连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法和装置
技术领域
本发明涉及冶金行业的连铸领域，具体涉及一种连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法和装置。
背景技术
连铸是钢水由液态降温凝结为固态钢坯的过程，降温是通过结晶器冷却和喷淋水二次冷却实现的，其中喷淋水二次冷却的均匀与否直接影响到铸坯的表面和内部质量，进而影响产品最终质量。
喷淋水经冷却回路管路由喷嘴喷出至钢坯表面起到降温作用，当喷嘴堵塞时,会导致铸坯表面温度不均匀,局部温度过高或者过低,进而使铸坯表面或内部形成裂纹。尤其是包晶钢和含硼钢等裂纹敏感钢种,如果不能保证喷嘴的正常工作,纵裂、角横裂的发生率将大幅提高。
目前，多数钢厂检测喷嘴堵塞的方法为人工检测,即在连铸停浇后或生产过程中通过肉眼查看喷嘴的喷淋状况，以判断喷嘴堵塞与否。由于扇形段内大部分喷嘴位置都处在狭小的空间内,有些区域的喷嘴，如弯曲段喷嘴，很难被清晰地观察到,所以这种模式不仅需要耗费大量的时间、人力,更重要的是无法保证所有喷嘴得到有效检测。
靳星等(靳星等,一种移动式连铸二冷区冷却介质动压测量仪,专利号：201320727495.9)公开了包括外部框体、压力传感器单元、传感器单元集成杆和传感器信号集成器,外部框体的内部设有支撑架,传感器单元集成杆固定在外部框体和支撑架上,传感器单元集成杆上固定有呈线性排列的压力传感器单元,压力传感器单元通过信号线连接传感器信号集成器,该申请案能够用于连铸二冷段喷嘴堵塞检测、二冷冷却均匀性分析。但是该申请案存在以下不足之处:传感器之间的间距为固定值,测试过程中,不能准确控制传感器与二冷区喷嘴的相对位置,测试结果容易出现偏差；且仪器体积较大,传感器导线连接错综复杂,不利于仪器的维护和检修。
此外，还有其他各种连铸二冷段喷嘴堵塞检测的方法，但是到目前为止，现有的各种方法要么难以施行，要么检测不准确。
综上所述，现有技术中存在以下问题：现有的连铸二冷段喷嘴堵塞检测不准确。
发明内容
本发明提供一种连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法和装置，以解决现有的连铸二冷段喷嘴堵塞检测不准确的问题。
为此，本发明提出一种连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法，包括以下步骤：
在线测量喷淋冷却介质的相关参数数据；其中，对于水喷嘴来说，包含喷淋水压力和喷淋水流量；对于气水喷嘴来说，包含喷淋水压力、喷淋水流量和压缩空气压力；
考虑冷却回路管路路由对喷淋水压力的影响，构建喷淋水的理论压力模型；
在连铸生产过程中，实时获取各个回路的冷却介质的相关参数数据，含实际喷淋水压力；
根据所述回路的相关参数数据，结合构建的理论喷淋水压力模型,计算所述回路的理论喷淋水压力；
根据所述回路的理论喷淋水压力及所述实际喷淋水压力,判定所述回路的瞬时工作状态；
每个时间周期内统计各瞬时工作状态的频次，进而得出冷却回路的状态。
进一步地，对于喷嘴为水喷嘴的冷却回路，喷淋水压力模型：Ptw＝kwQw2+Pl，Ptw是理论压力，单位为MPa，kw—喷淋水流量项系数，单位是Mpa(L/min)-2，Qw—所述回路的喷淋水流量，单位为：L/min Pl—所述回路由管路路由导致的压降，单位为MPa。
进一步地，对于喷嘴为气水喷嘴的冷却回路，喷淋水压力模型：Ptw＝kwQw2+kaPa+Pl，Ptw是理论压力，单位为MPa，kw—喷淋水流量项系数，单位是Mpa(L/min)-2，Qw—所述回路的喷淋水流量，单位为：L/min，ka—冷却回路的压缩空气压力项系数，无量纲，Pa—所述回路的压缩空气压力，单位为MPa，，Pl—所述回路由管路路由导致的压降，单位为MPa。
进一步地，根据所述回路的理论喷淋水压力及所述实际喷淋水压力，判定所述回路的瞬时工作状态包括：
