探究連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器冷卻水溫差的測(cè)量和水量調(diào)節(jié)

侯小光

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710000)

探究連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器冷卻水溫差的測(cè)量和水量調(diào)節(jié)

侯小光

(中國(guó)重型機(jī)械研究院股份公司，陜西 西安 710000)

將連續(xù)鑄鋼中的結(jié)晶器冷卻水溫差的測(cè)量進(jìn)行了系統(tǒng)性的分析，總結(jié)了水量調(diào)節(jié)的基本問(wèn)題，核心目的是通過(guò)結(jié)晶器冷卻水溫差的問(wèn)題分析，完善工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，從而為連續(xù)鑄鋼系統(tǒng)工程項(xiàng)目的完善提供穩(wěn)定支持。

連續(xù)鑄鋼；結(jié)晶器冷卻水溫差；測(cè)量；水量調(diào)節(jié)

伴隨鋼產(chǎn)業(yè)的運(yùn)行及發(fā)展，連續(xù)鑄鋼技術(shù)逐漸成為現(xiàn)代化社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基本標(biāo)準(zhǔn)，其創(chuàng)造新的內(nèi)容具有高附加值產(chǎn)品的設(shè)計(jì)形式。其中的結(jié)晶器作為初始凝固裝置，需要將鋼水放出，實(shí)現(xiàn)熱水線冷卻水的能量傳遞，并在最終程度上達(dá)到支撐鋼的靜壓力。但是，在現(xiàn)階段連鑄工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過(guò)程中，其工程設(shè)計(jì)中仍然存在著一定的限制因素[1]，所以，在現(xiàn)階段連續(xù)鑄鋼結(jié)晶器冷卻水溫差調(diào)節(jié)以及水量測(cè)試中，需要通過(guò)對(duì)技術(shù)項(xiàng)目的優(yōu)化創(chuàng)新，促進(jìn)鋼產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化整合。

1 連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器振動(dòng)的作用分析

在連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器冷卻水溫差測(cè)量的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)結(jié)晶器特點(diǎn)的分析，其基本的震動(dòng)作用可以體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：a通過(guò)結(jié)晶器的震動(dòng)，可以防止鑄坯在凝固過(guò)程中與結(jié)晶器的銅壁發(fā)生黏連現(xiàn)象，從而對(duì)冷卻水溫的溫差造成影響，同時(shí)，在結(jié)晶器振動(dòng)的過(guò)程中，需要按照振動(dòng)的曲線進(jìn)行周圍性鑄鋼液面以及結(jié)晶器銅壁位置的分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器冷卻水溫的合理分析；b有效減少拉坯阻力以及改善鑄坯的表面質(zhì)量，并在結(jié)晶器振動(dòng)的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)結(jié)晶器銅壁滲透的條件改善實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器冷卻水溫的合理調(diào)控，減少結(jié)晶器內(nèi)壁粘連現(xiàn)象的出現(xiàn)，從而保證水溫差測(cè)量及水量調(diào)節(jié)的合理性。

2 結(jié)晶器冷卻水溫差的監(jiān)測(cè)

2.1 鑄機(jī)系統(tǒng)

在鑄機(jī)系統(tǒng)研究的過(guò)程中，選擇了大方鑄機(jī)作為研究對(duì)象，兩臺(tái)設(shè)備的生產(chǎn)規(guī)模相同，而且，所測(cè)量的內(nèi)容具有可比性，在系統(tǒng)冷卻水溫差監(jiān)測(cè)中，其作為管式結(jié)晶器中一個(gè)獨(dú)立性的冷水卻水系統(tǒng)，其基本的結(jié)晶參數(shù)如表1所示[2]。

表1 連鑄機(jī)主要設(shè)備參數(shù)

2.2 原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)

在結(jié)晶器冷卻水溫差分析中，其評(píng)估結(jié)晶器的工作狀態(tài)是數(shù)據(jù)控制的基本參數(shù)，通過(guò)連鑄過(guò)程在線控制及系統(tǒng)跟蹤項(xiàng)目的明確，可以完善在線控制跟蹤機(jī)制，通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)化結(jié)晶器預(yù)報(bào)問(wèn)題的分析，實(shí)現(xiàn)熱系統(tǒng)跟蹤模塊的參數(shù)確定。一般狀況下，為了實(shí)現(xiàn)水溫差的合理控制，需要在結(jié)晶器 以及接近冷卻系統(tǒng)安裝中，可以通過(guò)對(duì)水溫的控制及信息的傳遞，實(shí)現(xiàn)對(duì)原始監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的檢測(cè)，降低數(shù)據(jù)檢測(cè)中發(fā)生的波動(dòng)問(wèn)題，從而為結(jié)晶器冷卻水溫差的監(jiān)測(cè)提供穩(wěn)定支持[3]。

