探究連續鑄鋼中結晶器冷卻水溫差的測量和水量調節

侯小光

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710000)

探究連續鑄鋼中結晶器冷卻水溫差的測量和水量調節

侯小光

(中國重型機械研究院股份公司，陜西 西安 710000)

將連續鑄鋼中的結晶器冷卻水溫差的測量進行了系統性的分析，總結了水量調節的基本問題，核心目的是通過結晶器冷卻水溫差的問題分析，完善工程項目設計的標準，從而為連續鑄鋼系統工程項目的完善提供穩定支持。

連續鑄鋼；結晶器冷卻水溫差；測量；水量調節

伴隨鋼產業的運行及發展，連續鑄鋼技術逐漸成為現代化社會經濟產業結構優化的基本標準，其創造新的內容具有高附加值產品的設計形式。其中的結晶器作為初始凝固裝置，需要將鋼水放出，實現熱水線冷卻水的能量傳遞，并在最終程度上達到支撐鋼的靜壓力。但是，在現階段連鑄工程項目設計的過程中，其工程設計中仍然存在著一定的限制因素[1]，所以，在現階段連續鑄鋼結晶器冷卻水溫差調節以及水量測試中，需要通過對技術項目的優化創新，促進鋼產業結構的優化整合。

1 連續鑄鋼中結晶器振動的作用分析

在連續鑄鋼中結晶器冷卻水溫差測量的過程中，通過對結晶器特點的分析，其基本的震動作用可以體現在以下兩個方面：a通過結晶器的震動，可以防止鑄坯在凝固過程中與結晶器的銅壁發生黏連現象，從而對冷卻水溫的溫差造成影響，同時，在結晶器振動的過程中，需要按照振動的曲線進行周圍性鑄鋼液面以及結晶器銅壁位置的分析，實現對連續鑄鋼中結晶器冷卻水溫的合理分析；b有效減少拉坯阻力以及改善鑄坯的表面質量，并在結晶器振動的過程中，通過對結晶器銅壁滲透的條件改善實現結晶器冷卻水溫的合理調控，減少結晶器內壁粘連現象的出現，從而保證水溫差測量及水量調節的合理性。

2 結晶器冷卻水溫差的監測

2.1 鑄機系統

在鑄機系統研究的過程中，選擇了大方鑄機作為研究對象，兩臺設備的生產規模相同，而且，所測量的內容具有可比性，在系統冷卻水溫差監測中，其作為管式結晶器中一個獨立性的冷水卻水系統，其基本的結晶參數如表1所示[2]。

表1 連鑄機主要設備參數

2.2 原始監控數據

在結晶器冷卻水溫差分析中，其評估結晶器的工作狀態是數據控制的基本參數，通過連鑄過程在線控制及系統跟蹤項目的明確，可以完善在線控制跟蹤機制，通過對動態化結晶器預報問題的分析，實現熱系統跟蹤模塊的參數確定。一般狀況下，為了實現水溫差的合理控制，需要在結晶器 以及接近冷卻系統安裝中，可以通過對水溫的控制及信息的傳遞，實現對原始監控數據的檢測，降低數據檢測中發生的波動問題，從而為結晶器冷卻水溫差的監測提供穩定支持[3]。

2.3 冷卻水溫差的影響因素

對于結晶器內的鋼水而言，需要通過對凝固與散熱現象的緊密結合，實現工程項目的穩定生產，在結晶器冷卻水溫差控制中，其變化不僅會隨著斷面以及拉速的變化而發生改變，而且還會隨著鋼水液面高度的變化發生一定的轉變。因此，需要完善規律化的項目管理方式，通過對連鑄在線監測水平的提升，保證參數項目以及接近水流量的科學控制，實現對水溫差的合理以及及時監控。

3 連續鑄鋼中結晶器冷卻水溫差的測量技術

3.1 熱電堆的制作

在連續鑄鋼工藝項目操作的過程中，其系統的反應速度相對較快，而且所傳輸的信號量限度較大，使其系統的靈活度相對較高，因此，可以在該系統運行的背景下，配合使用二次儀器進行線性性能的分析，通常狀態下，需要選用線徑較小、線性良好的傳熱系統，其基本的制作過程分為以下幾點：a將鎳鉻—鎳鋁熱電偶絲剪成每段560 mm的狀態，并在此基礎上套上塑料套管，保證系統連接的牢固性，通過合理性的鉸接用焊錫點焊；b在開頭鎳鉻絲以及最后鎳鋁絲連接中，需要運用導線進行引出，從而實現儀器連接的科學性及合理性，因此，為了充分保證熱電堆需要對電勢總和進行確定，保證絕緣材料設計的科學性；c在熱電堆的分析中，對鎳鉻—鎳鋁熱電偶的分值進行了明確構建，具體如表2所示[4]。

