防鼓肚模型在包晶钢液面控制中的应用.pdf

自动化应用系统解决方案防鼓肚模型在包晶钢液面控制中的应用姜云超（湘潭钢铁集团有限公司，湖南湘潭41110 0)摘要：某厂连铸机生产碳含量0.0 9%0.16%的钢种过程中存在严重的结晶器液面波动现象，因液面波动问题导致铸坏取消热装计划，板坏追加修磨较多。由于钢种本身的收缩特性，生产过程中结晶器液面波动大导致保护渣润滑不良，坏壳在结晶器内冷却不均匀，包晶钢液面波动问题一直未得到有效解决，质量损失较大。为此，本文针对包晶钢液面波动问题对液面控制系统进行升级优化，通过增加防鼓肚模型和防堵塞功能解决了连铸机液面波动问题，保证了连铸机生产的连续性和稳定性。关键词：连铸机，液面控制，液面波动，防鼓肚中图分类号：TF341Application of Anti-Bulging Model in Liquid Level Control of Peritectic SteelAbstract:In the process of producing steel with carbon content of 0.09%0.16%by continuous casting machine in a factory,the phenomenon of mold liquid level fluctuation is serious.Because of the liquid level fluctuation,the hot charging plan ofcasting billet is cancelled and the slab is subjected to more additional grinding.Due to the shrinkage characteristics of thesteel itself,the large liquid level fluctuation of the mold in the production process leads to poor lubrication of the protectiveslag,and the billet shell is not cooled evenly in the mold,the problem of liquid level fluctuation of the peritectic steel has notbeen effectively solved,resulting in a large quality loss.Therefore,this paper upgrades and optimizes the liquid level controlsystem for the problem of liquid level fluctuations in peritectic steel.By adding anti-bulging model and anti-clog function,theliquid level fluctuation of the continuous casting machine was solved and the continuity and stability of the continuous castingmachine was guaranteed.Key words:continuous casting machine,liquid level control,liquid level fluctuation,anti-bulging文献标识码：AJIANG Yunchao(Xiangtan Iron and Steel Co.,Ltd.,Xiangtan,Hunan 411100,China)CC Explorer0引言结晶器液面控制系统是连铸生产过程中重要的组成部分，其主要功能是控制结晶器内液面稳定，生产要求将结晶器液面波动控制在一定范围内，液面波动过大除了容易发生纵裂，液面波动严重时需要控速换渣造成品种钢脱合同改判，拉速波动也容易造成轻压下位置不准，影响连铸坏内部质量。因此，解决连铸结晶器液面波动大的问题是对连铸机正常生产和铸坏质量控制的重要支撑和保证。1液面控制系统构成连铸机液面控制系统运用STEP7软件，工业以太网和PROFIBUS-DP网络进行数据通信和系统控制，系统包括PLC系统、HMI监控显示、塞棒液压执行机构、VUHZ液面检测部分、方坏钻源检测等。液面控制器通过液压执行机构调整耐材塞棒，来调节从中间包到结晶器的钢水流动，从而补偿目标液位与测量值的偏差。关闭时，执行机构输出轴可以轻易地手动移动，允许在电源故障下或操作人员需要时对塞棒进行手动操作，如图1所示。Mold levelsensorEvaluationunit图1典型的液压型LevCon配置图ActuatornetworkPendantLevConPlant作者简介：姜云超，男，19 8 4年生，工程师，研究方向为自动化控制。34|自动化应用Roller系统解决方案自动化应用Flow into mold2液面控制系统功能+Change of mold level某厂的连铸机是由VAI设计，带有弯曲，矫直工艺专Unsteady bulging利技术，带结晶器和扇形段铸坏导向连续弯曲，连续矫直Proler的弧形连铸机。Bulging其主要工艺参数见表1，其液位控制是PID控制,在稳定浇铸条件下，能够保证液面的稳定。但不能在不稳定工艺过程条件下得到满意的控制结果，如连铸生产过程大包&中包更换、开浇、浇铸断面变更、拉速变化等，特别是包晶钢的周期鼓肚液面波动很大，如图2 所示。表1铸机主要工艺参数铸机类型厚板坏/方坏混合铸机数1每机铸流数1流/3流板坏厚度260/300mm板坏宽度范围15002350mm弧形半经10m冶金长度36.565m图2 典型包晶钢液面波动曲线3包晶钢液面波动的产生原因(1)结晶器内坏壳不均匀是造成包晶钢液面波动的根本原因，钢种成分碳含量0.0 9%0.16%的钢在凝固过程中液固转变时发生包晶反应：8+L,面心立方铁素体密度大于体心立方奥氏体，转变过程伴随0.38%的线收缩,产生较大的相变应力；其次，由于钢种中添加微合金元素，对包晶成分也会有影响，不同钢种发生包晶反映的实际碳含量不完全相同。