鋼包下渣檢測技術的應用

肖領峰

（河北鋼鐵集團唐鋼第一鋼軋廠，河北 唐山 063000）

在連鑄生產過程中，當一鋼包（以下稱大包）鋼水即將澆鑄完畢時，浮在鋼水表面的爐渣會逐漸流入中間鋼包（以下稱中間包），并發生反應產生部分夾雜物，導致鋼水的潔凈度降低、堵塞水口、加快中間包襯的侵蝕、降低連澆爐數、影響鑄坯質量和連鑄生產過程。為了避免大包中的爐渣進入中間包，有必要在澆鑄末期對鋼水下渣進行檢測和控制。以前基本靠人工目視來推斷下渣情況，導致中間包渣厚的控制不穩定。為解決上述問題，河北鋼鐵集團唐鋼第一鋼軋廠在3#連鑄機上加裝了連鑄大包下渣自動檢測系統。

一、下渣自動檢測系統基本原理（見圖1）

圖1 連鑄大包下渣自動檢測系統原理圖

下渣自動檢測系統采用計算機控制，將傳感器采集的物理信號進行預處理，然后通過計算對鋼水下渣狀態進行識別，在發現有鋼渣混入中間包時，停止連鑄，從而保證鑄坯質量。

傳感器安裝在長水口套管的操作臂上。現場試驗證明，長水口套管操作臂的振動與水口保護套管內流動的鋼水中含渣量密切相關。鋼水和鋼渣流經長水口套管時的沖擊會產生振動信號，水口開度越大，鋼水流量越大，振動就越劇烈。傳感器采集到這些振動信號，經過放大器放大傳輸給系統控制柜。控制柜內的處理控制單元對所接收到的信號進行二次處理后再傳輸給工控機，工控機內運行的下渣檢測控制軟件（SDMS）對這些信號進行最終的處理和運算，運用矢量量化（VQ）技術，進行特性參數的提取，構造鋼流下渣狀態特征向量，數據采集卡完成對采集的數據進行分析運算后將結果反饋給處理控制單元模塊，再由前端控制單元控制五色燈、水口閥的動作。

總的流程為：大包開始澆鑄初期，振動信號平穩；在澆鑄中后期開始形成小旋渦，隨著時間的推移，旋渦逐漸擴大，振動信號也隨之變化；到了澆鑄末期，鋼水產生貫穿型旋渦，浮在鋼水表面的鋼渣穿透底部的鋼水經由保護套管流入到中間包內，此時振動信號突變，主控柜對采集到的下渣信號進行分析后發出控制指令后，前端控制單元根據接收到的命令發出聲光報警，同時滑板控制單元發出滑板控制信號，關閉水口。在澆鑄結束后，更換大包，進行下一輪澆鑄。

二、影響下渣檢測精度的主要因素

下渣振動檢測技術的核心是振動信號的分析和處理，要能及時準確判斷鋼水中是否混有鋼渣，并從中提取出鋼渣特征參數，發出見渣信號。但連鑄澆注過程的環境比較復雜，一是現場存在著其他振動源。例如：安裝傳感器的操作臂是固定在中間包車上的，其他操作引起的中間包車的振動必然會對檢測系統識別產生不利影響。二是連鑄現場中的環境噪聲很大，也會對振動信號的采集造成影響。所以，必須對從操作臂上采集的振動信號進行分析處理后，才能實現對鋼渣信號的分辨，以達到下渣檢測的目的。

三、下渣自動檢測系統的組成

下渣自動檢測系統在邏輯功能上可以分為現場數據采集模塊與數據處理分析模塊。現場數據采集模塊主要接收振動傳感器拾取的操作臂振動信號，進行A/D轉換、干擾剔除等預處理操作，并根據既定的數據傳輸格式與協議上傳至數據處理分析模塊。數據處理分析模塊為下渣自動檢測系統的核心部分，實現振動信號的處理、識別與顯示等功能。它根據鋼水狀態作出判斷并發出控制信號，通過相關外圍執行器件進行自動控制操作。

如圖1所示，連鑄大包下渣檢測系統標準配置由系統控制柜、前端控制單元、中間包液面自動控制單元、傳感器及其放大器、下渣報警喇叭與報警燈、現場顯示器等組成。系統控制柜是系統的核心，其集成了處理控制單元、電源管理單元、電器控制單元以及工控機和顯示器。

四、下渣自動檢測系統特點

系統安裝方便，對現場設備基本不做改造，安裝時不影響生產。傳感器安裝位置距鋼水較遠，采用多層全鋼保護結構，并實施氣體冷卻，使用壽命較長。系統采用先進的模塊化設計思想，保證系統運行可靠，隔離故障，方便維護；系統采用特別的信號處理方法保證了很高的下渣報警準確度。功能完善的下渣檢測軟件，能夠實時顯示鋼水流動狀態，并在界面上提供中間包重量信號的實時曲線以及記錄開關水口動作。系統自動存儲運行數據，每天生成文件存檔。系統為便于人員操作設置了一些功能，例如：現場使用多級柱狀燈，直觀表示鋼水與鋼渣流動狀態，下渣時聲光同時報警提示。系統具備最近兩包澆鑄時間記錄對比功能，便于操作人員對澆鑄時間的控制。

五、下渣自動檢測系統的應用效果

自2010年4月3#連鑄機大包下渣自動檢測系統投入應用后，由于能自動判定并關閉滑動水口，帶來最明顯的效果就是連鑄收得率的提高，平均比以前提高0.4%，平均每爐鋼可減少留鋼約1t。中間包連澆八爐后，渣層厚度不超過50mm，取得了較好的經濟效益。

[1]李培玉，趙明祥.連鑄下渣檢測方法的研究與進展[J].煉鋼,2003.

[2]譚大鵬，李培玉.基于小波的鋼液連鑄下渣檢測系統[J].機械工程學報.