2.3 冷卻水溫差的影響因素

對(duì)于結(jié)晶器內(nèi)的鋼水而言，需要通過(guò)對(duì)凝固與散熱現(xiàn)象的緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的穩(wěn)定生產(chǎn)，在結(jié)晶器冷卻水溫差控制中，其變化不僅會(huì)隨著斷面以及拉速的變化而發(fā)生改變，而且還會(huì)隨著鋼水液面高度的變化發(fā)生一定的轉(zhuǎn)變。因此，需要完善規(guī)律化的項(xiàng)目管理方式，通過(guò)對(duì)連鑄在線監(jiān)測(cè)水平的提升，保證參數(shù)項(xiàng)目以及接近水流量的科學(xué)控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)水溫差的合理以及及時(shí)監(jiān)控。

3 連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器冷卻水溫差的測(cè)量技術(shù)

3.1 熱電堆的制作

在連續(xù)鑄鋼工藝項(xiàng)目操作的過(guò)程中，其系統(tǒng)的反應(yīng)速度相對(duì)較快，而且所傳輸?shù)男盘?hào)量限度較大，使其系統(tǒng)的靈活度相對(duì)較高，因此，可以在該系統(tǒng)運(yùn)行的背景下，配合使用二次儀器進(jìn)行線性性能的分析，通常狀態(tài)下，需要選用線徑較小、線性良好的傳熱系統(tǒng)，其基本的制作過(guò)程分為以下幾點(diǎn)：a將鎳鉻—鎳鋁熱電偶絲剪成每段560 mm的狀態(tài)，并在此基礎(chǔ)上套上塑料套管，保證系統(tǒng)連接的牢固性，通過(guò)合理性的鉸接用焊錫點(diǎn)焊；b在開(kāi)頭鎳鉻絲以及最后鎳鋁絲連接中，需要運(yùn)用導(dǎo)線進(jìn)行引出，從而實(shí)現(xiàn)儀器連接的科學(xué)性及合理性，因此，為了充分保證熱電堆需要對(duì)電勢(shì)總和進(jìn)行確定，保證絕緣材料設(shè)計(jì)的科學(xué)性；c在熱電堆的分析中，對(duì)鎳鉻—鎳鋁熱電偶的分值進(jìn)行了明確構(gòu)建，具體如表2所示[4]。

表2 單對(duì)鎳鉻—鎳鋁熱電偶的分值

3.2 溫差測(cè)量及水量調(diào)節(jié)

對(duì)于連鑄中的結(jié)晶器進(jìn)出系統(tǒng)而言，其水溫差通常需要維持在0～7℃的范圍內(nèi)，通常狀況下的溫度主要為4℃。在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，為了準(zhǔn)確分析其溫差問(wèn)題，需要通過(guò)二次儀表的使用，增強(qiáng)信號(hào)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基本理念，并在此基礎(chǔ)上完善項(xiàng)目測(cè)量的準(zhǔn)確性及靈敏性。在熱電堆冷熱資源分析中，需要將出入水進(jìn)行分別性的分析，在熱段放出冷水，引線端放入進(jìn)水，保證水連接的穩(wěn)固性。同時(shí)，在水溫測(cè)定的同時(shí)，為了提高測(cè)量工程項(xiàng)目的穩(wěn)定性及合理性，需要將感溫部位放在水中浸泡，其水需要達(dá)到50 mm，然后通過(guò)引線進(jìn)行正負(fù)極的確立，為溫差測(cè)量以及水量調(diào)節(jié)提供有效支持。在鑄鋼開(kāi)始之后，需要合理運(yùn)用熱傳導(dǎo)，在冷卻水水溫升高的狀態(tài)下，為進(jìn)出水之間提供良好的溫差協(xié)調(diào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器薄膜調(diào)節(jié)的合理性，在此基礎(chǔ)上通過(guò)對(duì)溫差結(jié)構(gòu)的合理調(diào)整，保證水量調(diào)節(jié)的穩(wěn)定性。例如，在結(jié)晶器冷卻水進(jìn)水量為240 m3/h時(shí)，其可調(diào)最大水量為120 m3/h，其接近器的進(jìn)水量計(jì)算公式如下：結(jié)晶器進(jìn)水量=固定水量(120 m3)+溫差自動(dòng)調(diào)節(jié)水量[5]。