预设4个阈值θ1、θ2、θ3、θ4，且θ1>θ2>θ3>θ4；
预设5种瞬时工作状态，分别为状态1--堵塞状态，状态2--轻度堵塞状态，状态3--正常状态，状态4--轻度泄漏状态，状态5--泄漏状态；
计算理论喷淋水压力和实际喷淋水压力偏差率σ，如下
σ＝(Paw－Ptw)/Ptw
若σ>θ1则所述回路的瞬时工作状态为状态1；
若θ2<σ≤θ1,则所述回路的瞬时工作状态为状态2；
若θ3<σ≤θ2,则判定所述回路的瞬时工作状态为状态3；
若θ4<σ≤θ3,则判定所述回路的瞬时工作状态为状态4；
若σ≤θ4,则判定所述回路的瞬时工作状态为状态5。
进一步地，统计每个时间周期内各瞬时工作状态的频次，得出冷却回路的状态包括：
预设频次偏差率阈值C0，C0取值为0～1之间。
统计一个时间周期内的5种状态频次数，并按由多到少依次排列，分别为C1～C5；取C1和C2两个数值，进行比较，
若(C1－C2)/C1>C0，则为出现频次最多的状态为当前状态，否则为正常状态。
本发明还提供一种连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置，所述连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置包括：冷却回路、设置在冷却回路上的压力表P1、设置在冷却回路上的流量计F1、设置在冷却回路上的调节阀、电脑和连接电脑的显示器，其中，电脑与压力表P1和流量计F1通过数据线或无线传输信号连接，所述连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置采用前面所述的连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法对连铸二次冷却水喷嘴的状态进行判断。
本发明不但考虑了连铸机喷淋系统现场管路路由对喷淋水压降的影响，能够提高判断结果的准确性，比如与肉眼观察比，准确率可以达90％以上，且无需额外增加硬件，方法简单，成本低廉，便于维护。
附图说明
图1为本发明的连铸过程冷却原理示意图；
图2为本发明的连铸喷淋水回路示意图；
图3为本发明的连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置的结构示意图。
附图标号：P1为压力表，F1为流量计。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明。
如图1所示，连铸是钢水由液态降温凝结为固态钢坯的过程，降温是通过结晶器冷却和喷淋水二次冷却实现的。喷淋水经冷却回路管路(即喷淋回路)由喷嘴喷出至钢坯表面起到降温作用，如图2所示，喷淋水二次冷却区具有多个冷却回路(即喷淋回路)。
本发明建立了一套新的喷淋水压力模型，该模型考虑到考虑冷却回路管路路由对喷淋水压力的影响，因而，提高了连铸二冷区喷嘴工作状态检测的效率和准确度。
本发明的工作原理：通过理论计算的喷淋水压力与实际喷淋水压力的对比，判断喷嘴瞬时工作状态，在一定周期内统计每种瞬时工作状态的频次，得到频次最多的两种工作状态，当这两种工作状态比例差别大，则为频次最多的工作状态，否则为正常状态。
本发明的具体实施过程为：
清理连铸机在线全部喷嘴或将在线喷嘴更换为新喷嘴；
在线对连铸二冷系统各回路的相关参数全范围测试，并做记录，其中部分数据如表1所示；
冷却介质的相关参数对于水喷嘴的冷却回路包含喷淋水压力和喷淋水流量；对于气水喷嘴的冷却回路包含喷淋水压力、喷淋水流量和压缩空气压力；
考虑冷却回路管路路由对喷淋水压力的影响，构建喷淋水的理论压力模型，以气水喷嘴为例，包括：
其喷淋水压力模型如下：
Ptw＝kwQw2+kaPa+Pl
应用在线对连铸二冷系统各回路的相关参数测试的数据对喷淋水压力模型的相关系数求解；得到kw，ka，Pl，(应用多元线性回归算法得到)，例如通过上述方法求得某回路的kw＝5.5×10-6，单位是Mpa(L/min)-2，ka＝0.67，无量纲，Pl＝－0.013单位是MPa；
