连铸及炉外精炼自动化技术 教案_炉外精炼教案
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第1章
炉外精炼工艺概述
炉外精炼是把转炉、平炉或电炉中所炼的钢水移到另一个容器中(主要是钢水包)进行精炼的过程，也叫“二次炼钢或钢包精炼”。炉外精炼把传统的炼钢分成两步，第一步叫初炼，在氧化性气氛下进行炉料的熔化、脱磷、脱碳和主合金化；第二步叫精炼：在真空、惰性气氛或可控气氛下进行脱氧、脱硫、去除夹 杂、夹杂物变性、微调成分、控制钢水温度等。
各种炉外精炼方法的工艺各不相同，其共同的特点是：有一个理想的精炼气氛，如真空、惰性气体或还原性气体；采用电磁力、吹惰性气体搅拌钢水；为补偿精炼过程中的钢水温度降损失，采用电弧、等离子、化学法等加热方法。
钢包精炼设备应满足以下基本要求：
(1)调节钢水温度，达到连铸所要求的浇注温度范围；
(2)提高钢水清洁度，特别是减少钢中大型夹杂物的含量；
(3)降低钢中气体含量(如氢、氮含量H
(4)降低钢中有害杂质(如硫、磷)含量；
(5)使钢水中温度和成分均匀化，并微调成分使成品钢的化学成分范围非常窄；
(6)改变钢中夹杂物的形态和组成，改善钢水的流动性；
(7)减轻炼钢炉的冶炼负荷，缩短冶炼周期，提高生产率；
(8)钢包精炼炉成为炼钢炉和连铸机之间的一个“缓冲器“平衡两者之间的生产节奏，有利于提高连铸机的生产率。
1.1 RH循环真空脱气精炼
通常在炼钢工业上使用两种真空循环脱气法，单连通管法或称DH工艺及双连通管绫或称为RH工艺。现代的单连通管DH的脱气设备如图1—1所示
1.1.2RH真空精炼的设备(1)RH真空室(2)排气装置。
(3)铁合金加料系统。(4)真空室的加热装置。(5)真空室支撑设备
1.1.3 RH真空精炼钢水循环机理
下部设有两根环流管的脱气室，在脱气处理时，将环流管插入钢水„一一定深度，然后启动真空泵，真空室被抽成真空。由于真空室内外压力差，钢水从两根插入管上升到与压差相等的高度，即循环高度B与此同时，上升管输入驱动气体(氩气及其他惰性气体、反应气体)，驱动气体由于受热膨胀以及压力由t1降到t2，而引起等温膨胀，即上升管内钢水与气体混合物密度降低，而驱动钢水上升像喷泵一样涌人真空室内，使真空室内的平衡状态受到破坏。为了保持平衡一部分钢水从下降管回到钢包中，这样钢水受压差和驱动气体的作用，不断从上升管涌人真空室内，经过脱气后的钢水W经下降管回到钢包内，周而复始，实现了钢水循环。并在脱气室内脱除气体。
1.2 LF炉钢包精炼
LF是70年代初由日本开发成功，并大量推广，成为当代最主要的炉外精炼设备。LF具有以下工艺优点：
精炼功能强，适宜生产超低硫、超低氧钢；
具有电弧加热功能，热效率高，升温幅度大，温度控制精度高； 具备搅拌和合金化功能，易于实现窄成分控制，提高产品的稳定性； 采用渣钢精炼工艺，精炼成本低；设备简单，投资较少。
LF精良过程顺序
1.3 CAS/CAS-OB钢包精炼
钢包吹氩精炼法
钢包内喷吹惰性气体(Ar气)搅拌工艺(底吹或顶吹法)，又称“钢
包吹氩”技术是最普通也是最简单的炉外处理工艺。
其主要冶金功能是均匀钢水成分、温度、促进夹杂物上浮。通常钢包吹氩的气体搅拌强度为0.003～0.01Nm3/t·min CAS-OB 为了解决钢水升温的问题，日本又在CAS上增设顶吹吹氧枪和加铝丸设备，通过溶入钢水内的铝氧化发热，实现钢水升温，通常称为CAS-OB工艺。
CAS-OB工艺的工作原理是在一个密闭、惰性、无渣的环境下，通过铝的氧化反应放热使钢水升温，并在此惰性气氛下加入合金。
1.4 其他几种炉外精炼法（包括辅助的精炼措施）
1）VOD • VOD是Vacuum(真空)、Oxygen(氧)和Decarburization(脱碳)三个词第一个字母的组合，表示真空条件下吹氧脱碳。
• 该方法是1965年西德首先开发应用的，它是将钢包放入真空罐内从顶部的氧枪向钢包内吹氧脱碳，同时从钢包底部向上吹氩搅拌。
• 此方法适合生产超低碳不锈钢，达到保铬去碳的目的，可与转炉配合使用。
它的优点是实现了低碳不锈钢冶炼的必要的热力学 和动力学的条件——高温、真空、搅拌。
• VOD具有吹氧脱碳、升温、吹氩搅拌、真空脱气、造渣合金化等冶金手段，适用于不锈钢、工业纯铁、精密合金、高温合金和合金结构钢的冶炼。
• 其基本功能概括为：
吹氧升温、脱碳保铬； 脱气；
造渣、脱氧、脱硫、去夹杂； 合金化。
（2）AOD(Argon Oxygen Decarbrization)• 不锈钢的工业性生产开始于上世纪20年代，到目前为止，它的冶炼工艺技术也一直在发展和改进，主要表现在以下几个方面： 允许选用更廉价的原料，降低生产成本。如采用高碳或中碳铬铁代替价格昂贵的微碳铬铁或金属铬，应用不锈钢返回料以回收合金元素。
能生产出高纯度、高均匀性的不锈钢，特别是生产超纯不锈钢。在冶炼过程中能大幅度地去除原材料中带入的碳、硫、磷、气体、夹杂以及其他有害元素。
冶炼工艺能更好地与连铸配合。如冶炼的生产率能适应连铸的要求。
AOD法就是为了解决上述问题而发展起来的一种冶炼高铬不锈钢的专用方法。
• AOD冶炼不锈钢的主要优点是：
因为是吹入气体进行精炼，所以设备投资比VOD少2倍以上；
工艺易掌握，易冶炼超低碳不锈钢；
钢的质量高，与电炉相比，氢氧含量可分别降低25～65%和25～30%，因是吹氩的强搅拌，硫含量很低，可生产≤0.001%的超低硫不锈钢。
在大气压力下向钢水吹氧的同时，吹入惰性气体(Ar)，通过降低PCO以实现脱碳保铬。• AOD精炼效果：
气体。AOD法精炼的不锈钢，其气体含量明显地低于电弧炉返回吹氧法冶炼的产品。由于氢的降低，不锈钢针孔缺陷明显减少。
氮含量比电炉冶炼低30%～60%，降低氮含量对改进铬不锈钢冲击性能有重要作用。
夹杂。由于在整个冶炼过程中，特别是在预还原和精炼时仍喷吹气体，所以AOD法所炼的钢中，基本上消除了大颗粒夹杂，细小夹杂也比电炉所炼的同钢种要低。夹杂物主要是出钙硅酸盐组成，其颗粒细小，分布均匀。
• 脱硫。AOD法吹炼的还原阶段，具有极为优越的脱硫条件。对于超低硫的钢种，采用双渣法，可将钢中的硫脱到10×10-6以下。这种深度脱硫的效果是不锈钢的真空精炼法所难以达到的。
• 有害微量元素的去除。在AOD法精炼中，能够有效地去除诸如铅、铋、锑、锡等有害的微量元素。如我国的一座18tAOD炉所炼的不锈钢，这些有害元素一般都在10×10-6以下。（3）喷吹法
喷吹法是用载气（Ar）将精炼粉剂流态化，形成气固两相流，经过喷枪，直接将精炼剂送入钢液内部。由于在喷吹法中精炼粉剂粒度小，进入钢液后，与钢液的接触面积大大增加。因此，可以显著提高精炼效果。
• 炉外精炼中钢液的精炼剂一类为以钙的化合物（CaO或CaC2）为基的粉剂或合成渣，另一类为合金元素如Ca、Mg、Al、Si及稀土元素等。
• 将精炼剂加入钢液中，可起到脱硫、脱氧，去除夹杂物，夹杂物变性处理以及合金成分调整的作用。（4）喂丝法
喂丝法是将易氧化，密度小的合金元素置于低碳钢包裹线中，通过喂丝机将其送入钢液内部。
• 喂丝法的优点是：
• 可防止易氧化的元素被空气和钢液面上的顶渣氧化，准确控制合金元素添加数量，提高和稳定合金元素的利用率；
• 添加过程无喷溅，避免了钢液再氧化； • 精炼过程温降小； • 设备投资少； • 处理成本低。
第2章 炉外精炼检测仪表和专用传感器
炉外精炼检测用的仪表和专用传感器因工艺流程和设备的不同而不同 , 但大体上可以 分成以下几类 : 钢水温度和成分的检测 , 真空槽和气体的检测 , 喷吹系统(包括载气和粉剂)的计量仪表 , 渣厚、液位等其他仪表。一般通用的仪表如重量、压力、流量、温度、钢水中渣的 检测等 2.1 钢水成分分析用检测仪和专用传感器
钢水成分分析用的方法有热电势法、电化学法、发光分光法、微粒子生成法、气体平衡分 压测定法、排放废气烟尘分析和粘附移送法等。炉外精炼炉主要分析钢水中的碳、氧、续、氢、硅、磷等的含量 2.1.1 钢水定碳检测仪表与传感器
其原理是凝固定碳法 , 即在需要检测钢水中的碳含量时由机械手的测碳插枪把钢水定 碳测量头插入到钢水中 , 在钢水溶化了钢水入口处的薄钢片以后 , 钢水进入到取样杯中 , 这时钢水定碳测量头中的热电偶测得的电势 E，从 A 点上升到最高 点 B, 当钢水开始凝固时 , 由于放出结晶热 , 热电偶电势 E 即从 C 点开始的一段时间内保持 不变 , 即出现 ” 平台 “, 过 ” 平台 “ 以后 , 温度即迅速下降。这 ” 平台 “ 的位置(即温度)与钢水中 含碳量成函数关系 , 根据碳温对照表 , 在准确找出这段 ” 平台 “ 后即可求得钢水中的含碳量。
2.1.2 钢水定氧检测仪表与传感器
