CN107303601B - 铸坯的冷却监控系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铸坯的冷却监控系统，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控，包括：导轨，其平行地设置在所述铸坯的扇形段的一侧，其轨道正对所述铸坯的扇形段的窄面并与所述窄面的走向相同；滑动装置，包括电机和设置在所述导轨上的滑块，所述电机驱动所述滑块在所述导轨的轨道上滑动；隔热箱体，其设置在所述滑块上，所述隔热箱体的朝向所述铸坯的扇形段的一面设置有窗口；测温装置，其设置在所述隔热箱体的内部，透过所述窗口测量所述铸坯的扇形段的温度。本发明提供了一种铸坯的冷却监控方法。本发明能够实时监控铸坯的温度和冷却状态，避免冷却水量的不合理导致的铸坯质量波动。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸坯的冷却监控系统和方法，特别涉及一种在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控的系统及方法。
背景技术
连铸过程中，当钢液进入到结晶器内部，经过结晶器冷却水的冷却，钢液在结晶器内形成一定厚度的凝固坯壳。当铸坯出了结晶器，进入扇形段，对初生凝固坯壳进行二次冷却。
为了得到产品合格的铸坯，铸坯沿着拉坯方向和横向的冷却至关重要。在实际生产中，铸坯的钢种、断面宽度、浇铸温度和拉速都会发生改变，而当前的二次冷却水控制方法只是随拉速发生改变，因此铸坯的冷却可能会发生冷却过度或冷却不够的情况，从而导致铸坯表面和内部缺陷的发生。
随着连铸技术的发展，虽然新设计的铸机二次冷却具备了幅切的功能，进行不同宽度铸坯的浇铸，但在设计生产中，因幅切量设计不合理，导致铸坯在宽度方面冷却的不均匀。
连铸生产过程是一个高温封闭的过程，人员无法得到铸坯的冷却状态，给工艺和操作人员带来的控制上的困难。尤其是在浇铸一些裂纹敏感性钢种时，因铸坯角部冷却不合理时常发生裂纹。
而连铸生产的二次冷却控制不仅是包括二次冷却的水量的大小和分布，二次冷却设备状态也至关重要，但到目前为止还没有一种综合考虑冷却水量分布和喷淋设备状态的二次冷却控制方法。其中重要一个原因是在连生产过程中，铸机扇形段之间和辊与辊之间都有盖板，而铸机侧面也是近乎封闭状态，操作人员对铸机内部铸坯的冷却状态和二次冷却的喷淋水的状态不能得到直接的观察和测量，对二次冷却水的控制和喷淋设备状态不能做出准确判断。
基于以上情况，目前二次冷却水量的控制方法主要通过上位机或者计算模型来控制，其状态都是基于对工艺和设备的理想假设状态。设备状态是否良好，也是通过下线后检查。因此急需一种综合二次冷却的水量和设备状态的实时在线控制方法。
在现有的专利中，二次冷却水控制方法很多集中在模型和铸坯表面温度的测量上，即使有实时监测也只是通过安装有限的温度传感器，对固定位置进行监测。而连铸二次冷却控制过程是一个连续过程，且包括工艺和设备两部分。再者，对裂纹敏感钢种角部冷却在线控制方法则更是鲜有研究。
专利CN102380597B提供了一种板坯连铸二次冷却喷水宽度控制的方法。通过计算机建立板坯凝固传热仿真模型，利用传热模型调整板坯宽面中部喷嘴的选型和布置，利用模型，计算不同回路冷却水流量并依据计算的冷却水流量实施策略冷却，使铸坯表面温度均匀。
专利CN1228159C中提到一种连铸二次冷却却铸坯表面温度测定的方法，该方法在铸机二次冷却区进行单点或多点铸坯表面温度的测量，通过该温度值判定铸坯拉速的合理性。
专利CN101506634B描述了一种连铸坯表面温度测量方法，利用扫描热像仪视场范围内的温度与热图像测量值进行对比，选取铸坯氧化铁皮影响最小点的温度值作为铸坯表面温度值，该温度没参与二次冷却控制。
通过上述专利可以发现，目前的二次冷却控制方法都是通过模型或者有限的测温点来对铸坯进行温度的计算和评估，对铸坯温度不能做到合理的应用并反映到冷却水控制上，对喷淋设备状态也没有监测，这种理想化的方法很难反应出铸坯冷却的实际情况。
发明内容
