专利名称：一种提高连铸坯末端电磁搅拌强度的方法
技术领域：
本发明属于冶金熔炼压延技术领域，特别是涉及连铸坯冷却控制技术。
背景技术：
电磁搅拌主要应用由多相线圈绕组产生的行波磁场或旋转磁场在导电的钢水中产生电磁力，对钢水起搅拌作用。电磁搅拌分为结晶器电磁搅拌(M-EMS) ；二冷区电磁搅拌(S-EMS)及最终凝固段电磁搅拌(F-EMQ。最初的电磁搅拌只单独应用于结晶器或二冷区。随着连铸的发展，单独使用M-EMS或S-EMS已无法满足高质量产品的要求，特别是特殊钢，由于化学成分品种范围宽，凝固温度也宽，导致凝固过程中易出现偏析，夹杂物严重。目前大多采用结晶器、二冷区和凝固终点三个部位联合搅拌技术。而电磁搅拌在搅拌区域获得的电磁力的大小与电磁搅拌施加的频率、电流强度以及搅拌区域的物理性能参数有着直接的联系。针对小方坯连铸的电磁搅拌研究发现，当搅拌电流强度一定时，有一个最佳频率使得搅拌电磁力最大，而当电磁搅拌频率一定时，电磁力随着电流强度的增加而增加。在对于结晶器电磁搅拌时，在有无铜板的情况下，搅拌区域电磁力存在着明显差异，当有铜板时电磁场受到铜板的屏蔽作用而使得电磁搅拌最佳频率无法体现更无法提高。基于此种问题，本研究小组对实际生产过程中连铸坯表面温度进行了监控、分析研究，发现在生产中，末端电磁搅拌区域的坯壳角部温度低于该钢种的居里点温度。而在低于居里点温度区域的相对磁导率会远远低于高于居里点的区域。进而影响了电磁搅拌作用于搅拌区域的磁场分布，导致搅拌失效。调节配水量可有效改善连铸坯温度场分布，通过合理的调配使得铸坯在末端电磁搅拌施加位置处的表层温度控制在居里点以上，达到控制电磁搅拌装置工作在最佳状态下，使得搅拌效果最优。
发明内容
本发明目的在于克服连铸坯末端电磁搅拌施加位置处的表层温度不均或低于居里点温度，影响搅拌区域的磁场分布，严重的可导致搅拌失效的不足。提供一种提高连铸坯末端电磁搅拌强度的方法。旨在实时标定末端电磁搅拌处连铸坯表面温度，特别是角部温度，通过二冷配水动态的调节铸坯温度场分布，使得在末端电磁搅拌处的铸坯表层温度稳定在居里点温度以上，进而减少由于连铸坯自身温度场分布状况导致的电磁搅拌失效的问题出现，从而稳定的控制连铸坯内部质量。本发明靠以下手段实现的。在连铸坯末端安装电磁搅拌装置位置，安装红外测温探头，实时测量该处铸坯表面温度Ti ；将该温度Ti数据与对应钢种的居里点温度Tg比较，如果Ti < Tg，计算出温度差；同时读取现场电磁流量计的水流量参数，根据温度差，通过二冷配水控制系统计算出各段所需调整的配水量数据，将该数据传入PLC控制系统并通过PLC实时调节电动阀门，调节二冷各段配水量，使该处铸坯表面温度Ti > Tjg ；如果Ti > Tjg,红外测温探头继续测量铸坯表面温凡。上所述的红外测温探头在电磁搅拌装置前端和末端，且位于铸坯四角分别安装一个红外测温探头；并且红外测温探头长度方向与铸坯横断面一条对角线垂直，与另一条对角线平行位置；测温探头与电磁搅拌装置外沿相对距离控制在Im左右；当红外测温探头工作环境温度大于50°C时，采用水冷却方式保护测温探头使其工作环境温度降到30-35°C。本发明靠以下步骤实现的。步骤1，在图4、5所示的安装位置安装固定所需红外测温探头，安装要求为红外测温探头长度方向与铸坯横断面一条对角线垂直，与另一条对角线平行。安装距离控制在不受电磁搅拌装置及铸坯热辐射影响的区域，测温探头与电磁搅拌装置外沿相对距离控制在Im左右，视具体情况做相应调整，当环境温度大于50°C时必须采用冷却水保护。实时采集角部温度数据，通过信号线传回主控电脑。步骤2，利用红外测温探头采集的温度数据与对应钢种的居里点比较，如果Ti < Tg，求出要提高的温度差，读取现场的电磁流量计的水流量参数，利用二冷配水软件反推出各段所需的配水量，将数据传入PLC控制系统。如果Ti > Tjg,返回步骤1继续测温。步骤3，利用上位机提供的配水量数据，通过PLC实时调节电动阀门开度，以达到实时调节配水量的目的，红外测温头再次采集数据返回步骤1。