3.3 監(jiān)控平均熱流密度

在連續(xù)鑄鋼中結(jié)晶器冷卻水溫差控制中，雖然平均熱流不能實(shí)現(xiàn)精確性的描述，導(dǎo)致結(jié)晶器在不同熱度處置的過(guò)程中，仍然存在著總體結(jié)構(gòu)反應(yīng)真實(shí)結(jié)晶器的傳熱效能，在日常測(cè)量技術(shù)分析中，其基本的測(cè)定方式相對(duì)較多，因此，該種密度測(cè)量技術(shù)可以運(yùn)用在連鑄實(shí)際工作項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，通常情況下，其結(jié)晶器內(nèi)的平均熱流密度的計(jì)算公式如(1)所示。

(1)

Cp——水的比熱容；

ρw——水的密度；

W——冷卻水的綜合流量；

ΔT——結(jié)晶器的冷卻水溫差。

當(dāng)結(jié)晶器傳熱面積以及冷卻水物性能確定之后，需要通過(guò)平均高熱流密度的確定，進(jìn)行冷卻水流量以及進(jìn)出水溫差的分析，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的分析，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器冷卻水流量的優(yōu)化提升，因此，在平均熱流監(jiān)控中，需要提升熱流密度的整體性，為監(jiān)控平均熱流密度的優(yōu)化提供提供有效支持。

4 水溫差數(shù)據(jù)異常的處理方式

4.1 水溫差數(shù)據(jù)濾波

在連鑄生產(chǎn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析中，其熱電偶呈現(xiàn)出周期性的變化形式，通過(guò)實(shí)體性的項(xiàng)目采集，可以實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器進(jìn)出口冷卻水溫的調(diào)試，但是，在熱電偶長(zhǎng)期工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，其會(huì)受到周圍電磁裝置的干擾，同時(shí)，在長(zhǎng)期性工程量測(cè)量及誤差整合中，需要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)接近問(wèn)題的分析，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)濾波的合理確立。通過(guò)研究，采用了均值法的濾波計(jì)算方式， 其中的均值濾波在處理工作中需要采用平滑性的工程項(xiàng)目，并在數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度增大的同時(shí)，使數(shù)據(jù)濾波不斷增大。但是，在這種背景下，會(huì)造成數(shù)據(jù)信號(hào)的丟失，并為信息項(xiàng)目資源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化造成嚴(yán)重的制約。因此，在數(shù)據(jù)濾波分析中，需要通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)資源的合理控制，進(jìn)行波段的選用，將其滯后時(shí)間控制在20 s[6-7]。

4.2 水溫差數(shù)據(jù)差異在熱跟蹤中的計(jì)算

在連續(xù)鑄機(jī)進(jìn)行二冷配水系統(tǒng)升級(jí)以及項(xiàng)目改造的過(guò)程中，需要通過(guò)對(duì)結(jié)晶器冷卻溫差的波動(dòng)分析，進(jìn)行誤差問(wèn)題的判斷，并通過(guò)對(duì)結(jié)晶器水量以及冷卻水水溫的控制，避免不可能劇烈問(wèn)題的發(fā)生。如果在結(jié)晶器水量以及冷卻水溫度控制中，其出現(xiàn)劇烈抖動(dòng)及突變的狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重影響到二級(jí)傳熱模型的計(jì)算，從而為系統(tǒng)模型設(shè)計(jì)中的準(zhǔn)確性及穩(wěn)定性造成嚴(yán)重制約。通常狀況下，在線控制系統(tǒng)需要控制在2 s的周期范圍內(nèi)，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)資源的自動(dòng)化整合，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的整合分析。同時(shí)，在連鑄工程設(shè)計(jì)中，其動(dòng)態(tài)化的連鑄工程需要進(jìn)行工程項(xiàng)目的回訪，并接入相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)連鑄系統(tǒng)中數(shù)據(jù)資源的回放。而且，在輸出量連鑄胚的溫度場(chǎng)環(huán)境營(yíng)造中，需要選擇連鑄胚的中心溫度，保證溫度值以及角部溫度的幾何性特征，保證項(xiàng)目設(shè)計(jì)的合理性，從而為熱跟蹤計(jì)算提供有效支持。與此同時(shí)，在結(jié)晶器出口的位置需要進(jìn)行表面溫度的合理協(xié)調(diào)，確定后續(xù)的鑄造中，需要通過(guò)對(duì)后續(xù)溫度的合理計(jì)算，進(jìn)行二冷區(qū)水流量的設(shè)定，提升水溫差數(shù)據(jù)的整體性能，在特定的時(shí)間內(nèi)，雖然拉速相對(duì)穩(wěn)定，其水溫差的數(shù)據(jù)如果缺少專業(yè)化的濾波處理技術(shù)，需要計(jì)算出溫度的變化波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)濾波值設(shè)計(jì)的安全性及穩(wěn)定性，保證溫度曲線呈現(xiàn)出平穩(wěn)的運(yùn)行狀態(tài)，為工程項(xiàng)目的實(shí)際優(yōu)化及工程發(fā)展提供有效支持[8]。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)分析可以發(fā)現(xiàn)，在水溫差問(wèn)題處理及分析的過(guò)程中，通過(guò)技術(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以充分滿足數(shù)據(jù)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的基本標(biāo)準(zhǔn)，因此，在項(xiàng)目總體中其具體的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1) 通過(guò)溫差熱電偶原理分析中，通過(guò)對(duì)其原理的分析，進(jìn)行成熱電堆的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上需要進(jìn)行直接性的水溫差測(cè)量，實(shí)現(xiàn)配套相應(yīng)的二次儀表控制，從而充分滿足鑄鋼結(jié)晶器冷卻水溫溫差的測(cè)量以及水量的自動(dòng)化調(diào)節(jié)，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性構(gòu)建提供穩(wěn)定支持，提升工程項(xiàng)目測(cè)量的優(yōu)勢(shì)性。