采用高温固定电能解质制成氧浓差电池测量头 , 进行钢水定氧 , 与现有各定氧法相比有 下列优点 :(1)设备简单 , 不需要取样、取样设备;(2)把氧测量头插入钢水中 , 约 5~10s, 就 可产生稳定的氧电势供检测仪表指示和记录 , 分析过程简单;(3)能直接测出钢水中的活氧 度;(4)能测出钢水中的溶解氧量 , 由于后者与脱氧平衡有直接关系 , 更有利于确定脱氧剂的 加入量而改进脱氧操作。
图 2-2 定氧测量头的原理和结构 2.1.3 钢水中氢含量的在线检测
钢水中氢含量在线检测的原理是测量该气体的分压而得出氢含量根据 Sievert 定律
2.1.4 钢水中锰含量的在线检测
2.2钢水中全元素的在线检测(1)Ar气吹人生成微粒方法。
(2)激光照射生成微粒子法。这是阿拉莫斯研究所开发的。(3)闪光放电生成微粒子法。
(4)使钢水液面直接发光的激光激发法。2.3脱气槽气体成分分析装置
炉外精炼脱气槽气体成分分析系统主要由取样头、过滤器箱和分析仪表三部分组成炉气流从 No.1 和 N0.2 取样头进入 No.1 和 N0.2 过滤器 , 再经管道和分析仪表箱外 卡凝器等气体处理装置及电磁阀、调节阀、分析仪表。分析仪表一般为红外线分析仪或气相色谱仪(如国内引进美国瓦利安公司技术制造的 SP-3400 型气相色谱仪,微机控制,采用热导检测器、氢火焰检测器、填充柱、毛细管柱分离；通过多阀切换 ,信号自动切换,能实现一次进样, 多维色谱分析 , 快速分析气体中CO,C 乌等含量), 近年来更有使用质谱仪以提高精度和减少滞后时间。
第3章 炉外精炼的基础自动化
基础自动化按其性质来说可分为三部分:(1)过程量的检测与控制,简称回路控制即温、压力、料位等过程量的测控;(2)电气传动控制,主要是各个电气设备的顺序控制和起、停及联锁等;(3)中央监视与操作。在炉外精炼中,基础自动化的功能大致包括以下几个部分 :(1)数据采集,包括炉外精炼工艺过程的主要参数的检测;(2)自动控制,即炉外精炼工艺过程中 , 主要工艺参数的自动控制以达到炉外精炼的最终目标;(3)电气传动顺序控制,即对炉外精炼所有的电气设备按工艺所要求的顺序进行控制、锁、起停;(4)故障报警,包括工艺过程参数的超限报警,以及电气、仪表、设备本身的故障报警 ,这些报警又分成轻、中、重三度报警;(5)数据处理,对精炼过程中所采集的数据进行处理和存储 , 以供控制、显示和打印用 , 要处理包括差压、流量的开方 , 温度压力补正等运算 , 消耗按班、日、月的累计计算以及历 数据的存储趋势记录等一系列的运算显示;(6)在精炼过程中接受上位机的设定值进行 SPC(设定值控制),包括数学模型设定以人工智能如模糊控制、神经元网络等指令并进行控制;(7)画面显示,包括 CRT 上显示工艺流程画面、操作画面、工艺参数趋势曲线、历史数、图形画面等;(8)数据记录,包括班报、日报、月报、报警记录以及专门的报表如合金投入量、喂丝重 等;(9)数据通讯,包括 PLC 之间 ,PLC 和 DCS 之间,上下位机之间的通讯。虽然炉外精炼 许多不同的工艺流程 , 但上述功能都是一样的,只是由于工艺流程不同而导致各项的具体内容不同。3.1 RH真空精炼装置基础自动化
真空精炼工艺流程主要分成 7 个系统 , 钢包运输系统、钢包处理站、真空系统、真空加热系统、合金上下料系统、真空室部件修理和更换系统以及真空部件修理、砌造系统
3.1.1RH 基础自动化数据采集功能
RH 真空精炼装置基础自动化数据采集功能包括:钢包小车钢包顶升系统的钢包钢水重量称量;真空室系统的耐火材料内衬温度;真空泵系统的冷凝器冷却水流量、压力和温度、作水温度、密封缸液 ,蒸汽总管流量、压力和温度,蒸汽喷射泵的蒸汽压力 ,主真空间后真空度,废气流量、压力和温度,气体冷却器前后废气温度,气体冷却器温度及冷却隔板排气流量,真空阀前真空度;铁合金系统的各料仓料位,真空料罐真空度;真空室煤气加热系统的主烧嘴煤气、氧气、空气流量和压力,点火烧嘴煤气及压缩空气压力,真空室加热温度,排气烟罩内压力;钢水测温定氧系统的钢水温度和氧含量;真空室插入管吹氧吹氮系统的氢 / 氮支管流量和压力,氢 / 氮插入管流量;设备冷却水系统各冷却点的各冷却水流量、压力和温度;真空室底和插入管煤气烘烤系统的煤气和空气流量压力;真空处理水系统的净循环水水位、甚度、压力和流量;能源介质系统的压缩空气、氧气、氧气、氮气、焦炉煤气、水等总管流量、压力等数据采集。
3.1.2 Rh基础自动化自动控制功能
驱动气体和冷却浸渍管流量自动控制体统 RH真空室压力自动控制体统 RH-KTB氧枪氧流量自动控制系统 RH蒸汽总管压力自动控制系统
3.2 LF-VD钢包炉真空精炼基础自动化（1）数据采集（2）自动控制
（3）电气传动顺序控制（4）故障报警 3.3 CAS/CASOB 钢包精炼基础自动化
CAS/CASOB 其基础自动化的功能如下 :(1)数据采集 CAS/CASOB 钢包精炼的数据采集包括吹氧流量(含温度和压力补正)压力,搅拌时各料仓及投人料斗料位,铁合金及升温铝用称量值,钢水升温时用氧气压力流量,氧枪位置,吹氧时间,钢水温度和氧含量(用消耗式测温和定氧测量头测量)除尘系;的差压等。
(2)自动控制。CAS/CASOB 钢包精炼的自动控制包括 : 搅拌用氧气流量和搅拌时间:定等控制,铁合金及升温用铝称量及投入控制,钢水升温时用氧流量和压力以及吹氧时间
CASOB 具体操作如下 : 钢水包吊运至处理站,对位后,开始底部强吹氧气 , 约 1min,吹开钢水表面渣 ,立即下罩,同时测温取样,按计算好的合金称量 , 不断吹氧,稍后,即可加入铁合金搅拌,如需补偿降温,可用氧枪吹氧升温或投入升温用铝。
3.4 IR-UT钢包精炼基础自动化
由下列设备组成 :(l)供氧气搅拌用的升降机械和氢枪;(2)供氧气用的升降机 械和氧枪;(3)升降带隔离罩的包盖装置;(4)喷吹石灰粉、CaSi 粉罐及枪管;(5)包盖和隔离 罩;(6)合金料仓、卸料器和称量斗小车;(7)除尘系统等
IR-UT 钢包精炼基础自动化的主要功能如下 :(1)数据采集(2)自动控制系统(3)电气传动顺序控制
(4)故障报警
3.5 喂丝机自动化
喂丝机进行喂丝时,首先开启油泵,然后压下铝线(或包含不同料的包芯线), 打开支撑松抱闸, 放开铝线压紧装置,最后开动电动机,转动铝线卷筒,把铝线加到钢水包中进行脱氧
3.6 VOD炉外精炼基础自动化
炉外精炼基础自动化的主要功能如下(1)数据采集(2)自动控制。
(3)电气传动顺序控制。(4)故障报警。
第4章 炉外精炼过程控制自动化
4.1 炉外精炼过程控制自动化采用的硬件和软件
过程控制自动化级(L2)大都使用常规的过程计算机,如美国 DEC 公司的 VAX 系列计 算机,近来更多应用小型机,如 ALPHLA 系列小型机,也有使用 SUN 工作站
4.2 炉外精炼过程控制自动化级（L2）的功能
炉外精炼过程控制自动化级的功能主要有以下几个方面 :(1)试验分析数据处理。由全厂分析中心计算机把各种原料(合金等投入物)分析结果以及全厂分析计算机或精炼炉前快速分析或转炉、电炉计算机的钢水成分送炉外精炼过程 控制计算机 , 后者作合理性的检查后 , 存入原料分析值文件 , 并由 CRT 自动显示。
(2)数据采集。大都由基础臼动化级进行数据采集并经网络 j 二传给过程机 , 其中还包 含某些手动输入数据。大致有以下四类数据 :1)原始数据 , 如炉外精炼的转炉炉次、钢水温 度、重量、成分等。2)处理过程中及处理后的数据 , 如炉外精炼 Ef 真空处理装置的环流氧气、炉气成分、排气量和温度 , 处理后的钢水温度和成分等。3)数学模型以及技术计算所需 数据 , 包括手动输入数据。4)打印报表所需数据。
(3)跟踪。跟踪的内容包括 : 炉外精炼的转炉炉次、钢水参数、出钢时间、对炉外精炼的 要求
(4)生产指令的接受与发布。
(5)生产操作管理。如各个料仓料位和库存量管理、合金称量和加入管理、处理时间管 理等
(6)模型运算、优化与人工智能的应用
(7)技术计算。输入有关炉外精炼的相关数据 , 按计算式集进行计算(8)数据显示。数据显示包括公共画面(CRT 画面目录、菜单、计算机再启动、数据设 定等画面)、工艺流程画面、CRT 数据处理画面(各过程数据测定值、通道、扫描状态、采集许 可标志、状态、未加工原始数据等画面)、数学模型及技术计算结果以及设定控制或操作指导 专门显示画面、管理画面(如各个料仓料位和库存量管理、合金称量和加入管理、处理时间管 理等画面)、工艺参数画面(如时序列曲线、趋势曲线、历史数据曲线等画面)、信息及处理实 绩画面、各类报表画面等
(9)数据记录。数据记录包括打印日报、月报、报警记录、喷吹或投入量报表以及显示画面的硬拷贝等
(10)数据通讯。
4.3 炉外精炼过程控制数学模型和人工智能
A 合金模型
第5章 典型的炉外精炼自动化系统
5.1 华凌涟钢热轧板厂LF炉自动化系统
