一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统及方法

技术领域

本发明属于钢铁冶金技术领域，具体涉及一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统及方法。

背景技术

随着国家大型盾构机、大型离岸风电用轴承、大型铁路建设装备、大型锻压模具等设备的开发及使用，大型模铸钢锭的铸造成为一种趋势，而常规的小锭型的浇铸工艺已不能满足大钢锭的浇铸，采用常规的小锭型浇铸工艺浇铸大钢锭不可避免的产生各类缺陷，不能满足使用的要求，因此开发一种满足使用要求的单浇大钢锭的浇铸工艺已迫在眉睫。

目前的模铸浇铸工艺是人工通过油缸控制钢包滑动机构中的滑板开口度，达到控制钢液流量大小的目的，从而控制进入钢锭模钢液流量的大小，进入钢锭模钢液流量的大小直接影响钢锭的质量好坏，最终影响到轧/锻制成材后钢材的质量，钢材质量评价指标包含钢中夹杂物的多少、夹杂物的大小、成分偏析、钢材低倍质量等。

常规小钢锭在浇铸时的特点：①一盘浇铸多支钢锭，一般一个底盘有2～10支钢锭或更多；②一个中注管对应多支钢锭模；③调整钢液流量对单个钢锭模内钢液面波动的影响较小。

大钢锭浇铸时的特点：①受钢锭模尺寸的影响，钢锭模尺寸较大，一个底盘有一支钢锭；②一个中注管对应一支钢锭模；③调整钢液流量的大小对钢锭模内钢液面的影响较大，容易形成紊流，钢液面波动较大。

使用小钢锭的浇铸工艺浇铸大钢锭有以下缺点：①钢包滑动机构滑板孔的钢液流量等于进入钢锭模的钢液流量，通过手工调整滑动机构的滑板孔大小，对于进入钢锭模的钢液流量控制不够精确，对钢锭的质量影响较大；②模铸浇铸过程中随着浇铸进行浇筑流量控制需要有所调整，以便能够提高钢锭质量，在多次调整钢包滑动机构滑板孔开口度过程中，如果出现偏大直接会导致钢锭模内钢液面的大幅度波动，以上不利于钢锭中夹杂物、成分偏析、低倍质量的控制。

因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统及方法，以至少解决目前单浇大钢锭钢液浇筑流量控制过程中控制精度不高，控制方法不当，不利于钢锭内部质量提高的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，包括钢包和钢锭模，控制系统还包括：

钢液输送系统，钢液输送系统分别与钢包和钢锭模连接，钢包中的钢液通过钢液输送系统输送进钢锭模内；

滑动机构，滑动机构的上部通过上水口与钢包的出钢液口连通，滑动机构的下部通过下水口与钢液输送系统连通，滑动机构内设置有滑动板，通过滑动板的位置调整开口度，控制钢液流量的大小；

钢液流量控制系统，包括PLC控制器、钢液流量控制器、液压站和油缸，油缸的输出端与滑动机构连接，用于驱动滑动板的位移，油缸的输入端与液压站连接，PLC控制器分别与液压站和钢液流量控制器电连接，钢液流量控制器上设置有钢液流量调节阀，通过调节阀和PLC控制器作用于液压站，控制输送入油缸中的油量，进而调整滑动板开口度的大小。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，优选，钢液输送系统包括中注管和底盘，中注管沿竖向设置并设置在滑动机构的下方，底盘的上部与中注管的底部连接，钢锭模设置在底盘上；

中注管和底盘内部均设置有空心流钢砖，空心流钢砖形成流钢通道。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，优选，滑动机构从上至下依次包括上滑板、滑动板和下滑板，上滑板、滑动板和下滑板上均设置有通孔，上滑板与上水口连通，下滑板与下水口连通，滑动板设置在滑动框架内，油缸的活塞杆自由端伸入滑动框架内，活塞杆可推动滑动板和拉动滑动框架位移。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，优选，上滑板的通孔和滑动板的通孔具有重叠区域；滑动板的通孔和下滑板的通孔也具有重叠区域。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，优选，调节阀设置有多个档位开关，不同档位开关控制输送进入油缸中的不同油量。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，优选，调节阀包括有三个档位调节位和关闭位，三个档位调节位分别用于开始浇铸时、浇铸过程中和浇铸到钢锭模帽口段时的钢液流量控制。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，优选，钢液流量控制器上还设置有液压启动阀，液压启动阀用于控制油缸输油过程的通断；

