立式供液的金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线铸坯阶段智能控制技术
【技术领域】
1.立式供液的金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线铸坯阶段智能控制技术属于冶金行业金属材料生产领域。
背景技术：
2.钢、铝、铜、锌、钛、铅和镁等金属材料(以下简称金属材料)生产流程的主要工序为：1.备料(包括开矿、选矿....)
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2.冶炼
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3.铸坯
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4.加热
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5.热加工
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6.冷加工(包括中间退火)
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7.整理、检验、包装和入库等。
3.在上述金属材料生产流程诸工序中，工序3.铸坯的工艺原理及其半成品，影响到后续工序4、5、6生产流程的简或繁；关系到单位产品能耗、产品质量提高和降本增收。
4.当今国内外金属材料铸坯工序生产技术主要是水冷模连续铸造(以下简称它)。它的工作原理：钢、铝、铜、锌、钛和镁等金属液(以下简称金属液)连续流入主要由内壳、中间为流水与外壳组成的水冷模结晶器中，降温变成固态，连续拉出成为铸坯。它的工作流程是：起始时，牵引系统的牵引头插入结晶器，金属液流入牵引头槽沟并与与结晶器内壳壁接触，立刻把金属液热量经内壳传导给流水带走，使金属液降温成固相、生成硬壳，该硬壳强度达到能存受牵引移动时与结晶器内壳壁相互相摩檫产生的摩檫力，就能连续牵引移出结晶器，连续铸造出铸坯。它的主要缺陷：消耗结晶器和大量高压冷却水，将金属液中余热故意散失过多，铸成≤900℃钢锭，而钢锭热轧温度为1050～1250℃，必须二次加热。有的用≤900℃钢锭直轧成材，是不当作业，并多耗能耗物；它在铜材领域只能铸成后续冷加工量占产品全部生产工作量＞80％的铜材坯，把大量生产工作量，留给大量耗能耗物的冷加工(包括中间退火)。它丢失利用金属液中余热提高产品质量的潜能。
5.发明专利，zl200510021740.4＜金属液磁悬浮连续铸造近终型余热热轧坯工艺＞(以下简称磁浮连铸)及其在线热加工，能颠覆、淘汰〔004〕所述当今国内外广泛使用的水冷模连续铸造技术。磁浮连铸的原理：将金属液在炉口经铸模约束成留有热、冷加工余量断面尺寸的终形液柱(液片)，被牵引流入5～30khz交变磁场，金属液被电磁感应推斥悬浮，同时被电磁搅拌，在连续向热加工机械移动中，被适度降温成该牌号金属热加工最佳温度的终形(既保障制成品强度，而热、冷加工量最少)余热铸坯，并立刻在线热加工，使金属液在线合乎工艺要求地一步制成钢材，或制成后续冷加工量＜20％的铜材坯、铝材坯和机械零件坯。磁浮连铸终形余热铸坯及其在线热加工生产的优点：1.大幅优化铸坯组织(电磁搅拌作用)提高铸坯强度，进而提高材料强度；2.大幅简化生产流程，减少能耗、金属损耗和多种消耗，达到生产节能降低碳排放和降本增收。3.磁浮连铸终形余热铸坯及其在线热加工成材料或成净精形坯，大幅减少后续冷
加工量及中间退火道次，因而在相同产量时，闲置1/3～1/2设备(熔炉除外)。4.磁浮连铸的原理简明，操作简易，调控简易。改造、升级原生产线为磁浮连铸及其在线热加工生产线绝大部分设备为原有，仅增加使金属液悬浮的交变磁场，国内生产厂家众多；新增辅机也很简易。投入少产出多。
