2017年第3期 LYS Science-Technology& Management
一炼轧厂 文 峰
摘 要
利用连铸原有液面检测系统，编制PLC 控制程序，在拉速恒定的情况下，根据液面变化来改变塞棒的开口度，控制钢水流量，稳定液面。项目实施后，大大减少拉漏的生产事故，提高了钢坯的质量。 涟钢一炼轧厂原塞棒控制模式为恒定塞棒开口度（相对恒定，有小量的摆动，人为控制）控制，是根据液面变化来调节拉速，进而稳定液面。在此控制模式下，虽然较手动控制质量有所提高，但仍然存在很多质量问题。而采用自动塞棒控制技术，既可以提高铸坯质量，又可以缓解人员紧张的问题。
1 总体思路
对连铸机结晶器钢水液面进行自动控制，是连铸生产中的关键技术之一，它对于保证连铸机的安全生产，降低工人的劳动强度，提高生产效率，提高铸坯的质量与产量，减少溢钢和漏钢事故，提高炼钢连铸的管理水平都非常重要。钢水浇入结晶器时，为了防止钢水溢出，钢水液面必须保持稳定，否则在浇铸过程中，钢水液面波动太大，会卷入渣子，在铸坯表面形成皮下夹渣，影响铸坯质量。根据经验，钢水液面波动在±10mm 以内，可消除皮下夹渣；如果结晶器液面波动﹥10mm ，铸坯表面纵裂发生率30﹪。这就是说，钢水液面的波动，直接影响到铸坯的表面质量。由此可见，保证结晶器钢水液位的稳定是连续铸钢生产中至关重要的环节。目前一炼轧厂方坯连铸机结晶器液位控制系统，采用铯源数控塞棒控制系统，该系统具有稳定性好、控制精度高、偏差小等特点，有效保证了结晶器内钢水液面的稳定，实现了方坯连铸自动控制。
2 技术方案
涟钢一炼轧厂连铸机采用的塞棒自动控制技术是利用原有液面检测系统，编制PLC 控制程
序，使之在拉速恒定的情况下，根据结晶器液面的细微变化，调节塞棒的开口度，控制钢水流量，用来稳定液面，实现恒拉速、恒液面的目的。
2.1 液面检测系统 2.1.1 系统组成
本系统由二次仪表、接收器和Cs-137源罐组成，见图1所示。
图1 系统原理图
铯源和接收器左右安装在结晶器水箱中，二次仪表通过电缆与接收器相连（S 为铯137罐、D 为接收器）。 2.1.2 系统工作原理
光纤环网Cs-137源发射的γ射线，通过水套和铜管射到接收器上，产生电脉冲。电脉冲通过屏蔽电缆
输入到二次仪表，经放大、分析之后送到主机，如图2，形成脉冲计数n ，n 值随结晶器内实际的液面高度成比例变化。因此，可通过n 值，计算出液面高度H 和呈线性的电压或电流模拟量，送到二次仪表后面板的相应输出插座上，用于控制塞棒位置或拉矫机的拉速，保持结晶器中的钢水液位稳定。控制仪的工作参数可根据现场的实际情况，通过二次仪表前面板的键盘进行修改。
图2 电路方框图
2.2 塞棒控制系统控制原理及组成
2.2.1 系统工作原理
塞棒控制系统通过液面计检测结晶器内的钢水液面并实时的把液面信号送给中央处理机PLC，PLC根据实际液面和设定液面的对比，综合实际拉速和塞棒开口度，来调整塞棒的开口度，调节钢水的流量，实现PID调节，从而保证结晶器内钢水液面的稳定。
二次仪表采用智能化和集成化技术，通过键盘人机对话设置参数，大屏幕液晶实时跟踪现场情况，具有高度的可靠性、精确度，使用更加方便。可连续测量结晶器的钢水液面，输出随液面线性变化的电压或电流模拟量，送给液位调节系统，从而实现自动控制拉坯或浇钢速度，并且使钢水液面稳定的保持在预定的高度上，因此可提高连铸机作业率，保持钢坯的质量，并且减轻浇铸工人的劳动强度。
2.2.2 系统组成
塞棒控制系统由PLC及控制软件、数控电动缸、工控机、钢水液面检测仪、现场操作箱（P3箱）、机柜等部分组成。其中PLC是中央处理单元、工控机可显示操作界面和参数设定与修改单元、液面计及液面信号检测接收器（利用原有液面检测系统）是液面检测单元、操作箱是现场操作单元、数控电动
缸是执行机构。
图3 控制系统框图
2.3 PLC控制软件主要功能
a. 具有高度的智能特性，对各种现场环境因素，对因烧损严重而表面凹凸不平、形状不规则的塞棒通过自适应调整后，能很快达到高精度控制的最佳工作状态。
b. 软件参数设定后，无须人工干预，对外来干扰能自动适应，无超调、无振荡，满足生产工艺要求。
c. 塞棒执行机构的间隙在一定的范围内，可以通过软件方法补偿。
d. 当出现主控室PLC断电意外时，数控缸自动处于“手动”状态，手动操作可以自由操作，断流后可随时续流，不会浪费中包内的钢水。
e. 系统软件具有多种超限报警，可在漏钢、溢钢时紧急关闭塞棒。
带风扇的安全帽f. 实现了手动/自动无扰动切换。
2.4 WinCC系统监控软件主要功能自制巧克力模具
a. 实时统计钢水液面测量高度、设定高度、塞棒位置、拉矫机拉速、报警情况等，并可存储、显示和打印历史数据。
b. 实时模拟显示钢水液面测量高度、塞棒位置。
