一种基于钢包下渣检测系统的连铸钢包终浇控制系统及工艺控制方法

摘要

一种基于钢包下渣检测系统的连铸钢包终浇控制系统及工艺控制方法，属连铸机装备和工艺控制领域。其下渣检测器设置在钢包的上水口；在钢包的上水口和长水口之间设置一个钢包滑动水口；设置一个下渣检测计算与控制单元，下渣检测器经下渣检测信号处理单元与下渣检测计算与控制单元连接；下渣检测计算与控制单元经过一个滑动水口控制单元与钢包滑动水口连接。其连铸钢包终浇控制系统根据铸机浇注的通钢速度、中间包吨位控制及钢包浇注后期钢包滑动水口开度控制的优化，实现钢包下渣检测控制、钢包钢水收得率控制和中间包吨位控制的最优化，在不增加操作工劳动强度、控制对浇注稳定性影响范围、确保钢水质量的前提下，提升了钢包钢水的收得率。

说明书

技术领域

本发明属于连铸机装备和工艺控制领域，尤其涉及一种用于连铸钢包终浇的控制系统及终浇工艺控制方法。

背景技术

随着连铸产品纯净度要求的不断提升及相关装备的不断发展，钢包下渣检测系统被越来越广泛地应用到连铸生产实践中.

应用较多的下渣检测系统包括电磁感应法下渣检测、红外图像对比法下渣检测、振动法下渣检测三种。

其中应用最为广泛的为电磁感应阀下渣检测技术，如德国AMEPA公司开发的电磁感应法下渣检测技术，占相关技术实际应用的90％以上，德国、法国、日本、韩国大部分铸机都采用了这种技术，国内如宝钢等大型钢铁企业也从1998年开始应用该技术。该技术在钢包包底上水口外围安装感应线圈(一级和二级线圈)，并与放大器、计算单元连接，在浇注末期通过人工方式激活系统后，一级线圈通电，流经线圈的钢液会产生涡流，从而改变磁场强度，而炉渣流经线圈时，因炉渣的电导率仅为钢液的千分之一，涡流就会减弱，磁场相应增强，故当二级线圈产生的感应电压变大后，即可判断为下渣，这个弱电信号经过放大处理后可显示水口中流动的物体的带渣量多少，根据渣量设定报警提示或自动关闭钢包滑动水口，达到下渣检测和控制的目的。

振动法下渣检测(如美国ADVENT公司开发的声振法下渣检测技术等)和红外图像对比法(如浙江大学开发)因应用环境限制和干扰、检测精度相对较低，应用不是很广泛。

钢包下渣检测技术的应用目的主要是减轻操作工人工判渣的劳动强度、防止钢包下渣，提升连铸中间包钢水的纯净度。但具备下渣检测功能并不代表钢包下渣控制技术已经完备。

在实际应用中，使用电磁感应最大的问题是容易提前报警终浇，造成钢包留钢，影响钢水收得率。这种提前报警的原因与钢包滑动水口的涡流卷渣关系最大。钢包 熔池的涡流高度与滑动水口开度、钢水的流速直接相关，滑动水口开度越大、钢水的流速越大，在滑动水口上方钢包熔池内的涡流高度会越高，越容易导致卷渣。在实际控制中钢包内钢水熔池高度降低后，钢水的静压力也降低，而为了保持中间包吨位的稳定，钢包滑动水口开度也会随之自动开大，这种变化产生的扰动必然导致卷渣并引发下渣检测系统报警。如果现场为了防止这种提前报警的发生而人为在浇注末期关小滑动水口开度，可以较大幅度的提升钢包钢水的收得率，但这种操作首先必须要人为控制，其次在钢包终浇前钢水的流速本身因为钢包熔池静压力减小而变慢，这种操作会导致中间包吨位的逐渐下降，再加上钢包更换时无钢水补充，必然又会造成中间包吨位低下，进而逼迫铸机浇注速度的下降或中间包低吨位下浇注的结晶器液面波动、铸坯夹渣或夹杂缺陷的增多，严重是甚至出现漏钢等恶性事故。在连铸实际生产过程中，钢包终浇、更换时的铸坯质量异常以及钢包更换后的漏钢事故都与此有关。

