連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)算法研究

何玉偉

（鞍鋼聯(lián)眾（廣州）不銹鋼有限公司設(shè)備保障部，廣東 廣州 510760）

連鑄是把液態(tài)鋼澆鑄、冷凝和切割變成鑄坯的過(guò)程，高溫鋼液通過(guò)結(jié)晶器澆鑄，在一次冷卻、振動(dòng)系統(tǒng)、覆蓋粉潤(rùn)滑及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的共同作用下，實(shí)現(xiàn)板坯成型脫殼及連續(xù)生產(chǎn)。高溫鋼液在結(jié)晶器里成型的過(guò)程存在諸多不確定的因素，如果鋼液在結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生粘結(jié)，繼續(xù)高速拉坯將坯殼拉破將導(dǎo)致鋼液大量溢出，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，嚴(yán)重時(shí)可能造成人員傷亡，給安全生產(chǎn)帶來(lái)巨大的風(fēng)險(xiǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一次典型漏鋼造成的經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)20多萬(wàn)美元。實(shí)際生產(chǎn)中，在眾多的漏鋼事故中粘結(jié)漏鋼發(fā)生頻率最高，一般占各類(lèi)漏鋼事故的70%左右[1]。長(zhǎng)期以來(lái)，連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)作為國(guó)外大型冶金設(shè)備制造商（如奧鋼聯(lián)、達(dá)涅利、西馬克）的核心技術(shù)，其算法對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是一個(gè)黑匣子。出于對(duì)安全的考慮，系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)往往比較敏感，從而導(dǎo)致預(yù)警系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生失真，經(jīng)常性降速影響連鑄穩(wěn)定高速生產(chǎn)。本文以?shī)W鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)粘結(jié)漏鋼算法的研究，分析出兩種主要算法的工作原理，通過(guò)修改算法參數(shù)有效降低了失真預(yù)警次數(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)功能，實(shí)現(xiàn)連鑄更加安全、穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)。

1 奧鋼聯(lián)連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)概述

奧鋼聯(lián)結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)包含粘結(jié)漏鋼算法、結(jié)晶器液面算法、摩擦力算法、熱力學(xué)算法四個(gè)子系統(tǒng)，其中最為關(guān)鍵的是粘結(jié)漏鋼算法子系統(tǒng)。

連鑄結(jié)晶器包含寬面、窄面各兩塊銅板，每塊寬面銅板背面上下兩排各安裝7支熱電偶，每塊窄面銅板背面上下兩排各安裝2支熱電偶，熱電偶的溫度數(shù)據(jù)是連續(xù)實(shí)時(shí)的。通過(guò)鋼液在結(jié)晶器里產(chǎn)生粘結(jié)時(shí)熱電偶溫度的變化，根據(jù)不同的算法及條件激活產(chǎn)生漏鋼預(yù)警信號(hào)，工作原理如下：

結(jié)晶器寬面、窄面第一排的熱電偶可檢測(cè)到彎月面區(qū)域溫度變化，在澆鑄過(guò)程中，系統(tǒng)時(shí)刻把上排每個(gè)熱電偶檢測(cè)到的溫度和同列下排熱電偶所檢測(cè)到的溫度進(jìn)行比較，如圖1所示。

圖1 結(jié)晶器粘結(jié)漏鋼熱電偶溫度圖

如果彎月面的熱電偶同時(shí)滿足以下兩個(gè)條件，即把該熱電偶偵測(cè)區(qū)域判斷為“粘結(jié)”漏鋼區(qū)[2]，如果熱電偶上的“漏鋼預(yù)警”熱電偶的總和＞=漏鋼預(yù)警極限值，系統(tǒng)就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)漏鋼報(bào)警信號(hào)。

（1）△T＞漏鋼檢查值，△T=TC_檢查值—TC_M。

（2）TS_M＞漏鋼預(yù)警閥值，TS_M=[TC_M（現(xiàn)在）-TC_M（以前）]/[時(shí)間（現(xiàn)在）-時(shí)間（以前）]。

其中：△T：某熱電偶前后檢查點(diǎn)的溫差；TC_檢查值：檢查點(diǎn)的熱電偶溫度；TC_M：彎月面的熱電偶溫度；TS_M:彎月面溫度梯度；TC_M(現(xiàn)在)：彎月面熱電偶實(shí)際溫度；TC_M(以前)：彎月面熱電偶檢測(cè)時(shí)間區(qū)間前的溫度。

2 奧鋼聯(lián)連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)算法研究

奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器粘結(jié)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)共有十一種算法，最通用且最關(guān)鍵的是其中的溫度梯度算法和溫度梯度延伸算法兩種，具體研究分析如下。

2.1 溫度梯度算法

通過(guò)對(duì)系統(tǒng)軟件中內(nèi)部核心文件的研究，分析溫度梯度的算法原理為：正常生產(chǎn)狀況下，系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)間為4s，上排熱電偶與檢測(cè)溫度溫差為1.2℃，下排熱電偶與檢測(cè)溫度溫差為1.6℃，下排與上排溫差為0.4℃，當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)有鋼液粘結(jié)產(chǎn)生，檢測(cè)時(shí)間縮短為0.8s，溫度梯度限定范圍為0.92～0.5。

