方坯結晶器液面波動監控技術的創新與集成

郝  強

（河鋼邯鋼生產制造部，邯鄲 056003）

摘  要：文章介紹了邯鋼自主開發的方坯結晶器液面波動合格率智能統計系統，并集成于現有的質量判定系統，實現了傳統趨線監控向數字統計的轉變，使指標量化更加直觀。在一煉鋼廠兩臺方坯連鑄機成功投入使用，利用該系統科學有效的評價液面波動控制水平，提高液面波動合格率，有效地減少漏鋼、溢鋼事故，提高鑄坯質量。

關鍵詞：方坯，結晶器，液面波動，創新

1 引言

結晶器液面自動控制系統的應用，對高效連鑄機的發展是個質的飛越。精準穩定的控制范圍，可有效減少卷渣、漏鋼、溢鋼事故，明顯改善鑄坯質量。各鋼廠為了滿足客戶對鋼材質量越來越苛刻的要求，提高市場競爭力，努力提高產品質量，為此都在通過設備改造、技術創新來優化完善結晶器液面自動控制系統的功能，通過監控趨線來觀察液面波動情況，但是都無法量化成一個過程指標來評價控制的好與不好。

邯鋼一煉鋼廠配有150×150mm，200×200mm連鑄機各1臺，均為8機8流，主要生產線材和棒材，目前正處于向特鋼轉型期。特鋼對鑄坯質量要求更為嚴格，為此，邯鋼自主研發了方坯結晶器液面波動合格率智能統計系統，并集成于現有的質量判定系統，實現了傳統趨線監控向數字統計的轉變，使指標量化更加直觀。并在一煉鋼廠兩臺方坯連鑄機成功投入使用，利用該系統科學有效的評價液面波動控制水平，提高液面波動合格率，有效地減少漏鋼、溢鋼事故，提高鑄坯質量。

2 項目總體思路

量化結晶器液面波動指標，利用現有的系統軟件，通過開發新的軟件系統將趨線轉化為數字，該系統以澆次澆注時間為統計單位，設定允許波動偏差范圍，統計出本澆次波動超過范圍的時間，計算出本澆次單流及連鑄機綜合合格率，最終自動生成報表，實現了系統功能在本地及遠程客戶端兩地的同步應用。

3 結晶器液面波動合格率計算程序的實現

3.1 數據采集

計算模塊需要采集的數據有結晶器實際液面、結晶器設定液面、以及澆次開始和結束信號等。結晶器設定液面以及實際液面與澆次開始和結束信號不在一個PLC，需要在原通訊基礎上建立新的通訊連接。通訊組態以及數據塊如圖1、圖2所示。

3.2 液位波動合格判斷程序

通過采集到的實際結晶器液位、設定液位以及液位允許偏差進行比較計算，通過三個定時器串聯來實現液面波動是否合格的判定（圖3）。

a：第一次波動時間    

b：第二次波動時間

t1：液面波動由不合格到合格判定時間（T1定時器定時）

t2：液面波動合格時間設定（T3定時器定時）

t1+t2：T2定時器定時

上圖所示第一次波動時間a大于t2，所以程序判定液面波動不合格。第二次波動時間b小于t2（設定為2S）程序判定為正常，未發出報警信號。

3.3 合格率計算模塊

通過澆次開澆信號累加計算本澆次總澆注時間以及波動超出設定值時間算出本澆次結晶器液面波動合格率。當澆次結束時將本澆次合格率上傳二級系統。程序塊FB600如圖4所示 ：

3.4 HMI操作畫面

工藝技術人員可以在操作畫面上設定頭坯長度、液位偏差設定以及液面波動時間等參數，同時將合格率相關參數做成趨勢圖，以便于工藝技術人員查看澆次相關數據。HMI畫面及趨勢圖如圖5、圖6所示：

3.5 實現遠程應用

設計了偏差記錄本地存儲顯示和遠程應用數據同步方案，將該系統通過網絡與“邯鋼過程質量集成應用環境”平臺相連，實現了系統功能在本地及遠程客戶端兩地的同步應用，自動生成統計報表，便于工程技術人員掌握現場實際情況，極大的提高了工作效率。

4 生產中應用

實際生產中，液面波動合格率作為一項績效指標，“以點帶面”提升煉鋼工藝、設備管控水平，從影響結晶器液面波動的因素入手，制定有效的改進措施，指標得到穩步提高。

4.1 工藝方面

煉鋼生產中，鋁作為重要的脫氧劑不僅能夠去除鋼種的氧，細化晶粒、改善韌性，防止時效的作用；同時生成的脫氧產物為高熔點的Al2O3夾雜，使鋼液流動性變差[1]，在澆注過程中粘附在塞棒和水口內壁，造成水口結瘤，隨著澆注的進行，粘附物的不斷富集，受到鋼流的沖擊脫落，引起液面的波動，這個過程會在澆注過程中反復發生。因此控制Al2O3夾雜的產生、促進其上浮，是改善鋼水純凈度、減少液面波動的重要途徑。因此制定了以下關鍵控制點：

