小方坯二次冷却温度热分析监控系统

LIU1018

小方坯二次冷却温度热分析监控系统

    温度检测是连铸机面临的难题。冷却过程中准确控制温度是生产高档钢种不可或缺的手段。Impac System公司与Saarstahl公司合作开发了一种全新而又灵活的温度检测系统。这种系统已被应用于Volklingen钢厂六流小方坯连铸机的二次冷却过程控制上。
    Saarstahl公司Volklingen钢厂运行一台六流小方坯连铸机。配置一个中间包及一个浸入式水口同时向六台结晶器配送钢水。小方坯尺寸是150mm×150mm，也可调成其它规格。配合拉坯、水冷式铜结晶器排掉钢水中大量热（一次冷却），使铸流的表面形成坚固的凝固坯壳。结晶器中的保护渣能保证结晶器内铸流充分润滑，铸流大约以2.5m/min的速度连续地从结晶器中拉出，然后在导向辊引导下，从垂直方向沿一定弧度改变成水平运行。
    在结晶器下面配置有若干分段结构，用多重冷却水喷嘴进一步排掉铸流中的热量（二次冷却）,使铸流离开二冷段时达到完全凝固状态。接头用火焰切割法将小方坯切成定尺。本文所述连铸机生产的小方坯定尺长度为10～15m。
    二次冷却温度控制目的
    质量是钢厂最为关注的问题，只有连铸过程相关的各种参数正确，钢水才能获得均匀的合金微观组织和良好的材料性能。连铸小方坯用于生产热轧棒材，生产汽车零部件。
    二次冷却的控制是生产过程中一个重要环节。由于钢种及炉料的缘故，小方坯铸流的冷却过程可能对产品质量如汽车零部件质量产生决定性影响。不同的钢种有不同的目标温度范围，需控制在600～1200℃之间。超过或者低于限定的温度容差，会造成产品降格，影响正品率。因此,铸流在输出区达到既定温度是过程控制取得成功的关键原因。
    铸流监控检测系统
    传统作法是用现场高温计或红外线扫描仪检测铸流的温度。但这类系统已不能满足Saarstahl现行精确度要求。先前所用检测设备装用六只倾转式高温计（每条铸流各装一只），检测的部位仅限于铸流内弧表面。高温计需频繁更换，所以维护工作量大。
    鉴于上述情况，Saarstahl与Impac System合作研发一种全新的热分析系统。此系统采用两台摄像机，分别布置在浇铸作业左右两侧六条铸流的上方，这样可覆盖铸流大部分表面区域。两台摄像机在出口处监视所有六条铸流上的温度分布。用专用软件处理温度数据，将相关数据用于过程控制。
    目前，只用两台摄像机就能覆盖每条铸流的三个侧面，也能以高分辨率检测每条铸流的侧面，测定其热含量。摄像机结构紧凑，不但便于在连铸机上安装，而且不妨碍人员维护时接近设备。热分析系统覆盖的检测表面较大，能在整个铸流出口处更灵活地采集数据，而不受浇铸形式及检测位置的限制。
    基于上述有利条件，新检测系统既能用于过程监控，又可用于研发目的（包括随后详细分析过程的记录，其他钢种试验参数的修改，数据的评价，直至与相关领域的数学链接）。
    摄像机像素达640×480，即使在更远的距离上也能非常精细地检测温度。如此高的分辨率还可保证检测不受氧化皮影响，因为哪怕只有一个最小点未被氧化皮覆盖，也可借助此点进行精确的温度检测。
    摄像机装在护罩里，防止里面红外线组件遭受铸流的高温辐射（摄像头处为70～90℃）。风刷不停地净化光学镜片，清除周围空气留在镜片上的水雾及灰尘。
    为保证检测系统更为安全，对摄像机的工作温度进行持久地监视，并在铸流内弧表面做双重温度值检测进行摄像机间的真实度对比检验。若摄像机所检值偏离容许误差（例如镜头上灰尘过多引起的误差），系统便会自动向控制室报警。
    从摄像机至控制室的数据传输距离可能很长（本文所述场合数据传输电缆长约120m）。
    记录及评价
    摄像机系统精确测出温差，在控制室计算机上将测得的温差表现为热分析图形式的输出。图像处理程序根据热分析图对铸流进行分析。Saarstahl能在每条铸流出口温度热分析图上划出不同的关注区域，进行重点监控。
    在关注区域每200ms检测一次特征值（最大，最小及平均值），测出的温度数据瞬间显示在计算机上，并转化成时间-温度图表。
    在用图像处理软件进行温度分析的同时，还要处理过程数据。这时给出的浮动平均值是一条温度数据曲线，使控制室人员能监视连铸生产过程。为保证曲线总是位于规定的容差范围内，还装有警报系统。此后依据连铸过程数据解除对小方坯的监控并编写产品出厂检验文件，详细记录与质量相关的各种参数。
    由于各项参数相互适应及检测系统地不断完善，该系统经数月考核已达到很高可靠性。以前记录的图像系列被用于参数的设定及最优化，使用户能在不受干扰或不中断生产的条件下调配所用参数。
    在进行研发分析时，可按ASCII格式输出，并作进一步处理。在根据不同钢种对评价算法进行优化调整时，可输入及自动修改任意参数，以保证过程控制所需的灵活性。