板坯連鑄機浸入式水口自動變渣線技術

蔡 森，張 亮

（1山信軟件萊蕪自動化分公司，山東 萊蕪271104；2山鋼股份營銷總公司，山東 萊蕪271104）

1 前言

為提高連鑄坯的鑄坯成材率，減少浸入式水口穿孔影響板坯質量的弊端。萊鋼寬厚板坯4#連鑄機采用了一種自動調節浸入式水口渣線的方法，減少了浸入式水口被過度侵蝕穿孔，使浸入式水口的平均使用壽命由原來的5 h提高到15 h，并改善了手動變渣線引起的液面波動、水口偏流及對鋼包自動澆注影響的不足，減少了生產事故的發生，提高了鑄坯質量，同時降低了煉鋼生產成本［1］。

2 自動變渣線系統構成

浸入式水口自動變渣線技術是通過PLC實時檢測并獲取結晶器液面與頂部之間的距離值，確定出當前浸入式水口在結晶器鋼液中的浸入深度值。根據浸入深度值，確定出當前渣線位于浸入式水口上的位置。當渣線位于浸入式水口上的渣線部時，按照設定方式對浸入式水口進行自動變渣線操作。嚴格控制水口在結晶器內局部侵蝕的時間，按時間段對水口位置進行調節［2］。

自控系統采用西門子S7-400系列PLC，完成上述中間包浸入式水口自動變渣線?？刂葡到y由數據采集處理單元、中央處理單元和人機交互系統構成。數據采集處理單元是控制系統與外界交換數據的接口，主要讀取拉速、中包車重量等重要參數，并進行相應處理；中央處理單元是整個控制系統的核心，以數據采集處理單元得到的數據為依據完成中間包浸入式水口自動變渣線算法的運行，數據存儲及發出控制信號；人機交互系統是人機交互界面，主要完成控制參數的設定修改，實現水口位置自動控制設備的遠程操作，并對所有檢測參數進行實時跟蹤顯示，控制流程見圖1。

圖1 自動變渣線控制流程

3 自動變渣線技術

3.1 自動變渣線工作流程

通過實時檢測獲取單元實時檢測并獲取板坯連鑄機中的測量參數信息，通過確定出浸入式水口在結晶器鋼液中的浸入深度值，并進一步通過確定出當前渣線位于浸入式水口上的位置，當渣線位于浸入式水口上的渣線部時，通過自動調節渣線單元按照設定方式對浸入式水口進行變渣線操作。自動調節浸入式水口在鋼液中不斷上下移動，并保證渣線始終位于浸入式水口的渣線部范圍內；以避免因采用人工方式進行變渣線操作，不能準確的對浸入式水口進行控制操作，使得浸入式水口在結晶器內局部被過度侵蝕，導致嚴重影響浸入式水口的使用壽命的問題，工作流程見圖2［3］。

圖2 自動變渣線工作流程

3.2 自動變渣線技術的實現

自動變渣線變化周期預設為5 min，避免了操作人員長時間忘記變渣線及水口局部侵蝕嚴重的現象。自動變渣線一次變化高度一般設定為3 mm，減少了因調整幅度大而引起的液面波動，實現了侵入式水口變渣線的全自動調節［4］。

通過PLC系統檢測得到的測量參數信息包括：實際中間包的標準高度h1，中間包底部到浸入式水口底部的距離h2，中間包底部到結晶器頂部的距離h3，結晶器內鋼液面到結晶器頂部的距離h4。其中，當中間包各高度尺寸標準無誤差時，h1=0。

將測得結晶器中鋼液面的最高位置到結晶器頂部的距離，記為s1，將測得結晶器中鋼液面的最低位置到結晶器頂部的距離記為s2，結晶器液位設定值為A%，取A=80。則有：

其中，h6表示浸入式水口顯示值，當中間包各高度尺寸標準無誤差時，h6=h5。

在進行自動調節渣線時，需要控制浸入式水口每次上下移動的距離，以減少鋼液面的波動，保持鋼液面的穩定性。因此，可以設定浸入式水口每次上下移動的距離，為3～5 mm，一般取3 mm。其中，浸入式水口每次移動的距離可以相同，也可以不同，但需保證浸入式水口每次移動過程中，渣線始終位于所述浸入式水口的渣線部?？梢栽O定預設時間周期性地進行變渣線1次，或者在預設時間內進行變渣線1次。

3.3 自動變渣線的技術特點

1）保持鋼液面的穩定性。自動變渣線一次變化高度一般設定為5 mm，減少了因調整幅度大而引起的液面波動；2）兩油缸高度位置偏差小，避免了因中間包車上兩油缸位置偏差較大而導致的水口偏流現象；3）調整水口高度控制的準確性，對中偏差≯±1 mm；4）一次變化高度小，因中間包超重或失重而引起的鋼包自動澆注改為手動澆注幾率減小；5）避免了大包套管機械手碰撞及鋼包敞澆事故；6）自動變渣線變化周期一般為5 min，避免了操作人員長時間忘記變渣線及局部侵蝕嚴重現象［5］。

3.4 人機交互界面

該系統采用WinCC圖形軟件，具有良好的人機交互界面，功能完備，其軟件實現的主要功能有：1）自、手動功能。在自動狀態下，浸入式水口自控系統根據周期定時調整渣線高度，自動控制變渣線。在手動狀態時，操作人員可在上位機上手動輸入調整時間和高度值，控制變渣線；2）在上位機可以實時顯示變渣線的運行狀態與相應參數，如渣線高度、變渣線時間、變渣線次數等；3）煉鋼過程中的相關信息如結晶器液面高度、渣線位置、拉速狀態等顯示在上位機上；4）可以方便地修改系統參數，調整渣線位置。所設參數及信息可有選擇地存盤，方便實用；5）可查詢生產記錄?？刹樵兠看巫冊€時的時間、實際高度值、渣線設定值等信息。

4 結語

4#寬厚板坯連鑄機采用手動變渣線時，技術含量低，操作人員容易出現誤判且浸入式水口的使用壽命很短，使用5 h左右就需要更換新水口。采用自動變渣線新技術后，技術含量高，在保護設備的同時提高了作業率。不僅操作的可靠性與安全性大幅提高，而且操作快捷、方便，變渣線到位準確率高，避免了浸入式水口在鋼液面中局部被過度侵蝕。同時，浸入式水口的使用壽命延長到了15 h，降低了生產人員的勞動強度，經濟效益顯著。