基于PLC的連鑄鋼水溫度控制系統(tǒng)分析

【摘要】連鑄鋼水的溫度變化是一個復(fù)雜的變化過程，對于變化過程中溫度的控制，一方面要考慮基本的工藝，另一方面也要從實際出發(fā)。本文利用PLC來實現(xiàn)給定與實際連鑄溫度差值的處理，通過差值的不同有針對的選擇攪拌、吹氣或者感應(yīng)加熱來實現(xiàn)連鑄溫度按照連鑄的工藝要求變化，從理想情況下滿足鑄鋼生產(chǎn)的要求。

【關(guān)鍵詞】連鑄;鋼水;溫度控制;PLC

連鑄技術(shù)是鋼鐵工業(yè)發(fā)展的重要保障之一，隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，鑄鋼的質(zhì)量已成為市場競爭力的主要支撐之一。連續(xù)鑄鋼過程中有諸多的控制要素，一方面在要求提高無缺陷坯的比率，另一方面也要節(jié)約能源，綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展，為此，對于連鑄技術(shù)提出了更為苛刻的要求。

在鑄鋼過程中，合適的鋼水溫度等對鋼水的質(zhì)量有顯著的影響，由于連鑄模鑄比澆注時間長，鋼水通過中間包增加了額外的熱損失，水口直徑也小，連鑄鋼水的出鋼溫度要求相比模鑄要高，因此，在連鑄過程中，要求鋼水具有高溫、穩(wěn)定和均勻的溫度特性[1]。

故而，獲得合適的澆注溫度是連鑄順利進(jìn)行的前提，也是獲得良好連鑄坯質(zhì)量的基礎(chǔ)，對于節(jié)約能源消耗、優(yōu)化生產(chǎn)工藝、提高連鑄技術(shù)在鑄鋼行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有一定的促進(jìn)作用，所以，必須研究連鑄過程中鋼水溫度的變化規(guī)律，并根據(jù)變化適當(dāng)?shù)膶︿撍疁囟冗M(jìn)行控制。本文主要針對連鑄鋼水的溫度控制，從主流的工業(yè)控制手段出發(fā)，利用PLC實現(xiàn)連鑄過程中溫度與理想工藝曲線描述的溫度變化相符合，保證了鑄鋼過程中鑄造工藝的穩(wěn)定性和可靠性。

1.連鑄鋼水溫度變化規(guī)律

1.1 連鑄鋼水溫度變化曲線

連鑄過程中鋼水的溫度變化主要指的是出鋼開始到中間包內(nèi)鋼水總的溫度變化，主要包含出鋼過程的溫度變化、鋼水運輸和鎮(zhèn)靜時間鋼包內(nèi)的溫度變化、鋼包精煉過程的溫度變化、鋼水精煉完畢到開澆之前的溫度變化、鋼水從鋼包澆入中間包的過程溫度變化，如圖1所示，連鑄鋼水溫度變化示意圖。

圖1 連鑄過程鋼水的溫度變化示意圖

1.2 連鑄鋼水溫度的變化分析

如圖1中所示，連鑄鋼水溫度的變化主要分為五個過程：

t1-t2過程，這個階段主要是出鋼過程的溫度變化，出鋼過程的熱量損失主要是鋼流輻射熱、包襯傳導(dǎo)熱、鋼流對流熱損失;t2-t3過程是指鋼包內(nèi)的溫度變化，鋼包外殼的對流散熱很小，主要是鋼包內(nèi)襯的吸熱以及鋼包在運輸途中和等待期間鋼水通過渣層的散熱;t3-t4過程指的是鋼水精煉過程中的溫度變化，這一階段的溫度變化主要根據(jù)鋼水爐外精煉方式和處理時間來進(jìn)行確定;t4-t5過程是指鋼水精煉完畢到開澆之前的溫度變化，經(jīng)過精煉處理后，鋼水的溫度被鋼包內(nèi)襯充分吸收，傳熱散熱已經(jīng)達(dá)到熱平衡，這時的溫度變化很小;t5-t6過程主要是鋼水從鋼包內(nèi)澆入中間包的過程溫度變化，此過程的溫度變化主要與鋼流保護(hù)、中間包的容量大小、澆注時間的長短等有關(guān)。

