圆坯连铸机状态在线检测装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种圆坯连铸机状态的在线检测装置，其在结晶器铜壁冷面上钻有数个成一定空间分布的垂直盲孔，各盲孔中安装一热流传感器，各热流传感器经引线连接至计算机。垂直盲孔的空间分布结构是：在结晶器弯月面下７０～１５０ｍｍ范围内的某一水平周向上，至少有４个垂直盲孔对称分布于该周向上；在距结晶器底部３０～８０ｍｍ范围内某水平截面上至少在外弧点和内弧点处各有一垂直盲孔。其能通过结晶器周向热流分布的检测来了解铸坯不均匀凝固的程度，并能精细地衡量铸机状态的好坏。进一步还可对铸坯质量状况进行在线判断并实现漏钢预报。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种圆坯连铸机状态在线检测装置。
技术介绍
根据所浇注铸坯的形状尺寸，钢铁冶金行业中的连铸机按所浇铸铸坯的形状通常被分类为板坯连铸机、方坯连铸机、矩形坯(大方坯)连铸机、圆坯连铸机、异型坯连铸机等等。众所周知，圆坯的连续浇铸要比方坯和矩形坯更为困难。这是因为，一方面，由于其比表面积最小，因而散热条件较其他形式的连铸坯更差，即需在结晶器内采用更强的冷却来实现一定厚度坯壳的形成。另一方面，对于方坯或矩形坯连铸，因角部冷却更快，坯壳的棱角部分先行凝固成形，从而形成一个较坚固的支撑结构，随后形成的坯壳的其他部分在这种结构的支撑下，即使有较大的变形，通常也不会大面积脱离结晶器壁。然而在浇注圆坯时就不会形成一个支撑结构，一旦出现冷却不均使坯壳产生变形时，就会导致坯壳大面积脱离结晶器壁而产生不均匀的气隙，这又反过来进一步强化冷却不均并使生成的坯壳厚薄不均。因此，虽然圆坯在形状上是最为对称的，但其坯壳凝固却总是难以做到均匀增厚。厚薄不均所带来的后果是使坯壳易在较薄处形成较大应力，而其圆形结构又使得内应力不易通过坯壳变形来降低或消除被，这就大大增加了产生铸坯纵裂缺陷的几率，严重的还会导致纵裂漏钢；而且坯壳产生的变形又会使其接触结晶器壁的部分产生进一步的“贴紧”效应，这使得保护渣难以顺利地流到坯壳和结晶器壁间起到润滑和缓冷作用，这又成为产生裂纹和粘接漏钢的诱因。由此可见，圆坯不易浇注的主要困难正是其存在的特有的坯壳不均匀凝固现象从圆坯连铸的早期研究到后来大量的生产实践也完全证实了圆坯连铸时坯壳在结晶器内厚薄通常总是不均匀的，且其发生裂纹及漏钢的几率也远远高于其他形式的连铸。为克服圆坯连铸时坯壳在结晶器内厚薄不均的问题，曾在结晶器的设计上提出一些改进方案，例如将结晶器冷却水的周向分布设计为可调节的，但这会大大增加结构、检测和控制的复杂性，因而未被普遍采用；也提出过将结晶器设计为波浪形的结构以限制坯壳的变形并使坯壳不致大面积脱离结晶器壁，但试验结果表明这一结构改进效果并不明显；近期还提出了刻意造成气隙的方案，如专利JP8187552公开了一种结构，即在结晶器内壁分布有数个浅槽，且其走向与结晶器高度方向呈一定角度，保护渣可通过这些浅槽顺利流入，并达到坯壳均匀凝固的效果；另外，还有通过结晶器锥度的特殊设计来均匀坯壳凝固的方案，如专利JP8132184公开的一种多锥度结晶器。由上所述，已知的方法多从结晶器结构的设计来克服坯壳的厚薄不均，而对圆坯不均匀凝固的成因及规律并未过多注意。不言而喻，结晶器铜壁传热过程中沿周向的热流密度的分布和坯壳不均匀凝固有着最为直接的关系，因而在早期即有通过测定结晶器周向温度分布来估计热流密度分布，并进而分析坯壳不均匀凝固过程的研究工作。这些研究工作证实热流密度的分布是变化不定的，似乎难以形成固定的模式。然而，我们通过对结晶器热流分布的在线检测与仔细分析，发现虽然热流沿密度周向的瞬间分布处于频繁的变化之中，但在统计意义下却具有一定的模式。图1为我们在某圆坯连铸机上所进行的周向热流密度分布在线检测结果的两个示例。用于绘制图1a的每组数据为约0.5～2min之热流密度检测值的平均值，总的时间跨度约为34小时。其间进行了4个浇次共33炉钢的浇注，并使用了4个中间包。用于绘制图1b的数据为采用另一台结晶器所获得，其中每组数据仍约为0.5～2min之热流密度检测值的平均值，总的时间跨度约为46小时，其间进行了4个浇次共46炉钢的浇注，并使用了7个中间包。