日本某钢铁公司采用大容量“H”型中间包确实可以很好地解决上述问题，该铸机的中间包容许两个钢包同时向其注入钢水，这样，浇注末期的一个钢包完全可以用较小的滑动水口开度和小流量的钢流解决这个问题，并保持中间包吨位的稳定。但这种做法本身也仅仅是一个特例，包含了很多其他方面的要求和投入，其它铸机都无法做到。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于钢包下渣检测系统的连铸钢包终浇控制系统及工艺控制方法，其根据铸机浇注的通钢速度、中间包吨位控制及钢包浇注后期钢包滑动水口开度控制的优化，实现钢包下渣检测控制、钢包钢水收得率控制和中间包吨位控制的最优化。即在不增加操作工劳动强度、控制对浇注稳定性影响范围、确保钢水质量(下渣控制)的前提下，提升钢包钢水的收得率。

本发明的技术方案是：提供一种基于钢包下渣检测系统的连铸钢包终浇控制系统，包括设置在钢包出水口的下渣检测器，其特征是：

所述的下渣检测器设置在所述钢包的上水口；

在所述钢包的上水口和长水口之间，设置一个钢包滑动水口；

设置一个下渣检测计算与控制单元，所述的下渣检测器经下渣检测信号处理单元与所述的下渣检测计算与控制单元连接；

所述的下渣检测计算与控制单元经过一个滑动水口控制单元，与所述的钢包滑 动水口连接，用于控制所述滑动水口的开度；

所述的连铸钢包终浇控制系统采集中间包的重量信号、拉速断面信息和钢包重量信息，根据浇注到钢包内的残钢重量，激活钢包下渣检测，并根据中间包的重量，对所述的钢包滑动水口开度进行自动控制，使中间包的重量保持在一个恒定值；

所述的连铸钢包终浇控制系统根据通钢速度、钢包滑动水口的平均开度、钢包钢水静压力下降后对钢包滑动水口流量的影响，计算一个滑动水口定开度值，并控制滑动水口到该目标开度，使中包吨位缓慢下降；

当下渣检测报警时，所述的连铸钢包终浇控制系统控制钢包滑动水口自动关闭，进行钢包更换。

具体的，所述的下渣检测器是感应线圈式下渣检测单元。

其所述的下渣检测信号处理单元是感应电压信号放大电路。

本发明还提供了一种上述基于钢包下渣检测系统的连铸钢包终浇控制系统的工艺控制方法，其特征是所述的工艺控制方法至少包括下列步骤：

第一步：在一个浇次开浇或中间包更换后的开浇第一炉开浇时，所述的钢包滑动水口全开，中间包重量迅速上升到目标重量设定值附近；

第二步：将钢包滑动水口设定为自动状态，即根据中间包重量控制钢包滑动水口的开度；

第三步：在浇注到钢包内的残钢小于第一满包重量A％时，激活钢包下渣检测，同时钢包滑动水口全开；当中间包重量达到目标重量设定值的a％时，滑动水口自动控制，使中间包重量保持在a％；

第四步：当钢包残钢重量小于等于第二满包重量B％时，由所述的连铸钢包终浇控制系统根据通钢速度、钢包滑动水口平均开度、钢包钢水静压力下降后对滑动水口流量的影响计算一个滑动水口定开度值C％，并控制滑动水口到该目标开度，使中包吨位缓慢下降；当下渣检测报警时，钢包滑动水口自动关闭，进行钢包更换。

具体的，其所述中间包的目标重量a％大于目标重量设定值的百分之百。

进一步的，在后续炉次的开浇时，需要控制手动所述滑动水口的滑板开度，确认钢流是否开出，以防止一次性全开导致长水口连接部位发生呕钢事故，其它控后续制步骤重复上述第二到第四步骤。

本发明技术方案所述的工艺控制方法，其根据铸机浇注的通钢速度、中间包吨位控制及钢包浇注后期钢包滑动水口开度控制的优化，实现钢包下渣检测控制、钢包钢水收得率控制和中间包吨位控制的最优化，在不增加操作工劳动强度、控制对 浇注稳定性影响范围、确保钢水质量的前提下，提升钢包钢水的收得率。

与现有技术比较，本发明的优点是：

1.在钢包浇注末期最容易出现钢包残钢熔池涡流卷渣、导致下渣检测报警的时间段有意控制了钢包滑动水口的开度值，减小了涡流的高度，对钢包钢水的收得率提升有着非常明显的效果；

2.系统在钢包浇注末期先将中间包重量提升到一个较高的安全位置后，根据通钢速度(浇注速度和断面)等信息计算的滑动水口定开度值保证了大包浇注终了后中间包钢水的重量，为后续炉次开浇前，中间包钢水的基本稳定及保证在长水口浸入钢水开浇、保证结晶器液面波动控制和质量控制赢得了更多的时间，对相关事故的控制和质量的提升意义重大。

