CN102601327B - 在线连续调整结晶器宽度减少的方法 - Google Patents

Abstract

一种在线连续调整结晶器宽度减少的方法，涉及连铸结晶器的在线调宽，该方法以高温钢液的凝固过程为基础，从坯壳的凝固收缩出发，将结晶器宽度减小过程导入在线调宽过程中，并迅速确定调宽过程的控制参数，控制参数包括调锥时间、调宽加速度、调宽速度和调宽过程总时间，以此来指导连铸结晶器在线连续调宽操作，实现结晶器在线快速调宽过程。本发明方法简易可行，为用于连铸生产中在线热态调宽(宽度减小)过程提供了便捷的途径，从而满足连铸在线变更生产铸坯尺寸的要求。

Description

在线连续调整结晶器宽度减少的方法

技术领域

本发明涉及连铸结晶器的在线调宽，具体地指一种在线连续调整结晶器宽度减少的方法。

背景技术

结晶器作为连铸机的核心部件，其结构、性能直接影响着铸坯质量与钢种的适应性。为适应连铸连轧生产频繁变化的要求，结晶器经常需要调整宽度来获得不同尺寸的铸坯。传统的连铸机在变更铸坯尺寸时，采用的方法是停止浇铸，手动调整结晶器宽度或者通过更换结晶器实现宽度改变。在连铸机停机二次开浇的情况下，上述操作一方面影响了钢厂的生产节奏、降低了铸坯产量；另一方面停机开浇还造成原材料的浪费，增加生产成本。目前也存在结晶器在线调宽技术，然而，传统在线调宽过程中，结晶器上下口速度一致会导致大范围调宽时，需要间歇性调锥，造成过程的不连续，影响了调宽效率。为此，开发适应多种规程铸坯连续生产需要、缩短生产准备时间、降低劳动强度、提高铸坯质量的结晶器连续在线调宽技术具有极其重要的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种在线连续调整结晶器宽度减少的方法，能够克服目前大范围调宽过程中间歇性调锥的弊端，该方法简易可行，为用于连铸生产中在线热态调宽(宽度减小)过程提供了便捷的途径，从而满足连铸在线变更生产铸坯尺寸的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供的一种在线连续调整结晶器宽度减少的方法，以高温钢液的凝固过程为基础，从坯壳的凝固收缩出发，将结晶器宽度减小过程导入在线调宽过程中，并迅速确定调宽过程的控制参数，控制参数包括调锥时间、调宽加速度、调宽速度和调宽过程总时间，以此来指导连铸结晶器在线连续调宽操作，实现结晶器在线快速调宽过程。

上述技术方案中，所述调宽过程的控制参数由下列步骤获得：

第一步，判定调宽范围：

根据当前实际值和最终目标值，确定锥度变化量以及该连续调宽过程的详细进程；

第二步，控制参数的确定：

所述调锥时间t₁由式(1)确定获得：

$t_1=\frac{\mathrm{\ΔT}}{{\mathrm{at}}_0}+t_0---\left(1\right)$

式中，ΔT为调宽锥度变化量，a为调宽加速度中的结晶器上口调宽加速度，t₀为弯月面钢液拉出结晶器时间；

所述调宽加速度中，结晶器下口调宽加速度a₁由式(2)确定获得：

$a_1=\frac{a}{1+T\%\×l}---\left(2\right)$

式中，T％为结晶器锥度率，l为弯月面高度；

所述调宽速度中，结晶器上口调宽速度V_m1由式(3)确定获得：

$V_{m1}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{t_0}---\left(3\right)$

所述调宽速度中，结晶器下口调宽速度V_m2由式(4)确定获得：

$V_{m2}=\frac{V_{m1}}{1+T\%\×l}---\left(4\right)$

所述调宽过程总时间t由式(5)确定获得：

$t=2t_1+\frac{(L-\frac{{\mathrm{\ΔT}}^2}{{{\mathrm{at}}_0}^2}-\mathrm{\ΔT})t_0}{\mathrm{\ΔT}}---\left(5\right)$

式中，L为调宽变化量。

进一步地，所述调宽锥度变化量ΔT为0～40mm；所述结晶器上口调宽加速度a为0～25mm/min²。

因此，通过设定调锥时间、调宽加速度、调宽速度和调宽过程总时间，就能够详细获知调宽的每个阶段，并进行结晶器在线连续热态调宽。

上述技术方案中，所述确定调宽过程的控制参数时，还考虑调宽楔形段长度。

进一步地，所述调宽楔形段长度S由式(6)确定获得：

S＝V_ct            (6)

