结晶器热电偶温度采集系统设计毕业论文.doc

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1、内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题 目：结晶器漏钢预报热电偶温度数据采集系统设计毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

2、按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书

3、本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及

4、格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选

5、等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月

6、 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3

7、、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日结晶器漏钢预报热电偶温度数据采集系统设计摘要在连铸生产过程中, 漏钢是一种灾难性事故。它损坏设备,降低作业率, 破坏生产组织的均衡。为及时预报漏钢, 以便操作者及时处理, 最大限度地减少甚至防止拉漏, 世界不少国家和公司投入了大量时间、资金来研制开发结晶器漏钢预报系统。本文从连铸工艺出发详细介绍了漏钢产生的原因、危害。针对漏钢预报系统模型做了进一步的充分论证。确立了以热电偶测温为原理

8、的结晶器漏钢预报系统。设计了单片机与PC 机串口通信系统，以组态王为开发工具，设计了简单的监控界面，详细介绍了程序主要功能的实现。实现了单片机与组态王的实时动态数据交换。从而达到了热电偶采集温度，并送往上位机监视的目的。关键词：漏钢；单片机；热电偶；组态王；数据采集Mould breakout prediction thermocouple temperature data acquisition system designAbstractIn continuous casting process, the breakout is a catastrophic accident. It dam

9、aged equipment, reducing the operation rate, break the produce balance. For the timely prediction of breakout, so that the operator can timely treatment, to minimize and even prevent the breakout, the world many countries and companies have invested a lot of time, money to research and development o

10、f mould breakout prediction system.This paper from the continuous casting process analyzed the causes, harm of breakout. Breakout prediction scheme to make further demonstrates. Established by the thermocouple temperature measurement principle of the mold breakout prediction system. Design of single

11、-chip computer and PC serial communication system with Kingview, for the development of tools, design a simple monitoring interface, the program is introduced in detail the main function realization. Achieved between SCM and the real-time dynamic data exchange. In order to achieve the collection of

12、temperature thermocouple, and sent to the host computer for surveillance purposes.Key words: steel leakage; single chip microcomputer; thermocouple; configuration; data acquisition目录摘要IAbstractII第一章 绪论11.1 连铸技术简介11.2漏钢原因的分析11.3常见漏钢的几种形式和危害41.3.1开浇漏钢51.3.2悬挂漏钢51.3.3 裂纹漏钢51.3.4异物卷入漏钢71.3.5夹渣漏钢91.4减少漏钢

13、的一般措施13第二章 常见漏钢预报系统模型分析152.1热电偶测温漏钢预报探测及运算原理152.1.1漏钢预报原理152.1.2 粘钢探测及运算原理152.2基于结晶器热流分析的预报方法172.3摩擦力测量法18第三章 漏钢预报热电偶数据采集系统设计203.1仪表选型203.2热电偶合理埋设方式253.3基于单片机的温度采集系统27第四章 数据采集系统监控界面设计304.1基于组态王的监控画面304.2单片机与组态王的通讯33总结42参考文献43附录A：45附录B：46致谢58 第一章 绪论1.1 连铸技术简介连续铸造技术，简称连铸，是一种使钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬壳后从结晶器下方出口

14、连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切成坯料的一种铸造工艺如图11所示。连铸具有工艺简短、金属收得率高、能源消耗低、铸坯质量好、品种多、生产过程机械化、自动化程度高等优点，其应用彻底改变了铸造车间的生产流程和物流控制，为生产的连续化、自动化和信息化技术的应用，以及大幅度改善环境和提高产品质量提供了条件1。图1.1 连铸全过程1.2漏钢原因的分析灾连铸生产过程中，如果结晶器中形成的固化坯壳由于某种原因发生破裂，而破裂口又不能在该段铸坯被拉出结晶器之前重新固化弥合，就会发生结晶器及铸坯中尚未凝固的钢水突然泄漏的事故，这种事故称为漏钢(breakout)。（1）钢水的成分和温度当钢水中碳含量在0.08

15、%0.16 %时,属于包晶钢范围。钢水在凝固过程中,发生包晶反应-,该过程的热收缩剧烈,同时伴随着较大的体积收缩和相变应力 。若在该范围内进行浇注,板坯产生裂纹的敏感性较强,极易导致拉漏，即裂纹漏钢。如今CSP 生产线在钢种设计及后续的钢种开发上已经避开了包晶区。当钢水中w S含量增加时,钢的热态延展性是在不断降低的,同时形成低熔点的FeS ,发生热脆易导致裂纹漏钢。但当钢水中w Mn 含量增加时,其热延展性是在不断升高的,高热延展性有利于减少裂纹发生,原因是由于钢中的锰含量增加,有利于形成MnS ,而MnS 以线状形式分布于奥氏体中,可改善钢的塑性。另外,当w Mn / w S比增加时,其热