2) 在結(jié)晶器冷卻水溫差評(píng)估以及結(jié)晶器工作狀態(tài)分析中，需要對(duì)連鑄機(jī)進(jìn)行在線資源的獲取及信息的收集，完善在線信息采集的基本需求，從而為冷卻水流量以及進(jìn)出水流量的等差數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的合理調(diào)控。

3) 在拉速、鋼水過(guò)熱度以及結(jié)晶器水流量公益分析中，其拉速對(duì)結(jié)晶器的冷卻溫度的影響因素相對(duì)較大，通常狀態(tài)下，其生產(chǎn)生產(chǎn)中的拉速需要在每增加0.1 m/min的同時(shí)，水溫提升0.3℃。

4) 在冷卻水溫差數(shù)據(jù)分析中，需要完善監(jiān)水溫差的基本結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)監(jiān)控結(jié)晶平均熱流，進(jìn)行結(jié)晶器水量以及調(diào)節(jié)的控制，從而水溫差數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)及水量控制提供良好支持。

[1] 張浦. 板坯連鑄扇形段鑄輥熱—力行為及輥徑優(yōu)化研究[D]. 沈陽(yáng)：東北大學(xué), 2014.

[2] 王蒼林, 張長(zhǎng)順. 一種增量式PID控制器在結(jié)晶器水溫控制中的應(yīng)用[J]. 山西冶金, 2013(4): 22-26.

[3] 王志春, 許沛勤, 李文濤, 等. 結(jié)晶器溫度場(chǎng)可視化系統(tǒng)研究[J]. 計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制, 2012(5): 1321-1323.

[4] 曾智, 張家泉. 大方坯連鑄結(jié)晶器冷卻水溫差的監(jiān)測(cè)與分析[J]. 煉鋼, 2012(1): 15-19.

[5] 周俐, 汪開(kāi)忠, 楊應(yīng)東, 等. 不同冷卻工藝對(duì)冷墩鋼小方坯等軸晶率的影響[J]. 煉鋼, 2011(6): 53-56.

[6] 王宏丹. 數(shù)值模擬研究在連續(xù)鑄鋼課程教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 重慶與世界(學(xué)術(shù)版), 2015(3): 67-69.

[7] 劉金源, 劉靖波, 張鷗. 工頻入地電流對(duì)碳鋼接地材料的腐蝕行為研究[J]. 中國(guó)錳業(yè), 2016,34(5): 87-89.

[8] 李解. 連續(xù)鑄鋼課程的課堂教學(xué)改革[J]. 內(nèi)蒙古教育(職教版), 2012(7): 57-58.

A Study on Measurement of Temperature Difference in Cooling Water in Mould and Water Regulation in Continuous Casting Steel

HOU Xiaoguang

(ChineseHeavyMachineryResearchInstituteCo.Ltd.,Xi’an,Shanxi710000,China)

A systematic analysis of the measurement of temperature difference of cooling water in continuous casting mould has been summarized in the basic problems of water regulation. The core purpose is in the cooling water temperature difference to improve the project design standards in providing a stable support. It has finally improved the system of continuous casting project.

Continuous casting; Mold cooling water temperature difference; Measurement; Water regulation

2017-03-09

侯小光(1975-)，男，河南商丘人，高級(jí)工程師，研究方向：冶金機(jī)械，電話：029-863225555，E-mail:51442538@qq.com.

TF777

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.056