结晶器液位（通用7篇）
结晶器液位 篇1
近年来,连铸设备逐步向着大型化、多钢种、高效、高产、环保等方向发展。同时,热送、热装、及热轧等加工工艺不断推陈出新,对铸坯的质量提出了更高的要求[1],因此也对仪表检测和自动控制提出了更高的要求。特别是连铸的关键设备结晶器钢水的液位控制,对改善钢坯质量、提高浇铸速度,节能减排,优质降耗都有着重要的意义。
1 结晶器液位控制系统的硬件组成及工作原理
1.1 液位自动控制系统的硬件组成
液位自动控制系统主要由SC3000仪表检测系统和液位自动控制系统组成。结晶器液位控制系统硬件组成是整个液位自动控制系统的主要关键硬件(见图1)。
SC3000仪表检测检测系统由SC3000二次仪表、Cs-137放射源、探测器、铠装电缆、接线盒等组成。
1.2 SC3000仪表检测系统工作原理
Cs-137放射源和探测器分别安装在结晶器铜管的两侧,结晶器内的钢水对放射源所发出的γ射线有阻挡作用,根据γ射线强度的不同来反映钢水液位的高低。探测器把接收到的γ射线转化成与液位相对应的高频脉冲信号传输给SC3000检测仪表,仪表将脉冲信号做数字处理后,转化为0～10 V电压信号或4～20 mA电流信号输出。
2 液位自动控制系统的种类
1)流量型。控制进入结晶器的钢水流量,以保持液位稳定,即控制塞棒或滑动水口的开口度以控制钢水流量。
2)速度型。控制拉坯速度以保持液面稳定。这种方法喷溅较少,在小方坯上应用较多。
3)混合型。以控制拉速保持液面和控制进入结晶器的钢水流量相结合的方法控制液面。
液位自动控制系统可分为塞棒自动控制系统、拉速自动控制系统及由拉速和塞棒组成的分程自动控制系统3种。
3 液位自动控制系统硬件的组成
液位自动控制系统硬件由中央处理控制单元——PLC、显示操作界面和参数设定与修改单元——工控机、液面检测单元——放射源及信号接收器、现场操作单元——电气操作箱、执行机构——电动缸及拉矫机电机等组成。
3.1 塞棒自动控制系统工作原理
检测仪表将钢水液位信号处理为0～10 V或4～20 mA模拟信号给塞棒自动控制系统PLC。塞棒自动控制系统PLC根据设定液位与实际液位的比较,利用PLC程序运算得出一个动作量,输出给驱动器来驱动电缸动作,带动执行机构来调整塞棒的开启度,从而调节中包水口的钢水流量,以保证结晶器内钢水液面稳定,实现恒液位恒拉速控制。
3.2 拉速自动控制系统工作原理
SC3000检测仪表根据设定液位与实际液位比较,利用内嵌的算法,以投入拉速自动瞬间的实际拉速为基点,运算得出控制拉速值,以0～10 V或4～20 mA信号送给连铸PLC用于控制拉矫机的速度,或直接送给拉矫机变频器来控制拉矫机的速度。通过调整拉矫机的速度来调整结晶器内钢水液位,以达到实际液位稳定的目的,实现恒液位变拉速控制。
3.3 拉速-塞棒分程自动控制系统
1)拉速-塞棒分程自动控制系统提出的原因。上述的2种控制系统是现在连铸生产中普遍应用的控制系统,能够满足对铸坯质量要求不高、小型铸坯的生产,并且在理论上能够实现恒液位变拉速控制、恒液位恒拉速控制。但在实际的生产过程中很难达到恒液位,在对生产大型铸坯或者对铸坯的质量要求非常高的时候,仅仅用上述2种简单的控制系统很难满足要求。
在塞棒控制系统中,含铝量较高的钢流浇注时,水口部分容易粘结,从而对钢流的流动起到阻塞作用;或者在浇注过程中,塞棒及水口逐渐被熔融、冲刷、浸蚀而改变钢流通道的尺寸和形状;由于过程参数的改变,诸如钢液温度、中间罐钢液量;塞棒的动作响应时间长,对液位控制非线性度大,甚至可能出现无规律现象等,还有一些其他未知的因素都会对结晶器液位控制产生影响,从而导致对液位控制的不稳定性,控制精度降低。
而用拉速自动控制系统来控制液位,其控制特性曲线是线性的。从理论上说其控制精度是很高的,但铸坯的拉速和结晶器、扇形段等冷却度以及在线火焰切割机的速度是互相对应的。因此,在保证铸坯质量的前提下,拉速应有上限值。然而为提高铸坯生产效率,拉速还应该有下限值。所以,应把拉速的调节范围限制在一个较小的动态范围内,这样用拉速控制系统它的调节范围远远没有塞棒控制系统调节的范围广,适应性差不利于大型化、多钢种、高效、高产。
由于诸多不利于生产的因素,2种简单的控制系统都存在不同程度的缺陷。所以,笔者对提高连铸结晶器液位控制多采用了2种方法。一种是完善塞棒自动控制功能,另一种是采用拉速-塞棒分程自动控制系统。
2)完善塞棒自动控制功能及原理。为了完善塞棒的自动控制功能,在塞棒自动控制系统中增加了水口保护和塞棒抖动两个附属功能。塞棒自动控制系统投入运行后,激活水口保护功能,自动控制的设定液位就会以一个固定的周期和幅值按正弦波动,防止自动控制时对水口同一位置侵蚀过度;激活塞棒抖动功能后,电缸会在原有自动控制的动作命令上累加一个固定周期和幅值的高频正弦动作量,通过快速抖动将积在塞棒头或中包水口处的钢渣冲掉。
3)拉速-塞棒分程自动控制系统原理。拉速自动控制系统调节范围很小,而塞棒自动控制系统又是非线性的,将这2个系统组成分程自动控制系统能够弥补其缺点。笔者设定液位很小的波动范围,同时设定拉速也在很小的范围调节。这时塞棒是不参与控制的。当拉速调节超出了范围并且液位的波动也超出了设定范围,这时拉速停止调节由塞棒来调节液位到设定的范围内,此后塞棒控制停止由拉速系统进一步调节。
拉矫机的工作速度为0.5～1.5 m/min,结晶器液位控制范围:距结晶器铜管顶面50～70 mm[2]。笔者设定拉矫机在0.9～1.1 m/min范围内调节,液位在距结晶器铜管顶面57～63 mm范围内波动,在正常生产过程中实际参数都满足上述的条件。在某一时刻由于未知扰动的影响液位在上涨,拉矫机的速度在增加,这时只有拉速控制系统在调节。当拉速超出了1.1 m/min,并且液位大于63 mm时拉速停止调节,此时则由塞棒来调节液位在设定范围内。当液位恢复正常范围内时,塞棒停止调节,又由拉速来调节,如此循环反之亦然,不仅提高了控制精度,加快了控制反应速度,而且弥补了拉速调节范围小、塞棒调节非线性的不足。
综上所述,该连铸结晶器液位自动控制系统依靠PLC技术,控制精确、性能稳定,在改善钢坯质量、提高浇铸速度,取得了良好的效果。
参考文献
[1]叶果,刘小林.连铸机结晶器钢水液面自动控制——结晶器液位控制系统中控制器选型、设计[J].中国科技博览,2009(32):151-152.