由图可见，热流密度在周向分布上表现出大的不均匀性，而这种不均匀性的模式相当固定，并且不同结晶器的热流密度不均匀模式存在差别。进一步地，我们还发现，相同的结晶器更换到不同的铸流上后其热流密度不均匀模式也会在一定程度上改变。另外，我们还对某厂六流圆坯连铸机所生产的铸坯发生裂纹的位置进行了长期的观察与统计，发现在同一个结晶器服役期内，裂纹产生的周向位置是较为固定的，其偏向具有很强的规律性，但六个铸流之间裂纹产生位置则有不同，并且即使对于同一铸流若更换了结晶器则裂纹产生位置也会不同。因此，有充分的理由相信，圆坯的不均匀凝固具有固定的模式。显然，一些工艺因素的影响不会造成长期的热流密度不均匀(如浸入式水口偏离结晶器中心)，因此这是铸机本身的状态所导致的，包括结晶器本体的组装情况、结晶器在铸机上的安装情况以及铸机扇形段的对弧情况等等。换言之，有可能通过对结晶器热流密度周向分布的在线检测来精密地衡量铸机状态的好坏。毫无疑问，这比采用机械方法在浇注前对铸机状态进行检测更为灵敏和直接。因此，需提及结晶器热流在线检测的方法。通常，热流检测总是基于温度检测。而在结晶器铜壁内埋入不同数量的热电偶，用于液位检测、漏钢预报等是为人熟知的技术。如专利US5020585公开了一种方法用于板坯漏钢预报，其要点是在结晶器铜壁内由上到下埋入数列热电偶，连续检测各列中的峰值温度点距液面的距离，若该距离超过一定值则报警；专利US4949777所公开的另一种漏钢预报方法，仍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。对于这些基于温度检测的系统，若要进一步考察热流密度的情况，则只能由温度检测值进行近似计算。一种粗略的近似方法是结合冷却水温度采用经验公式进行计算，另一种较复杂的方法是基于所谓的传热反问题(即已知内部一点或多点的温度，估计表面换热系数或热流分布)来建立模型进行计算。由于这类计算需有一定的假设条件，因此多不准确。关于热流密度与温度的关系，需作较详细的分析将铜壁内的传热简化为一维导热方程ρCp∂T∂τ=λ∂2T∂x2---(1)]]>式中，ρ为铜的密度，Cp为铜的热容，T为温度，τ为时间，λ为铜的导热系数，x为位置坐标。由(1)，在稳态传热的情形下温度随位置的变化为线性关系。又由于热流q有如下关系q=λ∂T∂x---(2)]]>因此有q=λ(T-T0)x---(3)]]>式中，已将坐标零点设在铜壁冷面(与冷却水之接触面)，且设其温度为T0。若假定铜壁冷面各点温度为一定值，则由(3)，热流密度值q可由铜壁热面温度检测值T直接算出。又由于(3)为简单的线性关系，则高的温度总是对应大的热流。然而，实际的连铸过程是不可能保持完全稳态传热的结晶器内钢水温度、拉速、流场、保护渣状况、气隙状况等等均处于变化之中；有时，结晶器冷面的传热过程也有可能发生变化，如因冷却水局部沸腾产生气泡以及水垢等导致传热能力改变等。所导致的结果是，传热在时间上不可能保持完全的稳态，在空间上也不可能保持均匀。在此种情形下，铜壁内温度随其距热面的距离的变化一般为非线性关系，且热流密度值是铜壁内温度分布的泛函，故热流密度在空间上的分布与温度的空间分布并无直接的对应关系。换言之，对两个不同的检测点而言，高的温度检测值并不一定对应大的热流密度。实际上，通过温度分布来直接考察热流分布状况还有一个明显的问题，即由于加工精度所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种圆坯连铸机状态的在线检测装置，其通过检测圆坯连铸结晶器周向热流密度分布的状况来精细地衡量铸机状态好坏，特征在于，在结晶器铜壁冷面上钻有数个成一定空间分布的垂直盲孔，各盲孔中安装一热流传感器，各热流传感器经引线连接至计算机上，计算机计算出各测点的热流密度并进行显示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，姚曼，于艳，方大成，刘俊江，王金城，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，大连理工大学，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]