6.从上述知，磁浮连铸必然颠覆、淘汰水冷模连续铸造。
7.磁浮连铸为金属液直流入交变磁场悬浮，并在向热加工机械连续移动中适度降温，保留最佳热加工温度，故需智能控制，达到平稳、安全生产。
技术实现要素：
8.立式供液的金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线(以下简称本生产线)作业流程如下：1.从冶炼输入合格的金属液；2.精炼(保温)；3.磁悬浮连铸终形(含热、冷加工量，下同)余热铸坯；4.在线热加工；5.冷加工；6.整理、检验、入库。从上述作业流程知，本生产线分为两大阶段：1.从冶炼输入合格金属液、2.精炼(保温) 和3.铸坯等三流程为制坯阶段；从4.在线热加工、5.冷加工和6..整理、检验、入库等三流程为加工阶段。
9.本发明、即本生产线的制坯阶段智能控制的目标有：1.为了满足产品规格、产量和生产线平稳运行，必须使金属液以基本恒定流速、流入量基本等于流出量，从铸模口、即从说明书附图1中c点流出，进入交变磁场14，；2.流出包17中b、c两点高度与宽度形成流出金属液的横断面面积，该横断面积必须满足产品规格要求，金属液流出必须充满横断面；3.生产线若偶发事故，尽快使金属液截流防止事故扩大；4.当生产需要时，可在线调节金属液流速、磁悬浮连铸参数和热加工参数，达到提高产量和质量。
10.实现本发明的技术路径如下。从说明书附图1知，经各类冶炼炉冶炼合格的金属液2，进入供液包(如精炼炉、保温炉)1，经上滑板3、中滑板4与下滑板18等组成的竖孔流进降落竖管16，从降落竖管16底部向上翻涌流入流出包17的内底平面金属液内层，被厚度控制板7控制断面厚度后，再经流出包的 c点流向交变磁场14，被感应推斥悬浮，并连续向热加工生产线连续移动中适度降温成热加工最佳温度的余热铸坯9，立刻进入热加工生产线10进行热加工，产出热加工制品11。
11.实现本发明的技术原理与措施如下。欲使金属液以基本恒定流速、流入量与流出量基本相等，从b
‑‑
c为高度的铸模口流出，须使流出包17内的金属液位a点与流出点c点的高度差，保持在生产线建成时调试确定的原始数值范围内。生产线新建时，按产品要素如产品规格(确定金属液厚度)、产量(确定金属液流速)等，调试出金属液面a与流出点c点高差范围，成为运行要素数值1。同时按相同的产品要素调试出滑板3、4与18组成的金属液流动竖孔的断面面积在执行机构5对应的标记数值(如移动杆游标标尺、移动杆的各类电磁感应标记数据)，即获得
运行要素数值2。将运行要素1和2，作为原始数值存储于计算机13中。生产进行时，由于金属液连续流入、流出，流出包17内液面a点与流出点c点的高差随时都在变化，此动态变化情节，通过浮舟光栅金属液位数值测量系统6(或其他金属液位测量系统)，适时将该数值信息输入计算机13，13立刻将它与原始运行要素数值进行计算后，立刻命令执行机构5，拖动中滑板4移动，改变金属液流出竖管断面面积，从而调整金属液流出量，使a、c高差恢复到原始设定的范围内，达到流速基本恒定、流人量与流出量基本相等。当偶发生产事故时，发生事故机台的传感器(全生产线各机台传感器均与计算机连接) 必发出报警信息，进入计算机13，经判别后，立刻命令5关闭竖管，截流，防止事故扩大。计算机13能贮存各机台运行参数和连接各传感器，具有当生产需要时，能够调节流速、调节磁悬浮连铸以及调节热加工生产各机台的运行参数，达到提高产量、质量。
12.本发明能使金属液在流动中基本不与空气接触，减少其氧化。金属液2从供应包1，经滑板3、4和18组成的竖管，进入降落竖管16，从该管被流出包17内部底平面金属液淹没的管底底部，向上翻涌流入该金属液的底层，再流动到交变磁场 14，均不与空气接触。流出包17底部的金属液上面，按工艺规定，覆盖相应组分和厚度的覆盖剂15，防止金属液被氧化。
