一种连铸二冷水喷嘴系统及其控制方法与流程

本发明涉及钢铁生产中的连铸设备领域，具体的是一种连铸二冷水喷嘴系统，还是一种连铸二冷水控制方法。

背景技术：

连铸工艺过程实际上是由高温钢水向固态转变的凝固传热过程，因此铸坯的凝固传热过程对于铸坯的表面裂纹、内部裂纹、鼓肚等质量起着至关重要的影响。在铸坯的凝固传热过程中大多采用水作为冷却介质，这也就说从某种意义上讲，连铸技术就是水冷技术，即通过冷却水将高温钢水凝固为铸坯的一个凝固传热过程。水冷系统是由许多喷嘴按规律布置在铸坯的周围，当部分喷嘴发生堵塞时，所在对应位置的铸坯由于得不到冷却温度极剧回升，温升可高达数百摄氏度,造成冷却不均形成热应力，最终造成铸坯产生裂纹。

常规的冷却水控制回路采用流量闭环控制，采用该方法能有效的控制冷却水的流量，但是当某个区的个别喷嘴堵塞时，能进行喷水的喷嘴数量减少，流量值不变，分到未堵塞喷嘴的冷却水量增加了；未堵塞喷嘴的冷却水量增加，堵塞的喷嘴喷不出水量，加剧了铸坯的冷却不均性。

技术实现要素：

为了解决现有的连铸设备中水冷喷嘴容易堵塞的问题，本发明提供了一种连铸二冷水喷嘴系统及其控制方法，该连铸二冷水喷嘴系统及其控制方法可有效控制二冷水，采用压力闭环控制，可以有效控制冷却水回路，保证未堵塞喷嘴在良好的工作状态。另外，采用该控制方法的冷却水喷嘴，可以选取较大的喷嘴，由于喷嘴有效孔径变大，允许通过的堵塞物颗粒也变大了，从而降低喷嘴的堵塞几率，减少由于喷嘴堵塞造成的铸坯质量问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种连铸二冷水喷嘴系统，包括冷却水总管线、控制单元和多个冷却分区，每个所述冷却分区均含有冷却水支管线、压力变送器、换向阀和多个喷嘴，换向阀含有一个入口和两个出口，在每个所述冷却分区内，压力变送器设置在冷却水支管线上，冷却水支管线的一端与冷却水总管线连接，冷却水支管线的另一端与换向阀的入口连接，所述多个喷嘴均与换向阀的一个出口连接，压力变送器和换向阀均与控制单元连接，控制单元能够控制换向阀的两个出口交替打开。

冷却水支管线上设有自动调压阀，自动调压阀位于冷却水支管线的所述一端和压力变送器之间，自动调压阀与控制单元连接。

冷却水支管线上还设有流量计，流量计位于冷却水支管线的所述一端和自动调压阀之间，流量计与控制单元连接。

冷却水支管线上还设有过滤器，过滤器位于冷却水支管线的所述一端和流量计之间。

冷却水支管线上还设有手动阀门，手动阀门位于冷却水支管线的所述一端和过滤器之间。

每个所述冷却分区还含有排水支管线和流量孔板，流量孔板上含有多个通孔，排水支管线的一端与换向阀的另一个出口连接，排水支管线的另一端与流量孔板连接。

在一个所述冷却分区内，流量孔板产生的阻力和多个喷嘴产生的阻力相同。

该连铸二冷水喷嘴系统还包括压缩空气支路，在每个所述冷却分区内每个喷嘴的型号均相同，喷嘴的喷射孔径为0.8mm～10mm，每个喷嘴均与压缩空气支路连接。

一种连铸二冷水控制方法，该连铸二冷水控制方法采用了上述的连铸二冷水喷嘴系统，该连铸二冷水控制方法包括以下步骤：

步骤1、控制单元控制换向阀的所述一个出口开启并且所述另一个出口关闭第一设定时间，然后控制单元控制换向阀的所述一个出口关闭并且另一个出口开启第二设定时间；

步骤2、重复步骤1。

在步骤1中，所述第一设定时间和第二设定时间满足以下关系：

T1_{ZONE X}＝M1-M2×V；

T1_ZONE为所述第一设定时间，单位为S；M1,M2为常数系数，M1为0.5～100，无单位，M2为大于0且小于等于600，无单位；V为生产拉速，单位为m/S；

