结晶器调宽控制系统的原理与应用

结晶器调宽控制系统的原理与应用
未知来源供稿2007-12-8 8:52:00
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1引言
关于结晶器调宽的概述。

为了克服过去连铸宽度不同的板坯需改变结晶器宽度而断浇（降低生产率）的缺点，钢铁厂家开发了在浇钢过程中移动结晶器窄边而改变其宽度的技术（Variabl e Width Mold简称VWM）。

采用VWM可连续浇铸宽度不同的铸坯，大大提高了多炉连浇比率和生产效率。

一般的调宽方法有3种：第一种（平移结晶器窄边）、第二种（反复改变窄边的锥度）、第三种（窄边的平移与改变锥度相结合）。

结晶器的调宽实际上就是窄边的移动过程。

研究和实践表明，为了减小窄边的运动阻力和铸坯与结晶器间的气隙，窄边在移动中须尽可能保持有一定锥度的倾斜。

如上述的原来的第三种方法就是进行的窄边3步调宽法：第1步改变锥度、第Ⅱ步平移、第Ⅲ步锥度复原，如图1所示。

图1 结晶器窄边调宽示意图
若欲增大调宽速度而加速第Ⅱ步中窄边的平移，就须相应增大其锥度变更量，这会因时间长而造成气隙过大；但若为了缩短锥度变更时间而增大变更速度，就会增大铸坯变形阻力。

这就是原来的几种调宽方法中调宽速度受到限制而较慢的原因。

我们厂的连铸设备设备为了调整结晶器宽度，在其两个窄边的上部和下部各设置了1套（即共4套）调宽电机（电机型号： MDSKARS090-22；电机参数为：2.6kW，390V，2300r/min，5.5 A），作为调宽时窄边运动的驱动装置。

较之其它结晶器调宽方法，我们的调宽技术因调宽速度
高而缩短了调宽时间。

另外，这种调宽方式可按要求的宽度对结晶器调宽，故无须更换引锭杆头，从而缩短了生产准备时间，提高了生产效率。

2 国外结晶器调宽技术简介
为提高板坯连铸机的操作灵活性，国外早在20世纪32年代初就引入了结晶器热态调宽技术。

主要目的是通过提高连浇长度而增加净浇铸时间；而且，通过象轧机要求的那样将不同宽度的板坯热装到加热炉中，还可以降低能耗。

市场上已经有各种不同的机电式窄边传动系统，每边包括1或2个装在结晶器或振动装置上的传动。

奥钢联开发了一种液压调宽结晶器（Hydrowam），设计极其紧凑，只使用标准液压部件，没有伺服阀。

随着连铸生产越来越强调产能最大化，调宽速度和浇铸速度已成为严重的限制性环节。

为此，新开发出一种结晶器热态调宽模式并称之为S形模式（如图2），调宽时过渡段呈现S形状。

在传统板坯连铸机上浇铸碳钢时相应的参数为：最大拉速2m/min，每边调宽速度最大50mm/min。

图2 结晶器热态调宽S形模式
另外还实施一套专家系统以处理事故和其他重要场合，在这些情况下（如传动故障、位置传感器故障），专家系统促使结晶器作出自动响应，以便应进行的调宽步骤转到将漏钢风险降至最低的模式。

3 济三钢厂结晶器调宽
以我厂二期铸机为例简单介绍一下的构成、操作及工作原理。

3.1 结晶器调宽系统的构成
我厂二期铸机结晶器调宽系统由1套PLC系统。

1个MP270操作触摸屏。

4台MC变频器及其4台带测量编码器的电机组成。

PLC系统由电源模块、CPU模块、CP模块、DI模块、DO模块组成。

操作屏MP270通过PROFIBUS双绞线连接到CPU模块，4台变频器通过PROFIBUS连接到CPU模块，通过触摸屏上的操作按钮发送给PLC运行的指令，PLC程序运算后输出信号给中间继电器，通过中间继电器控制位于MCC室内的变频器的接触器，变频器的输出频率通过PROFIBUS网络传输给变频器信号给定，控制电机的旋转实现对宽度的调整。