式中：V_c为连铸拉坯速度，t为调宽过程总时间。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

以高温钢液的凝固作为基础，从坯壳凝固收缩出发，将结晶器宽度减小过程导入在线调宽过程的计算中，并迅速确定调宽(宽度减小)过程的控制参数，包括：调锥时间、调宽加速度、调宽速度和调宽过程总时间，并能通过调宽过程总时间计算调宽楔形段长度，以此来进一步规范调宽过程。成功克服了传统调宽工艺中，结晶器上下口速度一致导致大范围调宽时，需要间歇性调锥，造成过程的不连续，影响调宽效率等弊端。通过提高调宽速度，减缓调宽过程中高温钢坯对窄面铜板的磨损，同时也稳定了连铸结晶器内钢液的凝固传热过程。这为高效连铸提供了条件，对降低生产成本，改善生产质量，提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

以实际生产中，单侧锥度为9mm、拉坯速度为1.0m/min、高度为900mm、弯月面高度为800mm的某结晶器为例，钢液从弯月面到结晶器出口时间0.8min，结晶器初始锥度率为1.03％/m，在两侧调宽，宽度减小400mm的调宽生产过程中，传统工艺将调宽过程中的调宽速度设定为6～8mm/min，同时，在调宽过程中需要将调宽步骤分割成几个不同阶段以调整结晶器锥度，该操作方式降低了调宽效率，并造成调宽楔形段长度过大，产生巨大的浪费。

而通过本发明方法中设定的调宽过程，将调宽过程与拉坯过程进行匹配，实现调宽过程与坯壳的凝固收缩相符。通过首先设定调宽过程锥度减小量为30mm、结晶器上口调宽加速度为20mm/min²、结晶器下口调宽加速度为19.837mm/min²，使得在调宽过程中以凝固收缩为基础，迅速提升调宽速度，在8.008min内即完成调宽过程，较传统工艺的调宽时间提升了一倍以上，提高了工作效率并减小了楔形坯浪费。

综上所述，本发明方法对降低生产成本、改善生产质量和提高产品的市场竞争力具有极为重要的意义。

附图说明

图1为本发明实施例1中，调宽得到结晶器上、下口对应的时间位移关系图；

图2为本发明实施例2中，调宽得到结晶器上、下口对应的时间位移关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例作进一步的详细描述：

本发明的在线连续调整结晶器宽度减少的方法，以高温钢液的凝固过程为基础，从坯壳的凝固收缩出发，将结晶器宽度减小过程导入在线调宽过程中，并迅速确定调宽过程的控制参数，控制参数包括调锥时间、调宽加速度、调宽速度和调宽过程总时间，以此来指导连铸结晶器在线连续调宽操作，实现结晶器在线快速调宽过程。

上述调宽过程的控制参数由下列步骤获得：

第一步，判定调宽范围：

根据当前实际值和最终目标值，确定锥度变化量以及该连续调宽过程的详细进程；

第二步，控制参数的确定：

所述调锥时间t₁由式(1)确定获得：

$t_1=\frac{\mathrm{\ΔT}}{{\mathrm{at}}_0}+t_0---\left(1\right)$

式中，ΔT为调宽锥度变化量、通常取0～40mm，a为调宽加速度中的结晶器上口调宽加速度、通常取0～25mm/min²，t₀为弯月面钢液拉出结晶器时间；

所述调宽加速度中，结晶器下口调宽加速度a₁由式(2)确定获得：

$a_1=\frac{a}{1+T\%\×l}---\left(2\right)$

式中，T％为结晶器锥度率，l为弯月面高度；

所述调宽速度中，结晶器上口调宽速度V_m1由式(3)确定获得：

$V_{m1}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{t_0}---\left(3\right)$

所述调宽速度中，结晶器下口调宽速度V_m2由式(4)确定获得：

$V_{m2}=\frac{V_{m1}}{1+T\%\×l}---\left(4\right)$

所述调宽过程总时间t由式(5)确定获得：

$t=2t_1+\frac{(L-\frac{{\mathrm{\ΔT}}^2}{{{\mathrm{at}}_0}^2}-\mathrm{\ΔT})t_0}{\mathrm{\ΔT}}---\left(5\right)$

式中，L为调宽变化量。

此外，还可考虑调宽楔形段长度。调宽楔形段长度S由式(6)确定获得：

S＝V_ct                (6)