LF 炉过程自动化系统由1台数据库服务器和3台PC 机组成。数据库服务器的主要 功能是存储工艺数据及生产实绩数据,为模型及报表提供数据支持;同时,数据库服务器也完成部分数据通讯任务。PC 机的主要功能是:提供报警监视,实现人机交互,进行模型数值 计算,完成数据通讯等 5.2 鞍钢第三炼钢厂ANS-OB钢水处理装置自动化系统
ANS-OB 工艺控制要求(1)渣量控制
(2)吹氢排渣控制
(3)浸渍管浸入深度控制。(4)底吹氧气强度控制(5)顶吹氧气控制(6)氧枪枪位控制。(7)氧铝比控制。(8)合金加人量控制
5.2.3ANS-OB 的自动化仪表系统 系统的特点为 :(1)控制能力强。(2)优良的可扩展性
(3)实现真正的 CRT 画面操作。(4)灵活的系统构成(5)高度可靠 系统功能为 :(1)9 个合金料槽料位越限报警(2)称量斗称量
(3)钢水温度和自由氧含量测量(4)氧枪冷却氧气流量控制(5)钢包吹氧控制
5.2.5.2 控制管理功能 控制管理功能有 :(1)生产计划。(2)跟踪
(3)DJSOB 处理
(4)其他。计算机存储有 ANSOB 处理中 主用参数维护画面 , 工艺负责人可通过计算机人员进行修改。计算机具有检查功能 , 包括检 查 DJSOB 处理所涉及的过程是否停止工作(若发现 , 可自动启动)、过程机与 YEWPACK 司 PLC 之间通讯是否正确
第6章 连续铸钢技术
6.1 连续铸钢过程简述
在钢铁的历史上，采用连续铸钢技术之前，一般是将钢水注到钢锭模内铸成钢锭，然后再将其加工成要求的加工尺寸，但这种工艺的成材率较低，生产成本较高，为此，冶金工作者开发了连续铸钢技术，简称连铸技术。连铸是使钢水连续的通过连铸机（结晶器、二冷区、空冷区）变成固态钢坯（连铸坯），发生连续凝固。
连铸运动过程是将钢水转变为固态钢的过程，这一转变过程伴随着固态钢成型、固态相变、液固态相变、铜板与铸坯表面的换热、冷却水与铸坯表面间的复杂换热，钢水是由钢水包-中间包-结晶器-二次冷却-空冷区-切割-铸坯（根据用户要求切割成一定长度）。在整个连铸过程钢水发生相变、铸坯经受弯曲、矫直等一些变化。6.2 连续铸钢的发展
连续铸钢技术是钢铁工业继氧气顶吹转炉之后又一次重要的技术革命，常规的连铸概念是美国的连铸工作者亚瑟（B.Atha，1886年）和德国土木工程师达勒恩（R.M.Daelen，1887 年）提出来的，他们的建议中包括水冷上下敞口结晶器、二次冷却段、引锭杆、夹辊和铸坯切割装置等设备，许多特征与今天的连铸机相似。几十年以后，在1920～1935年，连铸过程主要是用于有色金属，在铜、铝领域已成功得到工业化应用，这时的典型铸机是固定结晶器和低的浇铸速度，液芯长度很少有超过结晶器长度的，这类铸机的长度比较低，这对有色金属工业中的小炉子冶炼来说基本能满足要求，但对炼钢生产的大炉子，且钢水的浇铸温度又比较高、导热系数小、热容大、凝固速度慢等，采用这种连铸机浇铸显然是不可能的。于是在世界范围内，大量的涌现出关于连铸的专利，显示出人们对连铸的兴趣。6.3 连铸工艺及设备
钢包又称盛钢桶、钢水包和大包等，是用于盛钢水的，并在钢包中对钢水进行精练处理等工艺操作。钢水包是由外壳、内衬、和注流控制机构三部分组成，如图所示。
钢包回转台能够在转臂上承接两个钢包，一个用于浇铸，另一个处于待浇状态。回转台可以减少换包时间，有利于实现多炉连浇，同时回转台本身可以完成异跨运输。钢包回转台有直臂式和双臂式两种，图9.20 为直臂钢包回转台。直壁式回转台是两个钢包分别座落在回转台一直壁的两端，同时做回转和升降动作，双壁式回转台的每个臂可单独旋转 90?，各臂可单独升降，钢包回转台有 各自独立的称量系统。为了适应连铸工艺的需要，目前钢包回转台趋于多功能化，增加了吹氩、调温、倾翻倒渣、加盖保温等功能。
连铸结晶器
结晶器是连铸机的重要部分，连铸坯的许多缺陷与结晶器的操作和设计因素有关。钢水在结晶器内冷却，形成初生坯壳，而这一过程是在坯壳与结晶器壁连续相对运动下完成的，因此要求结晶器具有良好的导热性和刚性，且要有耐磨性，高的使用寿命。二次冷却装置
出结晶器的连铸坯凝固坯壳厚度仅有 8～15mm，铸坯的中心仍为液态钢水，为使铸坯快速凝固及实现顺利拉坯，在结晶器之后还设置了二次冷却装置。
铸坯切割设备
铸坯的切割设备是在浇铸过程中将铸坯切割成所需要的定尺长度。铸坯的切割设备可分为两大类，一是火燃切割设备，二是机械切割设备。
机械切割设备
机械剪切也是在连铸拉坯过程中将铸坯剪断。机械剪切机按动力源可分为电动和液压两类；按剪切机的运动方式可分为摆动式和平行式两类；按剪切机布置方式可分为卧式、立式和 45?倾斜式三类，卧式用于立式连铸机，立式和倾斜式用于弧形连铸机。
第7章 连铸机检测仪表
7.1 常规检测仪表
常规检测仪表主要包括压力检测仪表、流量检测仪表、温度检测仪表、重量检测仪表等
7.1.1压力检测
压力检测仪表在连铸机中主要应用在冷却水压力、氢气压力、氧气压力、煤气压力和空 气压力等的检测
常用的压力指示仪表有模片压力表、模盒式压力表、弹簧管式压力表等 , 常用的压力(差 压)变送器有电容式压力(差压)变送器、硅半导体压力(差压)变送器等
7.1.1.1电容式压力(差压)变送器
电容式压力(差压)变送器具有安装使用方便、精 度高(0.25 级)、性能稳定、坚固耐振、单项过载保护性 能好、安全防爆等优点 7.1.1.2硅半导体压力变送器
硅半导体压力变送器的敏感元件是在半导体硅圆片的应变敏感部位扩散出阻值相同的 电阻 , 并做成膜盒状
硅半导体压力变送器具有精度高(0.1%)、温度性能好、使用维修方便 , 可直接安装在管 道上、抗干扰能力强、能工作在恶劣的环境中等特点 7.1.2 流量检测
7.1.2.1冷却水流量的检测
连铸设备用冷却水包括结晶器冷却水、二次冷却水和机器用玲却水三种 冷却水流量的检测不仅是保证设备安全运行 , 铸坯质量可靠的重要因素 , 也是确定热交换程度 , 计量能 源消耗的基础。其中结晶器冷却水和二次冷却水的检测尤为重要。确定他们的流量值 , 主 要依据铸坯断面尺寸、钢种、拉坯速度、水压、钢水温度以及冷却水进口温度等工艺条件。常 用的冷却水流量检测仪表可选用电磁流量计、射流式流量计(又叫涡流式流量计)等。
7.1.2.2 各种气体的流量检测
连铸设备的气体系统主要有钢水吹氧和浇铸保护用氢气 , 中间包干燥与预热用煤气和 空气 , 切割机用煤气和氧气 , 雾化冷却用的空气等 , 为了保证生产安全运行 , 铸坯的质量和能 源消耗计量需要对上述气体进行流量检测
7.1.3 液位检测
在连铸机的生产过程中 , 液位是一个非常重要的物理参数 , 其主要体现在结晶器钢水液 位的检测和水处理各种罐的液位检测等方面
水处理中的液位检测仪可分为差压式液位计、超声波式液位计、电容式液位计
差压式液位计的原理 , 是以容器中液位的任意一点作为静压 , 以这点到液面的距离是和 液体的密度和重力加速度的乘积成正比的 , 假设液体的密度和重力加速度是已知的 , 由此就 能根据测得压力求得液面的距离 , 也就是知道了液位
这种液位检测仪在使用时必须注意 :(1)差压变送器安装的位置必须比最低液位要低。(2)如果液体的密度发生了变化必须对仪表进行补正。(3)液体的波动能使差压变送器的输 出造成不稳定 , 在采集该数据时要进行滤波。(4)导压配管要做成直线配管。
超声波液位计的原理如图 78 所示 , 即从超声波发 送接收器发出超声波在液面发生反射 , 然后再由超声波超声波发送接收器 发送接收器接收 , 测得的发出到接收的时间 , 就可以知道液位。
这种液位检测仪的特征是 :(1)超声波的速度是随气体的种类、温度不同而不同 , 所以要 进行气体温度的补正。(2)是非接触测定所以寿命长。(3)没有移动部件点检维护都很简 单。(4)小型、量轻 , 易于安装
电容式液位计作为相对电极的电容量是随电极间存在液体的导电率的变化而变化的 , 在同心圆筒之间有液体在变化的情况
这种电容式液位计的特点是 :(1)检测器的构造简单生变化 , 容易造成误差(2)在测量时没有移动部位 , 所以使用寿命长。(3)由于液体温度、密度的变化 , 导电率就发生变化 , 容易造成误差 7.1.4 重量检测
在连铸机中重量检测应用是很普遍的 , 而且在铸坯挠铸过程中是一个很重要的检测量 , 如钢包中钢水的重量关系到如何控制钢水包的滑动水口 , 以及提供生产数据;中间包中钢水 的重量直接关系到中间包钢水液面的控制和最佳切控的计算
7.1.5 温度检测
浇注钢水温度一般在 1600 ℃左右 , 采用快速热电偶进行测量
连铸机的温度检测一般分为三个方面 , 即高温的钢水温度测量、进出水温度的测量、板坯表面温度检测。
为了保证温度检测的正确性 , 三线制、四线制两种测温传感器的安装必须注意以下几个方面 :(1)测温传感器在管道上安装应保证测温传感器与流体充分接触 , 因此要求测温传感器避着被测介质的流向 , 至少要与被测介质的流向成 900, 切勿与被测介质成顺流。
