当钢水停止注入大包120中时，大包120中所存贮 的钢水仍需继续流入中间包140中，而中间包140中的钢水则通过钢水出口 142继续流出，此时，如图3e所示，为了使中间包140的钢水液面保持在预 定高度h，同时使大包120和中间包140中的钢水液面保持在同一水平面上， 需控制可升降机构110上升，从而使大包120上升，直到该批次的连铸过程 完成。

一般地，在中间包140中的钢水液面达到预定高度h之后，可根据下述 公式计算大包120的下降或上升速度：

v＝(Q1-Q2)/S

其中，v为大包120的升降速度，当v＞0时，大包120下降，当v＜0时，大 包120上升；Q1为单位时间流入大包120的钢水体积；Q2为单位时间流出 中间包140的钢水体积；S为大包120的底面积。

在图3d中，设Q1＞Q2，大包120的下降速度v1＝(Q1-Q2)/S，而在图3e 中，大包120的上升速度v2＝Q2/S。

以上结合图2和图3a-3e详细描述了本发明的一个实施例所述的连铸机钢 水分配装置及其钢水液面控制方法。但本发明不限于此。例如，前述的中间 包液面高度指示单元也可以与控制机构170连接，该控制机构170可以根据 该中间包液面高度指示单元所获得的中间包140内钢水液面的高度、液面高 度检测单元160所检测到的大包120内钢水液面的高度来控制可升降机构110 升降，以增加自动化程度。

从上面的描述和实践可知，在现有的连铸机钢水分配装置中，大包中的 钢水通过下出方式流入中间包中，并且通过滑动水口控制钢水从大包到中间 包或从中间包到结晶器的流动速度，而在本发明提供的连铸机钢水分配装置 中，大包中的钢水通过上出方式流入中间包中，并且通过大包的升降控制钢 水从大包流入中间包的速度，进而控制钢水从中间包流入结晶器的速度，因 此，使用本发明的装置及其控制方法向结晶器分配钢水时无需频繁调整处于 高温下的滑动水口或频繁调整拉坯速度就能保证结晶器内的钢水液面高度始 终维持在预定高度上，从而保证生产效率和铸造质量。而且，实践证明，采 用本发明的连铸机钢水分配装置可将结晶器中的液面高度的波动控制在2mm 的范围内。

本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的连铸机钢水分配装 置及其钢水液面控制方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改 进和组合。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。