式中：V_c为连铸拉坯速度，t为调宽过程总时间。

下面结合两个工程实例对本发明进行详细说明：

实施例1：

该结晶器单侧锥度为9mm，调宽过程中锥度减小量为30mm，结晶器上口调宽加速度设定为20mm/min²，拉坯速度为1.0m/min，结晶器高度为900mm、弯月面高度为800mm，钢液从弯月面到结晶器出口时间0.8min，结晶器初始锥度率为1.03％/m，两侧调宽，宽度减小400mm，得到对应的调宽过程速度，时间和楔形段长度关系。

由上述分析可知，结晶器两侧调宽，则单侧调宽宽度200mm，即L＝200mm。相应的，ΔT＝30mm，a＝20mm/min²，t₀＝0.8min，T％＝1.03％m，l＝800mm，V_c＝1.0m/min＝1000mm/min。于是，各控制参数为：

1、调锥时间t₁：

$t_1=\frac{\mathrm{\ΔT}}{{\mathrm{at}}_0}+t_0=2.675\min ---\left(1\right)$

2、结晶器下口调宽加速度a₁：

$a_1=\frac{a}{1+T\%\×l}=19.837\mathrm{mm}/{\min }^2---\left(2\right)$

3、结晶器上口调宽速度V_m1：

$V_{m1}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{t_0}=37.5\mathrm{mm}/\min ---\left(3\right)$

4、结晶器下口调宽速度V_m2：

$V_{m2}=\frac{V_{m1}}{1+T\%\×l}=37.194\mathrm{mm}/\min ---\left(4\right)$

5、调宽过程总时间t：

$t=2t_1+\frac{(L-\frac{{\mathrm{\ΔT}}^2}{{{\mathrm{at}}_0}^2}-\mathrm{\ΔT})t_0}{\mathrm{\ΔT}}=8.008\min ---\left(5\right)$

6、调宽楔形段长度S：

S＝V_ct＝8.008m                        (6)

在传统调宽过程中，通过结晶器的变锥、平移和锥度恢复三个过程即能实现宽度的变化，但是受限于过低的调宽速度(6～8mm/min)，整个调宽过程过于费时，楔形坯长度过长，超过了30m，所以并未很好的体现结晶器在线调宽技术的优势。而该实施例在调宽过程中，其得到结晶器上下口对应的时间位移关系如图1所示。由图1可知：该过程经由锥度变更，铜板平移和锥度复位三个过程组成，通过设定连续加速变锥过程，实现了结晶器锥度的迅速变化，能够迅速提升调宽速度。在到达平移过程中，结晶器上下口速度分别同时达到预设值37.5mm/min和37.194mm/min，实现了符合凝固收缩准则的结晶器在线热态调宽。相应的，在平移达到预设位置之后，结晶器上下口开始连续复锥变化过程。

该调宽过程中一方面保证了结晶器调宽与铸坯凝固收缩相符，使坯壳不受应力，不对结晶器产生额外的调宽磨损，同时也保证了高温凝固铸坯与结晶器窄面铜板之间的良好传热过程；另一方面，实现了快速调宽过程变化，对提高生产效率，降低成本具有很重要的意义。

总之，该过程经由锥度变更，铜板平移和锥度复位三个过程，快速实现了结晶器宽度调整过程，为连铸过程中，连续、高效、稳定、安全生产提供了必要保证。

实施例2：

该结晶器单侧锥度为6mm，调宽过程中锥度减小量为15mm，结晶器上口调宽加速度设定为15mm/min²，拉坯速度为1.0m/min，结晶器高度为900mm、弯月面高度为800mm，钢液从弯月面到结晶器出口时间0.8min，结晶器初始锥度率为1.25％/m，两侧调宽，宽度减小200mm，得到对应的调宽过程速度，时间和楔形段长度关系。

由上述分析可知，结晶器两侧调宽，则单侧调宽宽度100mm，即L＝100mm。相应的，ΔT＝15mm，a＝15mm/min²，t₀＝0.8min，T％＝1.25％m，l＝800mm，V_c＝1.0m/min＝1000mm/min。于是，各控制参数为：

1、调锥时间t₁：

$t_1=\frac{\mathrm{\ΔT}}{{\mathrm{at}}_0}+t_0=2.05\min ---\left(1\right)$

2、结晶器下口调宽加速度a₁：

$a_1=\frac{a}{1+T\%\×l}=14.851\mathrm{mm}/{\min }^2---\left(2\right)$

3、结晶器上口调宽速度V_m1：

$V_{m1}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{t_0}=18.75\mathrm{mm}/\min ---\left(3\right)$

