CN105057626B - 一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法，属于炼钢‑连铸领域，本发明通过在连铸机立弯段垂直区铸流两侧引入冷却水喷淋机构和非接触式红外在线测温装置，在线测温系统实时将铸坯角部于立弯段弯曲点及立弯段出口处的铸坯角部温度上传至上位机，根据铸坯角部温度比照不同微合金钢连铸坯角部组织微合金碳氮化物析出弥散化冷却与双相变晶粒细化温度要求，动态控制连铸机足辊宽/窄面、上述喷淋机构以及立弯段内各区的水量，智能、精确控制连铸生产过程不同断面宽度铸坯角部在立弯段内的冷却，以满足不同类型微合金钢铸坯角部组织在立弯段内的微合金碳氮化物弥散化析出与晶粒细化控制温度演变要求。

Description

一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法

技术领域

本发明属于炼钢-连铸领域，具体涉及一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法。

背景技术

往钢中添加微合金元素可使其在热加工过程产生良好的晶粒细化和析出强化效果，全面提升钢的韧性与强度等力学性能；然而，在实际微合金钢连铸生产过程中，其铸坯凝固裂纹敏感性较高，铸坯角部频发微横裂纹缺陷，已成为制约微合金钢高质和高效化生产亟待解决的共性技术难题；

微合金钢连铸坯产生角横裂纹的本质原因是该类钢铸坯凝固过程，钢中微合金元素易与C，N等元素结合形成碳化物、氮化物或碳氮化物，并在奥氏体晶界呈链状形式大量析出，并由此加剧奥氏体晶界先共析铁素体膜形成，致使铸坯角部组织晶界强度大幅降低。铸坯在弯曲和矫直力作用下，极易在铸坯角部组织晶界因应力集中而引发横裂纹；因此，控制微合金连铸坯角部凝固过程组织演变、整体提升铸坯角部组织塑性是从根本上消除微合金钢连铸坯角横裂纹发生的关键；而实现该目的的有效手段则是细化铸坯角部组织晶粒尺寸并弥散化其晶内与晶界微合金碳氮化物析出；

对于铸坯晶粒细化控制，实施铸坯角部组织凝固过程双相变行为(即，使铸坯组织在高温区凝固过程快速由奥氏体转变成铁素体，再由铁素体快速回温至奥氏体)则是一种有效的铸坯组织细晶控制手段；而根据铸坯角部温度演变特点，具备开展铸坯角部组织该双相变控制工艺的位置集中于连铸机足辊与立弯段内；

而对于弥散化铸坯凝固组织碳氮化物析出有效方法是采用较大冷却速度冷却对应碳氮化物析出温度区内的高温钢组织，使得铸坯组织中微合金及C、N等元素因无法快速扩散而弥散化铸坯组织晶内与晶界析出；对于目前国内外产量较高的含Nb和含B微合金钢生产而言，其铸坯凝固过程碳氮化物的析出温度区约为800～1125℃，对应铸坯角部该温度在连铸机铸流上的位置为结晶器中下部、足辊以及立弯段，且主要集中于足辊与立弯段区域；因此，若能实现铸坯角部组织晶粒细化，其在快速铁素体化过程所提供的铸坯角部组织冷却速度将可确保钢中的Nb(C，N)与BN等析出物多在组织晶内与晶界弥散析出；

为此，需在铸机足辊与立弯段前期对铸坯角部实施前期快速冷却，快速完成铸坯角部组织由奥氏体向铁素体转变，并实现其组织内微合金碳氮化物于晶内与晶界弥散化析出。随即，在立弯段中后期，需确保铸坯角部快速回温至完全奥氏体化温度，实现铸坯角部组织由铁素体向奥氏体转变，完成两次相变过程，实现组织晶粒细化；

专利号为201010259985.1的发明专利，公开了一种在连铸机立弯段内整体增大连铸坯宽、窄面水量2～5倍，确保铸坯表面以3～10℃/s冷却速冷却，控制铸坯表层组织晶界微合金元素碳氮化物析出的方法。然而，该专利技术整体加大连铸坯宽、窄面水量，势必加速铸坯整体凝固速度，改变铸坯凝固末端位置，从而改变铸坯凝固末端压下工艺；其次，该专利只确保铸坯表面快速降温，其仅对抑制碳氮化物析出有益，但无铸坯回温控制工艺，过大的铸坯表面冷却速度极易诱导铸坯表面生成裂纹敏感性更高的马氏体等组织，加剧铸坯表面产生面上裂纹；再者，实际连铸生产过程，连铸机立弯段内的铸坯窄面一般不进行喷水冷却，仅在传统铸机装备条件下实施该专利技术，铸坯角部温度往往无法实现真正快速降温；此外，该专利技术由于缺乏铸坯角部温度反馈，也无法及时、精确地动态控制连铸生产过程中由于拉速与钢水过热度等工艺变化引起的铸坯角部温度变化。

