板坯連鑄機二次冷卻水量對鑄坯質(zhì)量的影響與控制措施

閆 彪

（河北鋼鐵集團 唐鋼信息自動化部，河北 唐山 063000）

在現(xiàn)代大型鋼鐵企業(yè)里，生產(chǎn)環(huán)節(jié)主要包含煉焦，煉鐵，煉鋼，連鑄，軋鋼。其中連鑄環(huán)節(jié)的作用就是通過結(jié)晶器、扇形段拉矯機等設(shè)備，使1600℃左右的高溫液態(tài)鋼水，冷卻凝固成為固態(tài)的板坯，以供軋機軋制。其中結(jié)晶器的作用是先生成表面坯殼，而板坯殼內(nèi)的液心則需要在扇形段拉矯機的二次冷卻水下進(jìn)行逐漸冷卻凝固。

圖1 板坯連鑄機二次冷卻水量過程

1 連鑄機二次冷卻水的冷卻過程概述

二次冷卻水是通過在扇形段內(nèi)弧和外弧均勻分布的噴淋水嘴，與高壓氣體混合后噴射在紅熱鑄坯表面，再通過鑄坯外殼逐漸傳導(dǎo)內(nèi)部液心，以達(dá)到整個鑄坯冷卻凝固的目的。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，不同的鋼種對應(yīng)不同的冷卻程序，即冷卻水表，扇形段從上到下的每個區(qū)域?qū)λ看笮∫灿袊?yán)格要求，并且隨著鑄坯拉速的改變，水量也會自動根據(jù)實時拉速，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。這個調(diào)整過程的控制，是一個閉環(huán)的控制，通過流量傳感器采集到的水量信號，以模擬量傳回PLC輸入模板，比較與設(shè)定水量的大小，從而判定水閥的開度，再通過輸出模板將模擬信號傳到現(xiàn)場的氣動控制閥門。

2 二次冷卻水量波動對鑄坯質(zhì)量的影響

高溫液態(tài)鋼水在凝固成型的過程中，冷卻強度的的控制，是這個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵，過快的冷卻速度，會導(dǎo)致鑄坯提前變硬，給扇形段的矯直帶來困難，并且給拉矯電機帶來過大負(fù)載，嚴(yán)重時可能損害設(shè)備；而冷卻強度不夠時，鑄坯外殼不能及時散熱，導(dǎo)致鑄坯表面又薄又軟，在內(nèi)部液態(tài)鋼水的垂直壓力下，可能引起鑄坯的局部變形，并且由于扇形段的反復(fù)擠壓，內(nèi)部鋼水間斷性的回涌到結(jié)晶器，造成結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面的波動，嚴(yán)重時影響拉坯速度，甚至引起漏鋼事故。冷卻水閥門調(diào)節(jié)的頻率和每一次開度調(diào)整的比例，直接影響了冷卻水量的穩(wěn)定性，而二次冷卻水的不穩(wěn)定，也會導(dǎo)致鑄坯質(zhì)量出現(xiàn)問題，鑄坯外型出現(xiàn)“鼓肚”，“臺階”還有“梯形”等等狀況。所以說，二次冷卻水自動調(diào)節(jié)設(shè)備的平穩(wěn)運行，是連鑄車間生產(chǎn)鑄坯質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

3 連鑄機二次冷卻水量保持穩(wěn)定的措施

冶金鋼鐵企業(yè)里，連鑄機生產(chǎn)線的扇形段中二次冷卻水流量調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性，不僅僅影響著企業(yè)生產(chǎn)節(jié)奏運行的穩(wěn)定性，更影響著連鑄板坯工藝的質(zhì)量。而且隨著提產(chǎn)量提拉速的常態(tài)化，對鋼水液面穩(wěn)定性的要求也在不斷加大。在2018年一年當(dāng)中，由于二次冷卻水的穩(wěn)性問題，不僅多次影響了產(chǎn)品質(zhì)量，更會造成生產(chǎn)損失。所以我們要對1700連鑄生產(chǎn)線冷卻水量進(jìn)行必要性的整改措施和維護(hù)。

