一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种在连铸生产过程中，确保结晶器水温度稳定的装置和方法，属于 连铸设备与方法技术领域。
【背景技术】
[0002] 热流密度也称热通量，是指单位时间内通过物体单位横截面积上的热量。对于连 铸生产而言，结晶器热流密度（以下简称：热流密度）是指单位时间内结晶器冷却水通过铜 板从单位面积上的铸坯表面带走的热量，它的稳定性会影响结晶器内铸坯坯壳厚度的均匀 性，从而影响铸坯表面质量和生产的稳定性，因此该指标通常被用来衡量铸坯表面冷却效 果的优劣以及连铸生产控制水平的高低。当热流密度的稳定性较好时，即：前后时刻热流密 度差值的绝对值比例不超过5%时，铸坯表面质量较好，不会产生表面纵裂纹；而当热流密 度的稳定性较差时，即：前后时刻热流密度差值的绝对值比例超过5%时，铸坯表面质量乃 至生产就会受到很大的影响，即：要么铸坯表面出现严重的纵裂纹缺陷，从而影响最终的产 品质量，要么发生漏钢事故，影响整个连铸工序的稳定运行。因此，对结晶器热流密度的稳 定控制是连铸生产工艺过程中最重要的环节之一。
[0003] 通常，影响结晶器热流密度稳定性的因素主要包括：拉速、钢水成分、浇铸温度、保 护渣性能、冷却水流量、结晶器铜板厚度、结晶器铜板水槽尺寸、结晶器锥度、结晶器长度、 铜板表面状况、结晶器进水温度、结晶器冷却水水质。因此，如果能够采取有效措施，稳定上 述因素，就能够有效提高结晶器热流密度的稳定性。
[0004] 近年来，随着设备性能以及工艺控制水平的提升，与结晶器热流密度的大部分因 素均得到了有效的控制，如：针对拉速、钢水成分、浇铸温度、保护渣性能因素，生产现场通 过提升工艺控制水平有效提升了其稳定性；而针对冷却水流量、结晶器铜板厚度、结晶器铜 板水槽尺寸、结晶器锥度、结晶器长度、铜板表面状况、结晶器冷却水水质因素，生产现场则 通过提高设备的加工精度、仪表的检测精度以及提高自动设备的自动控制精度有效解决了 上述因素的稳定性。因此，如果再能够确保结晶器冷却水温度稳定在一个工艺允许的温度 范围内，就能够最终实现结晶器热流的稳定。
[0005] 根据工艺要求，通常需要将结晶器冷却水温度稳定控制在30~38°C范围内，在这 个范围内可以确保铸坯表面不产生总裂纹以及连铸生产的稳定运行。但目前实现该水温控 制范围的难度较大，其主要原因是其通常会受到现场实际工况以及季节的双重影响。具体 原因是：由于结晶器冷却水循环系统（简称：循环系统）属于内循环方式，即冷却水在一个 封闭的管道内流动，在通过结晶器铜板冷却铸坯表面的同时，冷却水也会因吸收大量的热 量而导致其温度的逐渐升高，当冷却水温度超过要求的范围时，就会对连铸生产造成影响。 此外，水温升高会导致冷却水大量蒸发，从而造成总水量的减少，进而影响冷却水流量，最 终会导致结晶器铜板工作寿命的大幅度降低。因此，为解决上述问题，生产现场会根据实际 工况，不定期的向结晶器冷却水循环系统中补加一定量的冷却水。由于新补加的冷却水的 水温受季节的影响，与原循环系统中的冷却水水温存在较大的差别，因此在补加冷却水后， 结晶器冷却水循环系统中冷却水的温度会较前一时刻出现较大的波动，进而导致结晶器热 流密度出现较大幅度的波动，从而对铸坯表面质量以及生产节奏造成很大的影响。
[0006] 传统的解决方法是减少一次加入结晶器冷却水循环系统的水量并加快冷却水循 环速度，从而最大限度的降低水温波动。但这种方式是以牺牲结晶器铜板寿命以及影响整 个生产节奏实现的，同时操作方式较为繁琐，且受人为操作的影响程度较大，因此通过该种 方式实现结晶器冷却水温度稳定的效果并不理想。
[0007]目前，随着技术的发展，一些结晶器冷却水水温稳定技术被开发出来，这些方法集 中在使用换热介质对冷却水进行冷却处理的方向，如采用热水、冷水、液氮等对结晶器冷却 水进行强制换热。这些方法尽管能够对结晶器的水温稳定起到一定的作用，但存在的缺点 主要为：
[0008] 1、控制方式较为粗放，无法对结晶器冷却水的温度进行较为精确的控制；
[0009] 2、需要设置专门的外部冷却装置，由于结晶器冷却水循环系统规模较大，因此冷 却装置的体积也必须较大，需要的占地面积也将较大；
[0010] 3、需要制作专用的换热介质，而无法使用现场现有的换热介质，因此运行成本较 尚；
[0011] 4、由于是在冷却水管道外部进行冷却，因此受热胀冷缩的影响，管道极容易破裂， 导致设备的损坏，从而影响到连铸生产的正常运行。
[0012] 因此，到目前为止，对于保持结晶器冷却水水温稳定没有特别有效和合理的方法， 如何保持结晶器冷却水水温稳定已经成为影响铸坯质量的稳定和提高的关键问题，至今没 有得到有效解决。采取有效措施解决连铸生产过程中结晶器水温的合理和稳定的问题，将 对确保铸坯质量和连铸生产的稳定运行起到至关重要的作用。
【发明内容】
