钢模铸注速指示方法和钢模铸注速指示装置
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种钢浇注速度指示方法和钢浇注速度指示装置，特别涉及一种金属
铸造领域中模铸生产过程中使用的钢模铸注速指示方法和钢模铸注速指示装置。
背景技术
[0002] 钢液浇注速度是模铸生产过程的一项重要过程参数，直接影响着钢锭的内外在
质量。浇注速度过快，将使钢锭内部产生严重的
缩孔、偏析
缺陷，而且保护渣来不及
熔化，导致润滑不足，钢锭表面质量差；浇注速度过慢，将使浇注时间长，钢液吸气时间也延长，增加钢中的气体和夹杂，最严重的是
温度过低导致钢液浇不出来；稳定的浇注速度，可保证钢液在
锭模内平稳上升，使得
铸锭表面和内部质量均好。
[0003] 由于浇注钢液温度大多在1500℃温度左右，接近于
凝固温度，其流动性变差，且与室温温度梯度大，热量散失快并很快凝固成固体，失去流动性，采用传统的测量液体或气体流动速度的方式来测量在1490℃温度以上的钢流速度是不可能的，因此只有采用间接方法进行测量高温钢液浇注过程的速度(在本
申请中简称为注速)。现行的钢液注速控制方法完全依赖浇钢工人的操作经验，在浇钢过程中他们依赖观察钢流、观察模内钢液上升等来根据经验判断注速的快慢，最后用秒表来记录浇注锭身和帽口总的上升时间，粗略判断浇注速度，此方法虽然简单，但存在以下不足：
[0004] 1、这种控制注速的方法主要靠经验，受人的因素影响大，人员变动后要有一定的摸索阶段，且不同的人总结经验不同，因此这种控制方法的准确性和
稳定性比较差。
[0005] 2、记录了总浇铸时间，靠计算得出平均速率，由于盛钢液桶和铸锭都是变截面的，无法记录或计算浇铸过程中瞬时速度，因此无法提供工艺改进所需的过程注速。
[0006] 3、操作工人在浇注过程中必须用肉眼观察钢流来判断注速的快慢，必须把保护浇铸罩的下缘空隙加大，这样增加了高温钢液吸气的
风险，降低保护浇注效果，而且
氧化产生的烟气增大，恶化了工作环境。
[0007] 4、操作工人观察模内钢液上升，必须爬到锭模顶上看，而锭模顶上无承重盖板，而模内是1450℃温度以上的钢，这样存在很大的安全隐患。
[0008] 5、操作工人观察钢流速度，长时间盯着高温钢流看，则高温钢液发射出很强的红外光线则灼伤人眼。
发明内容
[0009] 即，鉴于钢流从钢包底部
水口流出时是一个不断变化的过程，传统的人工经验控制法根本测不出过程注流速度，无法为工艺控制和改进提供科学的数据支持。为了使钢液浇注速度稳定控制在规定的范围内，用于指导生产和优化浇铸工艺，必须对过程注速这个参数进行数字化显示。
[0010] 本发明的目的在于克服上述技术问题，提供一种能够实时
跟踪指示注速变化的方法和仪器，使得技术人员能够获得钢液浇注过程中的注速，为工艺分析提供所需要的工艺参数。
[0011] 本发明的一侧面提供一种钢模铸注速指示装置，用于指示模铸过程中从
钢水包的水口流出的钢液的浇注速度，该指示装置包括：浇铸车，用于载置将要进行浇注的钢水包；
电子称重器，设置在所述浇铸车上承受所述钢水包重量的
位置，能够对钢水包的重量进行实时称重，测得钢水包的毛重在浇注过程中随着时间的变化数据；
数据处理器，根据来自所述电子称重器的钢水包毛重随着时间的变化数据计算出浇注速度；和显示器，显示所述数据处理器所计算出的浇注速度。
[0012] 在上述钢模铸注速指示装置中，优选：所述电子称重器设置于所述浇铸车与所述钢水包的
耳轴
接触的位置。