炼钢连铸结晶器液位控制系统优化 篇2
关键词：连铸结晶器,液位控制系统,优化
一、连铸结晶器液位控制系统
2003年, 炼钢厂一期工程方、圆坯连铸生产线 (2#连铸) 投产后增加了连铸结晶器液位控制系统 (图1) 。该液位控制系统由上海树诚自动化公司设计制造, 操作人员可在PLC控制柜改变控制参数, 全程控制浇铸过程中的钢水液面。137Cs传感器检测结晶器内钢水液面高度, 经过模/数转换和数字滤波转换为4~20mA信号传至PLC系统, 与设定值进行比较。差值经PID调节器运算后, 输出电流信号控制比例阀, 使电动缸带动塞棒升降, 改变钢水流入结晶器的流量, 从而保持结晶器内钢水液面稳定, 每次微动量最小达0.01mm。当液面高度超出或低于允许控制范围时, 系统给出报警信号并及时关闭塞棒, 避免发生溢钢或漏钢事故。
连铸结晶器液位控制系统投用后, 一方面铸坯质量较手动浇铸明显提高, 解决了漏钢、粘钢等问题, 减轻了浇钢工劳动强度;另一方面存在虚液位、液面波动、测量值与实际值不符等问题, 严重影响连铸生产及产品质量。为此, 对结晶器液位控制存在的问题进行跟踪、分析, 并采取处理措施。
二、存在问题及分析
1.137Cs传感器检测值与实际液面高度不符
137Cs传感器有效测量范围是0~150mm, 使用标定块对137Cs传感器进行液位测量的低、高位两点标定, 标定时, 满、零液位点分别距离结晶器上口100mm和250mm。传感器检测值与实际液面高度不符的可能原因: (1) 传感器线性度、重复性不良, 非线性严重。 (2) 传感器信号线老化、受损, 屏蔽、接地不良。 (3) 放射源的定位角度因振动或松动发生偏移。 (4) 水口 (中间包钢水流出的耐高温耐火材料管) 插入后, 未完全校零即开浇, 未完全消除水口影响。 (5) 高、低液位点标定时, 若标定块高、低点位置摆放不准确, 会使标定出现误差, 造成液位值偏离实际值。
2. 浸入式水口造成较大虚液位且难以校零
通常浸入式水口插入后, 由于阻挡部分射线, 会对液位检测计信号产生影响, 但幅度一般不会超过20%, 若达到30%~50%, 则是虚液位过高, 可能原因: (1) 浸入式水口在结晶器内左右、前后位置发生变化 (由中间包对中决定) , 水口插入深度、水口材质和壁厚发生变化, 导致射线探测器接收到的射线强度比正常时弱。 (2) 放射源设计位置和角度不佳, 以致相当一部分射线受到水口阻挡;放射源强度不足, 穿透力较弱, 一旦水口对射线形成遮挡, 则出现较大衰减。
137Cs传感器对高液位难以校零的可能原因是仪表内部电路对每次校零的幅度有一定限制, 对超过40%~50%的检测值, 无法一次完成校零, 需要多次校零, 才能消除虚液位值。水口造成的虚液位增高还会增大对实际钢液面检测的误差, 校零后计数值变化范围缩小, 放大了传感器的非线性误差。
3. 结晶器液位突发性剧烈波动
结晶器液位控制是连铸关键核心控制技术之一, 液位的稳定性和抗扰性受调节器结构参数、控制系统、检测仪表、执行机构、钢水流动性以及拉速等多种因素交叉影响, 具有一定的复杂性。结晶器液位一般控制在目标值的±5mm以内, 可得到良好工艺效果, 若液位波动超过±10mm, 则会明显增加卷渣风险, 造成铸坯质量缺陷。液位波动原因较复杂, 往往需要跟踪观察液位控制各变量的波形曲线, 才能分析出最可能原因, 根据现场实践经验, 液位波动可能原因: (1) 137Cs传感器线性度、重复性较差, 造成液位控制器失调。 (2) 塞棒执行机构偏差或响应滞后。 (3) 检测值与塞棒实际位置不符, 造成塞棒位置检测出现偏差, 使执行机构伺服性能下降, 易发生过调节或欠调节, 从而影响液位控制的稳定性, 甚至引起系统振荡。 (4) 调节器参数不能完全适应多变的生产状况和条件。 (5) 137Cs传感器检测线路或电源线路不良, 电动缸线路接触不良, 导致信号易受干扰。
三、处理措施
(1) 测试、校正137Cs传感器的线性度和重复性。测试线性度时, 将量程分为三段, 分别是满量程的20%~30%、45%~55%以及70%~80%, 在每一段采用仪表的动态补偿 (滤波器) 进行5、6次动态校正, 改善传感器与测试系统的动态特性。
(2) 检查、调整放射源与水口相对位置, 操作时按照工艺要求, 正确安装、摆放水口。若出现虚高液位, 对137Cs传感器进行第二次低点标定后, 会发生低标脉冲值偏低的情况。
(3) 检查、测试塞棒机构, 主要检查塞棒的垂直度、同心度和紧固情况, 确保塞棒垂直、对中、不松动、头部无粘连, 定期调节电缸活塞杆头部的可调节固定头, 避免电缸活塞杆长时间在同一位置使用, 造成局部磨损和机械间隙过大的情况发生。
(4) 检查137Cs传感器、电动缸信号线路和电源质量。
(5) 优化完善调节器参数。液位控制系统的核心是PID调节器, 一般采用临界比例法、反应曲线法和衰减法等工程整定方法手动调整、优化P、I、D参数。
上述措施实施后, 2#连铸结晶器液位控制系统稳定性明显提高, 液面波动现象减少, 保证了液位控制在5%范围内, 提高了产品质量, 减少了2#连铸设备故障, 稳定了连铸生产。
参考文献
[1]阎朝红译.连铸液位控制研究[J].世界钢铁, 2003 (4)
[2]防止液面波动的新技术[J].钢铁, 2004, 39 (增刊1) :268～270
结晶器液位 篇3
在连铸生产过程中,结晶器内钢水液位的控制是重要的工艺操作之一,它对于提高铸坯质量和产量以及稳定生产过程都起着关键的作用,因此,结晶器钢水液位控制是实现连铸设备自动化、保证连铸机的安全可靠运行以及提高生产效率、改善操作条件的一项重要环节[1]。