[0013] 本发明所要解决的技术问题是提供一种确保结晶器冷却水温度稳定的装置和方 法，这种装置和方法包括水温监测装置和水温调节控制装置，通过对结晶器冷却水循环系 统进行监控和水温的精确调节，可以确保结晶器冷却水温稳定控制在30~38°C范围内，从 而解决连铸生产过程中结晶器水温的合理和稳定的问题，有效提高铸坯质量和保持连铸生 产的稳定运行。
[0014] 解决上述技术问题的技术方案是：
[0015] -种确保结晶器冷却水温度稳定的装置，它包括水温动态分析控制装置、饱和蒸 汽加热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置和排水装置，饱和蒸汽加热装置的蒸汽输送管 路与结晶器冷却水主管道相连接，结晶器冷却水主管道与一个冷却分支管道相连通，在冷 却分支管道上安装风冷冷却装置，补给冷却水装置的补水管路与结晶器冷却水主管道相连 接，排水装置的排水管路与结晶器冷却水主管道相连接，在结晶器冷却水主管道上再增加 一个监测分支管道，在监测分支管道上安装水温动态分析控制装置，水温动态分析控制装 置由计算机、若干PLC、若干物理检测元件组成，水温动态分析控制装置分别与饱和蒸汽加 热装置、风冷冷却装置、补给冷却水装置和排水装置相连接。
[0016] 上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述饱和蒸汽加热装置由蒸汽储汽包和 电磁阀组成，电磁阀安装在蒸汽储汽包与结晶器冷却水主管道之间的蒸汽输送管路中。
[0017] 上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述冷却分支管道为一组U形管道，在U 形管道的两侧分别安装若干台风机，在冷却分支管道与结晶器冷却水主管道的进水方向上 分别安装电磁阀。
[0018] 上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述补给冷却水装置由冷却水储水池和 电磁阀组成，电磁阀安装在冷却水储水池与结晶器冷却水主管道之间的补水管路中。
[0019] 上述确保结晶器冷却水温度稳定的装置，所述水温动态分析控制装置的若干物理 检测元件包括结晶器冷却水温度检测元件、循环系统冷却水体积检测元件、空气温度检测 元件、饱和蒸汽温度检测元件、补给冷却水温度检测元件、饱和蒸汽流量检测元件、补给冷 却水流量检测元件，上述检测元件分别安装在结晶器冷却水主管道、饱和蒸汽加热装置、风 冷冷却装置、补给冷却水装置、排水装置以及大气中，上述检测元件与计算机相连接，计算 机与饱和蒸汽PLC、风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC相连接，饱和蒸汽PLC、 风冷冷却PLC、补给冷却水PLC、排水电磁阀PLC分别与饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置、 补给冷却水装置和排水装置相连接。
[0020] -种使用上述装置的确保结晶器冷却水温度稳定的方法，它采用以下步骤进行：
[0021] a.水温动态分析控制装置利用计算机实时分析结晶器冷却水循环系统中的冷却 水的温度，并实时与30~38°C的标准水温范围进行对比；
[0022] b.根据对比结果，有针对性地启动饱和蒸汽加热装置、风冷冷却装置或补给冷却 水装置；
[0023] c.当计算机所接收到的水温信号低于30~38°C的范围时，实施结晶器冷却水的 升温模式；
[0024] d.当计算机所接收到的结晶器冷却水水温信号高于30~38°C的范围时，实施结 晶器冷却水的降温模式，从而确保结晶器冷却水温稳定控制在30~38°C范围内；
[0025] 上述确保结晶器冷却水温度稳定的方法，所述的结晶器冷却水的升温模式是：
[0026] 当计算机所接收到的水温信号低于30~38°C的范围时，会开启饱和蒸汽加热装 置，计算机通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽加热装置中的电磁阀发送开启信号，打开电磁阀， 蒸汽储汽包中的饱和蒸汽会在内部压力的作用下向结晶器冷却水循环系统中注入饱和蒸 汽，在注入的过程中，计算机会根据反馈回来的当前时刻蒸汽流量，自动累计出已向结晶器 冷却水循环系统中喷入的蒸汽总量；
[0027] 当蒸汽累计总量达到蒸汽计算量时，计算机会再次通过饱和蒸汽PLC向饱和蒸汽 加热装置中的电磁阀发送关闭信号，关闭电磁阀，完成饱和蒸汽向结晶器冷却水循环系统 的注入操作；
[0028] 为避免结晶器冷却水系统内的总水量超过水量上限，在喷射蒸汽的过程中，计算 机会通过结晶器冷却水体积检测元件实时监控结晶器冷却水循环系统中的总水量信息，当 水量超过设备要求的水量上限时，计算机通过排水电磁阀PLC向排水装置电磁阀发送开启 信号，打开电磁阀向外排水；当计算机检测到的总水量低于结晶器冷却水循环系统允许水 量的上限时，会通过排水电磁阀PLC向排水装置电磁阀发送关闭信号，关闭电磁阀，完成排 水操作，最终完成针对结晶器冷却水的升温操作；
[0029] 上述确保结晶器冷却水温度稳定的方法，所述的结晶器冷却水的