浅析连铸液面自动控制影响因素及解决方案

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图1 2 射源型液面检测系统工作原理 放射源铯 137Cs 和射源接受器分别安装在结晶器铜管的两 137Cs 发出的 γ 射线通过水套、 侧， 铜管、 结晶器内的钢水射到接 收器上， 接收器把接收到的 γ 射线转化成与液位相对应的高频脉 冲信号传输给二次检测仪表， 仪表将脉冲信号放大做数字处理后， N 值随结晶器内实际的液面高度成比例变化， 形成脉冲计数 N 值， 通过 N 值计算出液面高度 H 及与 H 成线性的 0 ～ 10V 电压信号或 4 ～ 20mA 电流信号， 输出给塞棒自动控制系统 PLC， 塞棒自动控制 系统 PLC 根据设定液位与实际液位的比较， 利用 PLC 程序运算得 出一个动作量， 输出给驱动器来驱动电动缸动作， 带动塞棒执行机 构来调整塞棒的开启度， 从而调节中包水口的钢水流量， 以保证结 晶器内钢水液面稳定， 实现恒液位恒拉速控制。 3 故障分析及解决方案 某四机四流圆坯连铸机， 铸机基本半径 Ｒ10． 5m， 有 4 机架连 续矫直拉矫机， 采用同位素射线源 Cs － 137 ， 检测液面高度， 进行 恒拉速浇注操作。在生产过程中结晶器液面波动经常超出工艺规 定 ± 3 － 5mm 范围， 较为突出是生产 160 、 180 断面圆坯中出现 超出 ± 10mm 或液面控制无法投入使用 ， 同时伴有保护渣的卷入 和结晶器液面结渣条等现象， 频繁手、 自动切换过程中， 要切除接 头钢坯造成浪费， 且手动控制拉出的钢坯质量合格率低， 因此增加 了工人劳动强度和生产成本， 制约生产能力。 3． 1 工艺操作方面： （ 1 ） 如果水口浸入深度浅， 可能造成卷渣， 影响铸坯质量， 影 响控制精 度。 解 决 方 案： 严 格 工 艺 要 求， 把水口浸入深度控制 在 110mm。 （ 2 ） 如果水口单边破损或水口不对中 ， 会引起两边流场不一 致， 造成液面波动。解决方案： 上线前检查塞棒与上水口是否在同 一直线上， 头部是否与上水口碗部紧密吻合， 用手电筒从水口下往 上照射检查是否存在缝隙。在线观看两边保护渣表面冒火是否不 均匀， 一侧冒火一侧不冒火， 每次塞棒在浇注结束后都取出察看侵 蚀情况， 以便改进塞棒和水口质量。
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（ 3 ） 钢种和温度对液位的影响也很大 ， 不同钢种对液位控制 影响程度是不同的， 铝含量高的钢种， 比较粘， 流动性差， 温度高流 动性好， 拉速低， 控制好控； 温度低， 拉速高， 流动性差， 不好控。 解 决方案： 制定每一种钢的工艺要求范围， 严格控制上钢温度范围， 规范标准化操作。 （ 4 ） 堵流造成中包钢水流速不均， 中包液位发生大幅度变化 造成水口处压力变化可导致液位波动， 解决方案： 减少事故发生， 调整控制参数用抖动功能处理。 （ 5 ） 调整拉速会影响到液位控 制 ， 直 接 造 成 液 面 发 生 变 化。 解决方案： 循序渐进微调整拉速， 通常每次调 0． 1 － 0． 2m / min。 （ 6 ） 保护渣影响， 保护渣的粘稠度， 保护渣的湿度， 不同钢种 对应的保护渣的品牌都有关系。在加渣和捞渣的过程中对液位也 会造成影响。对于铯源检测， 渣层的厚度也可能影响实际钢水液 位的测量精度。