[0013] 在上述钢模铸注速指示装置中，优选：所述电子称重器内置有数据传输模
块，所述数据传输模块通过无线或者有线的方式将所述变化数据传送给所述数据处理器。
[0014] 在上述钢模铸注速指示装置中，优选还包括：
存储器，将所述电子称重器测量的数据和所述数据处理器的计算结果加以存储。
[0015] 在上述钢模铸注速指示装置中，优选：所述电子称重器测量所述变化数据的毛重
采样频率通过所述显示器来设置，所述显示器显示所述浇注速度时采用的注速显示频率与所述电子称重器的所述毛重
采样频率相同或者不同。
[0016] 在上述钢模铸注速指示装置中，优选：所述电子称重器是称重
传感器，所述数据处理器是可编程逻辑
控制器。
[0017] 在上述钢模铸注速指示装置中，优选还设置有：报警器，在来自所述数据处理器的所述浇注速度低于下临界值或者高于上临界值时进行报警，所述上、下临界值可以通过所述显示器进行设置。
[0018] 本发明的另一方面提供一种钢模铸注速指示方法，用于指示模铸过程中从钢水包的水口流出的钢液的浇注速度，该指示方法包括如下的步骤：安放步骤，将要进行浇注的钢水包放置到浇铸车；称重步骤，利用在所述浇铸车上承受所述钢水包重量的位置处所设置的电子称重器，对钢水包的重量进行实时称重，测得钢水包的毛重在浇注过程中随着时间的变化数据；计算步骤，利用数据处理器根据来自所述电子称重器的钢水包毛重随着时间的变化数据计算出浇注速度；和显示步骤，将所述数据处理器所计算出的浇注速度显示在显示器上。
[0019] 在上述钢模铸注速指示方法，优选：所述电子称重器设置在所述浇铸车与所述钢水包的耳轴接触的位置处。
[0020] 在上述钢模铸注速指示方法，优选：所述电子称重器通过无线或者有线的方式将所述变化数据传送给所述数据处理器。
[0021] 在上述钢模铸注速指示方法，优选在所述显示步骤后，还包括：存储步骤，将所述电子称重器测量的数据和所述数据处理器的计算结果加以存储。
[0022] 在上述钢模铸注速指示方法，优选：所述电子称重器以规定的毛重采样频率来测量所述变化数据，所述毛重采样频率通过所述显示器来设置，所述显示器显示所述浇注速度时采用的注速显示频率与所述电子称重器的所述毛重采样频率相同或者不同。
[0023] 在上述钢模铸注速指示方法，优选：所述电子称重器是称重传感器，所述数据处理器是可编程逻辑控制器。
[0024] 在上述钢模铸注速指示方法，优选还设置有：报警步骤，在来自所述数据处理器的所述浇注速度低于下临界值或者高于上临界值时进行报警，所述上、下临界值可以通过所述显示器进行设置。
[0025] 本发明的有益效果
[0026] 采用本发明的注速指示方法和注速指示装置，解决了现有的根据经验判断注速的方法存在的诸多问题，获得了以下的技术效果
[0027] A、能够直观地显示浇注过程的浇注速度，可连续监测浇注过程的浇注速度变化，并可保存历史数据，便于日后分析总结改进(即保存浇注数据以便日后追溯、分析浇铸质量)，不需要根据经验操作，过程控制的准确性和稳定性得到增强，消除了人为因素的影响。
[0028] B、在浇注过程中因勿需操作工人用肉眼观察钢流，所以不必把保护浇铸罩的下缘空隙加大，即可以减小保护浇铸罩的下缘空隙，甚至完全密闭，这样减少了高温钢液吸气，增加了保护浇注效果，并提高钢材质量，而且氧化产生的烟气得以减少，改善了工人工作环境。
[0029] C、在工艺稳定条件下，操作工人不必爬到锭模顶上观察模内钢液上升情况，大大提高了安全系数，另外因不再需要操作工人长时间盯着高温钢流观察钢流速度，避免了高温钢液发射出很强的红外光线而灼伤人眼。