结晶器的液位控制方式主要有拉速控制、流量控制(塞棒控制)和混合型控制三种。由于拉坯速度的变化会引起铸坯凝固制度、二次冷却制度、定长切割系统等一系列环节的修正,而合适浇注温度与合适拉速的配合是连铸稳定生产和取得高质量铸坯的前提,因此,应该将拉速稳定作为工艺目标,而不是控制手段。所以,用调节拉速的方式保持结晶器液位稳定的做法目前已逐渐在工程应用中被淘汰。流量控制法可以保证拉坯速度恒定,也就允许根据工艺要求选择合适的拉速,在液位的调节过程中把拉坯速度的变化作为扰动来处理。这种调节过程一般比较平稳,给系统的稳定运行带来很多方便,因此,流量控制法成为当今结晶器液位控制方式的主流[2,3]。目前,液位控制中常用的是传统的PID方法,但在实际工艺条件下,其动态控制效果并不理想。原因在于:①系统开环增益较大,即使很小的扰动也会引起较大的偏差;②滑动水口存在死区、摩损、腐蚀和堵塞,使得系统具有非线性;③由于拉速的扰动作用,PID控制系统的鲁棒性较差[4,5,6,7]。因此,近年来国内外许多学者对结晶器液位控制问题开展了先进控制策略的应用研究。郭戈等[1]通过对拉速有色噪声白色化,将预测控制引入结晶器液位控制中,较好地克服了因拉速变化而形成的有色噪声对结晶器液位的影响;童朝南等[2]针对结晶器液位控制系统的多约束问题,提出了采用遗传算法进行处理的非线性优化控制方案,有效地解决了结晶器液位调节过程中的有约束广义预测控制问题;乔国林等[3]根据结晶器液位与铸坯拉速的耦合特点,借助对角递归神经网络的整定,提出了结晶器液位和铸坯拉速协调系统解耦的自抗扰控制策略,其控制效果比传统PID控制方法有更大的改善。但目前尚未发现针对结晶器液位控制的大时滞问题进行专门研究的相关文献报道。为此,本文提出一种基于Smith预估补偿的非线性PID控制策略,并在对结晶器液位控制系统的辨识模型进行仿真分析的基础上,投入实际应用。
1 控制系统的描述与建立
连铸生产工艺的结晶器钢水液位控制流程如图1所示,其工作原理如下:控制系统根据浇注速度,通过塞棒上下移动来控制中间包水口的开度,通过调节钢水从中间包流向结晶器的流量来维持结晶器钢水液位的稳定。液位传感器通过液位测量系统实时测量结晶器钢水液位变化,并提供给塞棒控制器,由控制器驱动液压伺服阀,作用于塞棒执行机构,从而控制中间包到结晶器的钢水流量,以保证结晶器钢水液面的稳定。
根据上述工艺要求及控制系统的特点,本文设计的基于Smith预估补偿的结晶器液位控制方案采用双闭环调节系统,内环为位置环,外环为液位环,如图2所示。考虑到工业现场恶劣环境的影响,作用于液压执行器的各种干扰会导致其塞棒水口开度定位不准确,为此,在执行机构与调节机构环节设置闭环控制,以实现伺服阀的准确定位。由于在连铸过程中,外部干扰比较多(如自动开浇及拉速变化、动态轻压下、换包、塞棒及水口浸蚀等),液位波动频繁,所以为了保持液位恒定,并作出准确调节,必须使伺服阀的控制速度能跟上液位变化的速度,并加入抖振信号来克服调节死区,从而达到结晶器液位自动控制的目的。
2 控制算法设计
传统的PID控制算法采用线性定常组合方案,难以协调快速性和稳态特性之间的矛盾,在具有参数变化和外部干扰的情况下其鲁棒性也不够好。随着对系统性能要求的不断提高,传统的PID控制算法往往不能满足要求。在这种情况下吸取自适应控制和智能控制的基本思想并利用计算机技术的优势,对传统的PID控制算法进行改造形成自适应PID、模糊PID、智能积分PID和非线性PID等算法,使其适应新的要求。一类智能模糊PID算法的优点是非线性构造能力强,能够逼近任意的非线性函数,但这类方法的参数调试较为复杂,不利于工程应用。而直接利用非线性函数进行修正,这类方法实现简便,但非线性构造能力稍逊[8]。
本文采用非线性的PID控制算法。由于结晶器液位控制系统的纯滞后、非线性特点,采用Smith预估器进行补偿。Smith预估器的设计思想[8]是:预先估计出控制过程的动态响应,然后由预估器进行补偿,力图使被迟延了τ的被调量超前反映到调节器,使调节器提前动作,从而减小超调量,加速调节过程。图3为采用Smith预估补偿的非线性PID控制系统框图。
在图3中,Gc(s)为非线性PID控制器的传递函数,G0(s)为系统模型,Gm(s)为系统参考模型,R为给定量,D为扰动量,Y为系统输出,Ym为参考输出,τ为纯滞后时间常量。如果模型是精确的,即G0(s)=Gm(s),且不存在负荷扰动(D=0),则Y=Ym,Em=Y-Ym=0,X=Xm,就可以用Xm代替X作为第一条反馈回路,从而实现将纯延迟环节移到控制回路的外边。如果模型是不精确的或是出现负荷扰动,则X就不等于Xm,Em=Y-Ym≠0,控制精度也就不能令人满意。为此,采用Em实现第二条反馈回路,这就是Smith预估器的控制策略[6]。
采用高斯函数来构造非线性PID控制器Gc(s)。构造如下非线性函数kP、kD、kI:
kP(e(t))=aP+bP{1-exp[-(e(t)/cP)2]} (1)
其中,aP、bP、cP为正常数。当误差e(t)→±∞时,kP取最大值aP+bP;当e(t)=0时,kP取最小值aP;bP为kP的变化区间;cP的大小是kP变化的速率。
其中,aD、bD、cD、dD为正实常数,aD为kD的最小值,aD+bD为kD的最大值,当e(t)=0时,kD(e(t))=aD+bD[1-exp(-(dD/cD)2)],调整cD大小可调整kD的变化速率。
kI(e(t))=aIexp[-(e(t)/cI)2] (3)
其中,kI的取值范围为(0,aI),e(t)=0时,kI取最大值。cI的取值决定了kI的变化快慢程度。
比例增益参数kP函数的变化曲线如图4a所示。分析图4a,e(t)>0时,kP随着e(t)的增大而增大,这是为保证系统有较快的响应速度和较小的超调量。e(t)<0时,当e(t)的绝对值增大时,为了增强反向控制作用,减小超调,kP也相应增大;当e(t)的绝对值减小时,为使系统尽快回到稳定点,kP也应减小。
微分增益参数kD函数的变化曲线如图4b所示可以看出,当系统的超调增大时,kD迅速增大,从而增大反向控制作用,有效抑制了超调量的产生。