同样，专利号为201210348907.8的发明专利，公开了一种降低微合金钢板坯角部横裂纹的二冷控冷方法，通过控制立弯段内的冷却水量及喷水模式，以3～8℃/s冷却速度冷却铸坯，实现铸坯的强冷；该方法与专利号为201010259985.1的专利思想类似，同样采用整体增大连铸坯水量的方式实现铸坯角部强冷却。因此。同样会引起铸坯凝固末端压下工艺改变和由于缺乏铸坯角部温度反馈而无法适时、精确地动态控制连铸生产过程由于拉速与钢水过热度等工艺变化引起的铸坯角部温度变化等问题；

此外，在实际钢连铸生产过程中，铸坯的断面宽度常发生变化，上述专利也均未涉及与铸坯断面宽度变化相配套的相关技术与方法，不具有普适性；

为了实现不同断面微合金钢板坯连铸生产过程中角部温度在足辊与立弯段内的强冷却与大回温智能化与精确化控制，实现微合金钢连铸坯角部组织微合金碳氮化物弥散化析出与双相变晶粒细化精细化控制，使铸坯角部生成高塑性、强抗裂纹能力的组织，且保证实施该角部强冷却工艺后不会改变后续铸坯生产工艺，需开发一种智能精确控制连铸坯角部晶粒细化的系统及方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法，以实现智能化、精确化控制不同断面尺寸微合金钢连铸坯生产过程角部在连铸机足辊与立弯段内的冷却，实现铸坯角部组织微合金元素碳氮化物弥散化析出与双相变细化其晶粒尺寸精细化控制，达到大幅提高铸坯角部组织抗裂纹能力，同时又可最大程度减少对应工艺对后续连铸生产控制工艺造成影响的目的。

一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统，该系统包括：实现铸坯角部温度智能控制的上位机、PLC控制器、可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置、可通压缩空气的铸坯角部非接触式红外测温装置；

其中，所述的冷却水喷淋装置设置于结晶器窄面足辊固定板下端并与其固定连接，所述的铸坯角部非接触式红外测温装置设置于冷却水喷淋装置下端并与其固定连接，所述的上位机输入端连接铸坯角部非接触式红外测温装置，上位机的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接冷却水喷淋装置。

所述的可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置，该装置包括：喷淋架和喷淋管，所述的喷淋架包括竖直的一个主固定杆和水平的多个喷淋管连接杆；

其中，所述的主固定杆与喷淋管连接杆水平中间位置固定连接且相通，形成供水回路，所述的多个喷淋管连接杆沿铸流方向按相同间隔宽度布置于主固定杆，所述的喷淋管连接杆两端各设置有喷淋管。

所述的喷淋管按照一定角度安装于每个喷淋管连接杆的两端，所述的一定角度为：喷淋管对准铸坯内外弧角部时，喷淋管与喷淋管连接杆所形成的夹角；所述的喷淋管，其喷嘴为具有60°～80°喷射角度的圆形或扁形喷嘴。

所述的主固定杆下端与铸坯立弯段弯曲区入口平齐。

所述的供水回路与结晶器窄面足辊段供水回路相连。

所述的可通压缩空气的铸坯角部非接触式红外测温装置，该装置包括：可通压缩空气的红外测温探头固定架和红外测温探头，所述的红外测温探头固定架包括：一个竖直的红外测温探头主固定杆、两个水平的红外测温探头连接杆和四个红外测温探头安放装置；

其中，所述的红外测温探头主固定杆与红外测温探头连接杆水平中间位置固定连接且相通，形成通气回路，所述的两个水平的红外测温探头连接杆分别位于铸坯立弯段弯曲区入口与铸坯立弯段出口处，所述的红外测温探头安放装置设置于红外测温探头连接杆两端，红外测温探头设置于红外测温探头安放装置内部。

所述的红外测温探头安放装置，其一端与红外测温探头连接杆相通，另一端为开口，该开口对准铸坯内外弧角部，红外测温探头安放装置内部设置有用于固定红外测温探头的卡槽，上述卡槽沿周向均匀布有用于压缩空气喷射的通孔。