解决方案： 使用不同品牌或专门开发的保护渣， 提 前对保护渣进行烘烤， 对加渣和捞渣使用勤加、 少加原则， 把渣层 厚度控制在 40mm。 （ 7 ） 钢水纯净度不好杂质多， 在浇注过程中会造成水口夹渣 物堵塞， 造成钢水流动性差， 中包液位波动大， 水口静压力不同， 钢 VD 等 水流速发生变化， 引起液位波动。 解决方案： 从电炉、 精炼、 源头提高产品质量， 避免下渣， 大包剩余 1． 5 － 3． 5 吨停浇， 中包剩 余 8 － 9 吨停浇。 3． 2 设备运行方面 （ 1 ） 标定对检测信号有很大影响， 影响控制精度， 造成液面波 动。解决方案： 在换断面时做高、 低位标定和线性化。 在使用中如 更换结晶器、 放射源、 接收器及时做高低位标定 。 认真标定刻度 线， 避免出现人为错误。 （ 2 ） 结晶器偏振， 会造成液面波动大， 严重可导致漏钢。 解决 方案： 用振动测试仪检测， 请专业测试结晶器振动系统。 （ 3 ） 现场存在电磁干扰， 或液面自动控制系统设备接地不良 。 解决方案： 对首、 末端电搅进行漏磁测试 。 在接地中采用单端接 地， 即电缸电缆、 中间接线盒、 到柜内电缆， 屏蔽层连通， 在柜内统 一接地。PLC 地接仪表地， 和保护地分开。 （ 4 ） 拉矫机打滑时， 液位会突然下降， 塞棒来不及反映会产生 震荡调整。解决方案： 故障较为直观， 停止使用， 待处理好设备问 题后再使用。 （ 5 ） PID 参数对系统的影响也是很大， 容易出现液面不稳定， 且不同断面控制参数不同， 需要经验值。解决方案： 先观察曲线的 变化规律， 通过信号处理的方法， 对控制造成干扰的错误信号进行 P 值大中求小， I 值小中求大。 相反小断面的 修正， 大断面的铸坯， P 值小中求大， I 值大中求小。 铸坯， （ 6 ） 塞棒执行机构磨损间隙变大， 主轴的定位松动等问题也 会影响液面不稳定。解决方案： 机械机构经常检查， 电动缸丝杠定 期加专用润滑油， 调整控制参数补偿间隙值。 4 结语 结晶器液面控制是系统工程往往面临一些随机的干扰因素 ， 通过以上问题排查， 使液面波动控制在 ± 5mm 范围， 防止漏钢、 溢 钢事故的发生， 提高设备有效作业率， 防止了保护渣的卷入和结晶 器液面结渣条现象， 使连铸坯表面平滑光洁， 表面无夹渣物， 无凹 坑和微裂纹， 提高产品质量， 减少手、 自动转换过程切割铸坯头尾 的浪费， 降低生产成本。 参考文献： ［ 1］ J］ ． 宋晓光． 结晶器液面自动控制系统在唐钢板坯连铸机的应用［ 2007 （ 04 ） ． 河北冶金，
科技展望 2016 / 16
浅析连铸液面自动控制影响因素及解决方案
杜瑞峰
（ 达力普石油专用管有限公司 ， 河北
【摘 要】 本文通过从工艺操作和设备运行等方面分析结晶器液面自 动控制波动原因和采取解决措施 【关键词】 连铸机 液面控制 射源型
沧州
061113 ）
结晶器是连铸机上的一 连铸机已广泛应用于钢铁冶金行业， 个关键设备， 其液位控制精度对提高钢坯质量、 产量和降低钢坯生 产事故率， 节约成本， 减轻劳动力有着重要的意义 。 目前， 国内结 晶器钢水液面检测系统常用的方式有 4 种： 射源型、 涡流型、 红外 型、 电磁型， 本文主要介绍射源型。 1 射源型液面控制系统组成元件 液面控制系统主要由六部分组成， 即放射源 Cs － 137 、 射源接 收器、 二次检测仪表、 伺服电动缸、 塞棒执行机构及一套 PLC 控制 器组成， 各部分之间的关系如图 1 。