积分增益参数kI函数的变化曲线如图4c所示可看出,当误差信号较大时,积分增益不宜太大,以防止响应产生振荡,有利于减小超调;而当误差较小时,积分增益增大,以消除系统的稳态误差。
非线性PID调节器的控制输出为
如果非线性增益函数中的各项参数选择适当,就能够使控制系统达到响应快、超调小的目标。另外,非线性PID调节器中的增益参数能够随控制误差而变化,因而其抗干扰能力也比常规线性PID控制器强。
3 仿真分析
验证Smith预估补偿控制器在结晶器液位控制系统中的使用效果时,本文采用MATLAB进行了计算机仿真分析,并在仿真过程中根据上述模型精确和不精确两种情况,及时调整Smith预估补偿控制器的控制规则和确定各项参数。为此,我们使用MATLAB模型辨识工具箱对宝钢梅山炼钢厂2号连铸结晶器液位控制对象现场采集的运行数据进行了模型辨识。为了用参数辨识法获取对象的模型, 可确定输入变量为控制塞棒的电液伺服阀开度,输出变量为液位值。输入变量与输出变量的单位均为百分比,其中,伺服阀开度变化范围为0～100%,液位变化范围为0～100%,对应实际液位值为755～775mm。通过上位机监控软件的历史数据库获得所采集的输入、输出原始数据后,首先对一定数量的原始数据进行人工筛选,剔除奇异项后选取300组数据。由于所记录数据受到随机干扰的影响,可对数据进行分组、打乱、重新组合等预处理,并根据数据的均值和方差进行归一化,之后再对数据进行重采样和数字滤波。将数据导入MATLAB提供的系统辨识工具箱(system identification toolbox),采用最小二乘法模型辨识算法[10]。所得到的传递函数为
在MATLAB 7.1环境下,设置采样时间为0.1s,设定值为单位阶跃信号,分别采用传统PID、Smith预估补偿的非线性PID控制器进行仿真。为了防止结晶器塞棒在水口处凝结并克服伺服阀存在的调节死区,在控制系统中施加一正弦抖振信号进行分析研究。图5、图6所示为仿真计算结果。
从仿真曲线可以看出,传统PID控制时大约有20%的超调,且上升时间为26s;而Smith补偿后的非线性PID控制的上升时间仅为4.2s,且基本可以防止超调现象的出现。当加入正弦抖振小信号时,Smith补偿的非线性PID控制器与常规PID控制器相比,具有更突出的抑制液面波动的能力。由此可见,Smith补偿的非线性PID控制器能够很好地解决超调量和快速性之间的矛盾,明显改善控制效果,并具有较强的抗干扰能力。
4 应用结果
针对宝钢梅山炼钢厂2号板坯连铸生产线,本文采用已有的西门子S7-300 PLC作为现场控制器,以组态王软件开发上位机监控程序。考虑到结晶器液位控制有较大的滞后的特点,以及克制阀的死区和塞棒的黏结,我们在控制信号上并入一幅值为0.2mm、频率为2Hz的正弦抖振信号。用SCL语言编程,FB1作为非线性PID控制器,FC1计算三个非线性增益参数kp、ki和kd的值。上位机可显示结晶器钢水液位的变化趋势图,并可以实现在线设置和修改控制器参数以及液位超限报警和现场确认功能。图7为常规PID控制趋势界面图,图8为Smith预估补偿的非线性PID控制策略的液位控制趋势界面图。可以看出,常规PID控制结晶器液位最大偏差达5mm左右,波动幅度较大,并且由于常规PID控制器的积分累积作用,导致结晶器液位反超稳定值几毫米的现象明显,再次回到稳定值时间过长,达6～7s。本文采用的Smith预估补偿的控制策略,减小了因拉速变化或更换钢包对结晶器液位波动的影响,正向液位波动基本可以控制在3mm以内。值得指出的是,常规PID控制器的积分累积作用导致结晶器液位反超稳定值数毫米的现象,因引入变增益的非线性PID控制策略得到了很好的消除,再次回到稳定值所需时间大大缩短,为2～3s,避免了因更换钢包或拉速变化产生的较大的超调量。两者比较,Smith预估补偿的非线性PID控制算法的结晶液位控制具有较高的控制精度,并且对抖振信号、换钢包、拉速改变等工艺操作所产生的中间包液位及液压波动干扰具有较强的抑制能力,对纯滞后所带来的系统不稳定也有很好的抑制效果。
5 结束语
本文针对连铸结晶器液位控制问题,阐述了相关生产工艺特点和影响液位稳定的重要因素。在总结分析目前结晶器液位控制技术研究现状的基础上,提出了基于Smith预估补偿的非线性PID控制方案,并以宝钢梅山炼钢厂2号板坯连铸结晶器为对象,在进行系统辨识和模型仿真的基础上,将其应用于连铸生产过程,取得了较好的动态控制效果,有效地提高了钢水液位的稳定性和对液位波动干扰的抑制能力。
参考文献
[1]郭戈,王伟,柴天佑.连铸结晶器液位预测控制[J].控制理论与应用,2001,18(5):714-717.
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[3]乔国林,童朝南,孙一康,等.基于神经网络自抗扰控制的结晶器液位拉速协调系统研究[J].自动化学报,2007,33(6):641-648.
[4]尚宏,陈志敏,任永平.一种新型非线性PID控制器及其参数设计[J].控制理论与应用,2009,26(4):339-440.
[5]焦晓红,方一鸣,吴晓明.连铸结晶器振动位置环的非线性PID控制器设计及应用[J].自动化仪表,2001,22(7):4-5.
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[7]曹光明,吴迪,张殿华.基于模糊自适应PID的铸轧机结晶器液位控制系统[J].控制与决策,2007,22(4):399-408.
[8]Mantausek M R,Micic A D.A Modified Smith Pre-dictor for Controlling Process with an Integrator and Long Dead-time[J].IEEE Trans.on Automatic Control,1996,41(8):1199-1203.