(2)对于热电偶传感器 , 如果所安装的管道公称直径小于 5O mu 对于热电阻传感器如果所安装管道公称直径小于 8O mL 应将传感器安装在加装的扩大的管道上。
(3)传感器的工作端应处于管道中流速最大之处。热电偶热电阻保护套管的末端应超过流速中心线。
(4)要有足够的插入深度 , 以减少测量的误差 7.1.6 拉速的检测
拉速是由连铸机设备条件和产量要求而确定的重要工艺参数 , 它的检测对浇铸速度、结 晶器液面高度、冷却水流量及切割速度等各方面都有影响 , 同时也是这些参数控制的主要依 据。在连铸生产过程中需要对拉速进行实时有效的检测
7.2 连铸机过程参数检测仪表或传感器的主要技术指标
如何选择合适的连铸机参数检测仪表或传感器主要考虑以下几个方面 :(1)测量范围。测量范围指仪表或传感器所能检测参数的最大、最小值之间的范围。
最大值与最小值之差称为量程 , 被测参数的变化范围应在量程范围之内 , 常用的被测量值应 在量程的 23 以上 , 最小的测量值也应在量程的 10% 以上。
(2)精度。精度是由仪表或传感器的最大测量误差与量程之比的百分数表示的 , 精度 等级由百分号前的有效数字来确定。
（3)分辨率。分辨率是指仪表或传感器能够检测(区分)最小被测信号的能力 , 能够检 测参数的最小值越小 , 分辨率越高。分辨率也是灵敏度的一种表现形式。它的选择主要依 据的是工艺要求 , 在电子秤的应用中也被称作感度
(4)动态响应。动态响应是指在规定的精度范围内 , 仪表或传感器在输入满量程信号 时 , 达到指示满量程所需要的时间 , 例如 10 II15,0.5s 等。这个过渡时间越短 , 动态响应越 好。对于检测变化较快的参数的仪表和传感器 , 动态响应指标应予以特别的重视。
(5)使用环境。一般检测仪表或传感器都会给出使用环境条件 , 例如环境温度 O ~ 50 ℃ , 相对湿度 75%, 供电电压 ~220 V ± 15% 等。对于不满足规定的使用条件 , 需要增加 一些措施 , 例如冷却、加热、密封等 , 来保证检测仪表或传感器的正常使用。(6)安装条件。有些仪表或传感器对于安装是有条件的 , 例如需要水平或垂直安装。
流量检测仪表还有对于水平直管段长度的要求。称量系统仪表要求的安装压力传感器要在 同一个平面之内等。选择仪表时要考虑这些特殊要求。
7.3 连铸机特殊仪表 7.3.1 结晶器钢水液位仪
结晶器钢水液面的检测为钢水液面的高度控制提供依据 , 是连铸机设备的关键技术之 一 , 钢水液面高度测量准确 , 进而控制得准确 , 对保证铸坯质量 , 特别是防止非金属夹杂物的 卷入 , 防止拉漏 , 提高铸机的生产率和改善操作条件等方面 , 都起着很重要的作用。7.3.1.1 同位素放射式钢水液位仪
同位素放射式钢水液位仪由放射源、探测器、信号处理及输出显示等部分组成 , 如图 7-20 所示。放射源通常采用 60 钻或者 137 铠两种放射性元素 , 利用它们γ射线穿过被测钢液 时一部分被吸收 , 而使γ射线强度变化 , 其变化规律是随着钢水液面高度的增加 , 能吸收γ 射线的区域扩大 , γ射线强度减弱的越多。检测出 y 射线强度变化就可以转换出钢水液面高度的变化
7.3.1.2 电涡流式钢水液位仪
在结晶器钢水液面上方安装一个高频励磁线圈 , 它产生的高频磁场在钢水液面产生电 涡流 , 而这感生电涡流又产生磁场 , 由于该磁场与高频线圈产生的磁场方向相反 , 故而使高 频线圈的阻抗发生变化。线圈阻抗的变化 , 在线圈材料及结构、钢种及温度不变的情况下 , 只与钢水液面高度成单值函数关系。只要检测出高频线圈阻抗的变化 , 就可以转换成结晶 器钢水液面位置的变化。
7.3.1.3 电磁式钢水夜位仪
传感器的发射线圈用交流励磁 , 在结晶钢水内形成电涡流。此电涡流又产生磁通并能 被接收线圈所接收 , 接收线圈接收这两次磁通后即产生感应电势。当钢水液面高度产生变 化时 , 接收线圈产生的感应电势即随之变化 , 通过信号处理和标定就能检测出钢水液面高度的变化数值 7.3.1.4 热电偶式钢水液位仪 热电偶式钢水液位仪是在结晶器钢板壁内部安装一定数量彼此间隔保持一定距离的热 电偶 , 热电偶的正极为结晶器铜壁 , 负极用康铜。在水平面的结晶器内部有钢水 , 则热电偶测得的输出热电势较大 , 无钢水时则热电偶输出热电势较小。热电偶输出的电势大小 , 反映了结晶器壁温度的高低。根据热电偶处在不同的安装位置所输出的电势大小的变化来实现 对结晶器内钢水液位高度的监控
7．3.1.5 激光式钢水淀位仪
该液位仪是根据测得激光发射到激光返还的时间间隔缸 , 通过计算来测得钢水液面的高度
7.3.1.6 电极跟踪式液位仪
在钢水表面的保护渣深 5O mm 左右处 , 在挠铸过程中 , 长期插着电极。电极、保护渣、钢水、结晶器形成一条电流通路 , 电阻值随钢水液面高度而变化
7.3.2 钢渣流出检测仪
钢渣流出检测仪有两种形式 , 一种为涡流感应式的 , 另一种为光导电式的7.3.2.1 渴流感应式钢渣流出检测仪
涡流感应式钢渣流出检测仪是在钢包或者中间包出钢口的下方的钢流保护装置上安装 一个闭合的通以高频电流的检测线圈,这一检测线圈产生磁通φ 1, 在φ 1 的作用下,钢水产 生电涡流凡 , 而 ie 又产生磁通φ2,φ2和φ1方向相反 , 并与钢水的电导率有关 ,当钢水变成 钢渣时 , 电导率减小,从而使 ie 减少,φ2也就随之减少 这时检测线圈中总磁通为φ = φ1+ φ2也就发生变化。当钢水成分、检测线圈及安装位置一定时 ,φ的变化说明检测线圈的 阻抗发生变化。测得阻扰的变化经信号处理就能区别流出来的是钢水还是钢渣 , 当发现是 钢渣时就紧急关闭水口 , 保证钢渣不流入中间包和结晶器 , 保证钢水质量。
7.3.2.2 光导式钢渣流出检测仪装置
该装置将光导棒装在钢包与中间包之间的钢流保护装置上 , 由光导棒并经光纤引至光 强度检测器 , 钢水中有无渣 , 光的强度不同 , 如发现光强度有明显的变化 , 经信号处理后 , 即 可发出报警信号 , 立即关闭钢包的水口 7.3.3 凝固厚度测定仪
铸坯凝固壳厚度检测有两种方法 , 一是用射钉枪 , 把钉子打人要测厚度的铸坯点 , 由于 液相部分射钉熔化 , 拔出钉子后测量钉子的剩余长度就得知凝固壳厚度。二是采用电磁超 声法进行非接触检测 7.3.4 辑距和辑到偏心度测定仪
测定仪其检测器有编码器和差动变压器等。其信号传输方式有存储和元线传输式。检测器为编码器的方式其原理图如图 7-28 所示。
第8章 连铸机电气传动控制系统
连铸机的电气传动系统控制的配置图如图 81 所示。作为连铸机的电气传动控制系统 , 由于微电子技术的发展应该包括三部分即 :(1)已成为电控系统的主干控制装置的可编程序控制器;(2)电气传动控制用的检测器;(3)电气传动 装置。结合连铸的工艺特点 , 在设计电气传动控制系统时 , 为了合理地配置硬件 , 应考虑下 述几条原则 :(1)连铸机一般都采用一机多流的配置 , 在考虑电控设备配置时 , 也应以流为单位 , 设 置各自独立的主干控制装置可编程序控制器 , 以防止其中某一流发生故障时 , 影响整个或者 其他流的正常工作。
(2)为适应连铸设备采用多级计算机控制的要求 , 主干控制装置应具备自己的数据总 线及 I/O 远距离扩展总线 , 以实现电控系统与上位计算机和仪表控制系统的数据通讯。同
时 , 便于与分散在现场的各种 I/0 设备的连接并进行有效的实时控制 , 即形成高级的 PC 网络。
(3)由于连铸设备的各主要的单体设备分布在不同的区域、不同的平台 , 为满足对操作 监视的工艺要求 , 除应在主控室设置操作监视设备外 , 在就地的各操作室如切割操作室、精 整操作室、液压系统操作室等也应有相应的操作监视设备 , 以便进行设备的监视、控制参数 的手动调节;同时应设机旁操作箱 , 以满足机旁操作和维护用。因此 , 在考虑主干控制装置 时 , 必须考虑这些功能。
(4)由于连铸工艺是在不断改进和发展(如拉速加大等), 主干装置的 I/0 点表 , 除应满 足当前连铸工艺要求外 , 应富裕 15%~20%, 以备系统变更或扩充时用。
(5)从提高可靠性的角度考虑 , 为保证在电控设备出现故障时 , 仍能维持设备的正常运 转 , 主干控制装置通常采用冗余方式 , 一套运行 , 另一套在线热备用。但是随着主干控制装 置可编程序控制器可靠性的提高(运行率可达 9.99%), 有的新建的连铸机只用一套而不采 用冗余方式。8.1 电气传动控制用的检测
检测器是连铸传动控制系统的重要组成部分 , 检测器提供的信号是设备联锁及自动控 制时实现传动装置起动、增速、减速、制动、停止等各种运行状态的基础。连铸机检测器主要 用于位置检测 , 如铸坯头、尾部的位置、引链杆的尾部位置、铸坯的跟踪位置、各单体设备传 动部位所处的位置、定尺长度
