液面自控系統(tǒng)在連鑄中的應(yīng)用

肜景玉

（天津天鐵冶金集團(tuán)煉鋼廠，河北涉縣 056404）

液面自控系統(tǒng)在連鑄中的應(yīng)用

肜景玉

（天津天鐵冶金集團(tuán)煉鋼廠，河北涉縣 056404）

闡述了液面自動(dòng)控制系統(tǒng)在天鐵煉鋼5機(jī)5流圓坯連鑄工序中的應(yīng)用過程。介紹了液面自控系統(tǒng)的組成及控制原理，對(duì)應(yīng)用中出現(xiàn)的液面控制不穩(wěn)、數(shù)字電動(dòng)缸動(dòng)作不靈活等現(xiàn)象原因進(jìn)行了分析和探討，提出了改進(jìn)方案。改進(jìn)后保證了鋼水液面自動(dòng)控制系統(tǒng)正常工作，提高了鑄坯質(zhì)量，降低了漏鋼率，提高了生產(chǎn)效率。

連鑄；自控制系統(tǒng)；銫源塞棒

1 引言

天鐵煉鋼現(xiàn)有板坯、方坯和圓坯3種連鑄工藝生產(chǎn)線，其中的3臺(tái)方坯連鑄機(jī)和1臺(tái)圓坯連鑄機(jī)承擔(dān)著煉鋼廠大部分生產(chǎn)任務(wù)，是后續(xù)加工板帶、棒線材等產(chǎn)品，確保公司效益增長(zhǎng)點(diǎn)的重要工序組成。在連鑄生產(chǎn)中，保證鋼水液面的穩(wěn)定性是生產(chǎn)工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，當(dāng)鋼水液面波動(dòng)大時(shí)，會(huì)引起卷渣及坯殼厚度不勻而造成鋼坯質(zhì)量缺陷。液面波動(dòng)過大或工人未采取及時(shí)有效的干預(yù)處理時(shí)，則會(huì)引發(fā)漏鋼，造成重大的生產(chǎn)事故。同時(shí)方坯和圓坯由于斷面小、拉速快，若僅憑人工觀察液面高度手動(dòng)調(diào)節(jié)拉速，容易斷流或漏鋼。為了避免因鋼水液面波動(dòng)引發(fā)質(zhì)量問題和生產(chǎn)事故，5機(jī)5流圓坯2號(hào)機(jī)改造時(shí)，為其增加了銫源塞棒液面自控系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)塞棒升降結(jié)合控制拉坯拉速來控制鋼水液面高度。該系統(tǒng)將鋼水液面波動(dòng)控制在±3 mm精度范圍內(nèi)，有效預(yù)防和減少了漏鋼，消除了因卷渣引起的渣坑、重接等質(zhì)量缺陷，在降低工人勞工強(qiáng)度改善工作條件的同時(shí)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2 液面自動(dòng)控制系統(tǒng)

2.1 控制原理

中間包的鋼水經(jīng)由水口流入結(jié)晶器時(shí)，銫源放射源發(fā)出射線對(duì)其進(jìn)行照射?；阡撍钃跏股渚€產(chǎn)生衰減，且衰減作用與鋼水液面高度成正比，即對(duì)射線衰減作用最大時(shí)是當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面在最高上限值時(shí)；液面高度的降低，對(duì)射線的衰減作用隨之減弱，當(dāng)液面降至下限時(shí)，則幾乎不衰減。二次儀表將射線甄別成型，繼而轉(zhuǎn)化為指示液面高度的電流模擬量。同時(shí)數(shù)控塞棒控制系統(tǒng)通過液面計(jì)，準(zhǔn)確檢測(cè)結(jié)晶器內(nèi)的鋼水液面，并實(shí)時(shí)地把液面信號(hào)送給中央處理機(jī)PLC，PLC根據(jù)實(shí)際液面和設(shè)定液面的比較，綜合實(shí)際拉速和塞棒開口度，來適當(dāng)調(diào)整塞棒的開口度，調(diào)節(jié)鋼水的流量，從而保證結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面的穩(wěn)定。實(shí)現(xiàn)恒拉速定液面連鑄自動(dòng)控制，保證了鋼坯的質(zhì)量。銫源塞棒控制系統(tǒng)見圖1。

圖1 銫源塞棒控制系統(tǒng)流程圖

2.2 控制結(jié)構(gòu)