T2_{ZONE X}＝N1+N2×V；

T2_{ZONE X}为所述第二设定时间，单位为S，N1,N2为常数系数，N1为：0～5，无单位，N2为大于0且小于等于120，无单位；

T1_{ZONE X}的取值范围为0.5S～100S；

T2_{ZONE X}的取值范围为0S～5S。

本发明的有益效果是：该连铸二冷水喷嘴系统及其控制方法可以实现二冷水压力闭环的动态控制，通过电磁换向阀，实现交替冷却，可以选取更大的喷嘴，防止堵塞。并通过调整交替时间，实现更大的冷却范围，适用于生产钢种跨度大的铸机。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是连铸二冷水喷嘴系统的示意图。

图2是排水支管线和流量孔板的连接示意图。

1、冷却水总管线；2、控制单元；3、冷却水支管线；4、手动阀门；5、过滤器；6、流量计；7、自动调压阀；8、压力变送器；9、流量孔板；10、换向阀；11、压缩空气支路；12、铸坯；13、结晶器；14、喷嘴；15、排水支管线。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

一种连铸二冷水喷嘴系统，包括冷却水总管线1、控制单元2和多个冷却分区，每个所述冷却分区均含有冷却水支管线3、压力变送器8、换向阀10和多个喷嘴14，换向阀10含有一个入口和两个出口，在每个所述冷却分区内，压力变送器8设置在冷却水支管线3上，冷却水支管线3的一端与冷却水总管线1连接，冷却水支管线3的另一端与换向阀10的入口连接，所述多个喷嘴14均与换向阀10的一个出口连接，压力变送器8和换向阀10均与控制单元2连接，控制单元2能够控制换向阀10的两个出口交替打开，如图1所述。

在本实施例中，沿冷却水支管线3的一端向冷却水支管线3的另一端的方向，冷却水支管线3上依次设有手动阀门4、过滤器5、流量计6和自动调压阀7，手动阀门4、过滤器5、流量计6和自动调压阀7均位于冷却水支管线3的所述一端和压力变送器8之间，流量计6和自动调压阀7与控制单元2连接。

在本实施例中，每个所述冷却分区还含有排水支管线15和流量孔板9，流量孔板9上含有多个通孔，排水支管线15的一端与换向阀10的另一个出口连接，排水支管线15的另一端与流量孔板9连接，如图2所述，排水支管线15的另一端连接有如喷头结构的流量孔板9。换向阀10能控制冷却水支管线3中的水仅进入某一冷却分区的多个喷嘴14或排水支管线15，然后排水支管线15中的水可以经过流量孔板9排至冲渣沟。

在本实施例中，每一个所述冷却分区内，在不考虑误差的情况下，流量孔板9对流经其的流体产生的阻力和多个喷嘴14对流经其的流体产生的阻力(一个所述冷却分区的多个喷嘴14的总阻力)应该大致相同。具体的，流量孔板9的选型需要根据同一冷却分区内喷嘴14的数量和有效孔径的大小，使流量孔板9支路的阻力与喷嘴14支路的阻力相当，减少换向阀换向后压力的波动。另外，该连铸二冷水喷嘴系统还包括压缩空气支路11，在每个所述冷却分区内每个喷嘴14的型号均相同，由于流量孔板9的作用可以使喷嘴14的喷射孔径大于现有的孔径，本发明中的喷嘴14的喷射孔径为0.8mm～10mm，每个喷嘴14均与压缩空气支路11连接，如图1所示，其中还含有结晶器13。

另外，由图1可见，该连铸二冷水喷嘴系统由X个冷却分区组成，ZONE1、ZONE2和ZONEX分别表示第一个冷却分区、第二个冷却分区和第X个冷却分区，换向阀10为一进二出的两位三通电磁换向阀。每个冷却分区的配置是基本相同的，不同冷却分区之间只是喷嘴型号和喷嘴数量不同，同一个冷却区内的喷嘴型号一样。每个冷却分区可以单独控制，从该流总管引出后，管线末端铸坯12的周围装有喷嘴14。其中流量计6、自动调压阀7、压力变送器8、电磁换向阀10具有远传功能，能将相应的数值信号传入工控机(控制单元2)，工控机安装有预先设定的程序和工艺参数，通过下达指令给自动调压阀7和换向阀10，实现该冷却区水的控制。

下面介绍一种连铸二冷水控制方法，该连铸二冷水控制方法包括以下步骤：

步骤1、控制单元2控制换向阀10的所述一个出口开启并且所述另一个出口关闭第一设定时间，然后控制单元2控制换向阀10的所述一个出口关闭并且另一个出口开启第二设定时间。