依照公式：溫度梯度=溫度變化值÷過(guò)程時(shí)間，鋼液粘接區(qū)上下1組熱電偶的溫度值變化情況如下：一開(kāi)始，粘接溫度變化值因?yàn)樯吓艧犭娕紲囟壬撸瑴囟茸兓?0.8×0.92=0.736℃；隨著坯殼向下運(yùn)動(dòng)，上排的熱電偶溫度下降，下排熱電偶溫度升高，在最小溫度變化值=0.8×0.5=0.4℃時(shí)，2條溫度曲線相交，從而產(chǎn)生一個(gè)“粘連預(yù)警”信號(hào)。結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)整體檢測(cè)時(shí)間區(qū)間=[0.8～3]s，溫度梯度=[0.9～-0.5]，上排熱電偶溫度變化值=[2.76～1.5]℃，下排熱電偶溫度變化值=[0.736～0.4]℃，任何滿足相交這個(gè)條件的熱電偶組都會(huì)產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號(hào)。

此算法設(shè)定了3個(gè)預(yù)警等級(jí)，1組熱電偶滿足上述條件定義為“非常靈敏”，3組熱電偶同時(shí)滿足上述條件定義為“一般靈敏”，系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)定值為“3”。即對(duì)應(yīng)此種算法的3個(gè)“粘連預(yù)警”信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)，產(chǎn)生1個(gè)“漏鋼預(yù)警”信號(hào)。

2.2 溫度梯度延伸算法

該算法與溫度梯度算法類(lèi)似，故稱為延伸算法。分析溫度梯度延伸算法原理為：正常生產(chǎn)狀況下，檢測(cè)時(shí)間為4s，上排熱電偶與檢測(cè)溫度溫差為0.55℃，下排熱電偶與檢測(cè)溫度溫差為0.45℃，下排與上排溫差只有0.1℃。當(dāng)結(jié)晶器內(nèi)有鋼液粘結(jié)產(chǎn)生，檢測(cè)時(shí)間縮短為0.35s，溫度梯度限定范圍為1.0～0.3，當(dāng)溫度變化值=0.3×0.35=0.105℃，這時(shí)2條曲線也相交，從而產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號(hào)。

表1 某鋼廠修改算法參數(shù)降低失真預(yù)警效果統(tǒng)計(jì)表

此種算法加入了溫度曲線突變33°的角度，當(dāng)溫度值變化角度超過(guò)90-33=57°，則系統(tǒng)認(rèn)為溫度突變，也要產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號(hào)。

此算法系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)定值為“3”，即對(duì)應(yīng)此種算法的3個(gè)“粘連預(yù)警”信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)，產(chǎn)生1個(gè)“漏鋼預(yù)警”信號(hào)。

分析設(shè)計(jì)這種算法的原因?yàn)椋寒?dāng)鋼液溫度高或冷卻水流量低，冷卻水流量不能及時(shí)把鋼液凝固，故上、下兩排熱電偶溫度曲線基本快重合了，這種狀況下連續(xù)澆鑄是很容易漏鋼的，而溫度梯度算法無(wú)法滿足激活條件。所以其首先用很小的溫度梯度區(qū)間[1.0～0.3]設(shè)置來(lái)縮小預(yù)警區(qū)間，且設(shè)定如果某支熱電偶溫度發(fā)生突變，則必須產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號(hào)。

3 連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)算法參數(shù)修改實(shí)證檢驗(yàn)

奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)非常智能化，針對(duì)每次漏鋼預(yù)警會(huì)進(jìn)行前后15min自動(dòng)錄像，通過(guò)系統(tǒng)軟件自帶的錄像播放功能，可以通過(guò)圖示化的方法詳細(xì)查看預(yù)警產(chǎn)生時(shí)各種工藝數(shù)據(jù)、產(chǎn)生預(yù)警的熱電偶狀況。通過(guò)開(kāi)啟播放時(shí)數(shù)據(jù)流界面，當(dāng)預(yù)警激活時(shí)，用鼠標(biāo)按住數(shù)據(jù)流界面，可以暫時(shí)固定住界面，可以看到預(yù)警激活的算法，這為算法原理實(shí)證檢驗(yàn)提供了極大的便利。通過(guò)對(duì)某鋼廠一段時(shí)期多發(fā)的失真漏鋼預(yù)警錄像進(jìn)行分析，對(duì)照算法原理進(jìn)行參數(shù)修改，有效降低了失真預(yù)警發(fā)生的次數(shù)，具體情況如附表1。

以上算法參數(shù)修改后實(shí)證檢驗(yàn)結(jié)果表明，算法的原理研究與實(shí)際契合度一致。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)溫度梯度算法和溫度梯度延伸算法的深入研究，分析出該系統(tǒng)的算法原理。通過(guò)算法參數(shù)的修改并在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)，再反推出算法原理分析的正確性，這對(duì)于我們掌握國(guó)外公司核心技術(shù)有一定的借鑒意義。我國(guó)連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)近幾年發(fā)展迅速，但與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定差距。如今連鑄工藝技術(shù)、AI、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，我們要想在行業(yè)里開(kāi)創(chuàng)新的格局，縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距或者實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的趕超，就必須要在科學(xué)知識(shí)和實(shí)踐操作相結(jié)合的前提下，不斷進(jìn)行專業(yè)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)核心系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)鋼鐵行業(yè)更好的發(fā)展。