16、延展性也是逐渐增加的,根据经验,当w Mn /wS 60 时,裂纹发生率较低,因裂纹导致漏钢的几率也随之而降低 。 钢水的温度在整个浇注过程中是一个致关重要的因素,如果钢水的过热度较高, 在结晶器内凝固时,热流较高,初生坯壳比较薄弱,当拉出结晶器后,抵抗不了钢水静压力的作用,在薄弱处断裂导致漏钢;反之钢水过热度较低,钢水发粘,容易搭桥。（2）拉速众所周知薄板坯生产具有浇注板坯厚度薄,拉坯速度快等特点。在其它连铸工艺条件不变的情况下,增加拉速,钢水在结晶器内停留时间短了,单位重量钢水带走的潜热减少了,因而凝固坯壳厚度减薄了,同时结晶器热流上升,纵裂发生率增加,裂纹漏钢的几率也随之增加。另外增加拉

17、速,保护渣下渣量减少,渣膜变薄,变得不均匀,局部容易发生粘结,形成粘结漏钢。（3）保护渣由于薄板坯连铸相对来说板坯薄、拉速快、结晶器内空间狭小等特点,要求连铸用保护渣要有足够稳定的液渣层厚度、良好的控制传热能力和吸附夹杂的能力。通过长期生产实践和对保护渣的使用和总结,对于那些对裂纹不太敏感的钢种,人们通常采用传热较好,碱度B 1. 0 的渣子;而针对那些对裂纹比较敏感的钢种,采用热流较低,碱度B 1. 0 的渣子。同时针对不同的铜板厚度配以不同热流密度的保护渣, 即如果铜板厚度较薄( 厚度小于18mm) ,则使用热流较低的保护渣;如果铜板厚度较厚(厚度大于18mm) ,则使用热流较高的保护渣。

18、（4）液位波动薄板坯连铸由于通钢量大、熔池小,因此液位波动比较大,波高一般在2025 mm 左右。较大的波高对铸坯初始凝固条件均匀性产生不利影响,同时阻碍液渣均匀流入坯壳和结晶器之间的空隙,造成润滑不好,形成气隙,从而导致传热不均形成裂纹。（5）水口(SEN) 产生裂纹或穿孔及水口的形状由于钢水的侵蚀或其他原因造成水口上产生裂纹或孔洞时,可以看到结晶器表面翻渣比较剧烈,这时结晶器液位波动较大,极易造成卷渣漏钢。如图1.2(a)所示,该图为2006年4月份的一次由于水口穿孔造成的漏钢。浸入式水口钢水射流冲击和扰动是结晶器熔池液面波动的主要影响因素,而稳定的熔池液面对薄板坯连铸的高拉速浇注过程显得

19、尤为重要,卷渣、粘结以及漏钢等生产事故与剧烈的熔池液面波动有密切关系。因此2006年1012月,我们在铸机上进行了高通量四孔浸入式水口的工业试验,从2007年2月开始批量使用。四孔新水口的通钢量和开口角度与旧水口有所区别,旧水口的通钢量3.5t/min ,而新水口的通钢量是3.8t/min(浇注断面1500mm72mm ,拉速为4.54.6m/min) 。另外我们对高通量水口试验时的熔池液面波动测量数据的统计分析,其中中碳钢和低碳钢的浇注断面分别为1540mm72mm和1310mm72mm ,均采集了数小时的数据,通过比较发现,使用高通量水口的熔池液面平稳程度较原水口有显著提高,主要表现在大于

20、1 mm 的波动大幅度减少,小于1 mm 的相应增加,其中高通量水口液位波动小于1.0mm 的比例在80%90 %之间,而原水口则在50 %60 %之间。所以使用高通量水口,液位波动相对减小。图1.2a sen穿孔图（6）铜板的表面质量当铜板表面有大的划伤、裂纹或铜板变形,都可能使该处保护渣流入不均匀,渣层厚度不一,导致保护渣润滑和传热能力的恶化,从而造成粘结或“出血”型漏钢。如图1.2 (b) 所示,该图为在铜板弯月面处有很多裂纹,导致铜板传热不好造成的漏钢。图1.2（b）铜板表面质量图（7）设备问题若格栅、扇形段辊子不对中、长期使用未更换或润滑油打入不够导致死辊产生增大拉坯阻力,也会导致拉