优选地，钢包上设置有称重系统，钢液流量控制器上设置有流量显示器。

一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制方法，方法包括如下步骤：

步骤一，设定钢锭模开始浇铸时钢液流量大小；

步骤二，当钢锭模内的钢液静压力增大，钢包中的钢液流量不足以抵消钢锭模内钢液的静压力时，进行第二次钢液流量调整；

步骤三，当浇铸到钢锭模的帽口段时，进行第三次钢液流量调整。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制方法，优选，开始浇铸时钢液流量大小为750～1100kg/min，浇铸时间5～7min；第二次钢液流量调整后的钢液流量大小为1500～2000kg/min，浇铸时间10～25min；第三次钢液流量调整后的钢液流量大小为400～800kg/min，浇铸时间6～10min。

在如上的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制方法，优选，钢锭模内的钢锭重量为25～45吨；

优选地，控制方法采用如上控制系统完成。

有益效果：

本发明的改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统及方法具有如下有益效果：

(1)本发明的控制系统包括钢液输送系统、滑动机构和钢液流量控制系统，通过调节阀的档位设置可调控油缸的进油量，进而控制滑动板的开口度，能够控制钢包中的钢液流量；对于大钢锭浇铸时能够减少钢锭模内的液面波动，提高钢材的质量。

(2)设定了开始浇铸时油缸的开启度，即控制了开始浇铸时钢液流量的大小，从而有效的提高了浇铸的成功率和钢锭尾部的质量；在适当的时间进行第二次调整钢液流量的大小，避免了因调整不及时或者调整过早导致的钢锭质量的波动；当浇铸到帽口段时，进行第三次钢液流量的调整，避免了调整偏大或偏小的情况。

(3)该方法使用自动化控制系统，浇铸过程可以达到一键式操作模式，相比现有的模铸浇铸方法(人工凭借经验调整油缸的开启度)，更加可控、更加方便操作，并提高了钢锭的质量。

(4)可以将该钢液浇铸流量的控制方法推广到小钢锭的浇铸上，实现小钢锭浇铸自动化，提升小钢锭钢材质量的稳定性。

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。其中：

图1为本发明实施例的钢液浇铸流量控制系统的结构示意图(未显示上水口和下水口)；

图2为图1中滑动机构和油缸连接部位的结构示意图；

图3为图1中调节阀的结构示意图；

图4为本发明实施例的钢液浇铸流量控制方法三次调整工艺曲线。

图中：1、钢包；2、上水口；3、滑动机构；31、上滑板；32、滑动板；33、下滑板；34、滑动框架；4、下水口；5、油缸；51、活塞杆；6、中注管；7、底盘；8、流钢砖；9、钢锭模；91、帽口段；10、液压站；11、PLC控制器；12、钢液流量控制器；121、调节阀；122、液压启动阀；123、流量显示器；13、输油管道；14、称重系统。

具体实施方式

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

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1至图4所示，根据本发明的实施例，提供了一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统及方法。

本发明的模铸钢锭的浇铸原理：当钢包1下方的滑动机构3中的滑动板32受到油缸5活塞杆51的推拉作用，滑动板32通孔打开一定程度，钢液受静压力的作用通过滑动板32口进入中注管6及底盘7中的流钢砖8通道，最后进入钢锭模9，达到浇铸钢锭的目的。