銫源塞棒液面自控系統(tǒng)由中央處理單元PLC、顯示操作界面和參數(shù)設(shè)定與修改單元（工控機(jī)）、液面測(cè)量單元——銫源型鋼水液面控制儀（RAM智能二次儀表、接收器、帶放射源的源柱、存儲(chǔ)鉛罐）、操作箱單元（點(diǎn)動(dòng)按鈕和信號(hào)指示燈、液面光柱顯示儀、二檔帶燈選擇開關(guān)、轉(zhuǎn)換開關(guān)）、執(zhí)行單元（電動(dòng)缸、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、驅(qū)動(dòng)器電源控制電源和空氣開關(guān)、塞棒啟閉機(jī)構(gòu)）等組成。液面自控系統(tǒng)框圖見圖2。

圖2 液面自控系統(tǒng)框圖

3 應(yīng)用過程

3.1 液面自控系統(tǒng)應(yīng)用效果

（1）液面自控系統(tǒng)中二次儀表經(jīng)PID運(yùn)算后調(diào)節(jié)優(yōu)化的實(shí)際鋼水液面，將澆鑄過程中拉速差與拉速加速度的變化量穩(wěn)定在每秒鐘±0.05 m/min，平穩(wěn)的拉速變化使液面波動(dòng)控制在±5 mm的范圍內(nèi)。液面波動(dòng)小，保護(hù)渣在結(jié)晶器中形成了穩(wěn)定的三層渣結(jié)構(gòu)，彎月面很好地吸附夾雜，防止卷渣現(xiàn)象的發(fā)生。同時(shí)，穩(wěn)定的液面減少了鋼水內(nèi)部的應(yīng)力，從而降低了后續(xù)軋鋼工藝中裂紋率，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）穩(wěn)定的拉速很好地控制了鋼坯表面冷卻溫度的均勻，使鑄坯的表面和亞表面的質(zhì)量得以提高，有效減少后續(xù)精整工序作業(yè)量；同時(shí)良好的鋼坯質(zhì)量為下道熱軋制打下了基礎(chǔ)，減少了工藝流程的中間環(huán)節(jié)，降本增效。

（3）對(duì)鋼水液面高度的有效控制，結(jié)晶器可以持續(xù)保持穩(wěn)定的高液位，使一次冷卻的作用得到更大的發(fā)揮，從而對(duì)連鑄機(jī)的長(zhǎng)周期高產(chǎn)量運(yùn)行提供了保障。

（4）使用鋼水液面自控系統(tǒng)后，減輕了崗位操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效地減少了斷流、漏鋼事故，保障了工人的作業(yè)環(huán)境安全。

3.2 應(yīng)用中出現(xiàn)的問題及分析

銫源塞棒液面控制系統(tǒng)投入應(yīng)用以后，取得了良好的效果，但在運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)如下狀況：

（1）液面自控系統(tǒng)項(xiàng)目施工時(shí)鋪設(shè)電纜選用了耐高溫電纜，但由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，電纜長(zhǎng)期處于高溫環(huán)境，容易出現(xiàn)絕緣損壞、線路短路等故障，不僅影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，而且電氣在檢修的過程中作業(yè)難度大、檢修時(shí)間長(zhǎng)，從而對(duì)生產(chǎn)造成延誤。

（2）自動(dòng)控制模式下，多次出現(xiàn)液面不穩(wěn)、不能自動(dòng)控制的狀況，在此非正常情況下只能轉(zhuǎn)手動(dòng)澆鑄，對(duì)崗位工人操作水平和應(yīng)變能力有較高要求，這種突發(fā)狀況容易引發(fā)生產(chǎn)險(xiǎn)肇事故。

（3）數(shù)字電動(dòng)缸在連續(xù)使用幾個(gè)月后，出現(xiàn)了動(dòng)作不靈活，甚至運(yùn)行過程中卡死現(xiàn)象，檢查中將電動(dòng)缸在相對(duì)干燥清潔的室內(nèi)環(huán)境中打開，發(fā)現(xiàn)其軸承滾珠絲杠懸臂端磨損情況嚴(yán)重。分析原因?yàn)槭褂脜^(qū)域溫度較高，電動(dòng)缸潤(rùn)滑油碳化或高溫?fù)p耗，造成潤(rùn)滑失效，進(jìn)而出現(xiàn)軸承磨損。

