連鑄機“三恒”操作的研究與應用

王民,王偉,黃宏剛（山東萊蕪鋼鐵集團有限公司,山東萊蕪 271104）

?

連鑄機“三恒”操作的研究與應用

王民,王偉,黃宏剛
（山東萊蕪鋼鐵集團有限公司,山東萊蕪 271104）

摘要：從分析連鑄機“恒拉速、恒液面、恒溫度”三恒操作的必要性入手，通過制定“三恒”采集標準、開發“三恒”數據采集和統計查詢程序、增設中間包連續測溫及稱重系統、優化結晶器液位檢測控制系統等一系列措施，實現連鑄機“三恒”操作，把連鑄機作為生產、質量控制的中心，全面提升轉爐、精煉、連鑄等工序的控制能力，為鑄坯質量控制能力的提高以及品種開發工作奠定了可靠基礎。

關鍵詞：連鑄機,三恒,數采,查詢

稿件編號:1512-1151

0 概述

隨著鋼鐵工業的迅猛發展、冶金技術的不斷更新、鋼鐵原料價格的飛速上漲，行業間的競爭日益激烈，客戶對產品質量的要求也越來越高，傳統的粗放型生產模式已經不適應當前的發展需求，改變發展思路、調整發展戰略、提升產品結構已經成為大中型鋼鐵企業的必然選擇。

為了穩定生產工藝、提高產品結構，真正體現“以連鑄為中心”的現代冶金思想，我們提出了連鑄機“三恒”控制工藝，以實行連鑄機“恒溫度、恒拉速、恒液面”三恒操作為出發點，全面提升轉爐、精煉、連鑄等工序的控制能力，把連鑄機作為生產、質量控制的中心，實現連鑄機“三恒”操作，進而帶動設備狀況、原料條件及生產組織等各環節保障能力的提高，為鑄坯質量控制能力的提高以及今后品種開發工作奠定了可靠基礎。

1 連鑄機“三恒”操作的必要性

1.1 恒拉速控制的作用

理想的連續澆鑄指的是一個連續的、狀態穩定的連鑄過程，拉速變化在冶金方面對鑄坯內的熱流分布、結晶器液面的穩定性有影響，致使冶金長度和傳熱狀況都發生變化，導致凝固末端“搭橋”現象的增加，惡化中心偏析的程度，在鑄機方面由于熱負荷和機械負荷發生變化，因而使支撐輥、驅動輥和扇形段架的撓曲也隨之發生變化，影響鑄坯表面、內部質量，當拉速波動幅度增大時，會增加縱裂的發生幾率，甚至導致粘結漏鋼事故的發生。

1.2 恒溫度控制的作用

合適的澆鑄溫度是保證鋼液順利澆鑄和防止鑄坯產生缺陷的前提條件，溫度過高或過低都將對連鑄機的正常生產和鑄坯質量產生直接影響。鋼液溫度過低，會使中間包水口結瘤甚至堵塞，造成停澆；鋼液溫度過高，會使坯殼生長遲緩，液相深度加長，引起鑄坯鼓肚和柱狀晶發達，加重鑄坯的軸向疏松偏析及內部裂紋等缺陷，嚴重情況下，會引起漏鋼事故。另外，溫度過高的鋼液，會加速鋼包和中間包耐火材料的侵蝕，污染鋼液，增加鋼中非金屬夾雜物的數量。

1.3 恒液面控制的作用

恒液面澆鑄主要是控制中間包高液面澆鑄，因為中間包的作用之一就是均勻鋼液溫度和成分，保持鋼液在中間包一定的停留時間，促使鋼液中非金屬夾雜物的上浮，中間包鋼液液面過低的話，這一作用無疑不能實現。另外，鋼液液面過低容易造成中間包卷渣，影響鑄坯質量甚至造成停澆。同時，液面過低，鋼流對中間包沖擊過大，加劇了中間包底部耐材的沖刷侵蝕，降低中間包使用壽命。因此，連鑄機在澆鑄過程中應盡量保持中間包具有一定的液面高度。

2 “三恒”數據采集標準的制定

根據生產特點，結合各鋼種或鋼種組的化學成分、鑄坯斷面尺寸、工序間的節奏平衡狀況以及鋼種自身的特點，制定和完善了各鋼種的“三恒”數據合格范圍，將原有規定中的合格溫度范圍由15 ℃調整到10 ℃，拉速、質量范圍也作出明確要求，具體數據如表1。