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结晶器液位 篇4
连续铸钢(简称连铸)就是把液态钢用连铸机浇注、冷凝后直接得到铸坯的工艺。连铸机结晶器是连铸机的重要组成部分,是一个水冷的钢锭模,完成将液态钢初步凝固成形的任务。连铸机结晶器液位控制是冶金连铸系统中非常重要的环节之一,液位的波动会造成结晶器保护渣和杂质大量卷入钢水,严重影响铸坯的质量,甚至可能导致浇铸过程中发生溢钢和漏钢事故,因此必须将结晶器液位控制在一个合适的范围内。本文根据安钢连铸机实际,将PLC技术与塞棒机构、电动缸驱动系统相结合,提高塞棒的控制精度,从而保证结晶器液面的稳定。
1 结晶器液位自动控制系统
钢水浇入结晶器,为防止钢水溢出,钢水面须低于结晶器上口约70～100mm。结晶器内钢水液面的稳定性取决于中间包浇入结晶器内的钢水量和从结晶器内拉出的铸坯量的平衡。在拉速一定的情况下,结晶器钢水液面升高,可关小中间包水口;钢水液面太低,可开大中间包水口。在中间包水口流量一定的情况下,结晶器钢水液面升高,拉速就应加快;液面太低,拉速就应减慢。
钢水从钢包流入中间包,然后通过浸入式水口流入结晶器。中间包的塞棒设置在浸入式水口的开口处,通过塞棒机构提升塞棒来改变浸入式水口开度,而塞棒机构则由塞棒驱动系统来驱动调节。进人结晶器的钢水流量和结晶器的钢水液位由浸入式水口开度来决定,而结晶器钢水液位须尽可能控制在预定位置。
1.1 结晶器液位控制基本原理
结晶器液位控制系统主要由液位传感器、以PLC为中心的结晶器液位控制器、位置检测反馈装置及由驱动系统控制中间罐滑动水口或塞棒开度组成的伺服控制系统等构成。传统结晶器钢水液位控制原理图如图1所示。
结晶器钢水液位控制系统是一个串级控制系统,内环是位置环,外环是液位环。当液位偏离给定值时,偏差信号改变位置环的给定值,从而改变塞棒或滑动水口位置,使钢水液位回到给定值。当液位超过某上(下)限时,控制系统立即改变系统增益,以保证钢水液位不超限;达到最高限时,控制系统报警甚至关闭中间罐塞棒,以避免溢钢;到达最低限时,控制系统报警甚至降低拉速或停拉,以避免漏钢。连铸过程复杂,特别在水口和塞棒粘上的凝固钢液突然脱落或水口堵塞和烧损时,流量变化很大,系统突然失控,加之环境恶劣(如高温、高粉尘),易出现常规系统性能不稳定或控制质量不好、波动很大等现象。因而,各国都极力研究有效的、调节质量高的且鲁棒性良好的自动控制系统。
1.2 结晶器液位控制数学模型
1.2.1 电机伺服系统
根据电机原理可知,电机调节位置与电机给定信号的关系为:
式中,s为复数域的变量;d为电机调节位置;I为电机给定信号;Tm为电机时间常数。
1.2.2 塞棒位置与电机传动位置关系
塞棒位置与电机传动位置成比例关系,则塞棒位置与电机调节位置的关系为:
式中,xp为塞棒位置;d为电机调节位置;K为比例系数。
1.2.3 塞棒流量特性
塞棒位置与结晶器钢水流入量间的动态特性主要为延迟特性,由浸入式水口的流量传输引起。结晶器钢水流入量与塞棒位置的关系可采用惯性环节表示:
式中,T为滑动水口等效时间常数,一般取0.4～0.9s。
塞棒提升装置的动态行为由驱动器和伺服电动缸控制。驱动器特性可简单地近似为阶差微分方程,其输出值为伺服电动缸的位置。驱动器控制电动缸的移动量,使电动缸以适当的速度移动。电动缸可用一个积分器建模,计算塞棒位置。塞棒的动作可由电激励信号控制,输出值是塞棒位置。
1.2.4 结晶器液位模型
结晶器液位模型为:
式中,H为液位高度;Qin为钢水流入量;Qout为钢水流出量;Am为结晶器截面积;A为水口面积;czr为注入系数;h为钢液从中间包到结晶器的高度差;g为重力加速度;Vspeed为拉速。
从结晶器液位模型可看出,结晶器钢水流出量与拉速成正比;钢水流入与流出结晶器的流量差构成钢水液面的变化,其积分就是结晶器液位测量装置能测得的结晶器液位。结晶器的液位受塞棒位置、几何形状,浸入式水口内腔尺寸以及钢水在水口中的流动状态影响。
2 应用实例
2.1 结晶器液位PID控制
PID控制方法因其具有原理简单、使用方便、鲁棒性强等特点而被广泛应用于结晶器控制系统。现就结晶器液位PID控制方法在安钢#2板坯连铸机上的应用作简单介绍,其自动控制原理框图如图2所示。
该系统有两个闭环控制回路:一个是塞棒的位置控制(副回路),单独使用副回路时为半自动控制,电动缸位移偏差Δs经副回路PI控制器引起塞棒上下移动,从而改变钢水流量,保持液位稳定;一个是结晶器的液位控制(主回路),液位偏差ΔH送主回路PID控制器,其输出作为电动缸的行程设定值。前者嵌套在后者内部,形成一个标准的双闭环自动控制系统,即串级控制系统。当整个控制系统出现故障时,断开塞棒与电动缸的连接,将系统切换到手动操作状态。
(1)外环PID控制。
设r1(k)为结晶器液位设定值,c1(k)为结晶器液位实际值,则液位偏差e1(k)为:
输出的控制增量Δu1(k)为:
式中,k1p、k1i、k1d为外环PID控制器的比例、积分、微分系数。
(2)内环PI控制。
此时Δu1(k)+u1(k-1)作为内环的输入设定,记为r2(k),电动缸的行程反馈值记为c2(k),则电动缸的行程偏差e2(k)为:
输出的控制增量Δu2(k)为:
最后的输出u2(k)为:
式中,k2p、k2i分别为内环PI控制器的比例、积分系数。
(3)PID控制器在结晶器液位控制中的应用。
分析结晶器液位自动控制系统知,影响结晶器液位稳定的主要是外环PID控制器,所以只要将外环PID控制器的kp、ki、kd参数调整适当,结晶器液位就能够保持稳定。
2.2 结晶器液位控制系统实现
结晶器钢水液位控制系统包括结晶器钢水液位测量装置、塞棒提升机构、PLC、监控显示器、驱动装置。钢水液位测量装置采用放射性元素铯137;塞棒提升机构采用伺服电动缸驱动;PLC采用S7-300系列;驱动装置采用施耐德Lexium伺服驱动。结晶器钢水液位控制系统如图3所示。