表2 單對鎳鉻—鎳鋁熱電偶的分值

3.2 溫差測量及水量調節

對于連鑄中的結晶器進出系統而言，其水溫差通常需要維持在0～7℃的范圍內，通常狀況下的溫度主要為4℃。在工程項目設計以及標準優化的基礎上，為了準確分析其溫差問題，需要通過二次儀表的使用，增強信號項目設計的基本理念，并在此基礎上完善項目測量的準確性及靈敏性。在熱電堆冷熱資源分析中，需要將出入水進行分別性的分析，在熱段放出冷水，引線端放入進水，保證水連接的穩固性。同時，在水溫測定的同時，為了提高測量工程項目的穩定性及合理性，需要將感溫部位放在水中浸泡，其水需要達到50 mm，然后通過引線進行正負極的確立，為溫差測量以及水量調節提供有效支持。在鑄鋼開始之后，需要合理運用熱傳導，在冷卻水水溫升高的狀態下，為進出水之間提供良好的溫差協調機制，實現驅動器薄膜調節的合理性，在此基礎上通過對溫差結構的合理調整，保證水量調節的穩定性。例如，在結晶器冷卻水進水量為240 m3/h時，其可調最大水量為120 m3/h，其接近器的進水量計算公式如下：結晶器進水量=固定水量(120 m3)+溫差自動調節水量[5]。

3.3 監控平均熱流密度

在連續鑄鋼中結晶器冷卻水溫差控制中，雖然平均熱流不能實現精確性的描述，導致結晶器在不同熱度處置的過程中，仍然存在著總體結構反應真實結晶器的傳熱效能，在日常測量技術分析中，其基本的測定方式相對較多，因此，該種密度測量技術可以運用在連鑄實際工作項目設計中，通常情況下，其結晶器內的平均熱流密度的計算公式如(1)所示。

(1)

Cp——水的比熱容；

ρw——水的密度；

W——冷卻水的綜合流量；

ΔT——結晶器的冷卻水溫差。

當結晶器傳熱面積以及冷卻水物性能確定之后，需要通過平均高熱流密度的確定，進行冷卻水流量以及進出水溫差的分析，通過對現場監控數據標準的分析，實現結晶器冷卻水流量的優化提升，因此，在平均熱流監控中，需要提升熱流密度的整體性，為監控平均熱流密度的優化提供提供有效支持。

4 水溫差數據異常的處理方式

4.1 水溫差數據濾波

在連鑄生產工程項目設計及優化分析中，其熱電偶呈現出周期性的變化形式，通過實體性的項目采集，可以實現結晶器進出口冷卻水溫的調試，但是，在熱電偶長期工程項目設計中，其會受到周圍電磁裝置的干擾，同時，在長期性工程量測量及誤差整合中，需要通過對數據接近問題的分析，實現數據濾波的合理確立。通過研究，采用了均值法的濾波計算方式， 其中的均值濾波在處理工作中需要采用平滑性的工程項目，并在數據段長度增大的同時，使數據濾波不斷增大。但是，在這種背景下，會造成數據信號的丟失，并為信息項目資源結構的優化造成嚴重的制約。因此，在數據濾波分析中，需要通過對數據資源的合理控制，進行波段的選用，將其滯后時間控制在20 s[6-7]。