3 開發“三恒”數據采集和“三恒”統計查詢程序

3.1 軟件程序的開發思路

軟件開發采用先進的開發思想，制定科學、全面、系統的開發方案，確保所開發的系統具有良好的先進性、可靠性、安全性、實用性與可維護性。

(1)先進性：通過DCOM技術和OPC標準，大大地縮短數據采集軟件的開發周期，提高數據采集軟件的可靠性和穩定性，便于系統的升級與維護。

(2)可靠性：數據采集與數據發送是兩個獨立運行的軟件，數據采集程序負責把PLC中數據存放到本地，數據發送程序負責把采集的數據上傳到服務器上，如果出現網絡故障，一旦網絡恢復，數據發送程序從中斷點重新傳送未上傳的數據到服務器上，以確保數據采集的連續性和可靠性。

(3)安全性：數據采集機器安裝雙網卡，一網卡通過網絡設備直接與PLC連接，一網卡通過網絡設備經過防火墻與管理網交換機相進行數據交換，防止病毒侵害PLC設備，影響生產的正常運行。

(4)實用性：充分滿足用戶各種查詢的需要，操作簡單、方便，查詢結果一目了然。

(5)可維護性：應用軟件采用模塊化設計，便于維護和移植。

3.2 “三恒”采集查詢系統的結構

(1)數據采集。為了更好地動態監控和分析“三恒”數據，數據的采集頻率定為一分鐘一次，采集的數據頻率能夠充分反映連鑄機的實際操作情況。

(2)數據發送。為了及時把采集到的數據上傳到服務器中，數據發送頻率與采集頻率一樣，數據發送程序能夠實現斷點續傳，保證數據的連續性、準確性。

表1 各鋼種的“三恒”數據合格范圍

(3)程序保護。為了防止人為誤操作關閉采集程序，在采集機器上安裝了程序小精靈，隨時監控數據采集程序，一旦發現程序被關閉，程序小精靈會自動運行數據采集程序，從而保證數據采集的連續性和準確性。

3.3 “三恒”數據統計與查詢功能簡介

“三恒”明細數據查詢：查詢方式有按日期和按日期、時間兩種方式，查詢條件可以動態選擇，既可以實現批量查詢，也可以實現精確查詢。查詢結果以表格的形式輸出，瀏覽方便。

“三恒”統計查詢：查詢方式可以按機座查詢某一時間段，也可以按機座、班組查詢某一時間段的拉速、溫度、重量的合格率。

統計報表生成：可以自動生成日、月、年等不同要求的統計報表，報表數據包括不同連鑄機、不同班組以及調度大班的當日合格率和累計合格率。

三恒趨勢查詢：趨勢查詢主要包括溫度趨勢、拉速趨勢、重量趨勢，查詢方式按日期和班次查詢，班別是利用自定義函數自動生成，生成的趨勢圖可放大和縮小，可以精確顯示到某一點，“三恒”控制情況清晰可見，通過趨勢圖，專業人員可以隨時發現異常情況。

三恒參數查詢：可以方便地查詢各鋼種的“三恒”控制標準，便于“三恒”操作。

三恒參數修改：主要為了添加新鋼種及修改各鋼種的“三恒”數據合格范圍，本項目設有密碼，只有專業人員可以操作。

3.4 程序安裝運行

(1)首先為每臺連鑄機配備一臺專用的數據采集計算機，通過工業以太網與PLC相連接，從PLC中采集中間包重量、拉速、溫度。

(2)其次，在軟件方面，通過西門子公司提供的OPC Server（用于過程控制的OlE）和Visual Basic語言,編制數據自動采集和發送程序,實現連鑄機數據的實時采集和發送。

(3)將數據采集和發送程序安裝到專用的計算機上,該程序自動運行,無需人工操作，同時在PLC上位機增加人工操作畫面，把鋼種代碼傳遞到PLC中。

(4)根據制定的“三恒”數據采集標準，設計程序的功能模塊，采用Client/Server模式，利用高級程序語言Delphi 7.0，編制“三恒”統計查詢程序并自動生成統計報表。

(5)在各客戶端安裝“三恒”統計查詢程序，經過試運行，不斷地修改、完善“三恒”統計程序，以適應實際操作的需要，并投入正式運行。

4 設備方面所做的改進措施

4.1 增設中間包連續測溫系統

為保持中間包鋼液溫度的恒定，需要實現中間包鋼液溫度的連續測量，提高測量的穩定性和可靠性，避免了人為因素帶來的測量誤差和消耗式熱電偶的分散性誤差。這就需要采用測量位置固定的鋼液連續測溫系統。為此，我們在老區1～4＃連鑄機增上了東北大學自動化儀器儀表中心研制的BCT型黑體空腔輻射鋼液連續測溫系統，系統實現了中間包鋼液溫度的連續和準確測量，為連鑄過程實現閉環實時控制鋼液的澆鑄速度、調節結晶器和二冷區的冷卻強度提供了溫度檢測保證；我們將該系統輸出的4~20mA信號引入連鑄配水PLC，通過軟件編程在主控計算機記錄鋼液溫度連續曲線，對生產過程監控、產品質量及生產事故分析提供溫度檢測數據。