进一步地，在连铸生产过程中，实时获取各个回路的冷却介质的相关参数数据，对于水喷嘴来说，相关参数数据包含喷淋水压力和喷淋水流量；对于气水喷嘴来说，相关参数数据包含喷淋水压力、喷淋水流量和压缩空气压力，以气水喷嘴为例，其部分数据如表1所示：
其中，获取数据频率为H＝0.1hz，即每10秒测一次，这样频率较为合理；
进一步地，根据所述回路的相关参数数据，结合构建的理论喷淋水压力模型，对于气水喷嘴，其理论喷淋水压力计算模型如下，计算的Ptw如表1所示。
Ptw＝kwQaw2+kaPaa+Pl
进一步地，根据所述回路的理论喷淋水压力及所述实际喷淋水压力，判定所述回路的瞬时工作状态包括：
预设4个阈值θ1、θ2、θ3、θ4；例如，根据经验和具体的冷却回来取值如下：θ1＝0.15，θ2＝0.1，θ3＝－0.1，θ4＝－0.15；预设5种瞬时工作状态，分别为状态1--堵塞状态，状态2--轻度堵塞状态，状态3--正常状态，状态4--轻度泄漏状态，状态5--泄漏状态；
计算理论压力和实际压力偏差率σ，σ＝(Paw－Ptw)/Ptw
其部分计算结果和工作状态如表1所示。
以表1中第一个样本数据为例，其σ＝－0.246<θ4，所以其瞬时状态为泄漏。
进一步地，每个时间周期内统计各瞬时工作状态的频次，进而得出喷嘴的状态包括：
预设频次偏差率阈值C0＝0.3；
统计一个时间周期5分钟内的5种状态频次数，时间周期为5分钟，5种状态表现比较全面，频次数较为充分，并按由多到少依次排列，分别为C1～C5；
泄漏状态频次C1＝20，轻微泄漏状态频次C2＝5正常状态频次C3＝2，轻微堵塞状态频次C4＝1，堵塞状态频次C5＝2；
由于(20－5)/20>0.3，则出现频次最多的状态泄漏状态为当前状态。本发明的具体数据见表1.
表1
本发明的上述连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法可以通过如图3所示的连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置自动采集数据并分析判断。如图3所示，本发明还提供了一种连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置，所述连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置包括：冷却回路、设置在冷却回路上的压力表P1、设置在冷却回路上的流量计F1、设置在冷却回路上的调节阀(用于调节冷却回路的流量)、电脑和连接电脑的显示器，其中，电脑与压力表P1和流量计F1通过数据线或无线传输信号连接，电脑获取压力表P1和流量计F1发来的信号，按照前面的连铸二次冷却水喷嘴状态的判断方法，建立一套新的喷淋水压力模型，考虑到考虑冷却回路管路路由对喷淋水压力的影响，通过理论计算的喷淋水压力与实际喷淋水压力的对比，判断喷嘴瞬时工作状态，在一定周期内统计每种瞬时工作状态的频次，得到频次最多的两种工作状态，当这两种工作状态比例差别大，则为频次最多的工作状态，否则为正常状态。上述装置，实现了连铸二次冷却水喷嘴状态的自动判断，数据的自动收集与分析处理，提高了却水喷嘴状态的判断效率，比如与肉眼观察比，准确率可以达90％以上。
进一步地，本发明的连铸二次冷却水喷嘴状态的判断装置还可以包括：数据采集器，采集压力表P1和流量计F1的信号，将采集的信号发给电脑，数据采集器连接在电脑与压力表P1之间并且连接在电脑与流量计F1，其中，压力表P1和流量计F1均为数字式，以便发出数字信号，便于数据采集器或电脑的采集或分析。使用数据采集器能更好的收集收据，方便电脑处理。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。为本发明的各组成部分在不冲突的条件下可以相互组合，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