放射源铯137发射的γ射线通过水套和铜管射到接收器上,产生电脉冲。电脉冲通过屏蔽电缆输入到二次仪表,经放大、分析后送主机,形成脉冲计数n,n值随结晶器内实际的液面高度成比例变化。因此,通过n值可计算出液面高度H及与H成线性关系的电压/电流模拟量。将这些值送给PLC,PLC就可根据实际液面、设定液面及塞棒开度,输出信号给驱动器。驱动器控制伺服电动缸移动量,从而带动塞棒提升机构调节钢水的流量,使结晶器内钢水液面稳定,以此来保证连铸机正常运行和钢坯的质量。
其中,放射源和铯源接收器安装在现场结晶器上;现场操作箱和伺服电动缸位于结晶器附近;而PLC、驱动器、上位机及相关通信电缆等位于电气室的结晶器液位控
上位机作为操作员站和工程师站,能进行画面监控操作、数据修改存储、控制系统程序的开发和维护。上位机采用研华IPC-610系列工控机;操作系统选用Windows XP专业版;利用Step7 V5.2开发软件进行过程组态和程序编辑,利用监控软件WinCC进行画面开发。
结晶器液位控制PLC采用西门子Simatic系列S7-300可编程控制器,作为结晶器液位控制系统的核心,对系统的数据进行逻辑判断、运算和信息处理[4],从而控制系统中设备的运行。
3 应用效果
结晶器液位自动控制系统在#2连铸机中投用,不但提高了连铸机自动化水平,而且保证了铸坯质量,取得了良好效果。
(1)减少了铸坯在结晶器中的夹渣、包渣,提高了铸坯质量和钢水收得率。
(2)减少了连铸生产过程中结晶器溢钢和漏钢事故的发生次数,保障了生产稳定,提高了连铸机生产运行率。
(3)连铸机自动化水平的提高,大大减轻了现场操作工的劳动强度。
(4)操作可视化,结晶器液位调整数字化,使操作更方便、画面更简洁。
4 结束语
结晶器液位自动控制技术利用PLC和电动缸伺服驱动装置,采用PID控制方法,有效实现了结晶器钢水液位的稳定,为连铸洁净钢生产提供了保障。
参考文献
[1]王伟,郭戈,柴天佑.连铸过程的建模与控制[J].1997(A00): 385-390
[2]曹光明,吴迪,张殿华.基于模糊控制决策的铸轧机结晶器液位控制系统设计[J].东北大学学报(自然科学版),2006(7): 775-778
[3]崔坚,李佳.Siemens Industrial Communication guide[M].北京:机械工业出版社,2005
[4]廖常初.S7-300/400 PLC应用技术[M].北京:机械工业出版社,2005
[5]天津电气传动设计研究所.电气传动自动化手册[M].第2版.北京:机械工业出版社,2005
[6]杨少光.机电一体化设备的组装与调试[M].南宁:广西教育出版社,2009
结晶器液位 篇5
关键词：连铸,结晶器,液位控制
1 结晶器液位控制技术
1.1 结晶器液位控制的重要性
连铸生产过程中, 对于结晶器液位控制的一个基本要求是稳定生产操作, 避免漏钢和溢钢;其次是要尽可能的保持液位稳定, 提高铸坯的质量。而能否满足第二条要求是目前衡量连铸控制水平的一个重要标志。
结晶器液位控制的重要意义如下:
(1) 减少和避免漏钢、溢钢, 稳定生产操作;
(2) 防止浮在结晶器液面上的夹杂物卷入铸坯, 避免在铸坯表面和内部产生夹渣缺陷;
(3) 防止结晶器保护渣不均匀流入, 避免产生裂纹、炉渣条痕等表面缺陷;
(4) 使铸坯出勤凝固稳定、保证在结晶器内部产生均匀的凝固壳;
(5) 降低操作人员的劳动强度。
2 液位控制方法及特点
2.1 流量型
通过控制中间包内向结晶器内钢水流量, 以保持液位稳定, 即改变塞棒或滑动水口的位置, 或者控制塞棒和滑动水口二者的位置, 控制钢水流量, 以达到液位稳定的目的。
2.2速度型
即控制拉坯速度以保持液位稳定。在这种方法中, 固定中间包流入到结晶器中的钢液量, 根据液位变化修正拉坯控制系统的设定值, 以使结晶器液位保持恒定。这种方法喷溅较少, 主要用于小方坯连铸。
2液位调节控制过程分析
2.1 双环PID控制系统
结晶器液位控制系统采用串级控制, 由两个控制环组成, 一个控制环用于结晶器的液位控制, 另一个用于塞棒位置控制。
塞棒位置PID控制器, 处于整个结晶器液位控制系统的内环, 根据液位控制计算出的塞棒目标值与实际值进行PID运算, 得到塞棒伺服阀给定值。
结晶器液位控制采用的PID控制器, 处于整个结晶器液位控制系统的外环, 其液位目标值由二级系统根据工艺要求设定, 实际值通过液位监测装置测量。
2.2 辅助控制系统
除液位调节功能, 本控制系统还提供其他辅助功能, 以避免发生塞棒粘结、结晶器液位无阻尼振动等问题。
(1) 水口冲刷;
(2) 塞棒颤动;
(3) 事故关闭。
3 液位调节系统实现
3.1 硬件实现
液位调节系统的上位机采用西门子公司的WINCC软件, 通过其上位机画面可以设定液位目标值, 并监视液位、塞棒的实时状态和历史趋势。下位机为一套西门子S7-400系列的PLC系统, 可以读取液位检测和塞棒位置的过程值, 进行串级PID控制, 并向塞棒液压执行器发出动作命令。
本系统的重要单体设备为液位检测装置和塞棒。
3.1.1 涡流液位检测装置
结晶器液位控制是基于涡流原理。传感器的初级线圈接受到电流产生高频磁场。随即在结晶器内部的金属上产生涡流电流, 传感器的二次线圈产生感应电压。结晶器内钢水液位的变化会导致感应电压发生变化。因此二次线圈电压用于测量液位。采用两个二次线圈而非一个是为了将结晶器侧面的影响最小化。
3.1.2 塞棒
塞棒用于对从中间包到结晶器的钢水流量进行整体控制和微调。同时在事故状态下可以立即停止钢水流入结晶器。
塞棒是由带液压缸, 伺服阀和位置传感器的液压执行机构进行手动或自动的操作。在自动模式下, 塞棒由结晶器液位自动控制系统控制。
3.2 软件实现
液位调节系统的串级PID控制原理框图如图1所示, 通过PLC程序实现。
通过控制塞棒位置将结晶器液位控制在设定点, 这一控制通过PLC实现的闭路控制器来完成。控制器将实际液位与目标液位进行比较, 并由PID进行运算, 产生塞棒位置的参考值。这一参考值发送到第二个PID, 这个PID按照位置传感器测定的塞棒实际位置控制塞棒伺服阀。
有两种调节器常数: (1) 自动开浇常数; (2) 调节器常数。