模铸浇铸过程开始浇铸的钢液流量的大小直接影响到浇铸的成功和钢锭尾部的质量，开始浇铸时钢液流量的大小必须合理的控制在一个范围内，尤其是底盘7只有一支大钢锭模9的浇铸，钢液的冲击力较大，容易形成紊流，导致质量不受控制，因此开始浇铸时的钢液流量大小需要一次性调整到位；随着浇铸的进行，钢锭模9内的钢液量逐渐增加，钢锭模9内的钢液的静压力加大，钢包1中钢液的流量不足以抵消钢锭模9内钢液的静压力，需要第二次调整钢液流量，但第二次钢液流量的调整同样需要一个范围值，偏大会影响到钢锭的质量，偏小会导致浇铸失败；当钢液浇铸到钢锭模9帽口段91时，钢锭需要补缩，因此需要第三次调整钢液流量，帽口的补缩是控制钢锭缩孔和钢材低倍质量的重要方法，补缩时钢液流量偏大则起不到补缩的效果，偏小则会导致浇铸失败，因此第三次钢液流量的大小同样需要一定的范围。三次钢液流量的大小需求不同，手工控制精度不够精确，控制钢液流量的精度和时间对于提高钢材的质量具有重要作用。

本发明的一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制系统，包括钢包1和钢锭模9，还包括：钢液输送系统、滑动机构3和钢液流量控制系统。

钢液输送系统分别与钢包1和钢锭模9连接，钢包1中的钢液通过钢液输送系统输送进钢锭模9内。

钢包1上设置有称重系统14，用于实时监测钢包1中钢液重量，用于钢液流量的统计计算。

滑动机构3的上部通过上水口2与钢包1的出钢液口连通，滑动机构3的下部通过下水口4与钢液输送系统连通，滑动机构3内设置有滑动板32，通过滑动板32的位置调整开口度，控制钢液流量的大小。

本发明的具体实施例中，钢液输送系统包括中注管6和底盘7，中注管6沿竖向设置并设置在滑动机构3的下方，中注管6的底部与底盘7的上部连接，中注管6的上部通过下水口4与滑动机构3连接，钢锭模9设置在底盘7上；对于大钢锭浇筑，一个底盘7上仅设置一个钢锭模9。中注管6和底盘7内部均设置有空心流钢砖8，空心流钢砖8形成流钢通道。

本发明的具体实施例中，滑动机构3从上至下依次包括上滑板31、滑动板32和下滑板33，上滑板31、滑动板32和下滑板33上均设置有通孔，上滑板31与上水口2连通，上水口2嵌入至上滑板31内部，下滑板33与下水口4连通，下水口4也嵌入至下滑板33的内部，滑动板32设置在滑动框架34内，油缸5的活塞杆51自由端伸入至滑动框架34内，活塞杆51可推动滑动板32和拉动滑动框架34位移。从而实现控制滑动板32的通孔大小，进而控制钢液流量的大小。

上滑板31的通孔和滑动板32的通孔具有重叠区域；滑动板32的通孔和下滑板33的通孔也具有重叠区域。从钢包1上水口2流出的钢液依次通过上滑板31的通孔、滑动板32的通孔和下滑板33的通孔、下水口4和流钢通道，最后进入钢锭模9内。

钢液流量控制系统包括PLC控制器11、钢液流量控制器12、液压站10和油缸5，油缸5的输出端与滑动机构3连接，用于驱动滑动板32的位移，油缸5的输入端与液压站10连接，PLC控制器11分别与液压站10和钢液流量控制器12电连接，钢液流量控制器12上设置有钢液流量调节阀121，通过调节阀121和PLC控制器11作用于液压站10，控制输送入油缸5中的油量，进而调整滑动板32开口度的大小。液压站10通过输油管道13将油输送进入油缸5中，驱动活塞杆51移动。

本发明的具体实施例中，调节阀121设置有多个档位开关，不同档位开关控制输送进入油缸5中的不同油量。具体的，调节阀121包括有三个档位调节位和关闭位，三个档位调节位分别用于开始浇铸时、浇铸过程中和浇铸到钢锭模9帽口段91时的钢液流量控制。单个档位调节位从左到右依次设置，调节阀121为旋转开关式设置，关闭位设置有两个，分别在最左侧和最右侧设置。当把调节阀121旋转到档位1时，油缸5活塞杆51驱动滑动板32，调节至一定的开口度，用于开始浇筑时的钢液流量控制；调节阀121旋转至档位2时，油缸5活塞杆51再次驱动滑动板32调节开口度大小，用于浇铸过程中的第二次钢液流量调整；同样，当目测至钢液流量浇铸至钢锭模9帽口段91时，调节阀121旋转至档位3时，用于第三次钢液流量调整。通过PCL控制器与钢液流量控制器12以及与液压站10的连接，建立钢液流量自动化控制系统，浇铸过程中可以达到一键式操作模式。