附图说明

图1是本发明的系统构成模块示意图；

图2是本发明的控制流程方框图；

图3是本发明系统的控制曲线示意图。

图中1为钢包上水口，2为钢包滑动水口，3为钢包长水口，4为下液检测器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案提供了一种基于钢包下渣检测系统的连铸钢包终浇控制系统，包括设置在钢包出水口的下渣检测器，其发明点在于：

所述的下渣检测器4设置在所述钢包的上水口1；

在所述钢包的上水口和长水口3之间，设置一个钢包滑动水口2；

设置一个下渣检测计算与控制单元，所述的下渣检测器经下渣检测信号处理单元与所述的下渣检测计算与控制单元连接；

所述的下渣检测计算与控制单元经过一个滑动水口控制单元，与所述的钢包滑动水口连接，用于控制所述滑动水口的开度；

所述的连铸钢包终浇控制系统采集中间包的重量信号、拉速断面信息和钢包重量信息，根据浇注到钢包内的残钢重量，激活钢包下渣检测，并根据中间包的重量，对所述的钢包滑动水口开度进行自动控制，使中间包的重量保持在一个恒定值；

所述的连铸钢包终浇控制系统根据通钢速度、钢包滑动水口的平均开度、钢包 钢水静压力下降后对钢包滑动水口流量的影响，计算一个滑动水口定开度值，并控制滑动水口到该目标开度，使中包吨位缓慢下降；

当下渣检测报警时，所述的连铸钢包终浇控制系统控制钢包滑动水口自动关闭，进行钢包更换。

具体的，所述的下渣检测器是感应线圈式下渣检测单元。

其所述的下渣检测信号处理单元是感应电压信号放大电路。

图2中，本发明的工艺控制方法包括下列步骤：

第一步：在一个浇次开浇或中间包更换后的开浇第一炉开浇时，钢包水口全开，中间包重量迅速上升到目标设定值附近；

第二步：将钢包滑板设定为自动，即根据中间包重量控制钢包水口开度；

第三步：在浇注到钢包内的残钢小于满包重量A％时，钢包下渣检测激活，同时钢包滑动水口全开；当中间包重量达到目标重量的a％(大于设定重量的百分之百)时，滑动水口自动控制，使中间包重量保持在a％；

第四步：当钢包残钢重量小于等于满包重量B％时，由计算机根据通钢速度、钢包滑动水口平均开度、钢包钢水静压力下降后对滑动水口流量的影响计算一个滑动水口定开度值C％，并控制滑动水口到该目标开度，使中包吨位缓慢下降；当下渣检测报警时，钢包滑动水口自动关闭，钢包更换。

后续炉次除开浇时需要控制滑板开度(手动)，确认钢流是否开出，防止一次性全开导致长水口连接部位发生呕钢事故外，其它控制步骤重复上述第二到第四步。

图3中，给出了本发明系统的控制曲线示意图。

本发明的技术方案，根据铸机浇注的通钢速度、中间包吨位控制及钢包浇注后期钢包滑动水口开度控制的优化，实现钢包下渣检测控制、钢包钢水收得率控制和中间包吨位控制的最优化。即在不增加操作工劳动强度、控制对浇注稳定性影响范围、确保钢水质量(下渣控制)的前提下，提升钢包钢水的收得率。

由于本发明的技术方案在钢包浇注末期最容易出现钢包残钢熔池涡流卷渣、导致下渣检测报警的时间段有意控制了钢包滑动水口的开度值，减小了涡流的高度，对钢包钢水的收得率提升有着非常明显的效果；而系统在钢包浇注末期先将中间包重量提升到一个较高的安全位置后，根据通钢速度(浇注速度和断面)等信息计算的滑动水口定开度值保证了大包浇注终了后中间包钢水的重量，为后续炉次开浇前，中间包钢水的基本稳定及保证在长水口浸入钢水开浇、保证结晶器液面波动控 制和质量控制赢得了更多的时间，对相关事故的控制和质量的提升意义重大。

本发明的技术方案针对目前炼钢连铸的常用配置和常见问题设计的一套系统和控制方案，控制逻辑简单、工艺成熟，并通过长时间现场手动控制验证，对连铸节能降耗、质量提升、事故控制、劳动力优化都有较大的意义；国内外使用下渣检测功能的钢包终浇控制都需要这样的系统，故具有非常广泛的市场推广与应用前景。