图1为坯壳出现居里点以下温度后对铸坯中心线处磁感应强度的影响。图2为坯壳出现居里点以下温度后对铸坯内轴向电磁力的影响。图3为本发明的控制方法的控制流程图。图4、5为红外测温探头安装位置示意图。在附图4、5中，(1)铸坯O)电磁搅拌装置(3)红外测温探头。如图1所示，电磁搅拌装置安装区域内出现了温度低于居里点的坯壳时，铸坯中心线处磁感应强度明显低于没出现温度低于居里点的坯壳时的铸坯中心线处磁感应强度。磁感应强度降低使得感应电磁力降低。如图2所示，电磁搅拌装置安装区域内出现了温度低于居里点的坯壳时，铸坯横截面半径方向各处感应电磁力均低于没出现温度低于居里点的坯壳时的铸坯横截面半径方向各处感应电磁力。感应电磁力的减小使得电磁搅拌效果弱化，严重的使得搅拌失效。
具体实施例方式在实际现场生产中连铸坯表层温度的控制是不稳定的，随着拉速、比水量的变化及钢水过热度的变化都会导致铸坯表面温度的波动，从而在末端电磁搅拌处就会有部分区域出现低于居里点温度的现象发生。不同钢种的居里点会有略微差异，但都在770°C摄氏度附近。如图3所示，本发明的具体实施步骤如下在如图4、5所示的位置，在电磁搅拌装置的周围，安装固定所需的8个红外测温探头，安装要求为红外测温探头长度方向与铸坯横断面一条对角线垂直，与另一条对角线平行。安装距离控制在不受电磁搅拌装置及铸坯热辐射影响的区域，测温探头与电磁搅拌装置外沿相对距离控制在Im左右，视具体情况做相应调整，当环境温度大于50°C时必须采用冷却水保护。实时采集角部温度数据，通过信号线传回主控电脑。利用红外测温探头采集的温度Ti数据与对应钢种的居里点Tjg比较，如果Ti < Tg，求出要提高的温度差，读取现场的电磁流量计的水流量参数，利用基于二维非稳态传热模型而建立的连铸凝固传热数学模型，也即二冷动态配系统，可将水量信息换算成相应的热流边界条件，使用等效比热法处理凝固潜热，以计算出连铸过程中整个铸坯的温度分布；据此模型算出要达到目标温度各段所需的水量。将数据传入PLC控制系统。如果1\>1^，返回继续测温。利用上位机提供的配水量数据，通过PLC实时调节电动阀门开度，以达到实时调节配水量的目的，红外测温头再次采集数据返回继续测温。通过实施上述控制方法，实现在线实时调整冷却水量，避免连铸坯在末端电磁搅拌位置处出现由于自身温降造成的搅拌失效的现象，实现了本发明的目的。使用本发明设计的提高连铸坯末端电磁搅拌强度的方法，可使连铸坯末端电磁搅拌的搅拌效果稳定、提高，进而使得连铸坯内部质量也趋于稳定和提高。
权利要求
1.一种提高连铸坯末端电磁搅拌强度的方法，其特征在于在连铸坯末端安装电磁搅拌装置位置，安装红外测温探头，实时测量该处铸坯表面温度Ti ；将该温度Ti数据与对应钢种的居里点温度Tg比较，如果Ti < Tg，计算出温度差；同时读取现场电磁流量计的水流量参数，根据温度差，通过二冷配水控制系统计算出各段所需调整的配水量数据，将该数据传入PLC控制系统并通过PLC实时调节电动阀门，调节二冷各段配水量，使该处铸坯表面温度Ti≥Tjg ；如果Ti > Tjg,红外测温探头继续测量铸坯表面温凡。
2.如权利要求1所述的提高连铸坯末端电磁搅拌强度的方法，其特征在于红外测温探头在电磁搅拌装置前端和末端，且位于铸坯四角分别安装一个红外测温探头；并且红外测温探头长度方向与铸坯横断面一条对角线垂直，与另一条对角线平行位置；测温探头与电磁搅拌装置外沿相对距离控制在Im左右。
3.如权利要求1或2所述的提高连铸坯末端电磁搅拌强度的方法，其特征在于当红外测温探头工作环境温度大于50°C时，采用水冷却方式保护测温探头使其工作环境温度降到30-35 "C。
全文摘要
本发明属于冶金技术领域，特别是涉及连铸坯冷却控制技术。为克服连铸坯末端电磁搅拌不足严重的可导致搅拌失效的缺点，提供一种提高电磁搅拌强度的方法。在连铸坯末端安装电磁搅拌装置位置，安装红外测温探头，实时测量该处铸坯表面温度Ti；将该温度Ti数据与对应钢种的居里点温度T居比较，如果Ti＜T居，计算出温度差；通过二冷配水控制系统计算出所需调整的配水量，并调节电动阀门，调节二冷各段配水量，使该处铸坯表面温度Ti≥T居；如果Ti＞T居，红外测温探头继续测量铸坯表面温Ti。使用本发明设计的方法，可使连铸坯末端电磁搅拌的搅拌效果稳定、提高，进而使得连铸坯内部质量也趋于稳定和提高。
文档编号B22D11/22GK102554173SQ201110434639
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者张炯明, 李炳一, 王朝阳, 陈少东, 雷少武 申请人:天津钢铁集团有限公司