在结晶器中，坏壳会因收缩过大而与结晶器壁铜板脱离形成气隙，影响坏壳的传热，使坏壳的凝固变慢,坏壳变薄造成包晶钢结晶器坏壳不均匀2。(2)在连铸浇铸包晶钢过程中，二次冷却通常采用弱冷模式，造成二冷区铸坏坏壳生成慢，坏壳表面温度相对较高，铸坏在二冷区中的坏壳由于受钢水静压力的作用会在两对辊之间产生鼓肚（如图3所示），包晶钢不均匀坏壳中的薄弱部分在弯曲段和扇形段两对辊之间的鼓肚变形要远大于坏壳正常部分，液面明显下降，而坏壳经过辊子时又存在一个再压回的过程，液面上涨。不同的断面、拉速、冷却强度会在不同的位置弯曲段或扇形段形成不同波长的周期性液面波动3StrandLiquid coreStrand shellCasting speed ve图3鼓肚示意图4液面控制系统升级优化方案4.1硬件和软件功能硬件配套升级更换417 CPU，控制系统升级集成到新的液面控制系统内，含方坏控制部分，板坏控制增加鼓肚补偿模型，液面控制功能应具有自动开浇、抖棒、冲棒、自动渣线等功能并保留液面安全功能。4.2防鼓肚功能增加防鼓肚功能是通过计算得出液面波动产生的波长入，在通过产生周期性波动的位置弯曲段或者弧形段的辊间距Proller推出液面波动鼓肚频率f以及在此位置产生的谐波次数n。鼓肚频率f等于拉速VC乘以谐波次数n除以辊间距Proller,见式(1)、式(2)。f-ProlernVc鼓肚频率也可以表示为：入=Prollern以某厂铸机为例，弯曲段的辊间距为Proller=180mm，拉速为VC=0.95m/min，可推出产生鼓肚的频率和波长：fi=1x0.95 m/60 s/0.18 m=0.087 Hz(=180 mm)fa=2x0.95 m/60 s/0.18 m=0.0175 Hz(=90 mm)f.防鼓肚模型通过检测铸机波动的实际频率选择相对应的波长模型控制塞棒动作来控制包晶钢所产生的周期性液面波动。某钢厂升级后的波长HMI如图4所示，可知波长模型有5个，分别为6 8 mm、9 0 mm、135mm、18 1mm、273mm。波长9 0 mm和18 1mm产生在弯曲段,其他3个波长产生在弧形段。gV3图4HMI画面5系统升级验证及效果系统增加防鼓肚模型生产包晶钢的IBA曲线，生产（下转第38 页）2023|16期|35(1)(2)(3)intenat自动化应用系统解决方案(3)由于高河能源前后刮板输送机、转载机、破碎机磨损严重且设备老化，更新设备后可以缓解制约矿井集约高效生产的现实难题，为公司安全生产提供装备保障。(4)实施沿空留巷回采技术可以最大限度地回收煤炭资源，避免资源浪费4,具体的优势包括2 点：采用沿空留巷技术后，每个回采工作面顺槽巷道只需掘进1条顺槽即可,少掘了巷道,降低了巷道掘进率,缓解了矿井采掘矛盾；采用沿空留巷技术后，每个回采工作面可以减少1条区段护巷煤柱，再复用留巷无煤柱开采实现相邻工作面完全无煤柱开采，按高河初步设计的50 m区段护巷煤柱计算，煤炭资源回收率提高了2 0%，相当于增加了1/5左右的可采储量，延长了矿井的服务年限。(5)实施无煤柱开采后回采工效达12 2.14吨/工，与不开采煤柱回采工效10 4.6 9 吨/工相比，回采工效多增加17.45 吨/工。对比上述2 种方案及从刮板机技术可行度及投资回报角度分析可知，方案二的可行性更强。4调研古城屯留煤矿同型号刮板机使用情况与高河能源W4308工作面为350 m的长切眼相比，古城矿N1305综采工作面切眼长度为36 2 m，多出12 m，该成套设备于目前已使用3年，回采大约为18 50 m。使用过程中未更换过电机、减速器，装备整体使用性能良好。无(上接第35页）拉速为0.0 158 3m/s，激活的波长为9 2 mm，从IBA曲线分析产生的波动的频率为0.17 2 Hz,从而验证理论正确有效符合式(1)式(2),如图5所示。图5IBA曲线从塞棒曲线分析波长9 0 mm模型激活后，塞棒位置变化明显,液面波动控制曲线在3mm以内,满足升级的要求，如图6 所示。图6 液面、塞棒曲线煤柱开采柔膜支护的危险源辨识及安全风险防控已经成熟可控，W4308工作面无煤柱开采后原辅运顺槽所在沿空留巷可以架设单轨吊运输单体柱等重物，但需重新补打锚杆。5结语W4308综采工作面实施无煤柱开采更新SGZ1000/2x1200刮板输送机设备可以满足350 m超长综采工作面对刮板链链条安全系数、刮板链破断力、刮板机运输能力与装机功率的技术要求,缓解了制约矿井集约高效生产的难题；同时，无煤柱开采在高河能源W4302工作面已有成功开采经验，安全风险可控，能安全可靠高效地回收煤炭资源，实现煤炭效益最优化。1吕龙.祥升煤矿6 号煤柔模混凝土沿空留巷技术研究与应用J.煤矿现代化,2 0 2 2,31(1):1-3.2王震，焦渭涛.近水平综采面刮板输送机“上窜下滑”原因分析与调控方法J.煤炭工程,2 0 2 2,54(8)：48-53.3王昕，张学亮，刘清.智能开采工作面建设解决方案及对策建议J.中国煤炭,2 0 2 1,47(9):7 7-8 4.4段艳强.煤矿采用沿空留巷技术可行性研究J.矿业装备，2022(1):10-11.（责任编辑：周贵兰）6结语(1)通过对铸机液面控制的升级保留了原有功能，增加的防堵塞功能,尤其是防鼓肚功能的投入解决了包晶钢液面波动的问题。(2)克服了原系统的弊病,为生产特殊的品种包晶钢提供了设备保障。(3)为提升铸机产能，提高铸坏质量和经济效益发挥了巨大作用。参考文献1郭庆涛，廖相巍，贾吉祥.一种减缓结晶器液面波动的电磁控流方法P.CN103464705A,2013-12-25.2王洪兴，曹梅林,刘志国.结晶器内钢液面波动分析与控制J.炼钢,2 0 12,2 8(3):37-41.3程乃良，杨拉道,江中块，等.板坏连铸结晶器液面周期性波动的探讨J.炼钢,2 0 0 9,2 5(6):59-6 2.(责任编辑：李顺）参考文献38|自动化应用