等的检测。
连铸机常用的检测器有 :(1)机械式限位开关(2)凸轮控制器。(3)光电管检测器(4)脉冲发生器(5)自整角机(6)接近开关(7)微波检测器
(8)元线感应式位置检测器(9)旋转式分解器 8.2 电气传动装置
在连铸机设备中 , 各单体设备运行电机传动装置的调速方式有直流调速和交流调速两 种 , 直流调速由直流电机和直流调速装置所组成 , 交流调速由交流电机和交流调速装置所组成.在现代连铸设备中 , 交流电动机均采用鼠笼型电动机 , 交流调速的方式有很多种 , 例如 变频调速、串级调速、交流伺服系统、改变电子极对数 , 改变定子电压、改变转子回路电阻等。但变频调速是交流调速的基础和主干内容 , 事实证明它是最有发展前途的一种交流调速方式。8.3 电气传动系统的操作方式
电气传动系统的控制方式共有三类 , 即 : 自动方式、半自动方式和手动方式 自动方式是指电气传动装置根据主干控制装置(如可编程序控制器)规定的运转程序、联锁和设定值 进行自动运转和远距离运转
半自动方式设备的动作也是按规定的运转程序和联锁进行的,但每一次要通过操作按钮来起动,每次完成一个周期动作后就停止 8.4 连铸机单体设备的电气传动控制
确定连铸各单体设备主体传动控制方案是连铸电控系统设计首先要解决的问题。大型
板坯连铸机采用的电气传动控制主要单体设备有 :(1)钢包回转和升降;(2)中间包车的行走和中间包升降;(3)引链杆小车行走 , 引链杆提升装置;(4)的结晶器振动装置 :(5)结晶器在线调宽;(6)夹送辘的拉坯 :(7)火焰切割机的行走 , 割枪平移 , 割枪升降;(8)切割区前后辑道;(9)板坯横移台车、推钢机、垛板台 8.4.1 钢包固转台电气传动控制
钢包回转台是浇注时用以接受钢包和支撑钢包的设备 , 在多炉连铸时 , 用它进行钢包的 快速更换 , 在设备发生故障时 , 用它将正在浇注的钢包迅速转移到钢包事故处理位置(钢水 事故漏槽), 在安装钢包的长水口时需要对钢包进行升降。所以主要电气传动应完成钢包的回转和升降 8.4.1.1 钢包的回转
钢包的回转主要考虑以下几个方面 :(1)静负载力矩较大 , 钢包回转时其负载主要是两个悬臂钢包以约 1r/min 转速旋转。
当两个钢包满罐时具有最大的轴向力矩。当一臂钢包、罐 , 而另一臂无钢包时 , 具有最大的 径向力矩。电气传动系统必须能适应这两种极限负载 ' 情况 , 并保证有足够的起动力矩。
(2)要求起动、停止平稳 , 并且在停止时要有足够的力量锁住 , 而起动时要解除。为保证钢水不致外溅 , 不允许在起、停过程中有较大的冲击
(3)要求停位准确 , 误差不大于 0.f。钢包所处位置有受包位、浇铸位、事故位。由于 回转台运转后 , 存在着较大的惯性力矩 , 所以在停位的设计中 , 要考虑停位前先减速 , 并采取 合适的制动控制。
(4)回转方向要求可逆 , 在主回路电源不是采用由环而是采用电缆的情况下 , 回转控制不得超过 36000(5)考虑停电时的回转。当停电或主干控制设备出事故时 , 应能采用其他方式如液压马达或气动马达 , 这时转动速度为 0.3r/mln, 旋转半圈以上。8.4.1.2 钢包升降
钢包升降的电气传动控制系统 , 通常考虑有足够的起动力矩 , 起、制动平衡和到位停止。其操作因为是在浇铸以前进行 , 所以是采用机侧手动捞钮操作。但有的连铸机升降是采用 液压缸作升降 , 但要注意旋转和升降的联锁 , 在旋转过程中不允许升降 8.4.2 中间包电气传动控制
中间包车是支撑中间包的设备 , 用它将中间包在预热位置和浇铸位置之间来回移动 , 其 主要传动为中间包车的行走和为了安装结晶器的浸渍式水口而升降
8.4.2.1 中间包行走
中间包车的行走通常是在空载情况下进行的 , 仅在事故行走时 , 中间包内有一定的钢 水 , 因此负荷较轻。但是 , 要求有较准确的停止位置 , 特别是向结晶器方向行走时 , 为了把浸 渍式水口对准结晶器的位置 , 有时需要用手动操作箱进行手动点动对准。通常采用双速鼠 笼电机高低速双电机传动。由限位开关发出减速指令 J 中间包车在到达停止位置之前进行 减速。为了连浇 , 通常一台连铸机设置两台中间包车卅配在回转台的两侧 , 这时要注意两台 中间包车之间的联锁和钢包回转台之间的联锁。8.4.2.2 中间包升降
中间包升降负荷较轻 , 主要是要考虑行车与升降刻间的必要联锁 8.4.3 引链小车、链式输送机、引链杆卷扬电气传动撵制
连铸机按引链杆的装入方式 , 可以分为上装引链杆和下装引链杆(对小方坯连铸还有下 装式刚性引链杆)。下装式引链杆没有引链杆小车 , 引陡杆只是侧放在辑道旁边 , 在应用时 用叉车或推拉机将其放在辑道上送入拉矫机二冷段 , 再送结晶器下口。上装式引链杆必须 先把引链杆存放在操作平台上的引链杆的专用小车上。在开始浇铸前 , 先将引链杆车开到 结晶器前 , 开动车上的链式运输机 , 将引链杆插入结晶悻内的规定高度 , 之后引链杆车退回原位。待引链杆从连铸机拉出并与铸坯脱头后 , 再经引链杆提升装置提升 , 重新放在引链杆车上 8.4.3.1 引绽杆小车
引链杆小车的电气传动主要考虑以下几个问题
(1)引绽杆在行车时向结晶器方向主要载荷是引提杆的重量 , 在装完引链杆返回时 , 是
空载 , 只有这两种载荷状态在整个运行过程中是保持不变的 , 整个行程因没有开始浇铸 , 可 以用机侧手动操作来进行操作 , 在操作箱上应该安装分别向前、向后完成整个单方向运行过 程的按钮和点动按钮。(2)电气传动应该为可逆传动。
(3)由于把引链杆装在引键杆小车上的位置和向陆晶器插入引链杆的位置需要停位准确 , 因而需要变速运行 , 到位前先减速。根据以上工艺特点通常采用交流绕线型电动机或多 速鼠笼型电动机 , 减速和停止用限位开关控制。8.4.3.2 链式输送机
链式输送机的电气传动主要考虑以下几个问题 :(1)链式机在输送引链杆时情况比较复杂 , 在向引链杆小车上装载 , 对准结晶器时的运行 , 以及引链杆穿人结晶器后的输送速度都很不一楠 , 因而要求电气传动有较大的调速范围 , 但调速精度不高。
(2)要求有可逆传动 , 并在机侧操作箱进行手动、作。
(3)在考虑到穿引链杆 14 已经进结晶器和二守段的情况下 , 要有防止引链杆自由落下的措施 , 通常要设置电磁制动器。
(4)要求有较高的停位精度(ζ± 1mm)。所以检测引链杆在引链杆小车上的行程 , 必须采归编码器(脉冲发生器)或精密的卧式极限
8.4.3.3 引绽杆提升装置
引链杆提升装置可采用直流电动机晶闸管调压调速式或鼠笼式电动机调频 调速矢量控制方式 , 提升位置控制可采用编码器(脉冲发生器)凸轮控制器或精密的卧式 极限。8.4.3.4 刚性引绽杆
整条钢棒做成的刚性引链杆 , 当其引导小方坯走出矫直相时 , 即与铸坯脱钩 , 停放在出坯辐 道的上方 c 使用刚性引链杆时二次冷却区不需要导向果辑 , 因此控制就简单得多。它主要 用装在矫直辐下的接近开关和装在引链杆存放装置的销齿轮上的脉冲计数器来决定引链杆的位置 , 并通过 PLC 来实现控制。
(1)送引链杆方式。当起动在操作平台上摆动操作箱的 ” 送引链杆 “ 按钮后 , 引链杆存 放装置反转运行 , 机械抱闸松开 , 将引链杆放下 , 当引链杆到拉矫机矫直辑下时 , 接近开关动 作 , 存放装置停 , 抱闸抱住 , 矫直辑压下 , 压到位置后 , 存放装置抱闸松开 , 由拉矫机继续完成 送引链杆工作 , 由脉冲计数器计数。当引链杆到达距结晶器底部 50 cm 时 , 使拉矫机停止 , 引链杆由人工点动精确送入结晶器。
(2)拉引链杆方式。当浇铸开始以后 , 存放装置抱回松开 , 准备接受引链杆回收 , 拉坯 辐正转 , 将引绽杆连同铸坯从二冷室拉出 , 当引链头到达矫直辑处时 , 矫直辑压下完成脱引 链头和铸坯矫直工作 , 与此同时 , 存放装置正转 , 将引链忏回收到存放装置 , 停止运行。8.4.4 结晶器振动电气传动控制
为了防止钢水在结晶器内冷凝时粘结在结晶器国上 , 产生坯壳拉损而引起漏钢事故 , 在 拉坯时必须使结晶器以一定的频率和振幅进行振动川由于结晶器振动。周期地改变钢水液 面与结晶器壁的相对位置有利于保护渣在结晶器壁剧渗透 , 改善润滑状况 , 减少拉坯时摩擦 阻力使得拉坯顺利进行 8.4.5 结晶器在线调宽电气传动控制
结晶器在线调宽装置的运转流程分为才个阶段 :
第一阶段 : 引链杆插入之前 , 标定宽度和锥度的初娟值。
第二阶段 : 引链杆插入之后 , 在保持方式中 , 根据铸在宽度尺寸 , 宽度和锥度初始值进行浇铸运转。| 第三阶段 : 在铸造方式中 , 根据铸坯宽度改变的需蜀 , 进行宽度方向或逆宽度方向的调宽运转。调宽完成后 , 按新宽度和锥度运转。8.4.6 夹送辑的电气传动控制