21、漏。（8）工艺及操作在换包时,要求操作人员保证快速换包并且大包不下渣,因为在浇注过程中,中包内钢水保持在60t左右,正常换包时,中包内一般在45t ,若由于烧氧等原因导致中包液位较低(30 t 左右) ,那么新的一包钢水打开时,中包的渣子会随着钢流的冲入而卷入到水口区,进入结晶器导致卷渣漏钢。同时保护渣要少加,勤加;在挑渣圈时,要慢,要轻。1.3常见漏钢的几种形式和危害漏钢是连铸生产最严重的事故之一， 漏钢带来的直接经济损失及对生产组织的有序性都有巨大的影响。因此，减少漏钢的发生频率成为连铸技术人员关注的重点之一。冶金工作者通过借鉴以往大量漏钢的经验， 并结合数学模型形成了基于各种原理的结晶器

22、漏钢预报系统， 通过不断地改进完善， 目前漏钢预报系统已广泛应用于连铸生产中2-3。在连铸生产过程中，漏钢不仅会影响连铸生产，增加维修量和维修成本，而且使机械设备受到损害。常见的漏钢形式有：开浇漏钢、悬挂漏钢、裂纹漏钢、夹渣漏钢、切断漏钢、粘结漏钢。1.3.1开浇漏钢开浇漏钢是指引锭头刚拉出结晶器下口即漏钢,主要原因是:塞引锭头时加入冷料过多或过少、杂质过多或有油污、引锭头与结晶器壁间的缝隙没有塞严、出苗时间短、开浇时钢流过大将冷料冲散等; 设备原因有结晶器与扇形段对弧不准等情况都极易产生开浇漏钢4。1.3.2悬挂漏钢结晶器内初生坯壳局部和结晶器铜板内腔或角缝挂住,或由于冒钢造成坯壳与结晶器上

23、沿挂住而引起的漏钢。通常是由于结晶器角缝过大, 结晶器铜板内腔表面变形等原因导致悬挂漏钢。1.3.3 裂纹漏钢（1）裂纹漏钢形成的机理铸坯的表面纵裂纹在结晶器内产生, 由于热流分布不均匀, 造成坯壳生长厚度不均, 在坯壳薄的地方产生应力集中; 静压力随坯壳往下移动呈直线增加, 静压力使得坯壳往外鼓, 表面裂纹进一步扩展,从而导致纵裂漏钢。（2）裂纹漏钢原因有很多因素对连铸板坯表面裂纹的形成和发展存在影响。这些影响一般可分为化学成分和工艺、设备三方面因素。1) 钢水中的硫对钢坯表面横裂及纵裂有很大的影响, 铌、钒、钛、铬、镍、钴等合金元素对板坯角裂存在较大影响。2) 铸机拉速、浇铸温度、板坯断面

24、尺寸、结晶器冷却情况、保护渣、二冷配置、浸入式水口设计、插入深度、液面波动及铸流单滚或不规则滚动等工艺状况对钢坯表面裂纹影响较大。3) 结晶器渣线附近镀层脱落或结晶器铜板水冷沟槽内有异物, 结晶器冷却水流量波动大, 使结晶器铜板在水冷过程中冷却不均匀, 液态钢水在结晶器内凝固坯壳薄厚不一, 坯壳间产生内应力, 在薄处产生裂纹或在振痕波谷处产生裂纹, 拉出结晶器后产生纵裂漏钢 。（3）裂纹漏钢坯壳特征纵裂坯壳特征是铸机在拉钢过程中沿板坯纵向产生近似直线裂纹, 由该裂纹产生的漏钢如图1.3.1所示, 在板坯表面产生圆饼状叠层, 其中部凹陷。通过纵裂漏钢产生部位分析, 裂纹多产生在宽面中心线左右各1

25、/ 4 区域内距弯月面100 150mm, 裂纹宽度5mm2min，每次变动幅度=0.2m/min,以避免结晶器内钢水液面的大幅波动。4）对不同的钢种和断面选用不同的浸入式水口和保护渣，以保证结晶器内的热流和合理的渣层结构。5）适当下调结晶器宽面和中间插件的水量和增加两侧弧的锥度，以提高两侧弧的热流量，保证角部坯壳的均匀凝固。6）配合中间包连续测温，加强大中包调温，降低中间包钢水过热度。7）优化双浇断面匹配，改进二冷水嘴布置，足辊区采用喷水冷却，以保证足辊的开口度和铸坯的均匀冷却。1.3.4异物卷入漏钢（1）异物卷入漏钢产生的原因1) 中间罐内耐材剥落, 结晶器内保护渣结成渣条,大颗粒的氧化物