所述的红外测温探头主固定杆上端与喷淋架的主固定杆外侧固定连接，且红外测温探头主固定杆上端与喷淋架的主固定杆上端平齐，红外测温探头主固定杆上端与压缩空气管道相连。

所述的红外测温探头的信号输出线通过红外测温探头固定架和压缩空气管道与上位机相连。

采用连铸坯角部晶粒细化的控制系统进行的控制方法，包括以下步骤：

步骤1、根据所生产钢种的完全铁素体化温度与完全奥氏体化温度要求，确定连铸坯角部在立弯段弯曲区入口处完全铁素体化与立弯段出口处完全奥氏体化的目标表面温度，并设置于上位机中；

步骤2、根据所设置的目标表面温度，采用数值仿真计算方法对连铸坯二冷足辊段与立弯段内的温度场进行模拟，从而确定满足上述目标表面温度要求的铸机二冷足辊段宽面初始水量、铸机二冷足辊段窄面初始水量、立弯段内二区初始水量、立弯段内三区初始水量、立弯段内四区初始水量和可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置初始水量；

步骤3、启动系统，冷却水喷淋装置对铸坯内外弧角部进行喷淋，且采用红外测温探头实时监测当前连铸坯在立弯段弯曲区入口与立弯段出口处各角部的表面温度，并将采集的温度值发送至上位机中进行周期性储存；

步骤4、根据采集的温度值与设定的目标表面温度，对铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路的下发冷却水量进行调节，具体步骤如下：

步骤4-1、根据采集的周期，对所采集的立弯段弯曲区入口四个铸坯角部温度分别求取平均值；

步骤4-2、判断立弯段弯曲区入口铸坯各角部温度平均值是否大于设定的目标表面温度值，若是，则执行步骤4-3，否则，执行步骤4-4；

步骤4-3、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区水路调节增量系数为1，冷却水喷淋装置水路调节增量系数为2，执行步骤4-7；

步骤4-4、判断立弯段弯曲区入口铸坯各角部温度平均值与设定的目标表面温度值之间的差值绝对值是否小于等于设定的容差值，若是，则执行步骤4-5，否则，执行步骤4-6；

步骤4-5、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路调节增量系数均为0，执行步骤4-7；

步骤4-6、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区水路调节增量系数为-1，上冷却水喷淋装置水路调节增量系数为-2，执行步骤4-7；

步骤4-7、根据设定的铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路调节增量系数，乘以调节增量，自动调节铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路的下发冷却水量；

步骤4-8、根据采集的周期，对所采集的立弯段出口处四个铸坯角部温度分别求取平均值；

步骤4-9、判断立弯段出口处铸坯各角部温度平均值是否小于设定的目标表面温度值，若是，则执行步骤4-10，否则，执行步骤4-11；

步骤4-10、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为-1，执行步骤4-14；

步骤4-11、判断立弯段出口处铸坯各角部温度平均值与设定的目标表面温度值之间的差值是否小于等于设定的容差值，若是，则执行步骤4-12，否则，执行步骤4-13；

步骤4-12、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为0，执行步骤4-14；

步骤4-13、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为1，执行步骤4-14；

步骤4-14、根据设定的铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数，乘以调节增量，自动调节铸机二冷三区与四区水路的下发冷却水量；

步骤5、返回执行步骤3，直至拉坯结束。

本发明优点：

本发明提出一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统及方法，通过在连铸机立弯段垂直区铸流两侧引入可适应铸坯断面宽度变化且针对铸坯角部强喷淋冷却的冷却水喷淋机构和于立弯段弯曲区入口及立弯段出口处安装可实时反馈铸坯角部温度的非接触式红外在线测温系统，在线测温系统实时将铸坯角部于立弯段弯曲点及立弯段出口处的铸坯角部温度上传至铸坯角部温度智能控制系统，铸坯角部温度智能控制系统根据铸坯角部温度比照不同微合金钢连铸坯角部组织微合金碳氮化物析出弥散化冷却与双相变晶粒细化温度要求，动态控制连铸机足辊宽/窄面、上述喷淋机构以及立弯段内各区的水量，智能、精确控制连铸生产过程不同断面宽度铸坯角部在立弯段内的冷却，以满足不同类型微合金钢铸坯角部组织在立弯段内的微合金碳氮化物弥散化析出与晶粒细化控制温度演变要求；