为此，本发明提供了一种铸坯的冷却监控系统，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控，包括：导轨，其平行地设置在所述铸坯的扇形段的一侧，其轨道正对所述铸坯的扇形段的窄面并与所述窄面的走向相同；滑动装置，包括电机和设置在所述导轨上的滑块，所述电机驱动所述滑块在所述导轨的轨道上滑动；隔热箱体，其设置在所述滑块上，所述隔热箱体的朝向所述铸坯的扇形段的一面设置有窗口；测温装置，其设置在所述隔热箱体的内部，透过所述窗口测量所述铸坯的扇形段的温度。
进一步地，所述监控系统还包括成像装置，其设置在所述隔热箱体的内部，透过所述窗口拍摄所述铸坯的扇形段的画面。
进一步地，所述监控系统还包括转向装置，其设置在所述滑块和所述隔热箱体之间，所述隔热箱体通过所述转向装置连接在所述滑块上，用于改变所述隔热箱体的方向从而改变所述窗口的朝向。
进一步地，所述监控系统还包括冷却气管，所述冷却气管的一端连接到能够产生冷气的冷气源，另一端与所述隔热箱体内部的空气连通，而向所述隔热箱体内部输送来自所述冷气源的冷气。
进一步地，所述监控系统还包括上位机，其中，所述测温装置将其测量的温度传输给所述上位机；所述成像装置将其拍摄的画面传输给所述上位机；所述上位机根据所述温度和画面对所述喷淋冷却设备进行控制。
优选地，所述监控系统还包括上位机，所述测温装置和所述成像装置为热成像仪，其中，所述热成像仪将其测量的温度和拍摄的画面传输给所述上位机；所述上位机根据所述温度和画面对所述喷淋冷却设备进行控制。
另一方面，本发明还提供了一种铸坯的冷却监控方法，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控，包括：测量所述铸坯的扇形段的温度；将该温度与目标温度进行比较，若该温度高于所述目标温度则控制所述喷淋冷却设备增加喷淋水的水量，若该温度低于所述目标温度，则控制所述喷淋冷却设备减少喷淋水的水量。
进一步地，测量所述铸坯的扇形段的温度包括测量所述铸坯的扇形段的角部的温度；所述铸坯的冷却监控方法进一步包括：当所述角部的温度与设定温度的偏差超过阈值时，发出报警提示。
进一步地，所述铸坯的冷却监控方法还包括：拍摄所述铸坯的扇形段的画面；根据该画面判断所述喷淋冷却设备的工作状态：若所述铸坯的扇形段的角部被喷淋水覆盖，则移动所述喷淋冷却设备的喷淋杆的位置以使得喷淋水避开所述铸坯的扇形段的角部。
进一步地，所述根据该画面判断所述喷淋冷却设备的工作状态还包括：若所述喷淋水的雾化程度不满足设定程度，则判断为所述喷淋冷却设备的喷嘴发生故障。
本发明的铸坯的冷却监控系统和方法，通过安装在铸坯侧面的热成像仪对铸坯进行测温和喷淋水检测，根据铸坯表面的温度状态来控制喷淋水的水量，通过喷淋冷却设备的喷淋状态来控制喷淋杆的位置和判断喷嘴的状态，能够实时监控铸坯的宽面、窄面以及角部的温度和冷却状态，避免冷却水量的不合理导致的铸坯质量波动，对裂纹敏感性钢种尤为适合。
附图说明
图1为本发明的铸坯的冷却监控系统的结构示意图；
图2为本发明的铸坯的冷却监控系统的另一个角度的放大示意图，其中隔热箱体的侧壁为打开状态。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的铸坯的冷却监控系统和方法作进一步的详细描述，但不作为对本发明的限定。
本发明的铸坯的冷却监控系统，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控。如图1和2所示，其包括：导轨5、设置在导轨5上的滑动装置、设置在滑动装置上的隔热箱体1、以及设置在隔热箱体1内的测温装置和成像装置。
如图1和2所示，导轨5平行地设置在铸坯的扇形段的一侧，其轨道正对着铸坯6的扇形段的窄面(即侧面)并与该窄面的走向相同。导轨5安装在铸机旁的基础框架墙体上，不与铸坯6的扇形段框架连接，铸机扇形段的吊装与维修互不干涉。导轨5从结晶器的出口一直延伸到铸机的出口，其弧度与铸坯6的扇形段的弧度相同并且平行。
滑动装置包括电机3和设置在导轨上的滑块4，电机3可以如图所示设置在滑块4上，电机3驱动滑块4在导轨5的轨道上以一定的速度来回滑动。滑块4的滑动速度和方向，可以通过上位机进行控制。
