攀鋼1#方坯連鑄結晶器液位控制系統改造

李永超

(攀鋼提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

攀鋼1#方坯連鑄結晶器液位控制系統改造

李永超

(攀鋼提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

通過采用Cs137替代Co60檢測結晶器液位,對攀鋼1#方坯連鑄機結晶器液位控制系統進行了改造。結果表明,采用Cs137檢測能有效地消除Co60檢測存在的缺陷,取得了很好的效果。

連鑄;結晶器液位控制;Cs137;Co60

1 引言

攀鋼1#方坯連鑄機是從奧地利VAI公司引進的一臺全弧形6機6流大方坯連鑄機,設計年產量為120萬噸。而連鑄機結晶器鋼水液位自動控制是實現連鑄設備自動化的關鍵設備,是保證連鑄正常生產操作,防止澆鑄事故,減少和避免漏鋼、溢鋼,提高鑄坯質量的有效技術。2009年4月開始,在攀鋼1#方坯連鑄機上進行了改造試驗,采用Cs137替代Co60進行結晶器液位檢測,液面檢測穩定,實現了對重軌等高品質鋼的質量穩定控制,使用效果較好。

2 原結晶器液位控制系統及存在的缺陷

攀鋼1#方坯連鑄機于2003年9月投產,1#方坯連鑄機結晶器液面檢測系統原采用德國berthold公司生產Co60型LB352液面計,控制系統采用SEIMENS C7控制器,液位控制精度在穩定工作狀態時約±3mm,性能穩定。然而Co60的半衰期短,僅5年半,每5年就得更換一次放射源,這不但增加設備成本,而且Co60的生產、儲存、辦證、回收等工作也非常繁瑣;且Co60放射源的辦證和采購周期長(半年以上),手續繁瑣,維修不便,對生產沖擊大;同時,備件價格高,Co60液位檢測接受器(閃爍計數器)的價格為6～7萬,二次儀表十多萬一臺;Co60放射劑量較高,對環境影響較大。

目前,國內外結晶器液位檢測的主要方法有:放射性同位素法(Cs137或Co60)、熱電偶法、激光法、電磁法、渦流法等[1]。其中渦流法、浮子法主要用于板坯連鑄機,熱電偶法、激光法、電磁法、紅外攝像法目前國內應用較少。

3 結晶器液位控制系統構成和工作原理

3.1 系統構成

結晶器液位控制系統由放射源、傳感器、二次儀表、控制系統和執行機構組成。如圖1所示。

圖1 系統構成圖

3.2 工作原理

結晶器液位檢測系統用于測量結晶器內鋼水的實際液位,該檢測方法是一種放射測量方法。該測量方法利用放射射線穿透物質被吸收的物理原理(如圖2),產生的檢測結果由比例I/IO關系得出,該比例關系是被待測物料衰減了的輻射強度I與未衰減的輻射強度IO之比。基本的測量結構如圖2所示。輻射強度計算方法根據以下數學方程式:I= IO*exp(-μρd)(μ為物質的總衰減系數),該方程式表明在一定的放射源強度和相應的質量衰減系數條件下,檢測結果僅僅依賴于產品密度ρ和檢測路徑d。既然檢測路徑d是不變的,物質密度可能隨著某種檢測路徑變化,但由于是指數函數的原因它不會有很大影響。該檢測方法不會受被檢測產品化學和物理特性影響。基于以上所述原因,輻射檢測原理保證了檢測的高可靠性。

圖2 結晶器液位檢測系統原理圖

4 結晶器液位控制系統改造內容

通過對各種結晶器液位檢測方法的比較,針對攀鋼1#方坯拉速較快,控制精度要求高(±3mm)的特點,結合國內外結晶器液位檢測的經驗,攀鋼1#方坯鑄機結晶器液位控制系統本次改造選用鐳目公司RAM型Cs-137鋼水液位控制系統。該系統具有信號集中,靈敏度高,半衰期長,液面有較少波動的特點,使用與維護方便,符合我廠實際生產的需要[2]。

本次改造內容包括對放射源、傳感器、二次儀表的改造,控制系統及執行機構采用原有設備,充分利用原控制系統穩定、故障率低的特點。

5 Cs137液位檢測控制系統

5.1 系統特點

RAM型Cs-137鋼水液位控制儀是鐳目公司液位控制系列化產品之一,采用以Cs-137代替Co-60的技術,使照射劑量降低22倍,壽命延長6倍,熔點提高575℃,源罐重量輕3～5倍,極大地方便了儀器的裝拆和保護。同時,儀表接受器采用新型高靈敏度晶體,使靈敏度提高40倍,與國外Cs-137的同類產品比較,銫源活度減小33倍,即使用的銫源更小。

二次儀表采用智能化和集成化技術,通過鍵盤人機對話設置參數,大屏幕彩屏液晶實時跟蹤現場情況,具有高度的可靠性、精確度,可儲存四組不同的斷面數據,使用更加方便。

該系統可連續測量結晶器的鋼水液面,并能在線切換不同鋼坯斷面參數,輸出隨液面高度線性變化的電壓或電流模擬量,送給液位調節系統,從而實現自動控制拉坯或澆鋼速度,并且使鋼水液面穩定地保持在預定的高度上,因此可提高連鑄機作業率,保持鋼錠質量,并且減輕澆鑄工人的勞動強度,同時大大減輕了維護人員的工作強度。