夹送辑的电气传动包括两个部分 : 一是电气传动保证浇铸时的拉坯速度 , 另一部分是进行夹送辑的辑缝调节以及相关的压缩铸造时的电气传动 8.4.6.1 夹送辑的速度调节
连铸机的铸坯由于存在着运行阻力 , 不会自动从连铸机里出来 , 需要有外力才能将它拉 出来 , 为此需要设置夹送辑。根据连铸机的结构形式不同 , 夹送辑分别具有拉坯、顶弯、矫 直 , 送取引链杆的作用 , 也称拉矫机 在确定夹送辑的电气传动控制时应考虑以下因素 :
(1)在连铸机实际生产过程中 , 要求拉坯速度可变;要求采用比最高拉坯速度高出一倍 的速度送引链杆。因此要求夹送辑的传动系统具有数十倍的调速范围 , 如 0.1~5m/min。同时由于拉速稳定是保证浇注工艺稳定的重要前提条件 , 因此 , 对调速的精度要求很高 , 一 般静差度不大于 1%, 响应时间不应大于 0.550(2)为保证夹送辑传动负荷的均衡 , 防止某一夹送辑负荷过大而产生系统故障 , 需要采用恒定力矩控制或采取负荷均衡措施。
(3)在高速拉坯时 , 为了防止铸坯内裂 , 采用压缩浇铸时 , 水平段需要进行制动力的分配与控制 , 以合理抵消由于矫直在铸坯壳中所产生的拉应力。
(4)当拉坯初期或在送引链杆过程中 , 如发生停电现象 , 应保证铸坯或引链杆不致下
落 , 夹送辑应安装电磁制动器。
(5)由于夹送辑的直径是不一致的(尤其在细辑密排的情况下), 在使用精确的脉冲发 生器计算驱动电机转速的条件下 , 要保证夹送辑的线速度相对一致 , 但又要考虑到铸坯的逐 渐冷却过程 , 即热胀冷缩所造成的线速度的微小差别。
8.4.6.2 夹送辑的辑缝调节
弧形板坯连铸机由几个夹送辐组成一个扇形段 , 而每流由十多个扇形段所组成。扇形 段辐缝调节实质是一个位置自动控制系统 , 每个扇形段辑缝由一台交流电动机驱动 , 为进行 辐缝的增加和减少的调节 , 该电气传动装置由带可逆接触器的电机控制中心供电 , 每台电动 机装有一台自整角机 , 由它将电动机的转动行程信号作为扇形段辐缝实际值送 PLC, 经模-数转换成数字信号 , 并与设定值比较 , 形成指令下达给电动机 , 指示其起动或停止 , 以实现辑 缝自动调节
8.4.7 火焰切割机的电气传动控制
火焰切割机是用以将铸坯按要求的长度 , 切割成定尺长度 , 以及取铸坯断面硫印的设 备 , 它的电气传动控制分别由火焰切割车的行车、切割枪的移动和升降三部分组成8.4.7.1 切割车的走行
切割车走行的电气传动控制主要考虑以下几个方面 :(1)在正常切割时 , 切割车走行仅有返回状态 , 而在前进切割时 , 切割车是夹紧在铸坯上与铸坯同步而被动运行 , 速度是和铸坯拉速一致的。(2)完整的铸坯切割过程包括坯头切割、试样切割(硫印需要切割)、坯尾切割、最终一 块尾坯切割等多种方式 , 因此切割机行走的状态与停止位置依切割方式而定。具体的控制 过程将在连铸基础自动化及功能这一章详细加以叙述。
(3)为了保证切割定尺的准确性 , 要求切割车返回时准确定位(包括初始位、切头位、切尾坯位等)并在到达定尺位置前 300~50O mm 时开始减速。
(4)切割车行车速度和减速速度一经调整确定后固定不变 , 因此不需要连续调速。通 常切割车采用交流电机、变频调速、电磁制动器 8.4.7.2 切割枪平移
切割枪平移电气传动控制主要考虑以下几个方面 :(1)割枪平移时 , 其负荷很轻通常在 0.5KW 以下。
(2)为了保证切割质量 , 要求平移速度稳定 , 静差度《 0.5%。
(3)按切割工艺要求 , 切割枪平移应该慢速起切 , 中速切割 , 高速返回 , 调速范围一般按100mm/mIn 左右考虑。(4)由于铸坯的温度、钢种、断面不同 , 要求切割枪平移速度连续可调。因此切割枪平移必须采用高精度调速系统 , 如直流电气传动 , 晶闸管可逆装置供电 , 通过弱磁实现高速返回移动。8.4.8 切割区辑道电气传动控制
切割区辐道主要功能是合理输送铸坯和防止切割火焰损坏辐道。
(1)在切割机工作时 , 切割机下辐道传送速度要求与夹送辐速度同步 , 以减少拉坯的阻
力 , 保证铸坯质量。在切割完毕时 , 切割机前部辑道切换为高速 , 迅速将铸坯送出切割区 , 因 此切割区辑道应选择可调速传动装置。通常可采用直流传动 , 也可以采用调速的交流传动 , 这时只能保证高速出坯。
(2)当切割火焰到达相应辑道上方时 , 为保证辑子不受火焰或熔钢的损坏 , 通常采取两 种方式 , 一种是把整个切割区辑道装在一个整体移动框架上 , 当切割枪快要接近辐子时 , 向 前或向后 , 快速移动框架 , 避开切割枪;第二种方式是采用摆动辑 , 当切割枪快要接近辑子 时 , 辑子利用摆动升降机向下摆动 , 避开切割枪 , 当切割枪向前移动过后 , 摆动升降机把辐子 抬起来 , 继续支撑铸坯 , 保证切割区辑道不受损。无论是采用哪一种方式该机构通常由气缸 进行传动。8.4.9 铸坯横移台车电气传动控制
8.4.9.1 横移台车走行
横移台车走行的电气传动控制主要考虑、以下几个方面 :(1)台车走行 , 要求准确定位和固定输送辑道对接 , 因此应考虑停车前先行减速。
(2)在正常工作时 , 台车在各流中心线与精整作业中心线之间频繁往复走行 , 因此传动装置应可逆 , 而且起动停止制动性能良好。
(3)当多机多流采用两台横移台车时 , 要求考虑运转的协调、联锁、具有防碰撞的功能。通常采取检测两车之间的距离、适时减速或另一台车停止的方法。
8.4.9.2 台车上的运输机
车上的运输机由根子组成 , 它只是接收铸坯并将其输送到精整线辑道上 , 因此台车上 的运输机要求停位较准确 , 无调速要求 , 采用一般鼠笼电机设置电磁制动器即可 8.5 电磁搅拌器
(1)按使用电源来分 , 有直流传导式和交流感应式
(2)按激发的磁场形式来分 , 有恒定磁场型 , 即磁场在空间恒定 , 不随时间而变化;旋转 磁场型 , 即磁场在空间绕轴以一定速度作旋转运动;行波磁场型 , 即磁场在空间以一定速度 , 向一个方向作直线运动;螺旋磁场型 , 即磁场在空间以一定速度绕轴作螺旋运动。目前正在开发多功能组合式电磁搅拌器 , 即一台搅拌器具有旋转、行波或螺旋磁场等多种功能
(3)按使用电源相数来分 , 有两相电磁搅拌器和三相电磁搅拌器。
(4)按不同的工艺要求 , 搅拌器在连铸机的安装位置来分 , 有结晶器电磁搅拌器(简称M-EMS)、二次冷却电磁搅拌器(简称 ELEMS)、凝固末端电磁搅拌器(简称 F EMS)、结晶器 足辑段与铸坯导向辑之间的电磁搅拌器(简称 LEMS, 它具有结晶器电磁搅拌与二冷段电磁搅拌的双重作用)。电磁搅拌和一般的钢水搅拌来比 , 它具有以下特点 :(1)通过电磁感应能实现能量无接触转换 , 不和钢水接触就能将电磁能转换成钢水的动能 , 也有部分转变为热能。
(2)电磁搅拌的磁场可以人为控制 , 因而电磁力也可以人为控制 , 也就是钢水流动的方 向和形态也可以控制。钢水可以是旋转运动、直线运动或螺旋运动。可根据连铸钢种质量 的要求 , 调节参数获得不同的搅拌效果。8.5.1 电磁搅拌的原理及电气传动装置
从图 8E12 中可以看出 , 板坯向下运动 , 在板坯宽面装有电磁搅拌的搅拌头 , 内部装有线圈 , 当线圈通交流电以后 , 头部即产生成对磁场 , 此时铸坯温度约 1300 ℃ , 其导磁率μ为 1,磁力线垂直穿过带液芯的高温铸坯 , 随着交流电的变化 , 磁场作水平方向移动 , 作为导体的 钢水在交变磁场中产生感应电流 , 该电流产生的二次磁场与移动磁场相互作用 , 使钢水按移 动磁场方向运动 , 在搅拌头附近的钢水流动带动了周围钢液环流 , 从而产生搅拌效果。由于 此钢水温度接近凝固点 , 秸滞度较大 , 钢液移动速度约为磁场移动速度的 1%~2%, 该速度 除了与温度有关外还与铸坯尺寸有关。
8.5.2 结晶器电磁搅拌(M-EMS)结晶器电磁搅拌的特点是 : 钢水在结晶器内 , 搅拌器置于结晶器外围。搅拌器内的铁芯 所激发的磁场通过结晶器的钢质水套和铜板渗入钢水中 , 借助电磁感应产生的磁力 , 促使钢 水产生旋转运动或上下垂直运动
结晶器电磁搅拌的作用是 :(1)钢水运动可以阻止柱状晶增长 , 增加等轴晶率 , 改善铸坯 内部结构。(2)钢水运动促进钢水中夹杂物和气体上浮 , 改善铸坯表面和内在质量。(3)钢 水运动有利于改善坯壳厚度的均匀性 , 从而有利于提高拉速。(4)钢水运动。减少内外温差 可放宽钢水对过热度的要求。
8.5.3 二次冷却区电磁搅拌(ELEMS)(1)平面搅拌器 , 在内外弧各装一台与支撑辐平行的搅拌器或者在内弧侧支撑辐后面安装搅拌器 , 或者把感应器的铁芯插入到内弧两辑之间的搅拌器。