前面提到，冷卻水閥門調(diào)節(jié)的頻率和每一次開度調(diào)整的比例，直接影響了冷卻水量的穩(wěn)定性。將我單位1700連鑄機的冷卻水流量采樣曲線錄入FDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)，采用FDA數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對傳感器狀態(tài)實時監(jiān)控，對冷卻水閥門開度和流量通過PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)和調(diào)節(jié)時間進(jìn)行分析。

圖2 PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)和調(diào)節(jié)時間

通過圖的觀察，我們就可以發(fā)現(xiàn)比例系數(shù)的設(shè)定和調(diào)節(jié)時間的取值，跟二次冷卻水閥門的開度有著密切的關(guān)系，倘若調(diào)節(jié)時間設(shè)定偏大，則二冷水閥門響應(yīng)的速度就會變遲緩，水量調(diào)節(jié)的速度難以跟上拉坯速度的變化；倘若調(diào)節(jié)時間偏小，則二冷水閥門響應(yīng)的速度過于敏感，導(dǎo)致水流量的波動，時大時小。比例系數(shù)的設(shè)置，同樣會導(dǎo)致水量變化的延遲或是敏感，所以調(diào)節(jié)時間和比例系數(shù)的配合是水量穩(wěn)定的關(guān)鍵。

圖3 實時采集水量波動的異常曲線值

圖4 實時采集水量波動的正常曲線值

通過兩組圖的觀察，我們發(fā)現(xiàn)正常時檢測到的曲線采樣應(yīng)是小范圍波動的穩(wěn)定調(diào)節(jié)，而不是大范圍的起伏波動曲線。

除了在控制界面進(jìn)行的比例系數(shù)與調(diào)節(jié)時間的設(shè)置，我們還要定周期檢查氣動調(diào)節(jié)閥門內(nèi)的開度執(zhí)行器，利用設(shè)備的檢修時間對相應(yīng)的二次冷卻水閥門內(nèi)的執(zhí)行器進(jìn)行零點位置標(biāo)定，消除零點漂移，校準(zhǔn)閥門開度反饋信號，以確保在生產(chǎn)時處于良好的反饋狀態(tài)。

通過對主控界面中的比例系數(shù)和調(diào)節(jié)時間進(jìn)行若干微調(diào)，在不同的模擬拉速下進(jìn)行測試，得到既能水量及時調(diào)節(jié)，又能使水量隨拉速保持平穩(wěn)調(diào)整的數(shù)據(jù)值。

因控制信號到現(xiàn)場傳輸距離較長，現(xiàn)場電路環(huán)境復(fù)雜，相對微弱的水量調(diào)節(jié)信號，因各種干擾導(dǎo)致水閥動作的誤差較大，所以采取信號抗干擾措施，屏蔽現(xiàn)場電磁干擾，對傳輸信號線進(jìn)行全面的防護(hù)，并且定期檢查模擬量輸入輸出模塊的端子接頭是否有松動跡象，觀察接線觸點氧化情況，利用設(shè)備的檢修維護(hù)時間進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的處理。

通過對我單位1700連鑄機二次冷卻水自動化設(shè)備控制系統(tǒng)的調(diào)整和維護(hù)，并將水量采樣曲線完整錄入FDA進(jìn)行實時監(jiān)測，采樣周期精確到20ms，提高了水量曲線采樣檢測精準(zhǔn)度，根據(jù)采樣趨勢的變化曲線在檢修時進(jìn)行調(diào)整，配合易損件的定期更換，以及定期對二次冷卻水閥門的執(zhí)行器進(jìn)行定位調(diào)整，使我單位1700連鑄機二次冷卻水量的穩(wěn)定性得到了有效的提升，因此鑄坯產(chǎn)品的工藝和質(zhì)量有了更好的控制與提高。