MP270为触摸式操作屏，位于平台结晶器旁的操作站LC221上，它可以手动操作电机的启动停止快速慢速，和结晶器的校验对结晶器实现冷调，同时可以显示调宽的实际值也可以查看调宽的连锁条件，实现结晶器的自动调宽，MP270的操作画面如图3所示。

从MP270上我们可以简单快速的观察结晶器的工作状态，从中查找故障，给生产和电气维护带来很大方便。

图3 MP270的操作画面
结晶器宽度的调整由变频器控制四台电动机来实现，结晶器两侧的窄边分别由两台电机带动，电机尾部带有编码器，实现对窄边移动的测量，编码器数值直接返回给变频器完成对电机的运动控制，同时在操作屏上显示实际的移动位置。

电机的工作由MC变频器来控制，MC变频器为运动型控制变频器，带有电压环、电流环、位置环，控制精度高，可以满足结晶器的调宽需要，4台变频器分别控制四台电机实现结晶器窄边左上左下右上右下的锥度调整，通过两根电缆线连
接到中间接线箱JB11，JB12然后连接到现场的电机，两根线分别为四芯电机线和编码器接线。

L C221操作箱的信号分别通过网络和硬线传输给PLC3，MP270的电源有PLC3柜内Q5控制的220/ 24V的电源模块输送到LC221操作箱内，结晶器紧急停车按钮为闭点信号输入DI1的I2.0内，紧急情况下可拍此按钮，压力开关F001检测宽边的夹紧压力信号输入I2.2内，四台变频器的主接触器和断路器的辅点信号（开点）分别进入DI0模块。

3.2 结晶器调宽的操作方式
结晶器宽度调整操作分为：自动模式；手动模式和校验模式。

（1）校验模式：在正确测量好两宽边距离中心线距离及两侧锥度后输入测量值并执行校验。

（2）手动模式：该功能只能用来初始化结晶器，只有两种情况下使用该模式，在结晶器初始条件下不满足上述条件或初始条件下单侧判断结晶器运动方向，校验结束后不得再使用，操作时应使用锥度仪监视距离值及锥度值判断出正确的单侧运动方向，发现异常后应立即停止操作。

（3）自动模式：在完成校验后即可使用该模式，在自动模式下只需要输入底侧宽度目标值及锥度目标值即可，所有操作调宽系统自动完成不需要人参与，调宽结束后应测量实际值。

图4 VVVF及参数定义示意图
在调宽过程中经常出现触摸屏操作不灵敏或操作失效等现象，针对此现象专门组成攻关小组详细查看MC VVVF的使用手册，并搭建实验平台，通过对手册的反复阅读和对VVVF的反复测试，经过多次测试最终确定了改造的方案，并且自己配制了操作手柄，通过VVVF的X101端子（如图4）利用试验总结的结果对X101端子进行改造，1＃24V，2＃0V，按要求可对不同端子进行定义，通过操作手柄给端子输入24V信号，根据对端子的不同定义可实现VVVF的快速慢速正转反转。

实践证明，通过对结晶器调宽系统的研究和攻关，最大限度的发挥了调宽系统的潜力，有效的提高了调宽系统的可靠性精确性，解决了触摸屏操作不良的问题，使用效果明显为连铸机的连续生产提供了可靠的保证。

4 结束语
目前许多连铸生产厂家、生产车间正在进行原有连铸机的更新改造。

结晶器调宽技术也随之不断改进。

新技术的应用必将带来连铸机生产能力提高；金属收得率提高；板坯在线调宽的灵活性提高；铸坯壳在连铸过程中的坯壳生长均匀性提高；结晶器监控水平提高；铸坯表面质量和内部质量提高等。