步骤2、重复步骤1，即控制单元2通过控制换向阀10的可以实现喷嘴支路和流量孔板支路的快速交替开启，从而实现对铸坯12间断的喷淋冷却，如图1所示。

在步骤1中，所述第一设定时间和第二设定时间满足以下关系：

T1_{ZONE X}＝M1-M2×V；

T1_{ZONE X}为所述第一设定时间(第X个冷却分区的喷嘴支路的通路时间)，单位为S；

M1和M2为常数系数，M1为0.5～100，无单位，M2为大于0且小于等于600，无单位；V为生产拉速，单位为m/S；

T2_{ZONE X}＝N1+N2×V；

T2_{ZONE X}为所述第二设定时间(第X个冷却分区的流量孔板支路的通路时间)，单位为S；

N1和N2为常数系数，N1为：0～5，无单位，N2为大于0且小于等于120，无单位；

T1_{ZONE X}的取值范围为0.5S～100S，

T2_{ZONE X}的取值范围为0S～5S；

另外，P_{ZONE X}表示为第X个冷却分区的压力值，P_{ZONE X}＝K1+K2×V，K1,K2为常数系数，K1为：0～1.0，无单位，K2为大于0且小于等于60，无单位；0.1MPa≤P_{ZONE X}≤1.0MPa。

T1_{ZONE X}和T2_{ZONE X}的设定主要除考虑工艺冷却要求外，还要保证铸坯前后均匀的冷却，避免间隔时间过长铸坯回温过高，避免上排喷嘴停喷水的铸坯运行至下排喷嘴时刚好还停喷，造成铸坯回温过高。

工控机实时采集各个冷却分区上的压力值和生产拉速，根据工控机上的设定值通过调压阀实现压力的闭路控制。电磁阀根据工控上的设定值和生产拉速，对喷嘴支路和流量孔板支路进行快速交替切换，电磁阀类似液压系统的伺服阀，能够实现快速换向。若支路的喷嘴为气雾喷嘴，则该区的压缩空气需一直保持通路。流量值为辅助控制参数，工艺工程师可以通过流量值和交替时间，计算出实际铸坯上的喷水量，为工艺工程师提供工艺参考。

在本发明中，通过在工控机(控制单元2)上预先设置的参数，对冷却水进行分配，为各冷却区分配压力设定值，自动调压阀7根据压力变送器8的反馈和设定值，进行闭环控制，实现铸坯二冷水冷却。流量计6为工艺参考值，可以进入工控机，在画面显示。现有二冷水的主要控制方式为流量计和自动调节阀的闭环控制。而本发明采用压力值与自动调压阀7的闭环控制，并增加了换向阀和流量孔板支路。通过电磁换向阀的控制可以实现喷嘴支路和流量孔板支路的快速交换，从而实现对铸坯的交替喷淋冷却。对于某一定钢种、断面、拉速等相同前提条件下，总水量不变，由于交替喷水，采用本发明的喷嘴的喷射孔径可以选取的更大一些，若喷水支路通路2s，流量孔板支路2s，则喷嘴相对于一直喷水的可以变大一倍，则喷嘴的有效孔径也可以扩大，进而允许通过的堵塞物颗粒直径变大，从而可以减少喷嘴的堵塞几率。若选用的喷嘴是气雾喷嘴在交替喷水期间，气一直保持通路，即压缩空气支路11持续向喷嘴14内供应气体。

通过在工控机上事先设定好各个拉速下的压力值电磁换向阀的交替时间；实时采集各个冷却分区上的压力值和生产拉速，根据工控机上的压力值通过调压阀实现压力的闭路控制。换向阀根据工控上的设定的交替值和生产拉速，对喷嘴支路和流量孔板支路进行快速交替切换，电磁阀类似液压系统的伺服阀，能够实现快速换向。气雾喷嘴的压缩空气一直保持通路。电磁阀的换向周期需要根据铸坯冷却工艺要求和上下排的喷嘴间距、喷淋范围、拉速确定，保证铸坯前后均匀的冷却，避免冷却不均。流量值为辅助控制参数，工艺工程师可以通过流量值和交替时间，计算出实际铸坯上的喷水量，为工艺工程师提供工艺参考。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术方案之间、技术方案与技术方案之间均可以自由组合使用。