4、结晶器下口调宽速度V_m2：

$V_{m2}=\frac{V_{m1}}{1+T\%\×l}=18.564\mathrm{mm}/\min ---\left(4\right)$

5、调宽过程总时间t：

$t=2t_1+\frac{(L-\frac{{\mathrm{\ΔT}}^2}{{{\mathrm{at}}_0}^2}-\mathrm{\ΔT})t_0}{\mathrm{\ΔT}}=7.383\min ---\left(5\right)$

6、调宽楔形段长度S：

S＝V_ct＝7.383m                        (6)

在传统调宽过程中，通过结晶器的变锥、平移和锥度恢复三个过程即能实现宽度的变化，但是受限于过低的调宽速度(6～8mm/min)，整个调宽过程过于费时，楔形坯长度过长，接近15m，所以并未很好的体现结晶器在线调宽技术的优势。而该实施例在调宽过程中，其得到结晶器上下口对应的时间位移关系如图2所示。由图2可知：该过程经由锥度变更，铜板平移和锥度复位三个过程组成，通过设定连续加速变锥过程，实现了结晶器锥度的迅速变化，能够迅速提升调宽速度。在到达平移过程中，结晶器上下口速度分别同时达到预设值18.75mm/min和18.564mm/min，实现了符合凝固收缩准则的结晶器在线热态调宽。相应的，在平移达到预设位置之后，结晶器上下口开始连续复锥变化过程。

该调宽过程中一方面保证了结晶器调宽与铸坯凝固收缩相符，使坯壳不受应力，不对结晶器产生额外的调宽磨损，同时也保证了高温凝固铸坯与结晶器窄面铜板之间的良好传热过程；另一方面，实现了快速调宽过程变化，对提高生产效率，降低成本具有很重要的意义。

总之，该过程经由锥度变更，铜板平移和锥度复位三个过程，快速实现了结晶器宽度调整过程，为连铸过程中，连续、高效、稳定、安全生产提供了必要保证。

Claims (5)

1.一种在线连续调整结晶器宽度减少的方法，其特征在于：该方法以高温钢液的凝固过程为基础，从坯壳的凝固收缩出发，将结晶器宽度减小过程导入在线调宽过程中，并迅速确定调宽过程的控制参数，控制参数包括调锥时间、调宽加速度、调宽速度和调宽过程总时间，以此来指导连铸结晶器在线连续调宽操作，实现结晶器在线快速调宽过程；

所述调宽过程的控制参数由下列步骤获得：

第一步，判定调宽范围：

根据当前实际值和最终目标值，确定锥度变化量以及该连续调宽过程的详细进程；

第二步，控制参数的确定：

所述调锥时间t₁由式（1）确定获得：

$t_1=\frac{\mathrm{\ΔT}}{a{t}_0}+t_0---\left(1\right)$

式中，ΔT为调宽锥度变化量，a为调宽加速度中的结晶器上口调宽加速度，t₀为弯月面钢液拉出结晶器时间；

所述调宽加速度中，结晶器下口调宽加速度a₁由式（2）确定获得：

$a_1=\frac{a}{1+T\%\×l}---\left(2\right)$

式中，T%为结晶器锥度率，l为弯月面高度；

所述调宽速度中，结晶器上口调宽速度V_m1由式（3）确定获得：

$V_{m1}=\frac{\mathrm{\ΔT}}{t_0}---\left(3\right)$

所述调宽速度中，结晶器下口调宽速度V_m2由式（4）确定获得：

$V_{m2}=\frac{V_{m1}}{1+T\%\×l}---\left(4\right)$

所述调宽过程总时间t由式（5）确定获得：

$t=2t_1+\frac{(L-\frac{\mathrm{\Δ}{T}^2}{a{t_0}^2}-\mathrm{\ΔT})t_0}{\mathrm{\ΔT}}---\left(5\right)$

式中，L为调宽变化量。

2.根据权利要求1所述的在线连续调整结晶器宽度减少的方法，其特征在于：所述调宽锥度变化量ΔT为0～40mm。

3.根据权利要求1或2所述的在线连续调整结晶器宽度减少的方法，其特征在于：所述结晶器上口调宽加速度a为0～25mm/min²。

4.根据权利要求1所述的在线连续调整结晶器宽度减少的方法，其特征在于：所述确定调宽过程的控制参数时，还考虑调宽楔形段长度。

5.根据权利要求4所述的在线连续调整结晶器宽度减少的方法，其特征在于：所述调宽楔形段长度S由式（6）确定获得：

S=V_ct             （6）

式中：V_c为连铸拉坯速度，t为调宽过程总时间。

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