本发明可精确、智能控制连铸坯在立弯段内的冷却强度，实现铸坯角部两次相变，细化其组织晶粒尺寸并弥散化其组织晶内及晶界微合金碳氮化物析出；本发明通过引入针对铸坯角部强喷淋冷却喷淋机构，可最大程度减少控制工艺实施过程对后续生产工艺产生的影响；本发明可精确控制连铸坯角部在立弯段内的温度在对应目标温度±5℃小范围内波动；本发明具有较强的适用性，适用于目前钢铁企业主流常规板坯及宽厚板坯连铸机任意断面宽度和关键钢种的连铸坯生产。

附图说明

图1为本发明一种实施例的连铸坯角部晶粒细化的控制系统示意图，其中，1为上位机、2为PLC控制器、3为冷却水喷淋装置、4为铸坯角部非接触式红外测温装置、5为结晶器窄面足辊段、6为铸坯；

图2为本发明一种实施例的可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置结构示意图，其中，3-1为喷淋架、3-2为喷淋管、3-1-1为主固定杆、3-1-2为喷淋管连接杆；

图3为本发明一种实施例的冷却水喷淋装置与铸坯角部非接触式红外测温装置俯视图，其中，4-1为红外测温探头主固定杆、4-2为红外测温探头连接杆、4-3为红外测温探头安放装置；

图4为本发明一种实施例的冷却水喷淋装置与铸坯角部非接触式红外测温装置主视图；

图5为本发明一种实施例的红外测温探头安放装置主视图，其中，4-4为红外测温探头4-5为通测温信号传输线、4-3-1为前端卡槽、4-3-2为后端卡槽；

图6为本发明一种实施例的红外测温探头安放装置左视图；

图7为本发明一种实施例的连铸坯角部晶粒细化的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

本发明实施例中，如图1所示，连铸坯角部晶粒细化的控制系统包括：实现铸坯角部温度智能控制的上位机1、PLC控制器2、可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置3、可通压缩空气的铸坯角部非接触式红外测温装置4；

本发明实施例中，如图1所示，所述的冷却水喷淋装置3设置于结晶器窄面足辊固定板下端并与其固定连接，使喷淋架3-1在立弯段内整体平行于铸坯6的窄面；所述的铸坯角部非接触式红外测温装置4设置于冷却水喷淋装置3下端并与其固定连接，所述的上位机1输入端连接铸坯角部非接触式红外测温装置4，上位机1的输出端连接PLC控制器2的输入端，PLC控制器2的输出端连接冷却水喷淋装置3；

本发明实施例中，如图2所示，可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置3包括：喷淋架3-1和喷淋管3-2，所述的喷淋架3-1包括竖直的一个主固定杆3-1-1和水平的3～7个喷淋管连接杆3-1-2(本实施例中喷淋管连接杆3-1-2的个数是6个)，所述的主固定杆3-1-1与喷淋管连接杆3-1-2水平中间位置固定连接且相通，形成供水回路，为喷淋管3-2提供冷却水，所述的多个喷淋管连接杆3-1-2沿铸流方向按相同间隔宽度布置于主固定杆3-1-1，所述的喷淋管连接杆3-1-2两端各设置有喷淋管3-2；所述的主固定杆3-1-1和喷淋管连接杆3-1-2为方形或圆形结构，并在铸坯6立弯段两侧每侧安装一副；

本发明实施例中，整个喷淋架的长度根据不同连铸机立弯段结构特点而定，主固定杆3-1-1下端与立弯段弯曲区入口平齐；喷淋架在水平方向上的最大宽度设计原则为：安装于其上的同一排2支喷淋管末端间的距离l₁≤3/5结晶器出口处铸坯厚度，以确保喷淋架顺利装入立弯段内；如图3所示，喷淋管3-2以喷嘴端与铸坯宽面方向呈16°～45°的θ₂夹角形式安装于每排喷淋管连接杆3-1-2的两端上，确保喷淋管3-2分别对准铸坯内外弧角部喷淋冷却；同时，为了尽可能增大铸坯角部受水面积，所选择的喷淋管3-2为喷嘴喷射角度θ₁为60°-80°的圆形或扁形喷嘴，喷嘴末端与铸坯角部距离保持10～15cm；喷淋架供水回路通过喷淋架主固定杆3-1-1与结晶器窄面足辊段供水回路相连，由结晶器窄面足辊段5为喷淋架提供压力在0.6Mpa以上的冷却水；

本发明实施例中，如图4所示，可通压缩空气的铸坯角部非接触式红外测温装置4，该装置包括：可通压缩空气的红外测温探头固定架和红外测温探头4-4，所述的红外测温探头固定架包括：一个竖直的红外测温探头主固定杆4-1、两个水平的红外测温探头连接杆4-2和四个红外测温探头安放装置4-3；