附图说明
[0030] 图1是本申请的模铸注速指示装置的结构示意图。
[0031] 其中，附图标记说明如下：
[0032] 1钢水包； 2钢水包吊耳耳轴； 3电子称重器(称重传感器)；
[0034] 7锭模； 8浇铸车； 9数据处理器(PLC模块)；
[0035] 10显示器； 12存储设备(数据储存计算机)。
具体实施方式
[0036] 鉴于浇注过程中钢流从钢包底部的水口流出时受水口温度、钢液温度、水口形状等多方面因素的影响，传统的人工经验控制法根本测不出浇注过程的注流速度的具体数值，只能凭经验对注速的快慢进行大致判断，无法为工艺的控制和改进提供科学的数据支持，本申请的
发明人经过多年现场摸索，设计了模铸注速指示装置。
[0037] 该模铸注速指示装置的主要结构构成介绍如下。
[0038] 模铸注速指示装置主要包括以下构件：钢水包1，浇铸车8，电子称重器3，数据处理器9，显示器10，存储设备12。
[0039] 在需要进行浇注时，钢水包1通过吊车转移到能够稳定地放置钢水包1的浇铸车8上，该浇铸车8可上下左右调节置于其上的钢水包1。由于钢水包晃动时会产生一定的应变
力，对后面提及的电子称重器3测量到的数据影响较大，使得测量到的重量数据
波动很大，同时使得后续的一系列数据跟着波动，因此在实际设计浇铸车8时需要考虑如何保证系统稳定、确保显示的数据准确平稳。
[0040] 在浇铸车8与钢水包1的钢水包吊耳耳轴2接触处设置有电子称重器3(其实电子称重器3设置在浇铸车上承受钢水包重量的位置处就可以)，采用电子称重器3可以实时跟踪钢包毛重，随着钢液从钢水包1的水口4流出浇注到锭模7内，钢水包1的重量在变化，电子称重器3一边称量钢包毛重，一边将称量到的钢包毛重量数据与对应的时间数据通过内置的数据传输模块，利用有线或者无线方式传递到数据处理器9。作为电子称重器3，例如可以是称重传感器，其自动将钢包毛重
信号发送给数据处理器9。
[0041] 电子称重器3对钢水包1的毛重量数据的毛重采样周期(毛重采样频率)可以根据需要来设置，比如每隔10秒采集一次钢包毛重，也可以根据需要每隔0.1秒采集一次钢包毛重，由于现代电子技术的发展，因此满足规定采样周期的电子线路的设置非常容易。
[0042] 数据处理器9根据来自电子称重器3的钢包毛重量数据和对应时间计算出单位时间内的浇注钢水重量(浇注速度，又可以叫做模铸即时注速)，比如以kg/min为单位计算每分钟浇注钢水重量，并将计算结果传输到显示器10进行实时显示，另外，数据处理器9还可以绘制出浇注速度随着时间的变化曲线并传输到显示器10加以显示。除此以外，数据处理器9可以将有关数据传输到有关存储设备(比如图1中的计算机12)中加以存储。存储设备12中存储的数据过多时可以由管理人员加以删除或者自动删除规定时间跨度比如两个月之前的数据。数据处理器9可以是PLC((Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器)。
[0043] 另外，在本发明的注速指示装置上还可以设置一报警装置，比如分别在注速低于某一下临界值时和注速高于某一上临界值时发出警报(既可以是声音报警也可以是灯闪报警，也可以是其他想到的任何方式)，下临界值比如取1800kg/min，上临界值比如取2300kg/min(分别对应图1中的注速过低报警设定、注速过高报警设定)。临界值的设定也可以由生产人员根据工艺需要、安全级别而定。