3.3 問題的改進(jìn)

（1）接收器線路防護(hù)。雖然使用耐高溫電纜，但基于高溫高濕的環(huán)境，仍出現(xiàn)電纜過熱燒損等故障。因此，改變線路走向的同時(shí)，用石棉布進(jìn)行防護(hù)。為適應(yīng)快節(jié)奏生產(chǎn)需要，將耐高溫、防水的液壓管套在電纜外面，以實(shí)現(xiàn)電纜的快速更換。同時(shí)，針對(duì)接頭處易受潮濕環(huán)境影響的問題，對(duì)線頭進(jìn)行了干燥后涂抹J-50快干膠來防潮防腐蝕，實(shí)際應(yīng)用效果良好。

（2）液面不穩(wěn)自動(dòng)控制調(diào)節(jié)失效。對(duì)于這一難題，檢修技術(shù)人員進(jìn)行了長(zhǎng)期的跟蹤，對(duì)每一澆次各個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)全面采集，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)詳細(xì)分析研究，在監(jiān)測(cè)過程中遇到偶發(fā)不能自動(dòng)控制的情況時(shí)，電氣檢修人員與當(dāng)班崗位工人共同探討。數(shù)澆次后，發(fā)現(xiàn)接收器的晶體與光電管出現(xiàn)少許錯(cuò)位，致使接觸不良引起。在嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)范的情況下進(jìn)行重新調(diào)整、安裝，從而解決這一少見的技術(shù)問題。

（3）數(shù)字電動(dòng)缸動(dòng)作不靈活。將軸承更換后數(shù)字電動(dòng)缸恢復(fù)正常。為避免再次發(fā)生問題，規(guī)定對(duì)所有數(shù)字電動(dòng)缸進(jìn)行定期檢查，確定每個(gè)澆次加一次潤(rùn)滑油，發(fā)現(xiàn)磨損及時(shí)更換軸承。

3.4 改進(jìn)的效果

對(duì)電纜進(jìn)行合理的防護(hù)以及周期性潤(rùn)滑之后，保證了液面控制系統(tǒng)的長(zhǎng)周期的穩(wěn)定運(yùn)行，通過對(duì)出現(xiàn)液面不能自動(dòng)控制等問題進(jìn)行集中的探討分析，組織技術(shù)人員舉辦專題講座授課，使每個(gè)崗位操作工人和檢修技術(shù)人員對(duì)系統(tǒng)原理、組成和使用的方法技巧有所掌握，從而對(duì)設(shè)備的使用更加熟練，維護(hù)起來更有目的性和針對(duì)性，降低了設(shè)備故障率。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過液面自動(dòng)控制系統(tǒng)在天鐵煉鋼5機(jī)5流圓坯連鑄機(jī)的應(yīng)用，對(duì)使用過程中現(xiàn)場(chǎng)電纜的防護(hù)鋪設(shè)、液面不穩(wěn)以及數(shù)字電動(dòng)缸不靈活等故障問題加以處理解決。系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，拉速穩(wěn)定，液面波動(dòng)控制精度在±5 mm內(nèi)，控制精度高、穩(wěn)定性好；減少了保護(hù)渣的使用，有效控制了噸鋼成本，大幅降低了因液面波動(dòng)而產(chǎn)生的鋼坯表面裂紋缺陷；提高了鑄坯質(zhì)量，降低了漏鋼率，保障了生產(chǎn)安全；大幅度降低拉鋼工和設(shè)備維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，使生產(chǎn)效率得到很大提高。

Application of Automatic Level Control System to Continuous Casting

RONG Jing-yu

(Steel-making Plant,Tianjin Tiantie Metallurgical Group,She County,Hebei Province056404,China)

The paper expounds the application process of automatic level control system for five machine and five strand round billet caster at Tiantie Steel-making Plant.The author introduces the constitution and control principle of automatic level control system,analyzes and discusses the causes of unstable level control and inflexible movement of digital and electrical cylinder and puts forward an improvement plan.After modification the normal operation of automatic steel level control system was ensured.Billet quality was improved and breakout rate lowered.The productivity was increased.

continuous casting;automatic control system;cesium sourced stopper rod

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.03.008

2014-01-04

2014-01-26

肜景玉（1982—），女，主要從事煉鋼廠儀表電氣自動(dòng)化控制工作。