板坯連鑄機二次冷卻水量對鑄坯質量的影響與控制措施

閆 彪

（河北鋼鐵集團 唐鋼信息自動化部，河北 唐山 063000）

在現代大型鋼鐵企業里，生產環節主要包含煉焦，煉鐵，煉鋼，連鑄，軋鋼。其中連鑄環節的作用就是通過結晶器、扇形段拉矯機等設備，使1600℃左右的高溫液態鋼水，冷卻凝固成為固態的板坯，以供軋機軋制。其中結晶器的作用是先生成表面坯殼，而板坯殼內的液心則需要在扇形段拉矯機的二次冷卻水下進行逐漸冷卻凝固。

圖1 板坯連鑄機二次冷卻水量過程

1 連鑄機二次冷卻水的冷卻過程概述

二次冷卻水是通過在扇形段內弧和外弧均勻分布的噴淋水嘴，與高壓氣體混合后噴射在紅熱鑄坯表面，再通過鑄坯外殼逐漸傳導內部液心，以達到整個鑄坯冷卻凝固的目的。根據生產工藝要求，不同的鋼種對應不同的冷卻程序，即冷卻水表，扇形段從上到下的每個區域對水量大小也有嚴格要求，并且隨著鑄坯拉速的改變，水量也會自動根據實時拉速，進行相應的調整。這個調整過程的控制，是一個閉環的控制，通過流量傳感器采集到的水量信號，以模擬量傳回PLC輸入模板，比較與設定水量的大小，從而判定水閥的開度，再通過輸出模板將模擬信號傳到現場的氣動控制閥門。

2 二次冷卻水量波動對鑄坯質量的影響

高溫液態鋼水在凝固成型的過程中，冷卻強度的的控制，是這個環節的關鍵，過快的冷卻速度，會導致鑄坯提前變硬，給扇形段的矯直帶來困難，并且給拉矯電機帶來過大負載，嚴重時可能損害設備；而冷卻強度不夠時，鑄坯外殼不能及時散熱，導致鑄坯表面又薄又軟，在內部液態鋼水的垂直壓力下，可能引起鑄坯的局部變形，并且由于扇形段的反復擠壓，內部鋼水間斷性的回涌到結晶器，造成結晶器內鋼水液面的波動，嚴重時影響拉坯速度，甚至引起漏鋼事故。冷卻水閥門調節的頻率和每一次開度調整的比例，直接影響了冷卻水量的穩定性，而二次冷卻水的不穩定，也會導致鑄坯質量出現問題，鑄坯外型出現“鼓肚”，“臺階”還有“梯形”等等狀況。所以說，二次冷卻水自動調節設備的平穩運行，是連鑄車間生產鑄坯質量的關鍵所在。

3 連鑄機二次冷卻水量保持穩定的措施

冶金鋼鐵企業里，連鑄機生產線的扇形段中二次冷卻水流量調節的準確性與穩定性，不僅僅影響著企業生產節奏運行的穩定性，更影響著連鑄板坯工藝的質量。而且隨著提產量提拉速的常態化，對鋼水液面穩定性的要求也在不斷加大。在2018年一年當中，由于二次冷卻水的穩性問題，不僅多次影響了產品質量，更會造成生產損失。所以我們要對1700連鑄生產線冷卻水量進行必要性的整改措施和維護。

前面提到，冷卻水閥門調節的頻率和每一次開度調整的比例，直接影響了冷卻水量的穩定性。將我單位1700連鑄機的冷卻水流量采樣曲線錄入FDA數據采集系統監控系統，采用FDA數據采集系統對傳感器狀態實時監控，對冷卻水閥門開度和流量通過PID調節的比例系數和調節時間進行分析。

圖2 PID調節的比例系數和調節時間

通過圖的觀察，我們就可以發現比例系數的設定和調節時間的取值，跟二次冷卻水閥門的開度有著密切的關系，倘若調節時間設定偏大，則二冷水閥門響應的速度就會變遲緩，水量調節的速度難以跟上拉坯速度的變化；倘若調節時間偏小，則二冷水閥門響應的速度過于敏感，導致水流量的波動，時大時小。比例系數的設置，同樣會導致水量變化的延遲或是敏感，所以調節時間和比例系數的配合是水量穩定的關鍵。

圖3 實時采集水量波動的異常曲線值

圖4 實時采集水量波動的正常曲線值

通過兩組圖的觀察，我們發現正常時檢測到的曲線采樣應是小范圍波動的穩定調節，而不是大范圍的起伏波動曲線。

除了在控制界面進行的比例系數與調節時間的設置，我們還要定周期檢查氣動調節閥門內的開度執行器，利用設備的檢修時間對相應的二次冷卻水閥門內的執行器進行零點位置標定，消除零點漂移，校準閥門開度反饋信號，以確保在生產時處于良好的反饋狀態。

通過對主控界面中的比例系數和調節時間進行若干微調，在不同的模擬拉速下進行測試，得到既能水量及時調節，又能使水量隨拉速保持平穩調整的數據值。

因控制信號到現場傳輸距離較長，現場電路環境復雜，相對微弱的水量調節信號，因各種干擾導致水閥動作的誤差較大，所以采取信號抗干擾措施，屏蔽現場電磁干擾，對傳輸信號線進行全面的防護，并且定期檢查模擬量輸入輸出模塊的端子接頭是否有松動跡象，觀察接線觸點氧化情況，利用設備的檢修維護時間進行認真仔細的處理。

通過對我單位1700連鑄機二次冷卻水自動化設備控制系統的調整和維護，并將水量采樣曲線完整錄入FDA進行實時監測，采樣周期精確到20ms，提高了水量曲線采樣檢測精準度，根據采樣趨勢的變化曲線在檢修時進行調整，配合易損件的定期更換，以及定期對二次冷卻水閥門的執行器進行定位調整，使我單位1700連鑄機二次冷卻水量的穩定性得到了有效的提升，因此鑄坯產品的工藝和質量有了更好的控制與提高。