連鑄機(jī)“三恒”操作的研究與應(yīng)用

王民,王偉,黃宏剛（山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪 271104）

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連鑄機(jī)“三恒”操作的研究與應(yīng)用

王民,王偉,黃宏剛
（山東萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司,山東萊蕪 271104）

摘要：從分析連鑄機(jī)“恒拉速、恒液面、恒溫度”三恒操作的必要性入手，通過制定“三恒”采集標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)“三恒”數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)查詢程序、增設(shè)中間包連續(xù)測溫及稱重系統(tǒng)、優(yōu)化結(jié)晶器液位檢測控制系統(tǒng)等一系列措施，實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)“三恒”操作，把連鑄機(jī)作為生產(chǎn)、質(zhì)量控制的中心，全面提升轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄等工序的控制能力，為鑄坯質(zhì)量控制能力的提高以及品種開發(fā)工作奠定了可靠基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：連鑄機(jī),三恒,數(shù)采,查詢

稿件編號:1512-1151

0 概述

隨著鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展、冶金技術(shù)的不斷更新、鋼鐵原料價(jià)格的飛速上漲，行業(yè)間的競爭日益激烈，客戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求也越來越高，傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)模式已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展需求，改變發(fā)展思路、調(diào)整發(fā)展戰(zhàn)略、提升產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為大中型鋼鐵企業(yè)的必然選擇。

為了穩(wěn)定生產(chǎn)工藝、提高產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，真正體現(xiàn)“以連鑄為中心”的現(xiàn)代冶金思想，我們提出了連鑄機(jī)“三恒”控制工藝，以實(shí)行連鑄機(jī)“恒溫度、恒拉速、恒液面”三恒操作為出發(fā)點(diǎn)，全面提升轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄等工序的控制能力，把連鑄機(jī)作為生產(chǎn)、質(zhì)量控制的中心，實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)“三恒”操作，進(jìn)而帶動設(shè)備狀況、原料條件及生產(chǎn)組織等各環(huán)節(jié)保障能力的提高，為鑄坯質(zhì)量控制能力的提高以及今后品種開發(fā)工作奠定了可靠基礎(chǔ)。

1 連鑄機(jī)“三恒”操作的必要性

1.1 恒拉速控制的作用

理想的連續(xù)澆鑄指的是一個連續(xù)的、狀態(tài)穩(wěn)定的連鑄過程，拉速變化在冶金方面對鑄坯內(nèi)的熱流分布、結(jié)晶器液面的穩(wěn)定性有影響，致使冶金長度和傳熱狀況都發(fā)生變化，導(dǎo)致凝固末端“搭橋”現(xiàn)象的增加，惡化中心偏析的程度，在鑄機(jī)方面由于熱負(fù)荷和機(jī)械負(fù)荷發(fā)生變化，因而使支撐輥、驅(qū)動輥和扇形段架的撓曲也隨之發(fā)生變化，影響鑄坯表面、內(nèi)部質(zhì)量，當(dāng)拉速波動幅度增大時(shí)，會增加縱裂的發(fā)生幾率，甚至導(dǎo)致粘結(jié)漏鋼事故的發(fā)生。

1.2 恒溫度控制的作用

合適的澆鑄溫度是保證鋼液順利澆鑄和防止鑄坯產(chǎn)生缺陷的前提條件，溫度過高或過低都將對連鑄機(jī)的正常生產(chǎn)和鑄坯質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。鋼液溫度過低，會使中間包水口結(jié)瘤甚至堵塞，造成停澆；鋼液溫度過高，會使坯殼生長遲緩，液相深度加長，引起鑄坯鼓肚和柱狀晶發(fā)達(dá)，加重鑄坯的軸向疏松偏析及內(nèi)部裂紋等缺陷，嚴(yán)重情況下，會引起漏鋼事故。另外，溫度過高的鋼液，會加速鋼包和中間包耐火材料的侵蝕，污染鋼液，增加鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量。

1.3 恒液面控制的作用

恒液面澆鑄主要是控制中間包高液面澆鑄，因?yàn)橹虚g包的作用之一就是均勻鋼液溫度和成分，保持鋼液在中間包一定的停留時(shí)間，促使鋼液中非金屬夾雜物的上浮，中間包鋼液液面過低的話，這一作用無疑不能實(shí)現(xiàn)。另外，鋼液液面過低容易造成中間包卷渣，影響鑄坯質(zhì)量甚至造成停澆。同時(shí)，液面過低，鋼流對中間包沖擊過大，加劇了中間包底部耐材的沖刷侵蝕，降低中間包使用壽命。因此，連鑄機(jī)在澆鑄過程中應(yīng)盡量保持中間包具有一定的液面高度。

