連鑄自動控制技術(shù)的研究與應(yīng)用

摘要：連鑄是整個煉鋼工藝過程的中間環(huán)節(jié)，從煉鋼接受鋼水澆鑄成鑄坯后送到軋鋼，起到承上啟下的作用。針對連鑄經(jīng)常出現(xiàn)的質(zhì)量問題，對結(jié)晶器鋼水液面控制系統(tǒng)、二冷水控制系統(tǒng)進(jìn)行了自動化控制技術(shù)的研發(fā)工作。

關(guān)鍵詞：液面控制； 二冷水控制

連鑄是特鋼100t電爐生產(chǎn)線的中間環(huán)節(jié)，在整個生產(chǎn)過程中起到承上啟下的作用，因此提高連鑄坯的質(zhì)量是至關(guān)重要的，連鑄坯主要存在有純凈度、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量和外觀性質(zhì)幾類質(zhì)量問題。

連鑄坯表面質(zhì)量的好壞決定了鑄坯在熱加工之前是否需要精整，是影響金屬收得率和成本的重要因素，也是鑄坯熱送和直接軋制的前提條件，其形成的原因很復(fù)雜，但總體來說，主要是受結(jié)晶器內(nèi)鋼液凝固所控制。鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量是指鑄坯是否具有正確的凝固結(jié)構(gòu)、偏析程度、內(nèi)部裂紋、夾雜物含量及分布狀況，凝固結(jié)構(gòu)是鑄坯的低倍組織，即鋼液凝固過程中形成等軸晶和柱狀晶的比例，鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量與二冷水及支持系統(tǒng)密切相關(guān)。

1 主要控制技術(shù)的確定

連鑄機(jī)主要由鋼包、中間包、結(jié)晶器、結(jié)晶器振動裝置、二次冷卻和鑄坯導(dǎo)向裝置、拉坯矯直裝置、切割裝置、出坯裝置等部分組成。

連鑄坯的表面缺陷直接影響軋制成品的表面質(zhì)量，熱裝熱送或直接軋制工藝要求鑄坯進(jìn)加熱爐必須無缺陷，因此重點關(guān)注了結(jié)晶器和二次冷卻區(qū)，以下是整個系統(tǒng)開發(fā)的流程圖，見下圖。

連鑄工藝流程圖

2 主要控制技術(shù)的應(yīng)用

2.1 結(jié)晶器液面控制

結(jié)晶器安裝在振動裝置上，通過振動裝置的上下振動可防止結(jié)晶器內(nèi)壁和鋼水粘連、均勻鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)的摩擦阻力，其作用是利用流經(jīng)結(jié)晶器體內(nèi)腔的凈環(huán)水，將和結(jié)晶器內(nèi)壁接觸的鋼水快速冷卻并使其迅速結(jié)晶。

結(jié)晶器是在盡可能的拉速下，保證鑄坯出結(jié)晶器形成足夠厚度的坯殼，使連鑄過程安全的進(jìn)行下去，決定了連鑄機(jī)的生產(chǎn)能力，結(jié)晶器內(nèi)的鋼水將熱量平穩(wěn)的傳到給銅板，使鑄坯厚度能均勻的生長，保證鑄坯表面質(zhì)量。

鋼液在結(jié)晶器內(nèi)的凝固傳熱分為拉坯方向的傳熱和垂直于拉坯方向的傳熱兩部分，絕大部分熱量是通過垂直于拉坯方向傳遞的，此傳遞過程由三部分構(gòu)成，即鑄坯液芯與坯殼間的傳熱，坯殼與結(jié)晶器壁間的傳熱，結(jié)晶器壁與冷卻水之間的傳熱。

結(jié)晶器液面檢測與自動控制對保證穩(wěn)定拉坯工藝和保證連鑄機(jī)的安全生產(chǎn)、降低溢漏率、減少結(jié)晶器及備件消耗、改善鑄坯質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率。結(jié)晶器液面的檢測方法是同位素法，中間包鋼流控制方式有中間包塞棒和中間包滑動水口兩種，為使生產(chǎn)操作更方便和安全，采用兩種方法相結(jié)合。一種結(jié)合使用方法是正常工作是用塞棒來實現(xiàn)自動開澆和液面控制，緊急情況時使用滑動水口；一種結(jié)合使用方法是正常使用滑動水口，緊急時使用塞棒。