【附图说明】
13.图1是立式供液的金属液磁悬浮连铸余热坯在线热加工生产线铸坯阶段的智能控制技术的说明书附图。下列顺序号就是图1中各组成件的代号。1.供液包(炉)。它可以是钢铁的精炼包、铜材生产线的保温炉或其它金属液炉。接存精炼由炼钢炉、铜冶炼炉来的钢液、铜液或其他金属液。经竖管16向流出包17供给金属液。它由外壳钢板、中间是绝热材料和与金属液接触的耐火砖组成。2.金属液。包括钢、铜、铝、....等金属液。3.滑动上板。由耐火材料制成。其孔与滑动中板4的孔、滑动下板18的孔组成金属液流出竖管。4滑动中板。由耐火材料制成。5.控制机构。根据计算机13命令，拖动滑动中板移动，改变竖管断面面积，从而改变金属液流出量。6.浮舟光栅金属液位数值测量系统。流出包17中金属液面上的浮舟(耐高温工业陶瓷紧固的标)尺，随着金属液面a点降、升而上下移动，通过光栅数字测量装置产生数值信息，向工业电子计算机13输出。测量金属液面a位置高度还有多种方法，可选适用于本发明的优者。7.厚度控制板。控制流出金属液的厚度，由耐火材料制成。8.降温液喷射及水雾、水滴回收系统。对金属液喷射水粒，使其降温转为固相余热
铸坯。须对水雾、水滴进行回收。不同的生产线，喷射与回收系统差异巨大。9.余热铸坯。进入交变磁场14的金属液被感应推斥悬浮，在向热加工生产线10连续移动中被适度降温成该牌号热加工最佳温度的余热铸坯。10.热加工生产线。可以是热轧机、挤压机和压铸机等多种。按不同金属液牌号、产品规格、产量等诸多要素设定，各种生产线差异巨大。11.热加工产品。12.牵引系统。将金属液2从流出包17牵引入交变磁场14。起始时，金属液流进入牵引头 (非金属材料)凹沟，经牵引绳(非金属材料)、牵引机将金属液拖入交变磁场14进行磁浮连铸。牵引头由支撑架支撑。不同金属、不同产品规格的牵引系统差异巨大。13.电子计算机。须有足够的插接输入口，输入全生产线各机台运行参数和各传感器信息。14.交变磁场。使进入的金属液进行磁浮连铸成余热铸坯。由交变电源与通水铜管组成。按金属牌号和产品规格等诸多要素设计。不同牌号金属和不同产品规格的交变磁场差异巨大。15.覆盖剂。按不同金属牌号生产工艺，选择相应组分覆盖剂及覆盖厚度，防止金属液氧化。16.金属液降落竖管。金属液从滑动下板18孔进入金属液降落竖管16，从管底部向上翻涌流进流出包17内下平面的金属液内层中。使流入金属液不与空气接触，防止金属液氧化。由耐火材料制成。17.金属液流出包。金属液经此包流入交变磁场，并与计算机13、液位测量系统6和执行机构5组成控制金属液基本为恒流速、流入量与流出量基本相等的系统。流出包17，由外壳钢板、绝热层和耐火砖组成。18.滑动下板。由耐火材料制成，其孔与滑动上板3、滑动中板4的孔组成可变的金属液流出竖管。
【具体实施方式】
14.生产线启动时，由牵引系统12将金属液2牵引进入交变磁场14，成余热铸坯9后进入热加工生产线10，完成牵引后退出，整理，备下次使用。
15.测量流出包17中金属液面a点高波的方法有多种，如浮舟光栅法、射线法、热电偶法、电磁法、激光法、红外法、电视法和电涡流法等，附图1中为浮舟光栅法。
16.使流速基本恒定的执行机构5，有电动伺服执行系统、液压或气动伺服执行系统等，只要能执行，任何一种均可。
17.金属液2流出流出包17的断面尺寸，须包含热、冷加工余量。调整控制板7上下移动，就改变金属液断面的厚度。例如在热轧成熟工艺基础上，产出φ20螺纹钢、圆钢的钢液断面尺寸为40mm
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80mm为佳；产出铜(含铜合金)带材冷加工量最小光亮坯(厚度≤1mm) 的铜液片厚度以＜3mm为佳；....等等。