[发明专利]结晶器铜管传热对称性的在线热监测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于炼钢连铸技术领域，涉及了在方坯和圆坯连铸机上一种结晶器铜管传热对称性的在线热监测系统及方法。

背景技术

作为连铸机的心脏，结晶器对连铸生产率和连铸坯质量有着重要的影响。连铸坯的表面质量主要取决于钢水在结晶器内部的凝固过程，表面裂纹以及绝大部分漏钢事故都是由于结晶器内连铸坯的不对称和不均匀冷却造成的。这是因为，钢水进入结晶器后，在弯月面区域开始结晶凝固并形成初始坯壳，冷却条件的不均衡会导致凝固坯壳在各方向上的生长速度不相同，凝壳厚薄不均容易产生局部变形，导致铸坯纵裂纹缺陷倾向增大，严重时还会发生漏钢事故。然而，在现有的设备和工艺操作水平下，要给结晶器内钢水提供一个完全对称而且绝对均衡的凝固结晶环境却是相当困难的。

结晶器铜管是结晶器总成的重要组成部分。研究者在铜管的形状与结构设计上进行了诸多研究，以期能改善结晶器内钢水的传热状态。例如有研究将结晶器冷却水的周向分布设计为可调节的，但由于该技术大大增加了结构、监测和控制的复杂性，因而未被普遍采用；专利号JP08187552《Mold for producing round cross sectional continuously cast billet and productionof continuously cast billet by this method》公开了一种浅槽式结晶器结构，即在结晶器内壁分布数个浅槽，其走向与结晶器高度方向呈一定角度，使保护渣可通过这些浅槽顺利流入，从而达到坯壳均匀凝固的效果；专利号JP08132184《Mold for continuous casting round cast billet andcontinuous casting method using same》公开的则是一种多锥度结晶器，其通过结晶器锥度的特殊设计和优化来实现坯壳的均匀凝固。

然而，铜管在浇注过程中的工作效果往往是由结晶器的热状态来体现，如何在高温高热环境下对结晶器内的热状态进行有效的监测和描述已成为业界普遍关注的问题之一。现有的检测技术和手段中使用最多的是热电偶接触式测温法。专利号US5020585《Break-out detectionin continuous casting》公开了一种用于板坯漏钢预报的方法，其技术要点是在结晶器铜壁内从上到下埋入数列热电偶，监测各列中出现的温度峰值点与液面的距离，当这个距离超过某数值时则报警。专利号US4949777《Process of and apparatus for continuous casting with detection ofpossibility of break out》则是在结晶器铜壁不同点埋入温度传感器，通过检测各点温度变化来进行漏钢预报。专利申请号为200820035994.0《板坯连铸结晶器铜板热电偶安装结构》申请公开了一种板坯连铸结晶器铜板热电偶安装结构，在结晶器宽边内、外弧铜板分别按行、列布置多个测温位置，每个位置按照不同深度设有两个测温点，铜板深处的测温点为热面热电偶，铜板浅处的测温点为冷面热电偶。这类专利数量较多，其特点在于：

1.多应用于板坯连铸结晶器，目的是为了监测并预防漏钢；

2.铜板(管)上安装的热电偶数量相当多，只采集温度信号然后进行逻辑判断；

3.通过线性插值近似计算整个铜板(管)上的温度分布。

相对而言，在方坯和圆坯铸机上对结晶器热状态在线监测较少。这是因为现有的方坯和圆坯铸机结晶器多为整体型管式结晶器，使用寿命较之缩短。另外即使在生产过程中真的发生漏钢事故，处理起来也比较容易，损失也不会太大。连铸结晶器内钢水的传热通常用热流来描述，即单位面积单位时间向结晶器传递的热量，由于结晶器不同位置处的热流是变化的，因此将结晶器某一位置热流称为局部热流，把整个结晶器平均起来的热流称为平均热流。专利号CN2725892《圆坯连铸机状态在线监测装置》公开了一种圆坯连铸机状态在线监测装置，其在圆坯结晶器铜壁冷面上安装数个热流传感器，通过结晶器周向热流分布的检测来了解铸坯的不均匀凝固程度。