2 “三恒”數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)的制定

根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，結(jié)合各鋼種或鋼種組的化學(xué)成分、鑄坯斷面尺寸、工序間的節(jié)奏平衡狀況以及鋼種自身的特點(diǎn)，制定和完善了各鋼種的“三恒”數(shù)據(jù)合格范圍，將原有規(guī)定中的合格溫度范圍由15 ℃調(diào)整到10 ℃，拉速、質(zhì)量范圍也作出明確要求，具體數(shù)據(jù)如表1。

3 開發(fā)“三恒”數(shù)據(jù)采集和“三恒”統(tǒng)計(jì)查詢程序

3.1 軟件程序的開發(fā)思路

軟件開發(fā)采用先進(jìn)的開發(fā)思想，制定科學(xué)、全面、系統(tǒng)的開發(fā)方案，確保所開發(fā)的系統(tǒng)具有良好的先進(jìn)性、可靠性、安全性、實(shí)用性與可維護(hù)性。

(1)先進(jìn)性：通過DCOM技術(shù)和OPC標(biāo)準(zhǔn)，大大地縮短數(shù)據(jù)采集軟件的開發(fā)周期，提高數(shù)據(jù)采集軟件的可靠性和穩(wěn)定性，便于系統(tǒng)的升級與維護(hù)。

(2)可靠性：數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)發(fā)送是兩個獨(dú)立運(yùn)行的軟件，數(shù)據(jù)采集程序負(fù)責(zé)把PLC中數(shù)據(jù)存放到本地，數(shù)據(jù)發(fā)送程序負(fù)責(zé)把采集的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器上，如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，一旦網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)，數(shù)據(jù)發(fā)送程序從中斷點(diǎn)重新傳送未上傳的數(shù)據(jù)到服務(wù)器上，以確保數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和可靠性。

(3)安全性：數(shù)據(jù)采集機(jī)器安裝雙網(wǎng)卡，一網(wǎng)卡通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備直接與PLC連接，一網(wǎng)卡通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備經(jīng)過防火墻與管理網(wǎng)交換機(jī)相進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，防止病毒侵害PLC設(shè)備，影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

(4)實(shí)用性：充分滿足用戶各種查詢的需要，操作簡單、方便，查詢結(jié)果一目了然。

(5)可維護(hù)性：應(yīng)用軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，便于維護(hù)和移植。

3.2 “三恒”采集查詢系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

(1)數(shù)據(jù)采集。為了更好地動態(tài)監(jiān)控和分析“三恒”數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集頻率定為一分鐘一次，采集的數(shù)據(jù)頻率能夠充分反映連鑄機(jī)的實(shí)際操作情況。

(2)數(shù)據(jù)發(fā)送。為了及時(shí)把采集到的數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器中，數(shù)據(jù)發(fā)送頻率與采集頻率一樣，數(shù)據(jù)發(fā)送程序能夠?qū)崿F(xiàn)斷點(diǎn)續(xù)傳，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性、準(zhǔn)確性。

表1 各鋼種的“三恒”數(shù)據(jù)合格范圍

(3)程序保護(hù)。為了防止人為誤操作關(guān)閉采集程序，在采集機(jī)器上安裝了程序小精靈，隨時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集程序，一旦發(fā)現(xiàn)程序被關(guān)閉，程序小精靈會自動運(yùn)行數(shù)據(jù)采集程序，從而保證數(shù)據(jù)采集的連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

3.3 “三恒”數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與查詢功能簡介

“三恒”明細(xì)數(shù)據(jù)查詢：查詢方式有按日期和按日期、時(shí)間兩種方式，查詢條件可以動態(tài)選擇，既可以實(shí)現(xiàn)批量查詢，也可以實(shí)現(xiàn)精確查詢。查詢結(jié)果以表格的形式輸出，瀏覽方便。

“三恒”統(tǒng)計(jì)查詢：查詢方式可以按機(jī)座查詢某一時(shí)間段，也可以按機(jī)座、班組查詢某一時(shí)間段的拉速、溫度、重量的合格率。

統(tǒng)計(jì)報(bào)表生成：可以自動生成日、月、年等不同要求的統(tǒng)計(jì)報(bào)表，報(bào)表數(shù)據(jù)包括不同連鑄機(jī)、不同班組以及調(diào)度大班的當(dāng)日合格率和累計(jì)合格率。

三恒趨勢查詢：趨勢查詢主要包括溫度趨勢、拉速趨勢、重量趨勢，查詢方式按日期和班次查詢，班別是利用自定義函數(shù)自動生成，生成的趨勢圖可放大和縮小，可以精確顯示到某一點(diǎn)，“三恒”控制情況清晰可見，通過趨勢圖，專業(yè)人員可以隨時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。