所有的常数保存在PLC的一系列数据库中, 所有的常数随着结晶器尺寸的改变而改变。在浇注期间, 为了更好的适应情况, 根据不同响应时间的要求, PID参数也相应改变。
4 液位调节启动过程分析
液位调节的启动标志着连铸浇铸的正式开始, 该过程是保证连铸能正常、稳定生产的最重要环节之一, 下面就液位调节的启动过程进行介绍。
在完成浇铸前的所有准备, 如送引锭杆完成, 结晶器开始振动, 中包车移动到位等各项准备工作后, 系统提示可以进行浇铸作业, 此时由操作工在现场操纵箱启动塞棒打开命令, 液位调节正式启动。每个步骤确认塞棒的一个位置, 在执行期间, 塞棒加速达到要求的位置;并非每个步骤都必须执行, 一旦液位达到开浇设定值, 则系统直接执行最后步骤。
当达到目标值则进入自动控制模式, 此时根据目标液位通过串级PID调节自动实现液位控制, 同时启动夹送辊开始进行连铸出坯。整个启动过程如图2所示, 该图以时间为横轴, 纵向比较塞棒位置, 液位, 浇铸速度三个变量在浇铸启动过程的变化过程。
5 结束语
结晶器液位 篇6
关键词：温度,铝合金铸锭,影响,分析
铝合金的熔铸是铝加工生产的头道工序, 若熔铸质量不高, 不及时排除各种冶金缺陷, 就可能造成铸锭先天不足, 其后一系列材料加工、热处理即使再精益求精, 也难以消除夹杂、疏松、气孔等铸锭缺陷的影响, 难以保证铝加工材的质量和性能。而铝合金熔铸产品质量的成型与内部组织控制均由结晶器来完成, 结晶器的材料采用与维护对铝合金铸造致关重要。本文简述了铝合金LHC低液位组合铸造结晶器的构造原理及其应用与保养, 为提高铝合金铸造效率, 使其质量与性能达到最佳水平, 解决铸锭的生产与质量控制问题, 提出了方案。
1 LHC低液位铸造结晶器的构造原理
LHC结晶器由一整块铝精密机加工后制成的。本体包括全螺纹卡盘、一个对水密封、对称性上/下水腔和机加工的挡水板。挡水板能很好地分配冷却水且流量均匀。结晶器顶部与顶部盖有锁定阶适合结晶器刚性, 顶盖紧紧夹持石墨内衬在结晶器腔内, 底部有内导端口用于空气通道 (用于自动对中液压缸与结晶器水阀门) 。结晶器的活底通常由金属制造 (铝, 铸铁, 钢) 。此活底凝固先进入结晶器的铝液。然后根据铸造顺序, 按一定的速率从结晶器往下降从而制造出铝锭。
2 LHC低液位铸造石墨结晶环的特点
LHC低液位组合铸造工艺采用带有石墨环的铝质结晶器。结晶器内衬有四片石墨, 在铸造过程中, 石墨为结晶器提供一个非湿表面石墨结晶器是一种天然的润滑物, 石墨同样是多孔的, 并且可以作为铸造润滑油容器, 它的润滑油消耗仅是传统直接冷凝铸造的3-5%, 在开始铸造前轻轻地刷一层润滑油即能满足铝合金铸造的需要。而且石墨具有惰性, 有很强的耐熔融铝腐蚀的特性, 从而提高了石墨环结晶器的使用寿命。石墨内衬是典型的对称性的, 如果较低的铸造表面开始损坏, 可以上下颠倒更换后使用, 提高结晶器使用寿命。
3 LHC低液位铸造蒸汽排放通风系统
铝合金铸造过程中, 蒸汽能够凝结在铸造站设备上, 并在铸造平台分配流槽与结晶器内的熔融铝表面上产生氧化物。蒸汽同时会造成铸造操作员在铸造过程中观察不到扁锭或圆棒表面情况。LHC低液位组合铸造工艺针对这一情况, 设计了一个蒸汽排放通风设备, 它被设计在铸井臂内。通风系统矩形管道比铸井长度略短, 蒸汽入口是有一个带盖的窄槽形口, 以防止冷却水直接进入导管, 导管底部有坡度, 还有排水孔, 以便进入导管中的水能流回铸井中, 有效解决了铸造过程中蒸汽大的问题。
4 LHC低液位铸造结晶器水控系统
在LHC结晶器中的两个水腔都有自己的成套喷水孔。随着铸造的进行, 打开内部总水阀, 向另一个水腔供水, 允许两套喷水孔喷水。对不同合金来说, 需要PLC程序中设定不同的冷却水值, 用于拧上/拧下。阀门设有滑动式密封, 不会有机械磨损产生的泄漏现象。控制系统可实现精确的可重复的阀门定位, 可以同步操作打开多个滑门。阀门通常处于打开状态。由于推动风压, 也保持打开状态。水入口过滤提供结晶器和入水口滤网设计。它们防止外来物质破坏水的分配方式, 易于拆下清洗管路。LHC低液位组合结晶器采用双水道冲击。在铝合金扁锭连续铸造实践条件下, 通过在开始与运行条件下最优化水碰撞角及热量传输率, 有效降低铝扁锭底部翘曲, 大大降低了扁锭辅底时出现漏铝、铸锭弯曲等质量缺陷。同样在稳定生产状态下产生一个非常高的冷却率, 为生产出一个光滑表面质量及较高的冶金特性的铝合金扁锭提供有效的技术支持。
5 LHC低液位铸造结晶器自清洗式过滤器系统
清洁的水对于可靠的结晶器冷却水形状是非常重要的。自动化自清洗式过滤器能够以最小的压力损失来保持连续的冷却水流量。过滤器包括由带许多的穿孔的圆柱鼓体组成, 过滤介质。鼓体安装在配有轴承的旋转主轴上口。一个压差开关可以激活反冲循环, 在这里, 少量的水被用来反向流过一排过滤介质。反向水流清除了过滤介质, 并且将污物冲进反冲管道内。
6 LHC低液位铸造结晶器对正系统
结晶器到引锭头的自动对正系统包含在LHC结晶器中。自动对正系统利用装于结晶器底盖四周的气缸完成对正, 可避免损坏结晶器内孔。在制造厂已把气缸精确定位, 并用暗销固定。在对正结晶器时, 各活塞杆被调到正好接触到引锭头。对正时首先要松开铸造平台上的气动夹具。然后气动控制对准缸, 活塞杆伸出, 接触到引锭头, 最后结晶器移动, 直到对准引锭头为止。接着让气动夹具重新卡住结晶器, 对准气缸退回。
7结语
LHC低液位铸造结晶器的维护与保养对铝合金扁锭成型及内部质量控制致关重要, 本文作者结合长期生产经验与LHC低液位铸造结晶器的工作原理, 总结以下维护与保养要点, 为提高铝合金扁锭的质量提供了有效保障。
(1) 定期用蒸汽或者使用高压水和清洁剂清洁整个结晶器, 保证其良好导热率效。
(2) 用手钻清洁每个喷水孔, 使用和本孔一样大小的钎头清洁喷水孔, 保证铸锭导热均匀。
(3) 使用附近大型的微型尼龙磨刷除去石墨及引锭头上的锈蚀, 减少铸锭辅底时的质量缺陷, 杜绝铝合金扁锭在铸造过程中出现表面拉痕、拉裂。
(4) 使用钢制砂轮机上的小型的圆盘钢丝刷清洁结晶器内部喷水孔凹槽, 定期更换结晶器内部密封胶圈。保障铸造生产过程中, 冷却水水流量分布均匀, 杜绝铝合金扁锭出现因导热不均产生大面裂纹, 辅底弯曲等质量缺陷。