[0044] 在本发明的注速指示装置1所包括的显示屏(显示器)10，可以是一种触摸显示屏，既可以在屏幕上分别显示模铸即时注速、毛重采样周期、注速显示记录，还可以通过显示屏设置电子称重器3的毛重采样周期、注速过低报警设定值、注速过高报警设定值、输入当前正在浇注的炉号以及记录员的名字(即图中的“炉号输入”“记录员”)，也可以在屏幕上显示进行炉号录入查询和/或炉号记录查询的界面，一旦
选定要查询的炉号，该炉号的钢包浇注过程的全部数据就会打包显示在屏幕上的下方(也可以只显示规定的项目数据)，也可以根据需要将查询得到的数据复制到
指定的文件中，用于进一步的工艺分析。另外，除了在屏幕上显示即时注速值外，还可以按照横坐标为时间、纵坐标为注速的方式显示一段时间内的注速变化曲线(此种显示比单独显示即时注速值更加形象)，总之可以根据需要做多种设定。
[0045] 屏幕上显示的模铸即时注速的注速显示频率可以与毛重采样周期(毛重采样频率)一致，也可以根据需要另外设计，比如每隔两个毛重采样周期刷新一次屏幕显示，以避免屏幕刷新过快而不易为现场技术人员看清。
[0046] 这样通过采集模铸浇钢过程中钢水包的实时重量信号和浇注时间信号、并将其转换成“每分钟浇注钢水重量”这一重要过程参数，用来指导浇钢工人控制注速(例如，浇钢工人可以根据数据处理器9的计算结果通过数据处理器9向电液油缸6发送滑板启闭
控制信号，控制钢包水口4处安装的滑板5，调整滑板5对水口4的开启度，相应地控制浇注速度，调整浇注到锭模7中的钢液速度)，浇注过程中的这些数据也可以通过数据处理器9保存在计算机12中，需要时调出查询，分析整个浇铸过程中铸速情况。具体
实施例[0047] 将钢水包1置于浇铸车8上，操作人员装上钢包滑动机构、液压油缸和
保护罩，上下左右调节钢水包，对好包后，进行有关水口
烘烤与铸模准备，待完成水口烘烤与铸模准备后，打开模铸注速指示装置，通过
触摸屏输入待浇注的钢水包炉号以及记录员、注速采样周期以及用于报警设定的下临界值和上临界值等数据后，按下指示开始浇注的按钮，通过数据处理器9向电液油缸6发出开启钢水包1的水口4处的滑板5，向锭模7中注入钢液。实际生产中，刚开始浇注时，需要先对水口4处的滑板5的开启度进行调整，待钢流大小调整至合适水平后，再次对钢包进行调整，缓慢小幅下降钢包，使保护罩下沿
纤维板与浇口钵周围纤维毯接触，实现钢流全保护浇注。通过铸锭车(浇注车)上安装的电子称重器3提供钢包实时毛重重量信号，将其转换为模拟量信号供给作为数据处理器9的PLC(Programmable Logic Controller：可编程逻辑控制器，拟采用西
门子S7300系列的6ES7315-2AG10-0AB0)，信号经PLC处理，得到钢包实时毛重重量值和铸速值，在显示器10上显示模铸即时注速等各种需要观察的数据。
[0048] 作为模铸注速显示记录系统的一个特例，PLC
输出信号可经电子
电路处理驱动两个4位大LED数码管显示出钢包实时毛重重量值和实际的铸速值(在图1的显示屏上只显示后者，实际可根据需要显示各种数据)。作为上位机的计算机12安装WinCC上位
软件，可记录存储钢包实时毛重重量值和铸速值等数据的历史数据及曲线，并可长时间保存。另外，在数据处理器9中，每一炉的钢包实时毛重重量值及铸速值等数据可以EXCEL文档自动记录保存，数据记录间隔时间(采样周期)也可以根据需要
修改，便于技术人员审查模铸浇钢操作工艺执行情况。数据处理器9也可以每月自动生成一份当月模铸炉号的EXCEL文档文件并传输给计算机12加以存储，以备需要时调出加以分析处理。