本发明的具体实施例中，钢液流量控制器12上还设置有液压启动阀122，液压启动阀122用于控制油缸5输油过程的通断；优选地，钢液流量控制器12上设置有流量显示器123。本发明中的流量显示器123可以显示量两个数值，一个设定流量值，一个浇铸过程中的实际流量值。

本发明还提供了一种改善大钢锭内部质量的钢液浇铸流量控制方法，该控制方法的工作原理：通过有可编程逻辑控制器(PLC控制器11)和钢液流量控制器12连接，以及可编程逻辑控制器(PLC控制器11)与液压站10的连接，液压站10通过输油管道13与油缸5连接，通过控制油缸5开启度的大小达到控制滑动机构3中滑动板32的开口度的大小，从而控制进入钢锭模9钢液流量的大小。

控制方法包括如下步骤：

步骤一，设定钢锭模9开始浇铸时钢液流量大小。

步骤二，当钢锭模9内的钢液静压力增大，钢包1中的钢液流量不足以抵消钢锭模9内钢液的静压力时，进行第二次钢液流量调整。

步骤三，当浇铸到钢锭模9的帽口段91时，进行第三次钢液流量调整。

本发明的单浇大钢锭浇铸工艺钢液流量的控制方法的三次的钢液流量控制要求具体为：开始浇铸时钢液流量大小为750～1100kg/min，浇铸时间5～7min；第二次钢液流量调整后的钢液流量大小为1500～2000kg/min，浇铸时间10～25min；第三次钢液流量调整后的钢液流量大小为400～800kg/min，浇铸时间6～10min。该浇铸流量和时间针对底盘7中只有一个大钢锭模9，且钢锭模9内的钢锭重量为25～45吨。当钢锭质量在45吨以上时适用于其他的浇筑流量和时间控制工艺。

本发明的控制系统在具体操作时，可以按照如下步骤：第一步，开启液压启动阀122，即使油缸5处于工作状态；第二步，钢包1对齐中注管6后旋转油缸调节阀121到档位1，浇铸5～7min后旋转到档位2，浇铸10～25min后旋转到档位3，浇铸6～10min后旋转到关闭位2。

本发明的钢液浇铸流量控制系统利用现有的可视化模铸浇铸钢液流量显示器，设计一种满足单浇大钢锭的浇铸工艺的钢液流量控制方法，该方法方便现场操作，不存在危险隐患。该钢液流量的控制方法可以达到：①大钢锭内部不产生夹杂物，②钢材低倍质量满足GB/T979—2001《结构钢低倍组织缺陷评级图》，③偏析最小化。

综上，(1)本发明的控制系统通过调节阀的档位设置可调控油缸的进油量，进而控制滑动板的开口度，能够控制钢包中的钢液流量；对于大钢锭浇铸时能够减少钢锭模内的液面波动，提高钢材的质量。

(2)设定了开始浇铸时油缸的开启度，即控制了开始浇铸时钢液流量的大小，从而有效的提高了浇铸的成功率和钢锭尾部的质量；在适当的时间进行第二次调整钢液流量的大小，避免了因调整不及时或者调整过早导致的钢锭质量的波动；当浇铸到帽口段时，进行第三次钢液流量的调整，避免了调整偏大或偏小的情况。

(3)该方法使用自动化控制系统，浇铸过程可以达到一键式操作模式，相比现有的模铸浇铸方法(人工凭借经验调整油缸的开启度)，更加可控、更加方便操作，并提高了钢锭的质量。

(4)可以将该钢液浇铸流量的控制方法推广到小钢锭的浇铸上，实现小钢锭浇铸自动化，提升小钢锭钢材质量的稳定性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。