4.2 水溫差數據差異在熱跟蹤中的計算

在連續鑄機進行二冷配水系統升級以及項目改造的過程中，需要通過對結晶器冷卻溫差的波動分析，進行誤差問題的判斷，并通過對結晶器水量以及冷卻水水溫的控制，避免不可能劇烈問題的發生。如果在結晶器水量以及冷卻水溫度控制中，其出現劇烈抖動及突變的狀態，會嚴重影響到二級傳熱模型的計算，從而為系統模型設計中的準確性及穩定性造成嚴重制約。通常狀況下，在線控制系統需要控制在2 s的周期范圍內，通過對數據資源的自動化整合，實現生產數據的整合分析。同時，在連鑄工程設計中，其動態化的連鑄工程需要進行工程項目的回訪，并接入相關的歷史數據，實現連鑄系統中數據資源的回放。而且，在輸出量連鑄胚的溫度場環境營造中，需要選擇連鑄胚的中心溫度，保證溫度值以及角部溫度的幾何性特征，保證項目設計的合理性，從而為熱跟蹤計算提供有效支持。與此同時，在結晶器出口的位置需要進行表面溫度的合理協調，確定后續的鑄造中，需要通過對后續溫度的合理計算，進行二冷區水流量的設定，提升水溫差數據的整體性能，在特定的時間內，雖然拉速相對穩定，其水溫差的數據如果缺少專業化的濾波處理技術，需要計算出溫度的變化波動，實現濾波值設計的安全性及穩定性，保證溫度曲線呈現出平穩的運行狀態，為工程項目的實際優化及工程發展提供有效支持[8]。

5 結 語

通過總結分析可以發現，在水溫差問題處理及分析的過程中，通過技術的優化設計，可以充分滿足數據項目設計的基本標準，因此，在項目總體中其具體的優勢體現在以下幾個方面。

1) 通過溫差熱電偶原理分析中，通過對其原理的分析，進行成熱電堆的設計，在此基礎上需要進行直接性的水溫差測量，實現配套相應的二次儀表控制，從而充分滿足鑄鋼結晶器冷卻水溫溫差的測量以及水量的自動化調節，為系統設計的靈活性構建提供穩定支持，提升工程項目測量的優勢性。

2) 在結晶器冷卻水溫差評估以及結晶器工作狀態分析中，需要對連鑄機進行在線資源的獲取及信息的收集，完善在線信息采集的基本需求，從而為冷卻水流量以及進出水流量的等差數據結構的合理調控。

3) 在拉速、鋼水過熱度以及結晶器水流量公益分析中，其拉速對結晶器的冷卻溫度的影響因素相對較大，通常狀態下，其生產生產中的拉速需要在每增加0.1 m/min的同時，水溫提升0.3℃。

4) 在冷卻水溫差數據分析中，需要完善監水溫差的基本結構，通過對監控結晶平均熱流，進行結晶器水量以及調節的控制，從而水溫差數據調節及水量控制提供良好支持。

[1] 張浦. 板坯連鑄扇形段鑄輥熱—力行為及輥徑優化研究[D]. 沈陽：東北大學, 2014.

[2] 王蒼林, 張長順. 一種增量式PID控制器在結晶器水溫控制中的應用[J]. 山西冶金, 2013(4): 22-26.

[3] 王志春, 許沛勤, 李文濤, 等. 結晶器溫度場可視化系統研究[J]. 計算機測量與控制, 2012(5): 1321-1323.

[4] 曾智, 張家泉. 大方坯連鑄結晶器冷卻水溫差的監測與分析[J]. 煉鋼, 2012(1): 15-19.

[5] 周俐, 汪開忠, 楊應東, 等. 不同冷卻工藝對冷墩鋼小方坯等軸晶率的影響[J]. 煉鋼, 2011(6): 53-56.

[6] 王宏丹. 數值模擬研究在連續鑄鋼課程教學中的應用[J]. 重慶與世界(學術版), 2015(3): 67-69.

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[8] 李解. 連續鑄鋼課程的課堂教學改革[J]. 內蒙古教育(職教版), 2012(7): 57-58.

A Study on Measurement of Temperature Difference in Cooling Water in Mould and Water Regulation in Continuous Casting Steel

HOU Xiaoguang

(ChineseHeavyMachineryResearchInstituteCo.Ltd.,Xi’an,Shanxi710000,China)

A systematic analysis of the measurement of temperature difference of cooling water in continuous casting mould has been summarized in the basic problems of water regulation. The core purpose is in the cooling water temperature difference to improve the project design standards in providing a stable support. It has finally improved the system of continuous casting project.

Continuous casting; Mold cooling water temperature difference; Measurement; Water regulation

2017-03-09

侯小光(1975-)，男，河南商丘人，高級工程師，研究方向：冶金機械，電話：029-863225555，E-mail:51442538@qq.com.

TF777

A

10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2017.03.056