(2)辑式搅拌器 , 外形与支撑辑类似 , 辑子内部装有感应器 , 既支撑铸坯 , 又起搅拌器的 作用。这种搅拌器因为是贴近铸坯 , 所以效率高 , 但是它是需要转动的 , 所以在冷却水进出 的防护上和变频电源的引人是要特别注意的 C二次冷却区的电磁搅拌作用是 :(l)打碎液穴内柱状晶的搭桥 , 消除铸坯中心疏松和缩孔。
(2)碎铸晶片 , 作为等轴晶核心 , 扩大铸坯中心等轴晶区 , 消除中心偏析。
(3)可以促进铸坯液相穴内夹杂物上浮 , 减轻内弧夹杂物聚集。8.5.4 凝固末端电磁搅拌(F-EMS)凝固末端的 电磁搅拌的作用是 :(1)通过搅拌作用 , 使液相穴末端区域的富集溶质的液体分散在周围区域降低铸坯中心偏析。
(2)防止搭桥 , 较少中心疏散和缩孔。选择搅拌器的基本要求 :(1)首先考虑钢种 , 合金钢含有较多的合金元素。为得到相同的搅拌钢水流速 , 搅拌不 锈钢的磁感强度比碳钢要高一些;不锈钢的柱状晶比碳钢发达 , 折断不锈钢的柱状晶就需要 较大的电磁力。
(2)根据产品质量要求确定电磁搅拌要解决连铸坯主要缺陷类型。如中厚板主要是中
心疏松、偏析 , 薄板主要是皮下气孔和夹杂物。
(3)根据铸坯断面。铸坯断面大小决定了拉速和液相穴长度 , 因而就影响到搅拌器安
装的位置。
(4)搅拌方式。根据产品质量 , 以确定单一搅拌方式 , 还是组合搅拌方式。
(5)搅拌参数。应根据钢种和工艺参数(如钢水过热度、拉速等)来确定搅拌形式、功 率、电、源频率、运行方式等。8.6 电磁制动（EMB）
结晶器电磁制动技术(简称 EL 但), 即在板坯结晶器两个宽 面处外加两个恒定磁场 , 从水口侧孔流出来的注流 , 以相当大的速度垂直切割磁场 , 从而在 钢水中产生一个电磁力 , 其方向与注流方向相反 , 使注流减弱产生制动效应。在电磁制动作 用区 , 注流被分裂成小的流股被分散开 , 在结晶器里起了搅拌作用 , 活跃了结晶器钢渣界面
三种类型电 磁制动装置都是直流电源励磁 , 并由 PLC 进行控制机给电磁制动的整流装置。以设定输出 电流值以及运转指令等。8.7 连铸设备采用交流电气传动应考虑的几个共性问题(1)容量选择应该考虑调整特性的影响。
(2)传动形式。传动形式必须采用单独传动 , 即逆变器与电动机按 1:1 组合第9章 连铸机计算机控制系统
9.1 连铸基础自动化级及其功能 9.1.1 中间包钢水液位自动控制
中间包钢水液位控制是提高铸坯质量,保证顺利浇铸的重要手段,把中间包的钢水液面 控制在一定高度,使钢水在中间包内有足够的停留时间,让夹杂物上浮,同时也可以保证钢 水从滑动水口或塞棒下水口稳定地流人结晶器。这也是结晶器液位稳定不变的一个先决条件
其基本控制原理是用装在中间包小车的四个支撑装置上的四个称重传感器 , 测量中间 包的皮重以及钢水进入中间包后的总重 , 把这些重量信号 , 送至 DCS 得出净钢水重量 , 换算 成钢液位高度。把这一高度与设定值作比较 , 如有偏差 , 由 DCS 进行运算 , 经液压伺服机构 或电动执行机构控制滑动水口或塞棒的开口度 , 改变流人中间包的钢水流量。为使中间包 钢水液位保持在一定的高度上 , 在使用电动执行控制机构时 , 将使用交流电动机和脉冲宽度 调制的 VVVF 变压变频装置供电。
9.1.4 结晶器钢水液位自动控制
结晶器钢水液位自动控制系统主要的作用有以下几个方面 :(1)可靠的结晶器液位控制系统能使结晶器内保持稳定的、比较高的钢水液位 , 这样能
比较有效地发挥一次冷却的作用 , 从而能增加连铸机的产量。(2)结晶器液位的控制可以改进铸坯表面的质量。有了稳定良好的铸坯表面质量 , 从 而产生了铸坯元须冷却、无须检测、元须处理的工艺。由此产生了直接轧制的可能性 , 从而 节省能源。
(3)结晶器钢水液面自动控制可以减轻操作者的劳动强度 , 减少生产事故。结晶器钢水液面的自动控制一般所要达到的指示要求是 :(1)钢水液面检测精度不大于± 1mm;(2)控制范围线性段保证在 100~150 mm(就结晶器长度而变化);(3)动态响应要求不大于 0.55;(4)适应高温环境条件和抗干扰能力强;(5)液面控制精度不大于± 10 mmo在控制方式上应考虑有 :(l)自动方式。钢水液面闭环全自动控制 , 通过油压伺服阀自动控制中间包水口的开
口度(或塞棒的升降)。
(2)半自动方式。由开口度设定器 , 通过油压伺服阀手动设定中间包水口开口度。
(3)手动方式。由开、闭按钮直接控制中间包水口开口度。
结晶器液位控制系统除了要检测钢水液面高度作为控制系统的主反馈信号外 , 还须考
虑对液面控制有影响的各种干扰因素 , 这些干扰因素有 :(1)结晶器振动频率和振幅变化对检测器的影响;(2)结晶器在线调宽时对控制系统的影响;(3)中间包内钢水重量变化对控制系统的影响;(4)连铸拉坯速度对控制系统的影响;(5)水口(或塞棒)粘上凝固钢液或突然脱落 , 以及堵塞烧损的影响。9.1.5 结晶器冷却水流量自动控制
(1)结晶器热平衡法求结晶器水量。假定结晶器钢水热量全部由冷却水带走 , 则结晶 器钢水凝固放出热量与冷却水带走热量相等
(2)从保证结晶器水缝内冷却水流速大于 6m/s 来控制结晶器水量 9.1.6 二次冷却水自动控制
铸机二次冷却区铸坯所散失的热量占铸坯在凝固过程中散失总热量的 60%, 它直接 影响铸坯的质量和产量 , 铸坯从结晶器拉出后 , 凝固壳较薄 , 内部还是液芯的 , 需要在二次冷 却区继续冷却 , 使之完全凝固。冷却要均匀 , 才能获得质量良好的铸坯 , 同时要保持尽可能 高的拉速 , 以获得高的产量
9.1.6.1 二次冷却水控制功能概述
二次冷却水自动控制系统应考虑如下功能。A 给水的自动跟踪
在拉坯前 , 结晶器下部 13 段截止阀必须可靠截止 , 开浇时应自动立即打开截止阀 , 并
跟踪铸坯的前端 , 依次打开二次冷却各段的调节阀。挠铸结束时 , 则跟踪铸坯的尾端 , 依次 关问二次冷却区各调节阀。在挠铸开始时应先通气、后通水。在浇铸结束时先关水后关气。
B 各段各回路水流量按冶金准则和模型计算进行控制 9.1.7.1 检测装置 检测装置的任务是检测切割机与铸坯的相对位置。检测铸坯位置通常采用一个可以升 降的测量轮 , 通过一套变速机构传动-台高精度的光电脉冲发生器实现的。脉冲数与铸坯 的距离成比例 , 脉冲当量一般设计为 1mm/ 一个脉冲 , 该装置也可以采用 7.3.9 节中所叙述 的非接触式铸坯切割长度的检测仪来完成这一检测功能。9.1.7.2 控制装置
PLC 应完成以下工作程 序 : 1)自动零位校正。自动修正从测量辐开始工作到坯头到达定位零点这一段距离 , 即自动找准坯头切割的零点。
(2)坯头切割。坯头切割时 , 控制装置只需要在坯头到达零点后开始做减数计算(坯头 长度一计算脉冲换算长度)。当减数为零时 , 切头定尺控制完毕并发出相应输出信号使切割 机自动转人第(3)步的定尺切割程序 , 切割坯头
(3)定尺切割程序。(4)尾坯切割。
9.1.8 电磁搅拌自动控制
电磁搅动的自动控制 , 也是分级控制 , 即过程控制级(L2)根据工艺要求的时序通过数 据通讯向基础级(L1)下达电磁搅拌的执行指示和设定参数。而电磁搅拌的基础级(L1)一 般由一台单独设置的 PLC 组成 , 这些设定参数包括电流值、通断时间、搅拌方式和频率 , 在 设有过程计算机(L2)的情况下 , 也可以存储在电磁搅拌的 PLC 中。在电磁搅拌按工艺控制 要求启动后 , 按设定参数对电磁搅拌变频器进行设定和时序控制。9.2 连铸生产过程控制级及其功能
连铸生产过程控制级(L2)又称二级自动化系统 , 其系统构成己经在本章前面加以叙 述 , 其功能主要是完成整个连铸机生产过程中全行程的控制与管理。以前一般分成两部分 即以切割机为限 , 切割机前由一台小型机来完成 , 切割机(包括切割机)后由一台小型机来完 成 , 近来发展起来的使用客户机服务器(cliem/server)系统已经不明显 , 而是根据不同的工 艺段的显示、控制要求设置多台 PC 机及一台服务器通过以太网来组成完整的二级控制 系统。
连铸生成过程控制级主要是输入制造命令、制造标准和作业顺序安排 , 收集和处理生产 过程数据 , 进行生产过程的控制、数学模型的计算、质量控制、数据参数的显示记录、精整场 的管理、铸坯的跟踪、设备的诊断以及和生产管理级基础自动化级之间的数据通讯 9.2.1 制造命令、制造标准和作业顺序的安排
连铸生产过程控制级(L2)在有生产管理级(L3)计算机的情况下接受生产管理级计算 机送来的制造命令 , 并在本级(L2)存有制造标准和作业顺序。在没有生产管理计算机(L3)的情况下 , 可由 CRT 通过键盘输入制造命令 , 并在本级(L2)存有制造标准和作业顺序。同 时把制造命令、制造标准、铸造顺序的信息传送给精整计算机 9.2.2 数据的采集与处理
数据的采集可以有三种方法 , 即(1)通过数据通讯由基础自动化级采集 , 这占整个数据 采集的 80% 以上。(2)通过 h44I 人工键盘输入。(3)通过数据通讯由炼钢、精炼、热轧过程 及传输而得到。