表2 連續測溫系統基本數據參數

4.2 改進連續測溫棒尺寸，提高測溫準確性

新區連鑄機在中間包低液面時連續測溫值與真實值差別較大，通過與連續測溫設備廠家的交流得知連續測溫棒棒頭需插入鋼液液面下300 mm以上才能正常工作，經過現場對各連鑄機中間包高度的測量發現，在轉包過程中液面下降到最低點時，測溫棒插入深度達不到要求，在此期間測溫不準，于是在與廠家共同研究協商后，將新區連續測溫棒長度由960 mm增加到目前的1 100 mm，改進后的連續測溫棒使用效果良好，解決了低液面時測溫不準的問題。

4.3 增加中間包稱重和顯示器監控系統

為實現中間包液位的恒定，我們采取了中間包稱重的辦法，來實現對中間包液位的跟蹤判斷。實現中間包重量檢測需要在中間包與中間罐車之間增加稱重電子秤，目前采用電阻應變式傳感器可以真正解決在高溫領域稱量的準確、可靠問題，采用四臺稱重傳感器實現一臺中間罐車的稱重。

具體的方案是在每臺中間罐車橫向的兩側各安裝兩臺耐高溫稱重傳感器，在兩臺傳感器之上加裝墊鐵，起到緩沖防護作用，并在墊鐵兩側用鋼板防護，四臺稱重傳感器的信號經過接線盒傳輸到稱重主機，并由主機輸出信號送至PLC進行記錄、報警及查詢。同時在大包平臺安裝顯示大屏，將稱重主機的輸出引至大屏顯示，供大包工查看。

4.4 優化結晶器液位檢測控制系統

為實現“三恒”操作，我們對結晶器液位檢測控制系統進行了優化，本次設備優化主要集中在信號的準確快速處理和拉速PID自動調節上。為實現信號處理的準確，為每臺連鑄機準備了多種規格刻度需用模擬鋼坯，將鋼坯吊入結晶器內，使其表面降至測程下界，記下此時計數值；然后將鋼坯每隔10 mm提升一次，并記下刻度，同時用功能鍵MOD、SEL、VAL給系統輸入設定值，完成系統的刻度標定，將系統采樣時間設為0.1 s，使系統檢測精度、速度得到有效提高。通過軟件編程，采用PID拉速自動調節技術，實現了拉速的自動調節，進而實現拉速和結晶器液面的平穩，具體的實現過程如圖1所示。

圖1 結晶器液位檢測控制系統工作原理

5 項目實施效果

通過制定“三恒”采集標準、開發“三恒”數據采集和統計查詢程序、增設中間包連續測溫及稱重系統、優化結晶器液位檢測控制系統等一系列措施，我廠在各連鑄機成功實施了“三恒”操作，經過不斷地研究改進，目前連鑄機恒拉速、恒溫度、恒液面合格率分別超過了90%、80%、95%。“三恒”操作的實施提高了各工序的配合意識，確保了生產的穩定順行，有效地提高了鑄坯質量，減少了生產事故，為我廠的提質作強及品種開發工作打下了良好的基礎。

連鑄機“三恒”操作工藝實施以來，鑄坯質量有了較大提高，鑄坯低倍硫印等級由1.5級提高到目前的0.5~1級，同時減少了生產事故的發生。 “全面提升了轉爐、精煉、連鑄等工序的控制水平，帶動了設備狀況、原料條件及生產組織等各環節保障能力的提高，穩定了整個生產組織，減少了生產事故，實現了鑄坯質量優質化，為品種鋼開發工作奠定了可靠基礎。

Research and application of conticaster “ sanheng “ operation

WANG Min
(Shandong laiwu iron and steel group co., Ltd., Laiwu 271104，Shandong，China)

Abstract:The from the analysis of conticaster “constant drawing speed, constant surface, constant temperature” SANHENG operation necessity of through the development of SANHENG collection standards, the development of “SANHENG” data acquisition and statistical query program, adding tundish continuous temperature measuring and weighing system, the optimization of mould level detecting and control system etc.A series of measures, the conticaster as a center of production, quality control, to achieve the operation of the continuous casting machine SANHENG, comprehensively enhance the converter, refi ning, conticaster and other process control ability, for the billet quality control ability and variety development work laid the reliable basis.

Keywords：conticaster；sanheng；data collection； query

中圖分類號：TG249.7：TF777；

文獻標識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0058-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.018

收稿日期:2015-12-03

作者簡介：王民（1979—），男，高級工程師,主要從事鑄造設備的維護、維修.