（1）提高轉爐終點碳含量

由C-O平衡可知，轉爐終點C含量越高，其O含量就越低，鋁的收得率也會提高[2]，也會更加穩定，生成Al2O3的也會相應減少。

（2）控制出鋼下渣

轉爐渣中含有大量的Fe2O3，一旦隨鋼水進入鋼包中，便會使鋼水的氧化性增強，極大的降低鋁的收得率。為此要求出鋼采用滑板擋渣，回磷控制在0.0030%以內。

（3）白渣操作

精煉過程中快速成白渣，保持熔渣良好的流動性和較高的渣溫，爐內有較好的還原氣氛，良好的脫硫、脫氧效果，加入的鋁制品不易被氧化，可穩定生成Als；同時白渣具有良好的吸附夾雜的能力。

（4）鈣處理

由于Al2O3熔點較高，在澆注過程容易發生堵塞水口絮流事故，鈣處理可使鋼中Al2O3夾雜物變性成低熔點的12CaO·7Al2O3夾雜[3]，熔點只有1455℃，提高鋼水的可澆性，同時可進一步脫氧、脫硫。

（5）軟吹

通過鈣處理生成的低熔點夾雜物、及其它類型夾雜物多數存在于鋼液中，只有讓這些夾雜物脫離鋼液，才能起到凈化鋼液的作用。軟吹可以讓夾雜物上浮，被頂渣吸附，同時鋼液不能裸露，避免二次氧化。

（6）鋼包自開

鋼包水口不能自開，必須使用氧槍燒氧才能保證鋼水的正常的澆注，這無疑會重度污染鋼水，影響鋼水的流動性，加大鋁損失，同時造成至少半爐鋼水降級改判。首先從熱修操作入手，嚴格澆余倒渣、水口清理及引流砂的存儲和投放，其次優化生產組織，控制鋼水在鋼包內滯留時間，提高鋼包自開率。

（7）保護澆注

中間包采用整體式包，大包長水口加纖維環，做到爐爐清理更換，同時開啟氬封保護，安裝氬封流量表，防止鋼水與空氣接觸發生二次氧化。發現水口有掉塊、穿孔的及時更換。

4.2設備方面

生產過程中，很多波動都是由于設備運行不穩定引起的，加強設備的點檢維護，保證長周期穩定運行也是減少波動的重要方面。

（1）塞棒機構問題引起的液面波動

塞棒對結晶器液面波動的影響主要有兩個方面:一是塞棒安裝精度，它包括塞棒與水口的垂直對中情況、塞棒絲杠等連接部位的緊固情況;二是塞棒的耐侵蝕情況,都會導致塞棒控流不穩，引起液面波動大。在塞棒安裝精度控制方面，通過塞棒絲杠上的球面墊進行調平，確保塞棒垂直對中水口，制定嚴格的驗收制度和考核制度，定期檢查，以確保塞棒的安裝精度。另外，必須嚴格控制塞棒耐材質量，加強塞棒質量驗收，確保塞棒有足夠的耐侵蝕性和抗熱振性[4]。

（2）接收器線路問題引起的波動

雖然信號接收線路使用了耐高溫電纜，但是由于現場環境惡劣，經常出現線路被燒，控制線絕緣低等故障，影響控制信號的穩定性，引起液面劇烈波動[5]。為此停機檢修時，設備技術人員會重點檢查接收罐本體和電纜線路是否有燒損現象，接頭是否接觸良好；及時清理周圍的鋼屑，減少外界對信號的干擾。

（3）電動桿引起的液面波動

電動桿是指內置于中包執行機構內的伺服電機系統，其對液面波動的影響主要有兩個方面:一是電動桿本身故障引起，如電動桿線路故障、電動桿滑動性不好造成卡阻等;二是操作人員對電動桿安裝不到位造成的松動，如電動桿上下固定螺栓未鎖緊、電動桿卡扣未卡緊等[4]。對此，定期對電動桿進行維護檢查，加強潤滑維護，可大幅度降低電動桿故障造成的液面波動。

（4）其他設備引起的液面波動

在實際生產中，拉矯機、切割小車夾持裝置、鑄坯輸送輥道、結晶器振動運行穩定性等均對液面波動有一定影響。因此，定期對這些設備點檢維護保養是必不可少的，有針對性的建立起關鍵設備的點檢運轉記錄和考核制度，保證設備長周期穩定運行，減少液面波動。

5 應用效果

   該系統自2015年6月份上線投入使用，把液面波動合格率作為一項績效指標，帶動工藝、設備雙管齊下，強化基礎管理，鑄機液面波動綜合合格率由96.5%提高到了98.5%。

6 結語

該系統的開發與技術創新，實現了傳統趨線監控向數字統計的轉變，使指標量化更加直觀。利用該系統科學有效的評價液面波動控制水平，提高液面波動合格率，有效地減少漏鋼、溢鋼事故，提高鑄坯質量。取得了良好的經濟效益和社會效益，為邯鋼向特鋼轉型奠定了良好的基礎。

參考文獻

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Li Jia bin. Low-carbon aluminium killed steel al2o3 inclusion analysis and control. Modern metallurgy, 2011,39(4)：13-15

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Lu Fei. Billet mold level fluctuation analysis and resolution.The 17th national conference on steelmaking corpus,2013,576-580

[5] 張衛娟，杜奇超，小方坯連鑄機液面自動控制系統，沿海企業與科技，2010,119（4）：63-64

Zhang Wei juan,Du Qi chao, Small billet caster level automatic control system. Coastal enterprises with technology, 2010,119（4）：63-64