2.2 二冷水控制

同一臺連鑄機(jī)在開澆、澆鑄不同鋼種及拉速變化時需要對二冷水量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。二冷水的自動控制方法主要可分為靜態(tài)和動態(tài)控制發(fā)兩類。靜態(tài)控制法一般利用數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所澆鑄的斷面、鋼種、拉速、過熱度等連鑄工藝條件計算冷卻水量，將計算的二冷水?dāng)?shù)據(jù)表存入計算機(jī)中，在生產(chǎn)工藝條件變化時計算機(jī)按存入的數(shù)據(jù)找出二冷水控制量，調(diào)整二冷強度。

為了避免這種鑄坯表面溫度的波動，就引入了動態(tài)噴霧冷卻控制思想，即使在拉速急劇變化的情況下，也能保持鑄坯表面溫度的穩(wěn)定。

連鑄機(jī)穩(wěn)態(tài)條件下的水流量是用戶可定義的，并存儲在一個稱之為“配水表”的文件中。整個噴霧冷卻段被劃分為多個冷卻控制回路?？刂颇Ｐ蛯㈣T流分成許多小的單元來考慮，這些單元隨澆鑄速度而沿澆鑄方向移動。該系統(tǒng)監(jiān)視每個冷卻回路中這些單元的駐留時間，并根據(jù)駐留時間和一些其他因素（如鋼種、中間包溫度、結(jié)晶器斷面規(guī)格、澆鑄速度等）來確定這些冷卻回路的水流量設(shè)定值。

在每個冷卻區(qū)定義一個或幾個特定的點，這些點被稱之為“節(jié)點”。對每個節(jié)點考慮其附近的單元，利用這些單元的澆鑄速度從配水表中取出一個基本水流量。處于兩個數(shù)據(jù)對之間的數(shù)值采用線性插值計算。

對于最終水流量設(shè)定值的確定，數(shù)學(xué)模型計算還考慮下列因素：

1） 靜態(tài)控制：靜態(tài)控制與常規(guī)控制算法相似。它是根據(jù)實際的澆鑄速度從配水表中取出該節(jié)點的基本水流量，然后根據(jù)鑄流寬度和中間包當(dāng)前的鋼水溫度來對這個基本水流量進(jìn)行修正；2） 動態(tài)控制：對于動態(tài)控制，實際的澆鑄速度將被該節(jié)點的速度平均值取代，而各回路的水流量設(shè)定值計算與靜態(tài)控制相類似；3）靜態(tài)控制和動態(tài)控制相結(jié)合：設(shè)定值的計算可采用靜態(tài)控制和動態(tài)控制的結(jié)果。在兩者結(jié)合時，靜態(tài)控制和動態(tài)控制的結(jié)果將按一個稱之為“動態(tài)因子”的參數(shù)來分配；4）配水表優(yōu)先級：每個爐次的鋼種數(shù)據(jù)中，對每個配水表分配一個0到9之間的優(yōu)先數(shù)字。這個數(shù)字被稱為“配水表優(yōu)先級”；5） 澆鑄開始期間的安全水流量；6） 鑄流停止時的水流量修正；7） 澆鑄坯頭的水流量修正；8） 澆鑄坯尾的水流量修正；9） 尾坯輸出期間的回路關(guān)閉建議。

3 總結(jié)

自采用新的自動化控制技術(shù)以來，鋼坯表面質(zhì)量問題得到了改善，棒材控制得到了優(yōu)化，不合格產(chǎn)品的數(shù)量明顯減少，冷卻效率和冷卻質(zhì)量大大提高，冷卻模型得到了充分應(yīng)用，品種鋼的成材率得到了提高。

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作者簡介：王晉卿（1984），女，漢族，山東青島人，工學(xué)學(xué)士學(xué)位，工程師，研究方向：冶金工業(yè)自動化控制。