隔热箱体1设置在滑块4上，并且在隔热箱体4的朝向铸坯6的扇形段的一个面上设置有窗口9。为了保护测温装置和成像装置不受高温影响，测温装置和成像装置设置在隔热箱体1的内部，其能够透过窗口9测量铸坯6的扇形段的温度以及拍摄铸坯6的扇形段的画面。优选地，测温装置和成像装置为集成了测温和成像功能的热成像仪10。
本发明的铸坯的冷却监控系统，在铸坯6的扇形段旁边的导轨5上安装热成像仪10，可以连续地对铸坯6进行测温和拍摄，起到了实时监控的作用。
本发明的铸坯的冷却监控系统还包括转向装置2，其设置在滑块4和隔热箱体1之间，隔热箱体1通过转向装置2连接在滑块4上，用于改变隔热箱体1的方向从而改变窗口9的朝向，能够使窗口9对准铸坯6的窄面。进一步地，为了使测温装置和成像装置能够更准确地对准铸坯6的窄面、宽面以及角部，测温装置和成像装置通过俯仰装置11连接到隔热箱体1。
由于连铸生产过程是一个高温封闭的过程，为了进一步保护隔热箱体1内部的测温装置和成像装置，本发明的铸坯的冷却监控系统还包括冷却气管8，其一端连接到能够产生冷气的冷气源(图中未示出)，另一端与隔热箱体1内部的空气连通，而向隔热箱体1内部输送来自冷气源的冷气。
为了实现自动监控，本发明的铸坯的冷却监控系统还包括上位机(图中未示出)，测温装置将其测量的温度、成像装置将其拍摄的画面均传输给上位机，上位机根据收到的温度和画面对喷淋冷却设备进行控制。将热成像仪10采集的温度和画面传输到上位机(例如，控制室的计算机)中，上位机将测量温度与连铸过程设定的目标温度进行对比，利用控制程序进行水量的增加和减少。上位机可以按照下述的铸坯的冷却监控方法对喷淋冷却设备进行控制。
本发明还提供了一种铸坯的冷却监控方法，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控。该方法包括：测量铸坯6的扇形段的窄面、宽面和角部的温度；将这些温度与相应的目标温度进行比较，若测量的温度高于目标温度则控制喷淋冷却设备增加喷淋水的水量；反之，若测量的温度低于目标温度，则控制喷淋冷却设备减少喷淋水的水量。通过对铸坯6的扇形段的不同区域的温度进行持续的测量，结合配水模型铸坯6的扇形段的不同区域的温度进行对比调节，根据温差和调整系数对该区域的水量进行调整和控制。
同时，该方法还可以包括：将铸坯6的扇形段的角部的温度与设定的温度进行比较，当角部的温度与设定温度的偏差超过阈值时，发出报警提示。对生产一些裂纹敏感性钢种，其角部在弯曲段和矫直段极易因铸坯温度过低而导致裂纹，导致铸坯温度低可能是冷却水量过大或者喷淋水没有避开铸坯角部。该方法则可重点对铸坯角部温度进行测量和水量调整，避免角部的过冷。
热成像仪对铸坯做不接触测温和监测，可以获得铸坯的宽面、窄面和角部的温度，将数据信号连续传给上位机。上位机将采集的温度与钢种的设定目标温度进行对比，当实测温度与目标温度偏离时，则按预定的调整方法对冷却水量进行增加或减少，从而将铸坯温度沿着设定的目标温度连续地稳定地控制在合理的范围内。铸坯的目标温度分为三条曲线，分别为宽面、窄面和角部。对于不同的钢种可设定关注的重点曲线，对一般钢种来重点关注宽面温度，而对裂纹敏感钢种，例如包晶钢和微合金钢则重点关注铸坯角部的温度。
本发明的铸坯的冷却监控方法还包括：拍摄铸坯6的扇形段的画面；根据该画面判断喷淋冷却设备的工作状态：
1)若铸坯6的扇形段的角部被喷淋水覆盖，则移动喷淋冷却设备的喷淋杆的位置以使得喷淋水避开铸坯6的扇形段的角部，避免铸坯角部过冷而发生裂纹。
2)若喷淋水的雾化程度不满足设定程度，则判断为喷淋冷却设备的喷嘴发生堵塞、磨损等故障，从而可以及时发现设备故障，更换喷嘴。
3)监视夹持辊7与铸坯6的接触处的冷却水的滞留状态，若滞留的冷却水多于预定值，则控制喷淋冷却设备减少喷淋水的水量。
本发明的铸坯的冷却监控方法可以由上位机、中央控制计算机等来执行，也可以由人工进行判断和控制。
通过本发明的铸坯的冷却监控系统及方法，可以对铸坯的二次冷却喷淋冷却设备的喷淋水的状态、喷淋杆的位置以及喷嘴的状态进行观测和控制。该方法不仅可在线实时控制冷却水量，实现铸坯的均匀冷却提高铸坯质量，也可对喷淋设备进行在线检查，及时发现故障，提高生产效率。