这些数据可共分八类
(1)与输送连铸机浇铸钢号有关的数据一般由转炉、炉外精炼过程计算机和化验室计 算机输入 , 包括炉次实绩、出钢温度及时刻、钢水重量、脱气最终温度及时刻、钢水成分、炼钢 质量异常(钢水品质异常代码 , 如出钢喷粉以及含金处理等的出钢记号)、转炉、炉后喷粉吹 氧、炉外精炼的实绩等。
(2)与钢包有关数据 , 包括转炉号、在回转台上的钢包号及使用次数、滑动水口直径、塞 棒使用次数、钢包到达时间、钢水温度和测温时间、吹氢终了时刻及总吹氧量、压力和总吹氧 时间。
(3)与中间包有关的数据 , 包括在中间包车上的中间包号、使用次数、预热时间、吹氧
量、预热位置的中间包号 , 在铸造和预热位置的中间包车等。
(4)与结晶器有关的数据 , 包括使用中的结晶器号码、使用次数以及该连铸机所有结晶
器的型号和所在位置。
(5)与连铸机号有关的数据 , 包括以炉为单位收集到的连铸实绩
(6)与浇铸长度及时间的有关数据 , 该数据从开始浇铸到拉拔结束的整个时间内 , 按规 定定周期扫描 , 从 PLC(或 DCS)中采集相应的过程数据 , 并把这些过程数据每当浇铸长度 达到规定长度时 , 进行处理及取平均值 , 得到一批与挠铸长度相应的数据。
(7)切割实绩数据包括切割日期和时刻、铸坯号、铸坯尺寸、重量、铸坯表面温度、是否 热送、坯头坯尾的重量等。
(8)精整过程的数据 , 包括从切割后辐道开始与热轧辐道交接点为止的搬送线上铸坯自动跟踪的所有数据 , 包括铸坯数、铸坯号(铸坯的喷印数据)、铸坯的去向(包括热送铸坯、火焰清理线上的铸坯、人工清理线上的铸坯)下线堆放在铸坯场待处理的位置及搬运记录数据
在采集以上数据以后 , 生产过程控制级计算机通过各种运算、判断等处理同时进行以下几个方面的工作 :(1)数据显示(2)打印报表
(3)生产过程按数据进行全程协调控制。(4)质量跟踪 , 质量判断。(5)进行数学模型计算。
(6)进行数据通讯 , 把各级计算机必需的数据送往各级。9.2.3 生产过程控制
连铸机生产过程控制级计算机对生产过程控制主要是根据连铸工艺过程连续性的要 求 , 把连铸各工艺段的控制功能联结起来 , 并不断地发出指令形成一个完整的自动化连铸生 产线。生产过程控制有两种形式 , 一种是动态模型控制方式 , 另一种是预设定控制方式。模 型控制方式是以在线数学模型运算结果来执行控制 , 这些数学模型包括根据目标温度进行 铸坯温度过程控制的二次冷却模型、漏钢预报模型、最佳切割控制模型、质量异常判别模型 等。预设定控制方式是指由过程控制级计算机对某些由基础自动化级执行的控制系统进行 设定控制 , 这些设定除了各种恒值控制系统以外 , 还包括要经某些公式计算 , 这些公式一般 比较简单而由基础自动化级的 PLC 或 DCS 执行才能得到设定值的公式中的各个常数的设 定(如二次冷却区水量串级调速和拉速之间计算公式的常数)9.2.3.1 结晶器在线调宽控制
为了提高连铸的生产率 , 保证多炉连铸的顺利进行 , 多炉钢水连铸时 , 由于制造命令和钢种的不同 , 铸坯的宽度不一样 , 要不中断连铸生产过程就必须要求能在铸造生产过程中自动调节结晶器的宽度 , 另一方面 , 即使是同炉钢水的连铸生产 , 当热轧计算机过程控制系统 发出变更铸坯的宽度要求 , 需要满足热轧生产过程 , 保证热装热送时 , 也要求能自动变更结 晶器宽度。既要保证生产的连续性 , 又要保证不漏钢和切割时铸坯浪费少 , 就必须采用过程 级的计算机系统 , 根据铸造命令、钢种和宽度的要求 , 针对切割的实际情况 , 铸造速度 , 铸坯 厚度等因素进行分析、计算、查询和设定控制参数 , 使之能在满足高速铸造的前提下能对结 晶器宽度变更实行最佳控制。
9.3 连铸生产管理级（L3）及其功能
第10章 连铸自动化系统三个典型实例
10.1 鞍钢2号方坏连铸自动化系统
10.2 鞍钢4号大板坏连铸自动化系统 10.2.1 概述
鞍钢第一炼钢厂于 2000 年 3 月 22 日建成大断面 300mm × 200O mm 厚板坯连铸机 , 并 一次热试成功。铸机投产后同年 8 月达到年产 110 万 t 的设计生产能力 ,2001 年 5 月单月 生产能力超过 11 万 t, 具备了年生产能力 130 万 t 的水平 , 浇注了 110 余个钢种。
技术上 , 鞍钢一炼钢的大板坯连铸机集中了多项先进的技术。例如 : 铸机辐列包括结 晶器宽边足辑全部采用小辑径密排分段辐列设计 ,8 点弯曲 , 冷却上除足辑纯水冷却外其余 二冷区均为气水冷却 , 以增加冷却效果。为增加等轴晶率 , 减少中心偏析和裂纹 , 在二冷区 安装了电磁搅拌。由于铸坯在凝固过程中 , 凝固壳鼓肚或凝固收缩引起富集洛质残余液体 流动而使铸坯局部溶质聚集 , 造成中心偏析 , 为防止偏析 , 在凝固末端采用轻压下技术来补 偿最后凝固阶段的收缩。为达到这样一台连铸机的要求 , 鞍钢一炼钢大板坯连铸机在自动 化控制上借鉴了国内外先进技术。无论自动化程度或技术手段都达到了领先水平。
10.2.2 生产工艺流程和设备组成 连铸机配套设施还包括 : 二冷区配套电磁搅拌装置 , 出坯区采用 两次切割 , 分别为一次切割和二次切割;采用上装引链杆方式 , 因此配套引链杆车;维修区内 设一套中间罐干燥系统 , 浇注平台上设两套中间包预热系统。蒸汽密封室设置二冷排蒸汽 风机。在一炼钢厚板坯连铸自动化系统中主要采用的技术包括 : 中包液位自动控制 , 结晶器 液位自动控制 , 结晶器振动 , 结晶器拉漏钢预报系统 , 铸坯跟踪 , 二冷段气雾冷却控制 , 二冷 段电磁搅拌控制 , 优化切割控制等。
1)混合部分 , 包括同钢种连铸接缝部分和异钢种连铸接缝部分。
2)质量异常包括 : 钢包水口气切割;中间包滑动水口不正常;中间包钢水液位过低报警;中间包过热度偏离标准;结晶器液位异常;中间包浸人水口损耗超标准;到达铸造温度下 限值以下。过程计算机进行质量判断的内容包括 : 1)手动输入项目包括 : 大包水口打开 , 向中间包注人钢水;氧气冲刷中间包水口;更换
中间包浸人式水口;中间包水口故障;中间包水口紧急开闭;中间包滑动水口开浇;结晶器内 未凝钢水沸腾;结晶器内发生反渣;结晶器内熔人反渣;结晶器发生漏钢;结晶器内产生过冷 却;铸坯内部溶入冷钢;结晶器和中间包开始挠注。
2)自动输入项目包括 : 结晶器液位异常;中间包钢水液位异常;浇铸速度超过上限;挠 铸速度低于下限;电磁搅拌器异常;更换水口时出现浇注断续;不同钢种多炉连挠接缝;结晶 器液位波动异常;中间包钢水温度异常;挠注开始部位(坯头);浇注终了部位(坯尾);二冷水
冷却异常。
3)转炉过程控制计算机输入项目包括 : 终点碳超过规定;超出重新吹氧规定。
4)表面质量项目包括 : 结晶器振动异常;振动痕迹加深;结晶器冷却不均匀;结晶器变
形;保护渣不当;面部纵向裂纹;结晶器角部缝隙加宽;角部纵向裂纹;二次冷却水分布不当;结晶器摩擦力增加;角部横裂纹;铸坯夹渣;保护渣受潮产生气泡缺陷;气孔气泡缺陷。
5)内部质量项目包括 : 皮下裂纹;局部过冷或回热应力造成 ” 鬼线 “;二冷强度低;铸坯 鼓肚;中间裂纹;矫直裂纹;压下裂纹 : 断面裂纹;中心星状裂纹;中心疏松 i 中心偏析。
(6)炼钢一连铸匹配模型。炼钢-连铸匹配模型是为了使连连铸能够连续进行所做的 炼钢一连铸间的钢水物流控制算法。其概要如下 , 随着作业的进展 , 事先决定的作业事件(转炉吹炼开始 , 转炉吹炼结束 , 钢包精炼开始 , 钢包精炼结束)到达时 , 计算所到达事件之后 的作业预定时刻以及钢水到达连铸的时刻。另一方面 , 能够通过连铸钢包内的剩余钢水 量计算出预计的钢包浇铸结束时刻。从两者可以计算出保证连铸连续进行所需的浇铸速度。10.3 鞍钢1号大板坏连铸三电自动化系统 10.3.1 自动化系统概述
鞍钢大板坯连铸机是从日本神户钢铁公司引进具有 20 世纪 80 年代国际先进水平的单机 双流立弯式连铸机。1991 年 6 月投产 , 年产 200 万 t 铸坯。铸坯尺寸为 200mIL23O mL 250 口 m。厚×(0.9~1.55m)宽×(5~5.5m)长。铸造速度最大为 1.8m/min, 初期可浇得 27 种 钢 , 包括普碳钢、优质碳素钢、低合金钢和汽车用深冲钢等。其工艺流程如图 10-12 所示 , 三 电自动化系统如图 10-13 所示。其中过程计算机采用 DEC 公司 MICRO VAX-H 超小型机 , 内存如但 , 配两台 RA81 硬盘 , 一台 TK50 磁带机和一台 LA100 控制打印机。
10.3.2 仪表过程量测控
仪表过程量测控包括数据采集如对钢水温度和板坯称量等检测、中间包和结晶器液位 测控、二冷水测控等连铸机常规测控以及水处理等控制。