連鑄加工要求鋼水出鋼溫度高、澆注溫度范圍狹窄，使得控制難度增加，對于澆注鋼水溫度的變化研究有助于控制系統(tǒng)的合理控制實現(xiàn)，保證盡可能減少過程的溫度降低，對于減少爐襯和包襯耐火材料的侵蝕、提高轉(zhuǎn)爐冶煉的廢鋼比，降低原料消耗、穩(wěn)定冶煉工藝、提高鑄鋼質(zhì)量水平有重要的現(xiàn)實意義。

2.連鑄鋼水溫度控制方案及組成

連鑄鋼水溫度變化較為復(fù)雜，涉及的控制對象也較多，本系統(tǒng)從理想情況下出發(fā)，對其閉環(huán)控制流程進(jìn)行分析，如圖2所示。

圖2 連鑄鋼水溫度控制方案

連鑄過程中的溫度控制首先要進(jìn)行連鑄過程中的溫度檢測，根據(jù)實時檢測各工藝點的溫度值作為反饋信號輸入到PLC中，PLC根據(jù)反饋信號與給定的理想連鑄過程的溫度情況進(jìn)行對比，取其基本的差值分析，如果實時檢測的溫度比連鑄工藝點要求的溫度高，可以采用包內(nèi)攪拌或者吹入惰性氣體適當(dāng)降溫，同樣對于包內(nèi)溫度較低，這會影響連鑄鋼坯的生產(chǎn)質(zhì)量，通過感應(yīng)電爐進(jìn)行加熱可以有效的實現(xiàn)連鑄過程鋼水溫度控制。

總的來說，連鑄過程中的溫度控制具有明顯的不確定性，理想情況下的控制方案對于整個復(fù)雜系統(tǒng)的控制有一定的研究價值。

3.連鑄鋼水溫度的控制流程

連鑄鋼水溫度的控制從工藝上來說，針對不同時間點的，其采取的執(zhí)行元件也有所差異。對于基本的溫度控制過程，如果鋼包內(nèi)的溫度差異是通過攪拌或者感應(yīng)加熱實現(xiàn)溫度的降低或升高，澆口出的溫度降低可以通過吹氣實現(xiàn)合理的控制，對于溫度的控制流程如圖3所示，根據(jù)測量點的不同，合理選擇溫度控制方式。

圖3 連鑄鋼水溫度的控制流程

4.結(jié)論

連鑄生產(chǎn)過程中鋼水的溫度對于保證鑄鋼質(zhì)量有極為重要的影響作用，從生產(chǎn)實際也可以知道，鋼水溫度在連鑄過程中會與目標(biāo)溫度發(fā)生較大的偏離，如果不能有效的控制，不僅影響澆注的效率，也極大的影響連鑄坯的質(zhì)量，不利于對生產(chǎn)成本、連鑄工藝的控制，為此，在連鑄過程中采用中間包溫度控制，實現(xiàn)鋼水溫度的補償，使中間包的鋼水溫度保持在合理的溫度閥值范圍內(nèi)，對于穩(wěn)定澆注生產(chǎn)，提高鑄坯質(zhì)量有積極的一面。

參考文獻(xiàn)

[1]楊吉春.連續(xù)鑄鋼生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

[2]喬國林，童朝南，孫一康.拉速液位與結(jié)晶器出鋼溫度的關(guān)系研究[J].鑄造技術(shù)，2005，26（10）：906-909.

[3]張務(wù)林.連鑄過程鋼液溫度的控制[J].工業(yè)加熱，1999， 10（5）：12-15.

作者簡介：付麗苑（1977—），女，江西人，碩士，研究方向：機械電子技術(shù)。