以上具体实施方式仅为本发明的示例性实施方式，不能用于限定本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这些修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种铸坯的冷却监控系统，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控，其特征在于，包括：
导轨，其平行地设置在所述铸坯的扇形段的一侧，其轨道正对所述铸坯的扇形段的窄面并与所述窄面的走向相同；
滑动装置，包括电机和设置在所述导轨上的滑块，所述电机驱动所述滑块在所述导轨的轨道上滑动；
隔热箱体，其设置在所述滑块上，所述隔热箱体的朝向所述铸坯的扇形段的一面设置有窗口；
测温装置，其设置在所述隔热箱体的内部，透过所述窗口测量所述铸坯的扇形段的温度；
转向装置，其设置在所述滑块和所述隔热箱体之间，所述隔热箱体通过所述转向装置连接在所述滑块上，用于改变所述隔热箱体的方向从而改变所述窗口的朝向；
俯仰装置，其连接所述测温装置和所述隔热箱体，用于改变所述测温装置的朝向。
2.根据权利要求1所述的铸坯的冷却监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括成像装置，其设置在所述隔热箱体的内部，透过所述窗口拍摄所述铸坯的扇形段的画面。
3.根据权利要求2所述的铸坯的冷却监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括冷却气管，所述冷却气管的一端连接到能够产生冷气的冷气源，另一端与所述隔热箱体内部的空气连通，而向所述隔热箱体内部输送来自所述冷气源的冷气。
4.根据权利要求2所述的铸坯的冷却监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括上位机，其中，
所述测温装置将其测量的温度传输给所述上位机；
所述成像装置将其拍摄的画面传输给所述上位机；
所述上位机根据所述温度和画面对所述喷淋冷却设备进行控制。
5.根据权利要求2所述的铸坯的冷却监控系统，其特征在于，所述监控系统还包括上位机，所述测温装置和所述成像装置为热成像仪，其中，
所述热成像仪将其测量的温度和拍摄的画面传输给所述上位机；
所述上位机根据所述温度和画面对所述喷淋冷却设备进行控制。
6.一种采用如权利要求1-5任意一项所述的铸坯的冷却监控系统的铸坯的冷却监控方法，用于在连铸过程中对铸坯的扇形段的喷淋冷却设备的工作状态和冷却效果进行监控，其特征在于，包括：
在所述铸坯的扇形段的一侧设置导轨，其轨道正对所述铸坯的扇形段的窄面并与所述窄面的走向相同；
在所述导轨上设置滑动装置；在所述滑动装置上设置隔热箱体；在所述隔热箱体内设置测温装置；在所述滑动装置及所述隔热箱体之间设置转向装置；通过俯仰装置连接所述测温装置及所述隔热箱体；
采用所述测温装置测量所述铸坯的扇形段的温度；
将该温度与目标温度进行比较，若该温度高于所述目标温度则控制所述喷淋冷却设备增加喷淋水的水量，若该温度低于所述目标温度，则控制所述喷淋冷却设备减少喷淋水的水量；
拍摄所述铸坯的扇形段的画面；
根据该画面判断所述喷淋冷却设备的工作状态：若所述铸坯的扇形段的角部被喷淋水覆盖，则移动所述喷淋冷却设备的喷淋杆的位置以使得喷淋水避开所述铸坯的扇形段的角部。
7.根据权利要求6所述的铸坯的冷却监控方法，其特征在于，测量所述铸坯的扇形段的温度包括测量所述铸坯的扇形段的角部的温度；所述铸坯的冷却监控方法进一步包括：当所述角部的温度与设定温度的偏差超过阈值时，发出报警提示。
8.根据权利要求6所述的铸坯的冷却监控方法，其特征在于，所述根据该画面判断所述喷淋冷却设备的工作状态还包括：若所述喷淋水的雾化程度不满足设定程度，则判断为所述喷淋冷却设备的喷嘴发生故障。
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