板坯連鑄機(jī)浸入式水口自動(dòng)變?cè)€技術(shù)

蔡 森，張 亮

（1山信軟件萊蕪自動(dòng)化分公司，山東 萊蕪271104；2山鋼股份營(yíng)銷總公司，山東 萊蕪271104）

1 前言

為提高連鑄坯的鑄坯成材率，減少浸入式水口穿孔影響板坯質(zhì)量的弊端。萊鋼寬厚板坯4#連鑄機(jī)采用了一種自動(dòng)調(diào)節(jié)浸入式水口渣線的方法，減少了浸入式水口被過度侵蝕穿孔，使浸入式水口的平均使用壽命由原來的5 h提高到15 h，并改善了手動(dòng)變?cè)€引起的液面波動(dòng)、水口偏流及對(duì)鋼包自動(dòng)澆注影響的不足，減少了生產(chǎn)事故的發(fā)生，提高了鑄坯質(zhì)量，同時(shí)降低了煉鋼生產(chǎn)成本［1］。

2 自動(dòng)變?cè)€系統(tǒng)構(gòu)成

浸入式水口自動(dòng)變?cè)€技術(shù)是通過PLC實(shí)時(shí)檢測(cè)并獲取結(jié)晶器液面與頂部之間的距離值，確定出當(dāng)前浸入式水口在結(jié)晶器鋼液中的浸入深度值。根據(jù)浸入深度值，確定出當(dāng)前渣線位于浸入式水口上的位置。當(dāng)渣線位于浸入式水口上的渣線部時(shí)，按照設(shè)定方式對(duì)浸入式水口進(jìn)行自動(dòng)變?cè)€操作。嚴(yán)格控制水口在結(jié)晶器內(nèi)局部侵蝕的時(shí)間，按時(shí)間段對(duì)水口位置進(jìn)行調(diào)節(jié)［2］。

自控系統(tǒng)采用西門子S7-400系列PLC，完成上述中間包浸入式水口自動(dòng)變?cè)€?？刂葡到y(tǒng)由數(shù)據(jù)采集處理單元、中央處理單元和人機(jī)交互系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集處理單元是控制系統(tǒng)與外界交換數(shù)據(jù)的接口，主要讀取拉速、中包車重量等重要參數(shù)，并進(jìn)行相應(yīng)處理；中央處理單元是整個(gè)控制系統(tǒng)的核心，以數(shù)據(jù)采集處理單元得到的數(shù)據(jù)為依據(jù)完成中間包浸入式水口自動(dòng)變?cè)€算法的運(yùn)行，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及發(fā)出控制信號(hào)；人機(jī)交互系統(tǒng)是人機(jī)交互界面，主要完成控制參數(shù)的設(shè)定修改，實(shí)現(xiàn)水口位置自動(dòng)控制設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，并對(duì)所有檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤顯示，控制流程見圖1。

圖1 自動(dòng)變?cè)€控制流程

3 自動(dòng)變?cè)€技術(shù)

3.1 自動(dòng)變?cè)€工作流程

通過實(shí)時(shí)檢測(cè)獲取單元實(shí)時(shí)檢測(cè)并獲取板坯連鑄機(jī)中的測(cè)量參數(shù)信息，通過確定出浸入式水口在結(jié)晶器鋼液中的浸入深度值，并進(jìn)一步通過確定出當(dāng)前渣線位于浸入式水口上的位置，當(dāng)渣線位于浸入式水口上的渣線部時(shí)，通過自動(dòng)調(diào)節(jié)渣線單元按照設(shè)定方式對(duì)浸入式水口進(jìn)行變?cè)€操作。自動(dòng)調(diào)節(jié)浸入式水口在鋼液中不斷上下移動(dòng)，并保證渣線始終位于浸入式水口的渣線部范圍內(nèi)；以避免因采用人工方式進(jìn)行變?cè)€操作，不能準(zhǔn)確的對(duì)浸入式水口進(jìn)行控制操作，使得浸入式水口在結(jié)晶器內(nèi)局部被過度侵蝕，導(dǎo)致嚴(yán)重影響浸入式水口的使用壽命的問題，工作流程見圖2［3］。

圖2 自動(dòng)變?cè)€工作流程

3.2 自動(dòng)變?cè)€技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)變?cè)€變化周期預(yù)設(shè)為5 min，避免了操作人員長(zhǎng)時(shí)間忘記變?cè)€及水口局部侵蝕嚴(yán)重的現(xiàn)象。自動(dòng)變?cè)€一次變化高度一般設(shè)定為3 mm，減少了因調(diào)整幅度大而引起的液面波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了侵入式水口變?cè)€的全自動(dòng)調(diào)節(jié)［4］。