三恒參數(shù)查詢：可以方便地查詢各鋼種的“三恒”控制標(biāo)準(zhǔn)，便于“三恒”操作。

三恒參數(shù)修改：主要為了添加新鋼種及修改各鋼種的“三恒”數(shù)據(jù)合格范圍，本項(xiàng)目設(shè)有密碼，只有專業(yè)人員可以操作。

3.4 程序安裝運(yùn)行

(1)首先為每臺連鑄機(jī)配備一臺專用的數(shù)據(jù)采集計(jì)算機(jī)，通過工業(yè)以太網(wǎng)與PLC相連接，從PLC中采集中間包重量、拉速、溫度。

(2)其次，在軟件方面，通過西門子公司提供的OPC Server（用于過程控制的OlE）和Visual Basic語言,編制數(shù)據(jù)自動采集和發(fā)送程序,實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送。

(3)將數(shù)據(jù)采集和發(fā)送程序安裝到專用的計(jì)算機(jī)上,該程序自動運(yùn)行,無需人工操作，同時(shí)在PLC上位機(jī)增加人工操作畫面，把鋼種代碼傳遞到PLC中。

(4)根據(jù)制定的“三恒”數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)程序的功能模塊，采用Client/Server模式，利用高級程序語言Delphi 7.0，編制“三恒”統(tǒng)計(jì)查詢程序并自動生成統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

(5)在各客戶端安裝“三恒”統(tǒng)計(jì)查詢程序，經(jīng)過試運(yùn)行，不斷地修改、完善“三恒”統(tǒng)計(jì)程序，以適應(yīng)實(shí)際操作的需要，并投入正式運(yùn)行。

4 設(shè)備方面所做的改進(jìn)措施

4.1 增設(shè)中間包連續(xù)測溫系統(tǒng)

為保持中間包鋼液溫度的恒定，需要實(shí)現(xiàn)中間包鋼液溫度的連續(xù)測量，提高測量的穩(wěn)定性和可靠性，避免了人為因素帶來的測量誤差和消耗式熱電偶的分散性誤差。這就需要采用測量位置固定的鋼液連續(xù)測溫系統(tǒng)。為此，我們在老區(qū)1～4＃連鑄機(jī)增上了東北大學(xué)自動化儀器儀表中心研制的BCT型黑體空腔輻射鋼液連續(xù)測溫系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中間包鋼液溫度的連續(xù)和準(zhǔn)確測量，為連鑄過程實(shí)現(xiàn)閉環(huán)實(shí)時(shí)控制鋼液的澆鑄速度、調(diào)節(jié)結(jié)晶器和二冷區(qū)的冷卻強(qiáng)度提供了溫度檢測保證；我們將該系統(tǒng)輸出的4~20mA信號引入連鑄配水PLC，通過軟件編程在主控計(jì)算機(jī)記錄鋼液溫度連續(xù)曲線，對生產(chǎn)過程監(jiān)控、產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)事故分析提供溫度檢測數(shù)據(jù)。

表2 連續(xù)測溫系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)參數(shù)

4.2 改進(jìn)連續(xù)測溫棒尺寸，提高測溫準(zhǔn)確性

新區(qū)連鑄機(jī)在中間包低液面時(shí)連續(xù)測溫值與真實(shí)值差別較大，通過與連續(xù)測溫設(shè)備廠家的交流得知連續(xù)測溫棒棒頭需插入鋼液液面下300 mm以上才能正常工作，經(jīng)過現(xiàn)場對各連鑄機(jī)中間包高度的測量發(fā)現(xiàn)，在轉(zhuǎn)包過程中液面下降到最低點(diǎn)時(shí)，測溫棒插入深度達(dá)不到要求，在此期間測溫不準(zhǔn)，于是在與廠家共同研究協(xié)商后，將新區(qū)連續(xù)測溫棒長度由960 mm增加到目前的1 100 mm，改進(jìn)后的連續(xù)測溫棒使用效果良好，解決了低液面時(shí)測溫不準(zhǔn)的問題。

4.3 增加中間包稱重和顯示器監(jiān)控系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)中間包液位的恒定，我們采取了中間包稱重的辦法，來實(shí)現(xiàn)對中間包液位的跟蹤判斷。實(shí)現(xiàn)中間包重量檢測需要在中間包與中間罐車之間增加稱重電子秤，目前采用電阻應(yīng)變式傳感器可以真正解決在高溫領(lǐng)域稱量的準(zhǔn)確、可靠問題，采用四臺稱重傳感器實(shí)現(xiàn)一臺中間罐車的稱重。