26、(主要是Al2O3)夹杂是造成异物卷入的直接原因。2) 浸入水口角度、结晶器液面波动幅度及铸流滚动形式对异物卷入有很大影响。(2)异物卷入漏钢产生机理从浸入式水口流出的钢水直接撞击到窄面处,分为上升流和下降流,即铸流在结晶器内双滚,当异物( 大颗粒耐火材料或Al2O3夹杂)从浸入式水口的吐出孔冲出,撞击到窄面处,被下降流带到熔池深处, 会形成内部夹杂; 如果受上升流影响,随上升流沿窄面上行,就有可能被弯月面捕获,在窄面坯壳下形成皮下夹杂,使异物镶在坯壳表面由于异物的导热系数和凝固系数与钢水不同, 异物与坯壳之间温差较大,产生较大的热应力,导致异物与坯壳周围产生裂纹, 从而影响坯壳的均匀生长,造

27、成局部坯壳过薄,坯壳出结晶器后,如果坯壳的厚度不足以抵抗钢水的静压力,就会发生漏钢事故。(3)异物卷入漏钢坯壳特征坯壳特征: 漏钢后一般可在坯壳漏钢部位看到明显的结渣,坯壳清理完后有明显的不规则孔洞( 50mm cr ；tltcr(表示温度变化率)；2)发生温度变化的顺序应为从左到右再到左或从右到左再到右交替发生。3)在热电偶正常工作的情况下，到相邻最近的热电偶发生温度变化的时间t2 =（l0-2l）/(0.7V拉速.ctga)或2l/(0.7V拉速.ctga)(l为变量，且0ll0)交替变化，t的区间为0t2粘钢检查值，T-宽面=TC-检查值-TC-M（式一）其中：T-宽面：宽面温差TC-检

28、查值：检查点的热电偶温度TC-M：弯月面的温度TS-M粘钢偏差极限，TS-M=TC-M（现在）-TC-M（以前）/时间（现在）-时间（以前）（式2）其中：TS-M:弯月面温度梯度TC-M(现在)：弯月面热电偶实际温度TC-M(以前)：弯月面热电偶前次检测温度如果低于弯月面的热电偶满足以上两个条件，则被标注为“粘钢ON”且每图2.1.1 在宽面上的粘钢探测原理个宽面的“粘钢ON计数器”都要增加。如果宽面上的“粘钢ON”热电偶的总和=粘钢预报计数极限，就会产生一个粘钢报警。粘钢报警计数极限和粘钢报警计数极限是在画面由工艺工程师进行手动设定。1.在窄面上的粘钢探测原理在窄面面上的粘钢探测原理与在宽面

29、上的探测原理相似，不过温度比较是前三排同其他排进行，前三排的作用和宽面算法中的弯月面的作用相同。把每一列前三排的热点偶的温度值Y相比较，然后看是否出现带有粘钢特征的温度逆増现象发生，如下图2.1.2所示。图2.1.2 在窄面上的粘钢探测原理T-窄面10, T-窄面=TC-Y-TC-X（式3）其中：T-窄面：窄面温差TC-Y：热电偶Y温度TC-X：热电偶X温度TS-窄面粘钢偏差极限，TS-窄面=TC-X（现在）-TC-X(以前)/时间（现在）-时间（以前） （式4）其中TS-窄面：窄面温度梯度TC-X（现在）：热电偶X实际温度每列X在1到3内变化，而Y在X+1到X+6内变化。如果在同一列上的两个不相邻的热电偶符合以上条件。例如（K=1，Y=3）（X=1，Y=4）2局部过热点探测及运算原理对于某点热电偶判断是否局部过热，应由如下图2.1.3所示进行检查：图2.1.3局部过热点检测原理TC-梯度（X，Y）（现在）=TC-温度（X,Y）-TC-温度（X,Y）（以前）/时间（现在-时间（以前）（式5）其中：TC-温度（X,Y）（现在）：热电偶（X,Y）的实际温度TC-温度（X,Y）（以前）：热电偶（X,Y）在前一个回路的温度对于两个连续的回路，当温度梯度大于漏钢偏差极限时，即（TC-梯度（X,Y）（现在）漏钢偏差极限），同时（TC-梯度（X,Y）（以前）漏钢偏差极限），则说明热电偶探