本发明实施例中，红外测温探头主固定杆4-1与红外测温探头连接杆4-2水平中间位置固定连接且相通，形成通气回路，为红外测温探头提供保护与打散铸坯6测温区域水汽用的压缩空气和通测温信号传输线4-5，所述的两个水平的红外测温探头连接杆4-2分别位于立弯段弯曲区入口与立弯段出口处，所述的红外测温探头安放装置4-3设置于红外测温探头连接杆4-2两端，红外测温探头4-4设置于红外测温探头安放装置4-3内部；红外测温探头主固定杆4-1上端与喷淋架的主固定杆3-1-1外侧固定连接，且红外测温探头主固定杆4-1上端与喷淋架的主固定杆3-1-1上端平齐，红外测温探头主固定杆4-1长度为从喷淋架上端起沿铸流方向延伸至立弯段出口，贯穿整个立弯段，且整个固定装置的材料均为内空的方管或圆管；红外测温探头主固定杆4-1上端与压缩空气管道相连，压缩空气通过该固定装置主固定杆4-1和与其相通连接的红外测温探头连接杆4-2输送至红外测温探头安放装置4-3处；

红外测温探头连接杆4-2长度设计原则为：与其固定连接的2侧红外测温探头安放装置4-3末端间的距离l₂≤3/5立弯段出口处辊缝宽度，以保证测温探头顺利装入立弯段；红外测温探头4-4根据其形状固定安装于与红外测温探头连接杆4-2两端呈16°～45°的θ₃角相连接的筒状或方状安放装置4-3内，如图3所示。

本发明实施例中，如图5所示，红外测温探头安放装置4-3，其一端与红外测温探头连接杆4-2相通，另一端为开口，该开口对准铸坯6内外弧角部，红外测温探头安放装置4-3内部设置有用于固定红外测温探头4-4的卡槽(前端卡槽4-3-1、后端卡槽4-3-2)，如图6所示，卡槽沿周向均匀布有用于压缩空气喷射的通孔；红外测温探头安放装置4-3可将红外测温探头4-4整体包裹起来，有效保护红外测温探头4-4被冷却水喷溅到；同时，压缩空气由测温探头周围的前端卡槽4-3-1和后端卡槽4-3-2小圆孔高速喷射出，一方面可打散铸坯角部拟测温区域附近的水汽，确保红外测温探头4-4精确测温，另一方面可进一步防止冷却水雾进入测温探头4-4中；所述的红外测温探头4-4为非接触式测温探头，自带有测温信号输出功能，红外测温探头4-4与铸坯角部拟测温区域间的距离为10～15cm，通过其可准确地将所测得的铸坯角部温度数据通过信号传输线实时传至上位机1，数据信号线一端与红外测温探头4-4相连，另一端从红外测温探头固定装置4-3内腔穿过，连接至上位机1，实时传输由红外测温探头4-4发送的实时温度信号至位机1的铸坯角部温度智能控制系统。

本发明实施例中，上位机1的铸坯角部温度智能控制系统包括温度数据接收模块、钢种物性参数存储/读取模块、温度对比判别模块、回路水量调节模块；所述的温度数据接收模块，具有按每秒1次频率同时接收由信号传输线实时传至的立弯段弯曲区入口与立弯段出口处8个铸坯角部温度的功能，并实时将对应位置处的铸坯各角部温度按时间先后顺序保存在对应的数组中。数组数据长度一般取5～10组，满5～10组数据后计算其平均值，并发送至温度对比判别模块，而后自动清除数组中的数据，进行下一周期5～10组数据接收与存储；所述的钢种物性参数存储/读取模块，存储不同钢种凝固过程完全铁素体化要求温度(一般为700℃以下)与完全奥氏体化要求温度(一般取950℃以上)，并将对应的要求温度发送至温度对比判别模块；所述的温度对比判别模块，将温度数据接收模块按与数组存储周期相同时间间隔发送来的立弯段弯曲区入口与立弯段出口处8个铸坯角部温度平均值与对应位置处的完全铁素体化与完全奥氏体化要求温度进行对比判别，获得连铸机二冷足辊段宽面与窄面、立弯段内二区、三区、四区以及冷却水喷淋装置的各回路水量调节增量系数，以供回路水量调节模块对各回路进行水量增减调节；所述的回路水量调节模块，根据温度对比判别模块发送的水量调节增量系数，乘以调节增量，自动调节对应回路的冷却水量；