具體的方案是在每臺中間罐車橫向的兩側(cè)各安裝兩臺耐高溫稱重傳感器，在兩臺傳感器之上加裝墊鐵，起到緩沖防護(hù)作用，并在墊鐵兩側(cè)用鋼板防護(hù)，四臺稱重傳感器的信號經(jīng)過接線盒傳輸?shù)椒Q重主機(jī)，并由主機(jī)輸出信號送至PLC進(jìn)行記錄、報(bào)警及查詢。同時(shí)在大包平臺安裝顯示大屏，將稱重主機(jī)的輸出引至大屏顯示，供大包工查看。

4.4 優(yōu)化結(jié)晶器液位檢測控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)“三恒”操作，我們對結(jié)晶器液位檢測控制系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化，本次設(shè)備優(yōu)化主要集中在信號的準(zhǔn)確快速處理和拉速PID自動調(diào)節(jié)上。為實(shí)現(xiàn)信號處理的準(zhǔn)確，為每臺連鑄機(jī)準(zhǔn)備了多種規(guī)格刻度需用模擬鋼坯，將鋼坯吊入結(jié)晶器內(nèi)，使其表面降至測程下界，記下此時(shí)計(jì)數(shù)值；然后將鋼坯每隔10 mm提升一次，并記下刻度，同時(shí)用功能鍵MOD、SEL、VAL給系統(tǒng)輸入設(shè)定值，完成系統(tǒng)的刻度標(biāo)定，將系統(tǒng)采樣時(shí)間設(shè)為0.1 s，使系統(tǒng)檢測精度、速度得到有效提高。通過軟件編程，采用PID拉速自動調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了拉速的自動調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)拉速和結(jié)晶器液面的平穩(wěn)，具體的實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。

圖1 結(jié)晶器液位檢測控制系統(tǒng)工作原理

5 項(xiàng)目實(shí)施效果

通過制定“三恒”采集標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)“三恒”數(shù)據(jù)采集和統(tǒng)計(jì)查詢程序、增設(shè)中間包連續(xù)測溫及稱重系統(tǒng)、優(yōu)化結(jié)晶器液位檢測控制系統(tǒng)等一系列措施，我廠在各連鑄機(jī)成功實(shí)施了“三恒”操作，經(jīng)過不斷地研究改進(jìn)，目前連鑄機(jī)恒拉速、恒溫度、恒液面合格率分別超過了90%、80%、95%。“三恒”操作的實(shí)施提高了各工序的配合意識，確保了生產(chǎn)的穩(wěn)定順行，有效地提高了鑄坯質(zhì)量，減少了生產(chǎn)事故，為我廠的提質(zhì)作強(qiáng)及品種開發(fā)工作打下了良好的基礎(chǔ)。

連鑄機(jī)“三恒”操作工藝實(shí)施以來，鑄坯質(zhì)量有了較大提高，鑄坯低倍硫印等級由1.5級提高到目前的0.5~1級，同時(shí)減少了生產(chǎn)事故的發(fā)生。 “全面提升了轉(zhuǎn)爐、精煉、連鑄等工序的控制水平，帶動了設(shè)備狀況、原料條件及生產(chǎn)組織等各環(huán)節(jié)保障能力的提高，穩(wěn)定了整個生產(chǎn)組織，減少了生產(chǎn)事故，實(shí)現(xiàn)了鑄坯質(zhì)量優(yōu)質(zhì)化，為品種鋼開發(fā)工作奠定了可靠基礎(chǔ)。

Research and application of conticaster “ sanheng “ operation

WANG Min
(Shandong laiwu iron and steel group co., Ltd., Laiwu 271104，Shandong，China)

Abstract:The from the analysis of conticaster “constant drawing speed, constant surface, constant temperature” SANHENG operation necessity of through the development of SANHENG collection standards, the development of “SANHENG” data acquisition and statistical query program, adding tundish continuous temperature measuring and weighing system, the optimization of mould level detecting and control system etc.A series of measures, the conticaster as a center of production, quality control, to achieve the operation of the continuous casting machine SANHENG, comprehensively enhance the converter, refi ning, conticaster and other process control ability, for the billet quality control ability and variety development work laid the reliable basis.

Keywords：conticaster；sanheng；data collection； query

中圖分類號：TG249.7：TF777；

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A；

文章編號:1006-9658（2016）03-0058-04

DOI：10.3969/j.issn.1006-9658.2016.03.018

收稿日期:2015-12-03

作者簡介：王民（1979—），男，高級工程師,主要從事鑄造設(shè)備的維護(hù)、維修.