液面檢測控制系統(tǒng)在大圓坯連鑄機的應用

白野修

摘 要： 介紹了渦流檢測法和放射源檢測法2種結晶器鋼水液面自動控制檢測方式， 及其大圓坯連鑄機上的應用，并總結兩種方式的優(yōu)缺點點。

關鍵詞： 液面自動控制；連鑄機；渦流檢測

現(xiàn)階段連鑄機控制系統(tǒng)中， 結晶器液面控制是一項關鍵性核心技術，目前國內(nèi)絕大部分采用的是自動控制，一方面他是保證生產(chǎn)鑄坯質(zhì)量，同時彌補勞動人員不足等問題，大大解放勞動者的勞動強度。

連鑄機液面波動過大會對鑄坯質(zhì)量造成很大影響，引起坯殼厚度不均勻，影響鑄坯質(zhì)量甚至發(fā)生漏鋼事故；液面波動使振痕加深，出現(xiàn)卷渣，皮下夾渣；液面波動會引起較大的拉速變化，而拉速變化又引起冷卻不均勻，從而影響鑄坯表面及亞表面質(zhì)量。所以連鑄機液面自動控制系統(tǒng)的精準控制對產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。

目前國內(nèi)大部分企業(yè)最普遍采用的是放射源檢測法，采用同位素銫137或鈷60作為放射源，采用BGO 晶體作為接受器的晶體，傳感器接收放射源發(fā)出的γ 射線，穿過鋼水的γ 射線與鋼水的液面成反比。傳感器將γ 射線轉(zhuǎn)化為電信號，通過傳感器連續(xù)測量結晶器內(nèi)的鋼水液位高度，二次儀表智能化處理后向液位調(diào)節(jié)系統(tǒng)輸出隨液位高度變化的電流模擬量，送給用戶系統(tǒng)的PLC 來自動控制拉坯，使鋼水液面保持在預定的高度。

但是目前采用放射源檢測法存在一些弊端，放射源發(fā)射出來的γ射線具有一定的能量，它可以破壞細胞組織，從而對人體造成傷害，所以對放射源的保管使用需要十分小心。另外放射源的γ 射線信號的穩(wěn)定性相對較差，反應出來的液面實際位置存在一定的誤差。

大連特鋼公司與2011年新建一臺2機2流大圓坯連鑄機，此連鑄機采用的液面檢測為渦流檢測法。

渦流檢測系統(tǒng)工作原理

電渦流傳感器由三組互為對稱的線圈及高穩(wěn)定基材組成，外部為耐溫陶瓷保護罩，內(nèi)部通路為冷卻風道。中間線圈為激勵線圈，受激于穩(wěn)定的高頻正弦信號時，交變電流產(chǎn)生的磁場將穿過兩個檢測線圈，方向指向底部線圈（近鋼水液面）。當周邊無金屬感應物體時，兩個檢測線圈產(chǎn)生分別產(chǎn)生幅度相同但相位相反的兩個感應電壓，信號輸出為零，傳感器處于平衡狀態(tài)。當鋼水靠近其中的一個檢測線圈時，鋼水表面會產(chǎn)生電渦流，其磁場方向反相與激勵電流磁場的方向，由于距離的不同，渦流對近鋼水表面的線圈產(chǎn)生的磁通量大于遠離線圈的磁通量，此時兩個線圈產(chǎn)生的感應電壓幅度及相位均會產(chǎn)生微小的差異，這是電渦流傳感器真實的輸出信號。一般情況下，與液面高度相關的是幅度信息，這個幅度極其微小，必須經(jīng)過后續(xù)電子線路的反饋放大處理，才能得到與液面高度成對應的具備測量應用的信號波形。此信號經(jīng)過整流、線性處理后，可精確反映出鋼水液面的位移變化，并由計算機輸出相應的4～20mA標準信號。此外，為了保證傳感器穩(wěn)定可靠，成品渦流傳感器同時提供一路內(nèi)置溫度信號，同樣由計算機輸出相應的4～20mA標準信號。電渦流傳感器到儀表前置放大器的連接電纜長度要求不超過30 米，傳感器電纜及電纜之間必須進行防磁隔離，以適應現(xiàn)場電磁環(huán)境為宜。冷卻氣源保障流量要求≥300L/min/流，壓力3-5公斤。見圖1、圖2

圖2 傳感器鋼水液位檢測原理

三、電渦流傳感器技術參數(shù)

電渦流傳感器，可以滿足板坯、大方坯、大圓坯這類結晶器的液面檢測要求。

液位檢測范圍： 0-200mm（PLC量程須配套調(diào)整為整數(shù)10倍）

正常工作液面： 80-100mm（距結晶器銅管上口）

內(nèi)部工作溫度： ≤50℃

冷卻氣源介質(zhì)： 氬氣或干燥的壓縮空氣

空氣冷卻流量： 100～300L/min

空氣壓力： 0.3～0.5Mpa

鋼種： 不限

重量： 約1.5kg

測溫電阻：需要現(xiàn)場一致

渦流檢測液面控制的使用效果： 從2010年投產(chǎn)至今的使用過程中， 由于傳感器探頭設計的簡單， 便于安裝、維護， 大大減輕了工人的勞動強度， 而且檢測精度能夠使鋼水液面控制在正負2mm， 不但能夠保證鑄坯質(zhì)量， 而且對于鑄機的拉坯速度能夠達到設計水平也起到了關鍵作用。

渦流檢測與放射源檢測法相比較的優(yōu)點

1、放射源為圓柱體， 四面輻射， 無論是C s137還是C o60，對人傷害性大，維護保管需要十分小心，對于放射源的購買、回收的審批處理流程相當繁瑣，購置周期較長。而渦流檢測不存在安全隱患，設備購置周期短。

2、放射源用過一段時間就會有輻射衰減的現(xiàn)象，導致檢測精度降低。其中C o60半衰期為5.6年，C s137為30年，一般情況下進入入半衰期后需要及時更換新源。

3、從檢測精度和響應時間的對比來看，渦流檢測的響應時間以及穩(wěn)定性均優(yōu)于放射源檢查。放射源檢測的控制精度能夠使鋼水液面控制在正負3mm，而渦流檢測能夠使鋼水液面控制在正負2mm。

4、目前渦流檢測有一些條件限制，檢測范圍內(nèi)不能有金屬物體對其進行干擾，所以目前僅適用于斷面大于280mm*280mm的大尺寸連鑄機。

相對于采用同位素技術的結晶器鋼水液位檢測系統(tǒng)而言，電渦流檢測具有測量精度高、響應速度快、安全可靠等一系列優(yōu)點，尤其是無需顧慮放射性同位素的一系列安全管理要求。渦流檢測系統(tǒng)將會是大斷面連鑄機未來發(fā)展的主流。