通過PLC系統(tǒng)檢測(cè)得到的測(cè)量參數(shù)信息包括：實(shí)際中間包的標(biāo)準(zhǔn)高度h1，中間包底部到浸入式水口底部的距離h2，中間包底部到結(jié)晶器頂部的距離h3，結(jié)晶器內(nèi)鋼液面到結(jié)晶器頂部的距離h4。其中，當(dāng)中間包各高度尺寸標(biāo)準(zhǔn)無誤差時(shí)，h1=0。

將測(cè)得結(jié)晶器中鋼液面的最高位置到結(jié)晶器頂部的距離，記為s1，將測(cè)得結(jié)晶器中鋼液面的最低位置到結(jié)晶器頂部的距離記為s2，結(jié)晶器液位設(shè)定值為A%，取A=80。則有：

其中，h6表示浸入式水口顯示值，當(dāng)中間包各高度尺寸標(biāo)準(zhǔn)無誤差時(shí)，h6=h5。

在進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)渣線時(shí)，需要控制浸入式水口每次上下移動(dòng)的距離，以減少鋼液面的波動(dòng)，保持鋼液面的穩(wěn)定性。因此，可以設(shè)定浸入式水口每次上下移動(dòng)的距離，為3～5 mm，一般取3 mm。其中，浸入式水口每次移動(dòng)的距離可以相同，也可以不同，但需保證浸入式水口每次移動(dòng)過程中，渣線始終位于所述浸入式水口的渣線部。可以設(shè)定預(yù)設(shè)時(shí)間周期性地進(jìn)行變?cè)€1次，或者在預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行變?cè)€1次。

3.3 自動(dòng)變?cè)€的技術(shù)特點(diǎn)

1）保持鋼液面的穩(wěn)定性。自動(dòng)變?cè)€一次變化高度一般設(shè)定為5 mm，減少了因調(diào)整幅度大而引起的液面波動(dòng)；2）兩油缸高度位置偏差小，避免了因中間包車上兩油缸位置偏差較大而導(dǎo)致的水口偏流現(xiàn)象；3）調(diào)整水口高度控制的準(zhǔn)確性，對(duì)中偏差≯±1 mm；4）一次變化高度小，因中間包超重或失重而引起的鋼包自動(dòng)澆注改為手動(dòng)澆注幾率減小；5）避免了大包套管機(jī)械手碰撞及鋼包敞澆事故；6）自動(dòng)變?cè)€變化周期一般為5 min，避免了操作人員長(zhǎng)時(shí)間忘記變?cè)€及局部侵蝕嚴(yán)重現(xiàn)象［5］。

3.4 人機(jī)交互界面

該系統(tǒng)采用WinCC圖形軟件，具有良好的人機(jī)交互界面，功能完備，其軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能有：1）自、手動(dòng)功能。在自動(dòng)狀態(tài)下，浸入式水口自控系統(tǒng)根據(jù)周期定時(shí)調(diào)整渣線高度，自動(dòng)控制變?cè)€。在手動(dòng)狀態(tài)時(shí)，操作人員可在上位機(jī)上手動(dòng)輸入調(diào)整時(shí)間和高度值，控制變?cè)€；2）在上位機(jī)可以實(shí)時(shí)顯示變?cè)€的運(yùn)行狀態(tài)與相應(yīng)參數(shù)，如渣線高度、變?cè)€時(shí)間、變?cè)€次數(shù)等；3）煉鋼過程中的相關(guān)信息如結(jié)晶器液面高度、渣線位置、拉速狀態(tài)等顯示在上位機(jī)上；4）可以方便地修改系統(tǒng)參數(shù)，調(diào)整渣線位置。所設(shè)參數(shù)及信息可有選擇地存盤，方便實(shí)用；5）可查詢生產(chǎn)記錄?？刹樵兠看巫?cè)€時(shí)的時(shí)間、實(shí)際高度值、渣線設(shè)定值等信息。

4 結(jié)語

4#寬厚板坯連鑄機(jī)采用手動(dòng)變?cè)€時(shí)，技術(shù)含量低，操作人員容易出現(xiàn)誤判且浸入式水口的使用壽命很短，使用5 h左右就需要更換新水口。采用自動(dòng)變?cè)€新技術(shù)后，技術(shù)含量高，在保護(hù)設(shè)備的同時(shí)提高了作業(yè)率。不僅操作的可靠性與安全性大幅提高，而且操作快捷、方便，變?cè)€到位準(zhǔn)確率高，避免了浸入式水口在鋼液面中局部被過度侵蝕。同時(shí)，浸入式水口的使用壽命延長(zhǎng)到了15 h，降低了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，經(jīng)濟(jì)效益顯著。