本发明实施例中，PLC控制器采用与现场现有各二冷冷却水水量调节的PLC控制器相同型号，发送控制信号至冷却水喷淋装置3供水回路的电磁阀、结晶器窄面足辊段5宽窄面供水回路的电磁阀以及立弯段内冷却二区、三区和四区供水回路的电磁阀，调节喷水量。

采用连铸坯角部晶粒细化的控制系统进行的控制方法，方法流程如图7所示，包括以下步骤：

步骤1、根据所生产钢种的完全铁素体化温度与完全奥氏体化温度要求，确定连铸坯角部在立弯段弯曲区入口处完全铁素体化与立弯段出口处完全奥氏体化的目标表面温度T₁与T₂，并设置于上位机中；

本发明实施例中，将目标表面温度T₁与T₂存储至铸坯角部温度智能控制系统钢种物性参数存储/读取模块；

步骤2、根据所设置的目标表面温度，采用数值仿真计算方法对连铸坯二冷足辊段与立弯段内的温度场进行模拟，从而确定满足上述目标表面温度要求的铸机二冷足辊段宽面初始水量、铸机二冷足辊段窄面初始水量、立弯段内二区初始水量、立弯段内三区初始水量、立弯段内四区初始水量和可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置初始水量；

本发明实施例中，根据上述铸坯角部在立弯段弯曲区入口处完全铁素体化与立弯段出口处完全奥氏体化目标表面温度T₁与T₂要求，利用数值仿真计算方法对连铸坯二冷足辊段与立弯段内的温度场进行模拟计算，其计算过程为：

根据连铸现场主流工况(包括拉速、钢液浇注温度、结晶器宽窄面冷却水量及其入口与出口的水温差、二冷足辊段宽面与窄面水量、二冷二区、三区和四区的冷却水量)，通过计算机利用Ansys有限元软件建立所生产钢种的连铸坯二冷温度场二维有限元仿真计算模型，对连铸坯二冷温度场进行模拟；然后，在二维有限元仿真计算模型中通过改变铸机二冷足辊宽面与窄面、立弯段二区、三区、四区以及新引入针对铸坯角部强喷淋冷却的喷淋机构不同的二冷水量计算条件，获得相应的连铸坯在二冷立弯段内的温度场分布；并对照所确定的连铸坯立弯段弯曲区入口完全铁素体化要求温度T₁和立弯段出口完全奥氏体化温度要求温度T₂，根据对照结果确定同时满足连铸坯角部在二冷立弯段弯曲区入口达完全铁素体化要求温度T₁和立弯段出口完全奥氏体化温度要求温度T₂的铸机二冷足辊宽面与窄面、立弯段二区、三区、四区以及新引入针对铸坯角部强喷淋冷却的喷淋机构各回路水量，并将其设定为对应各冷却区的初始水量；

步骤3、启动系统，冷却水喷淋装置对铸坯内外弧角部进行喷淋，且采用红外测温探头实时监测当前连铸坯在立弯段弯曲区入口与立弯段出口处各角部角部表面温度，将采集的温度值发送至上位机中进行周期性储存；

本发明实施例中，红外测温探头实时监测当前连铸坯在立弯段弯曲区入口与立弯段出口处各角部角部表面温度，分别记录为T_i1(立弯段弯曲区入口铸坯第1个角部温度)、T_i2(立弯段弯曲区入口铸坯第2个角部温度)、T_i3(立弯段弯曲区入口铸坯第3个角部温度)、T_i4(立弯段弯曲区入口铸坯第4个角部温度)和T_o1(立弯段出口铸坯第1个角部温度)、T_o2(立弯段出口铸坯第2个角部温度)、T_o3(立弯段出口铸坯第3个角部温度)、T_o4(立弯段出口铸坯第4个角部温度)；并将上述温度数据传送至上位机中；上位机中的铸坯角部温度智能控制系统的温度数据接收模块按每秒1次频率接收各信号传输线传来的温度数据，并按5～10s一个存储周期顺序存储至长度对应为5～10组温度序列的数组中；

步骤4、根据采集的温度值与设定的目标表面温度，对铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路的下发冷却水量进行调节，具体步骤如下：

步骤4-1、根据采集的周期，对所采集的立弯段弯曲区入口四个铸坯角部温度分别求取平均值；

本发明实施例中，当每个铸坯角部对应的存储数组中存储的数据满5～10组时，计算其平均值为T_i1-ave、T_i2-ave、T_i3-ave、T_i4-ave和T_o1-ave、T_o2-ave、T_o3-ave、T_o4-ave，并发送至温度对比判别模块，随即清除数组中的所有数据，进行下一周期接收与存储；