(5) 铸造是一种要求连续监控生产参数的复杂工艺。直冷铸造是一种热平衡的行为, 要求测量和控制若干个工艺变量。要长期利用LHC低液位组合铸造工艺可监控并控制关键参数, 消除工艺偏差。测量与控制越精确, 可再现性越好, 产品性能均匀性就越好。
(6) 引锭头的校准和适当的保留适当的空隙, 引锭头与结晶器的啮合 (12-18mm[1/2-3/8in]) 。分流袋底部到引锭头的距离为37mm。流口底部到分流袋的距离为25mm, 防止铝液温度偏差损坏结晶器。
结晶器液位 篇7
薄板坯连铸连轧是上世纪80年代末, 90年代初被开发成功的生产热轧板卷的一项短流程工艺。它是当今世界钢铁冶金工业具有革命性的前沿技术, 它具有流程短, 能耗低劳动生产率高, 设备简单, 投资省, 成本低等一系列优点。它不仅促进传统流程的产品结构优化, 还大大提高了经济效益。
一、概述
薄板坯连铸连轧工艺技术的突破口是薄板坯连铸, 其中结晶器是关键, 在结晶器的关键技术中, 结晶器液位控制是一项非常重要的技术, 在板坯连铸生产过程中, 结晶器内钢水液位自动控制对提高铸坯质量和拉速, 开发新钢种, 稳定生产过程起着关键的作用。
结晶器液位控制的目的在于:
1) 防止夹杂物卷入铸坯, 避免铸坯表面和内部产生夹杂缺陷。
2) 防止结晶器保护渣的不均匀流入, 避免产生裂纹。
3) 使铸坯初期的凝固状态比较稳定, 保证在结晶器内部产生均匀的凝固坯壳。
4) 减少和避免漏钢溢钢等事故, 稳定生产操作。
二、应用实例
唐钢热轧薄板厂连铸机采用了意大利人丹涅利 ( (FTSR) 结晶器液位控制技术, 控制方式是调节钢水从中间包到结晶器的流量。结晶器液位的高度是由塞棒控制, 塞棒控制从中包到结晶器的流量。塞棒升/降由液压驱动, 驱动液压缸的是伺服阀和位置传感器。
1 结晶器液位控制系统配置包括:
一套塞棒控制机构
一个液压阀台:包括:开关阀比例伺服阀, 旁路阀。
一个限位开关检测手柄的位置。
一个安装到液压缸上的位置传感器 (磁尺) 。
一套检测液位的射线控制系统。一套铸流P L C系统包含有控制塞棒动作的程序。
塞棒的控制机构如图1。
2 射线型结晶器液位控制系统包括
一个线状放射源
一个闪烁计数器, 带有特殊电缆
一个用于系统控制的电器和电子系统。
射线液位控制系统采用Co 60, 利用r射线可穿透金属层的特性, 当r射线穿过水冷结晶器后, 被闪烁计数器所接收, 若钢钢水水液液面面低低于于射射线区, 射线将穿透结晶器的内腔, 此时被闪烁计数器所接收到射线强度最大, 若液面升高, 使射线源的部分射线被遮挡或吸收, 这样闪烁计数器所接收到的射线将随液面的增高而成比例减少。结晶器控制系统嵌入到结晶器宽面。自动化系统可根据结晶器液位实现自动开浇, 同时进行液位控制, (高低液位事故处理及停浇等) 。
三 结晶器液面控制的功能
自动开浇
结晶器液面控制
侵入式水口侵蚀的优化
在故障或断电情况下人工控制钢流。
1 铸机的自动开浇
当中间包达到预告设定的重量, 并接收到响应信号时, 打开塞棒。 (操作者可以通过本地操作项箱上的人工指令, 将塞棒由自动转为手动控制。) 结晶器内钢水达到设定液位后, 并由控制塞棒的位置来保持液位的目标值, 控制采用2级闭环控制控制器不断的将结晶器当前液位与目标液位相比较, 由PID算法计算的差值产生塞棒的位置参数, 该参数给到第二个PID, 根据液压缸的位置传感器检测的塞棒的实际位置来控制液压缸的伺服阀, 其控制的原理图如图2。
铸流PLC功能块输出一个速度参考值, 此参考值的变化范围为目标值的1%-100%且依已定义的加速曲线自动提高, 当达到目标值的100%时, 以目标值浇铸, 这种开浇曲线用以避免开浇时提速过快, 其自动开浇塞棒程序曲线示意如图3。
2 结晶器液面控制
在正常浇铸期间结晶器钢液面的液面波动会堵塞液态渣向结晶器和坯壳间的填充通道破坏液态渣的连续稳定, 恶化结晶器传热和润滑条件, 同时也易使杂质卷入铸坯内部, 结晶器的液面自动控制非常重要。从结晶器液位探测器获取结晶器内钢液面高度, 并将之与设定值进行比较, 通过调整塞棒位置来控制结晶器内钢液面。
3 漏钢及溢钢预防
此功能对结晶器内钢液面的超常变化进行监控, 如果检测到钢液面的快速下降, 则启动铸流P L C漏钢预防程序, 如果监测到液面的快速上升则启动铸流PLC中溢钢预防程序。
4 浸入式水口 (SEN) 侵蚀的优化
正常浇铸期间, 浸入式水口 (SEN) 的侵蚀集中在一个很窄的空间, 通过中间包按一定规律变化, 使得侵入式水口在结晶器内位置也按一定规律变化, 这样浸入式水口的侵蚀也是分布在一个较宽的区间, 以延长寿命。
四 结晶器液位控制系统在应用中的改进
唐钢薄板坯连铸机结晶器液位自动控制系统在应用中出现一些问题, 并在以下两个方面进行了改进:
1.液位控制系统的电缆长期工作在高温环境中, 并且中包在烘烤过程中经常出现封堵不严密情况, 造成对控制系统电缆火焰烫损, 原有的耐热电缆经过改进换成了铜管绝热电缆, 基本上避免了由于高温造成的控制系统电缆故障。
2.丹涅利公司提供的射线型液位控制器采用的射源是Co60, Co60的辐射量大, 而且使用寿命短, 由于是国外进口设备, 备品备件供应周期长, 成本高, 经过改进, 采用国产镭目公司的液位检测系统, 它的工作原理与Co60技术相同, 射源采用艳Sc-137代替Co-60, 它的照射剂量降低了22倍, 寿命延长了6倍, 源罐重量轻了5倍, 极大地方便了仪器的拆装和保护, 同时仪表接收采用新型高灵敏晶体, 使灵敏度提高40倍, 同国外产品比较使用的艳源更小, 成本大大降低。
结语
结晶器液位控制系统在连铸中的多项应用, 保证了铸坯质量和连铸生产顺利进行, 而结晶器钢液面的稳定性取决于结晶器钢液面自动控制系统以及中包塞棒的有效控制, 液位检测系统的准确性。
摘要：本文介绍了薄板坯连铸连轧工艺中, 薄板坯连铸机结晶器液位控制系统的主要功能, 原理。
关键词：结晶器塞棒位置传感器,射线液位控制
参考文献
[1]连铸