5.2 二次儀表工作原理

Cs-137源發射的γ射線通過水套和銅管射到接受器上,產生電脈沖。電脈沖通過屏蔽電纜輸入到二次儀表,經放大、分析之后送主機(參看圖3),形成脈沖計數N,N值隨結晶器內實際的液面高度成比例變化。因此,可通過N值,計算出液面高度H及與H成線性的電壓或電流模擬量,送到二次儀表后面板,用于控制塞棒位置或拉矯機的拉速,保持結晶器中的鋼水液位穩定。控制儀的工作參數可根據現場的實際情況,通過二次儀表前面板上的鍵盤進行修改。

圖3 電路方框圖

5.3 放射源

5.3.1 放射源特征

放射源采用銫137同位素,具有良好的穿透性。在采用超靈敏脈沖傳感器后,所用銫源活度小。

放射源經屏蔽防護后,放射輻射劑量當量水平在國家安全標準范圍內,所以無需防護部門定期檢查。

5.3.2 放射源的防護

工業應用的放射源總是嚴格密封的放射源。它們通常被緊緊焊在穩固的不銹鋼容器中,因此放射源不會泄漏,也不會污染環境。而且根據物理學原理,由放射源照射激活被檢測的產品是不可能的。

5.3.3 銫137與鈷60特性對比(見表1)

5.4 傳感器

5.4.1 傳感器特征

傳感器采用高靈敏度脈沖傳感器,其傳感器主體部分是由高靈敏的晶體和光電倍增管組成。輸出為數字脈沖信號,抗干擾能力強。采用BGO晶體作為傳感器的晶體(專利技術/目前世界最先進技術),靈敏度較NaI晶體(國外目前所用)高3～8倍(包含傳感器采用特殊的接受方式而提高的靈敏度)。

5.4.2 傳感器組成及各部分功能

傳感器組成包括晶體、光電倍增管、前放、高壓電路板。銫137發出的射線打在晶體上,晶體就產生熒光,這些熒光又打在光電倍增管的光陰極上,光陰極發出電子并被放大成電脈沖。脈沖經前放放大后送入二次儀表。高壓板產生直流高壓(600V～800V),給光電倍增管提供工作電壓。

5.4.3 傳感器與其他同類產品的對比(表2)

表1 銫137與鈷60特性對比

表2 不同接受體的傳感器檢測測靈敏度對比

6 改造后系統使用效果

2009年4月,對1#方坯連鑄機一流實施改造,通過近6個月的試驗觀察,到2009年10對2-6流液位檢測全部改造完成,通過近4年的使用,實踐證明,改造后Cs-137使用情況比較好,液面檢測穩定。其改造后系統與改造前系統控制精度相當,能滿足生產要求。

為比較改造前后的解決器液位控制效果,于2009年5月21日,對1#方坯連鑄機結晶器液位控制系統改造后與改造前控制曲線進行對比分析,情況如下(1流為改造后CS-137放射源,2流為改造前CO-60放射源)。

6.1 改造后系統波動范圍曲線從圖中看出,改造后液位控制系統正常波動范圍在±2mm,最大波動為2.6mm。

6.2 改造前系統波動范圍曲線

從圖中看出,改造后液位控制系統正常波動范圍在±2mm,最大波動為2.3mm。

6.3 改造后系統長時間控制曲線

從控制曲線看出,改造后系統長時間控制穩定,液位波動較小。

6.4 改造前系統長時間控制曲線

從控制曲線看出,改造前系統長時間控制穩定,液位波動較小,曲線毛刺稍多。

7 結語

(1)通過控制曲線對比看出,改造后液位使用情況較好,液面檢測穩定,改造后系統與改造前系統控制精度相當,達到了鋼液面波動控制在±3mm內,液面能夠保持長期穩定;正常投運率≥99%,系統響應時間≤0.1秒的目標。

(2)通過勞研所提供的環境檢測報告,銫137放射源輻射劑量(在距源容器1米處的劑量當量率限值)＜2.5μSv/h。采用CS-137代替CO-60的技術,使照射劑量降低22倍,壽命延長6倍,溶點提高575℃,達到了安全和環保的要求。

(3)銫半衰期為30年,鈷半衰期為5.27年,源罐重量減輕3-5倍,儀器的裝拆方便,減輕澆鑄工人的勞動強度,設備成本和維護成本大大降低,提高了連鑄機的作業率。

[1] 王維.連續鑄鋼500問.北京,化學工業出版社,2009.04:84-85.

[2] 宋東飛.方坯連鑄結晶器液位控制系統.冶金動力,2004(5):80-82.

Transformation of the Mould Level Control System of PZH Steel 1#Conticaster

LI Yong-chao
(Vanadium Recovery&Steelmaking Plant of PZH Steel,Panzhihua 617062,Sichuan,China)

By substituteing Cs137 for Co60 to detect the mold level,Had remoulded the mould molten steel level control system of the 1#continuous casting plant of PZHsteel.The results shows,It had effectively eliminated the limitation that using Cs137 instead of Co60 to the mould level detection,Good results have been achieved.

continuous casting;the mould level control;Cs137;Co60

TF341

:A

1001-5108(2015)03-0036-05

李永超,工程師,主要研究煉鋼及連鑄工藝設備。