步骤4-2、判断立弯段弯曲区入口铸坯各角部温度平均值T_i1-ave、T_i2-ave、T_i3-ave、T_i4-ave是否大于设定的目标表面温度值T₁，若是，则执行步骤4-3，否则，执行步骤4-4；

步骤4-3、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区水路调节增量系数为1，冷却水喷淋装置水路调节增量系数为2，执行步骤4-7；

步骤4-4、判断立弯段弯曲区入口铸坯各角部温度平均值T_i1-ave、T_i2-ave、T_i3-ave、T_i4-ave与设定的目标表面温度值T₁之间的差值绝对值是否小于等于设定的容差值5℃，若是，则执行步骤4-5，否则，执行步骤4-6；

步骤4-5、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路调节增量系数均为0，执行步骤4-7；

步骤4-6、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区水路调节增量系数为-1，上冷却水喷淋装置水路调节增量系数为-2，执行步骤4-7；

步骤4-7、根据设定的铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路调节增量系数，乘以调节增量，自动调节铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路的下发冷却水量；

本发明实施例中，将所获得的水路调节增量系数，乘以调节增量2L/min，系统下发电磁阀开度指令至PLC控制器，进而PLC控制器触发对应各区水路水量控制电磁阀，实现自动调节铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及上述新引入针对铸坯角部强喷淋冷却喷淋机构水路的下发冷却水量；待立弯段弯曲区入口铸坯角部温度稳定于完全铁素体化温度T₁后，自动调节铸机立弯段内三区与四区冷却水量，使立弯段出口处的铸坯角部温度稳定于完全奥氏体化温度T₂；

步骤4-8、根据采集的周期，对所采集的立弯段出口处四个铸坯角部温度分别求取平均值T_o1-ave、T_o2-ave、T_o3-ave、T_o4-ave；

步骤4-9、判断立弯段出口处铸坯各角部温度平均值T_o1-ave、T_o2-ave、T_o3-ave、T_o4-ave是否小于设定的目标表面温度值T₂，若是，则执行步骤4-10，否则，执行步骤4-11；

步骤4-10、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为-1，执行步骤4-14；

步骤4-11、判断立弯段出口处铸坯各角部温度平均值T_o1-ave、T_o2-ave、T_o3-ave、T_o4-ave与设定的目标表面温度值T₂之间的差值绝对值是否小于等于设定的容差值5℃，若是，则执行步骤4-12，否则，执行步骤4-13；

步骤4-12、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为0，执行步骤4-14；

步骤4-13、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为1，执行步骤4-14；

步骤4-14、根据设定的铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数，乘以调节增量，自动调节铸机二冷三区与四区水路的下发冷却水量；

本发明实施例中，根据所确定的铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数，乘以调节增量2L/min，系统下发电磁阀开度指令至PLC控制器，进而PLC控制器触发对应各区水路水量控制电磁阀，实现自动调节铸机二冷三区与四区水路的下发冷却水量；

步骤5、返回执行步骤3，直至拉坯结束。

Claims (9)

1.一种连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，该系统包括：实现铸坯角部温度智能控制的上位机、PLC控制器、可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置、可通压缩空气的铸坯角部非接触式红外测温装置；

其中，所述的冷却水喷淋装置设置于结晶器窄面足辊固定板下端并与其固定连接，所述的铸坯角部非接触式红外测温装置设置于冷却水喷淋装置下端并与其固定连接，所述的上位机输入端连接铸坯角部非接触式红外测温装置，上位机的输出端连接PLC控制器的输入端，PLC控制器的输出端连接冷却水喷淋装置；

所述的可通压缩空气的铸坯角部非接触式红外测温装置，该装置包括：可通压缩空气的红外测温探头固定架和红外测温探头，所述的红外测温探头固定架包括：一个竖直的红外测温探头主固定杆、两个水平的红外测温探头连接杆和四个红外测温探头安放装置；

其中，所述的红外测温探头主固定杆与红外测温探头连接杆水平中间位置固定连接且相通，形成通气回路，所述的两个水平的红外测温探头连接杆分别位于铸坯立弯段弯曲区入口与铸坯立弯段出口处，所述的红外测温探头安放装置设置于红外测温探头连接杆两端，红外测温探头设置于红外测温探头安放装置内部。

2.根据权利要求1所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置，该装置包括：喷淋架和喷淋管，所述的喷淋架包括竖直的一个主固定杆和水平的多个喷淋管连接杆；

其中，所述的主固定杆与喷淋管连接杆水平中间位置固定连接且相通，形成供水回路，所述的多个喷淋管连接杆沿铸流方向按相同间隔宽度布置于主固定杆，所述的喷淋管连接杆两端各设置有喷淋管。