c. 实时显示和设定需要的控制高度。
如图是某水上打捞船d. 在线修改塞棒控制参数。
e. 实时显示钢水液面测量高度及设定高度曲线、塞棒位置曲线、拉矫机拉速曲线。
f. 可实时显示当前控制状态：自动、手动、点动、拉速自动。
g. 具有液位上限、液位下限、急停等多种报警显示。
h. 可点动调整塞棒位置。
3 现场使用效果
根据近几年使用情况总结，塞棒控制系统具备以下优点。
a. 恒定拉速，根据液面来改变塞棒开口度，进一步来稳定液面。
b. 采用驱动器加伺服系统控制，进一步提高塞棒控制的精确度。
c. 采用Wincc画面进行监控及参数调校，并有相应记录，便于偶发性事故的调查及分析原因。
d. 通过塞棒自动控制，可大大提高钢坯的质量，减少工人的劳动强度。
自塞棒控制系统投入后，在以下几个方面取得了成效。
a. 塞棒定位准确、迅速，液位控制精度较高，在正常稳定的工作状态下液面控制精度±5mm，满足连铸要求。
b. 能适应各种现场环境因素的改变，如钢种、断面、拉速、中包液位等的变化。
密码文具盒c. 在浇注过程中因更换大包及水口，或因其他因素引起液位波动时，能在很短的时间内稳定下来，具有较强的抗干扰性。（下转第61页）
3.2 亚铁含量
年龄识别
涟钢委托中南大学进行了FeO含量回归分析，确定烧结生产中的亚铁含量与精粉配比、烧结矿碱度、烧结矿SiO2含量和燃料比的关系如下，并结合现场实际情况对相关系数进行校正。 a. FeO含量=7.93+0.053×精矿配比。每增加10%精矿（磁铁矿）亚铁增加0.5%。
b. FeO含量=22.64-7.69×烧结矿碱度。R每增加0.1倍亚铁降低0.7%。
c. FeO含量=19.34-0.014×台车料层高度。台车料层高度每增加100mm亚铁降低1.4%，烧结车间推行厚料层烧结后，亚铁有下降的趋势。
d. FeO含量=2.89+1.02×烧结矿SiO2含量。烧结矿SiO2含量每增加1%精矿（磁铁矿）亚铁增加1%。
e. 烧结矿亚铁含量每增加1%，影响燃料配比0.2~0.3%。
4 低温还原粉化
烧结矿的低温还原粉化性能是指烧结矿装入高炉后在400~600℃的低温条件下，因还原产生粉化程度的状况。主要原因是烧结矿骸晶状赤铁矿在低温下还原，发生晶格转变（由六方晶格变为立方晶格），
产生极大的内应力，导致烧结矿碎裂。当烧结RDI+3.15低于60%时应采取有效措施，控制烧结矿亚铁、氧化镁和碱度走上线，改善烧结矿的低温还原强度，以保持高炉的上部顺行稳定。
5 结语
与先进企业相比，涟钢烧结生产调控工艺参数的依据偏少，配料的精确性偏低，设备的创新和改造少，设备运行条件较差，需要从整个烧结生产过程控制的精细化和标准化努力，建立起工艺和设备的标准化制度体系，提高岗位人员的责任心和技能，技术人员做好技术参数的统计分析工作，烧结矿的质量指标及其稳定性才能逐步缩小和先进企业的差距。
参考文献
1 许满兴，罗玉强. 影响烧结矿强度的因素分析及其改善
措施. 烧结球团技术网,2015.4.
2 徐海芳. 烧结矿生产. 化学工业出版社, [M]2013.1.
（审稿：郭亮）
（上接第51页）d. 连铸机在恒拉速、恒液面下生产，大大减少了拉漏的生产事故，消除钢坯裂纹等不利因素，提高钢坯的质量。
e. 因自动化程度大大提高，减小了工人劳动强度，为节约人力资源创造了条件。
4 经验总结
经过近几年的现场分析，总结了以下一些造成钢水液面不稳定的常见故障。
a. 塞棒头、横梁、机构的升降杆、电动缸内部及上下支架的连接存在间隙；机构及电动缸存在卡堵。处理措施：在保证电动缸升降自如的同时尽可能减少各连接件之间的间隙。
b. 液位检测波动大。
c. 塞棒头不对中，后期塞棒头侵蚀较严重关不住流。
d. 结晶器内浸入式水口破裂或浸入深度不够造成液面翻滚，这样检测时就存在假信号。
e.控制系统或电机控制线接地不好造成干扰。
f. 拉矫机打滑、顶坯或拉速变化太快。
g. 控制系统和驱动器的参数设置不合理。
h. 大包开浇时，如果机构存在间隙则中间的几流很有可能波动增大。
i. 中包液位太低、钢水粘度太大或钢水温度太低都会造成钢水流动性不太好，甚至截流。
j. 中包表面结壳造成塞棒动作受阻。
k. 中包下水口过大或过小。
针对这些常见故障我们只需及时采取相应措施，就能解决。
参考文献
1 《SIMA TIC S7-400，M7-400可编程序控制器模板规范
参考手册》.
2 《AutoCAD2004循序渐进教程》.龙腾科技.
3 《可编程控制器技术》.刘敏著.
4 《可编程序控制器应用教程》.台方著.
5 《机电控制与可编程序控制器》.王立权著.
（审稿：肖慧才）
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