3.根据权利要求2所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的喷淋管按照一定角度安装于每个喷淋管连接杆的两端，所述的一定角度为：喷淋管对准铸坯内外弧角部时，喷淋管与喷淋管连接杆所形成的夹角；所述的喷淋管，其喷嘴为具有60°～80°喷射角度的圆形或扁形喷嘴。

4.根据权利要求2所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的主固定杆下端与铸坯立弯段弯曲区入口平齐。

5.根据权利要求2所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的供水回路与结晶器窄面足辊段供水回路相连。

6.根据权利要求1所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的红外测温探头安放装置，其一端与红外测温探头连接杆相通，另一端为开口，该开口对准铸坯内外弧角部，红外测温探头安放装置内部设置有用于固定红外测温探头的卡槽，上述卡槽沿周向均匀布有用于压缩空气喷射的通孔。

7.根据权利要求1所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的红外测温探头主固定杆上端与喷淋架的主固定杆外侧固定连接，且红外测温探头主固定杆上端与喷淋架的主固定杆上端平齐，红外测温探头主固定杆上端与压缩空气管道相连。

8.根据权利要求1所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统，其特征在于，所述的红外测温探头的信号输出线通过红外测温探头固定架和压缩空气管道与上位机相连。

9.采用权利要求1所述的连铸坯角部晶粒细化的控制系统进行的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、根据所生产钢种的完全铁素体化温度与完全奥氏体化温度要求，确定连铸坯角部在立弯段弯曲区入口处完全铁素体化与立弯段出口处完全奥氏体化的目标表面温度，并设置于上位机中；

步骤2、根据所设置的目标表面温度，采用数值仿真计算方法对连铸坯二冷足辊段与立弯段内的温度场进行模拟，从而确定满足上述目标表面温度要求的铸机二冷足辊段宽面初始水量、铸机二冷足辊段窄面初始水量、立弯段内二区初始水量、立弯段内三区初始水量、立弯段内四区初始水量和可适应铸坯断面宽度变化并针对铸坯角部喷淋冷却的冷却水喷淋装置初始水量；

步骤3、启动系统，冷却水喷淋装置对铸坯内外弧角部进行喷淋，且采用红外测温探头实时监测当前连铸坯在立弯段弯曲区入口与立弯段出口处各角部的表面温度，并将采集的温度值发送至上位机中进行周期性储存；

步骤4、根据采集的温度值与设定的目标表面温度，对铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路的下发冷却水量进行调节，具体步骤如下：

步骤4-1、根据采集的周期，对所采集的立弯段弯曲区入口四个铸坯角部温度分别求取平均值；

步骤4-2、判断立弯段弯曲区入口铸坯各角部温度平均值是否大于设定的目标表面温度值，若是，则执行步骤4-3，否则，执行步骤4-4；

步骤4-3、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区水路调节增量系数为1，冷却水喷淋装置水路调节增量系数为2，执行步骤4-7；

步骤4-4、判断立弯段弯曲区入口铸坯各角部温度平均值与设定的目标表面温度值之间的差值绝对值是否小于等于设定的容差值，若是，则执行步骤4-5，否则，执行步骤4-6；

步骤4-5、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路调节增量系数均为0，执行步骤4-7；

步骤4-6、设定铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区水路调节增量系数为-1，上冷却水喷淋装置水路调节增量系数为-2，执行步骤4-7；

步骤4-7、根据设定的铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路调节增量系数，乘以调节增量，自动调节铸机二冷足辊段宽面、窄面、立弯段二区以及冷却水喷淋装置水路的下发冷却水量；

步骤4-8、根据采集的周期，对所采集的立弯段出口处四个铸坯角部温度分别求取平均值；

步骤4-9、判断立弯段出口处铸坯各角部温度平均值是否小于设定的目标表面温度值，若是，则执行步骤4-10，否则，执行步骤4-11；

步骤4-10、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为-1，执行步骤4-14；

步骤4-11、判断立弯段出口处铸坯各角部温度平均值与设定的目标表面温度值之间的差值是否小于等于设定的容差值，若是，则执行步骤4-12，否则，执行步骤4-13；

步骤4-12、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为0，执行步骤4-14；

步骤4-13、设定铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数为1，执行步骤4-14；

步骤4-14、根据设定的铸机二冷三区与四区的水路调节增量系数，乘以调节增量，自动调节铸机二冷三区与四区水路的下发冷却水量；

步骤5、返回执行步骤3，直至拉坯结束。