基于PLC的连铸钢水温度控制系统分析

【摘要】连铸钢水的温度变化是一个复杂的变化过程，对于变化过程中温度的控制，一方面要考虑基本的工艺，另一方面也要从实际出发。本文利用PLC来实现给定与实际连铸温度差值的处理，通过差值的不同有针对的选择搅拌、吹气或者感应加热来实现连铸温度按照连铸的工艺要求变化，从理想情况下满足铸钢生产的要求。

【关键词】连铸;钢水;温度控制;PLC

连铸技术是钢铁工业发展的重要保障之一，随着经济社会的发展，铸钢的质量已成为市场竞争力的主要支撑之一。连续铸钢过程中有诸多的控制要素，一方面在要求提高无缺陷坯的比率，另一方面也要节约能源，绿色环保可持续发展，为此，对于连铸技术提出了更为苛刻的要求。

在铸钢过程中，合适的钢水温度等对钢水的质量有显著的影响，由于连铸模铸比浇注时间长，钢水通过中间包增加了额外的热损失，水口直径也小，连铸钢水的出钢温度要求相比模铸要高，因此，在连铸过程中，要求钢水具有高温、稳定和均匀的温度特性[1]。

故而，获得合适的浇注温度是连铸顺利进行的前提，也是获得良好连铸坯质量的基础，对于节约能源消耗、优化生产工艺、提高连铸技术在铸钢行业的可持续发展有一定的促进作用，所以，必须研究连铸过程中钢水温度的变化规律，并根据变化适当的对钢水温度进行控制。本文主要针对连铸钢水的温度控制，从主流的工业控制手段出发，利用PLC实现连铸过程中温度与理想工艺曲线描述的温度变化相符合，保证了铸钢过程中铸造工艺的稳定性和可靠性。

1.连铸钢水温度变化规律

1.1 连铸钢水温度变化曲线

连铸过程中钢水的温度变化主要指的是出钢开始到中间包内钢水总的温度变化，主要包含出钢过程的温度变化、钢水运输和镇静时间钢包内的温度变化、钢包精炼过程的温度变化、钢水精炼完毕到开浇之前的温度变化、钢水从钢包浇入中间包的过程温度变化，如图1所示，连铸钢水温度变化示意图。

图1 连铸过程钢水的温度变化示意图

1.2 连铸钢水温度的变化分析

如图1中所示，连铸钢水温度的变化主要分为五个过程：

t1-t2过程，这个阶段主要是出钢过程的温度变化，出钢过程的热量损失主要是钢流辐射热、包衬传导热、钢流对流热损失;t2-t3过程是指钢包内的温度变化，钢包外壳的对流散热很小，主要是钢包内衬的吸热以及钢包在运输途中和等待期间钢水通过渣层的散热;t3-t4过程指的是钢水精炼过程中的温度变化，这一阶段的温度变化主要根据钢水炉外精炼方式和处理时间来进行确定;t4-t5过程是指钢水精炼完毕到开浇之前的温度变化，经过精炼处理后，钢水的温度被钢包内衬充分吸收，传热散热已经达到热平衡，这时的温度变化很小;t5-t6过程主要是钢水从钢包内浇入中间包的过程温度变化，此过程的温度变化主要与钢流保护、中间包的容量大小、浇注时间的长短等有关。

连铸加工要求钢水出钢温度高、浇注温度范围狭窄，使得控制难度增加，对于浇注钢水温度的变化研究有助于控制系统的合理控制实现，保证尽可能减少过程的温度降低，对于减少炉衬和包衬耐火材料的侵蚀、提高转炉冶炼的废钢比，降低原料消耗、稳定冶炼工艺、提高铸钢质量水平有重要的现实意义。

2.连铸钢水温度控制方案及组成

连铸钢水温度变化较为复杂，涉及的控制对象也较多，本系统从理想情况下出发，对其闭环控制流程进行分析，如图2所示。

图2 连铸钢水温度控制方案

连铸过程中的温度控制首先要进行连铸过程中的温度检测，根据实时检测各工艺点的温度值作为反馈信号输入到PLC中，PLC根据反馈信号与给定的理想连铸过程的温度情况进行对比，取其基本的差值分析，如果实时检测的温度比连铸工艺点要求的温度高，可以采用包内搅拌或者吹入惰性气体适当降温，同样对于包内温度较低，这会影响连铸钢坯的生产质量，通过感应电炉进行加热可以有效的实现连铸过程钢水温度控制。

总的来说，连铸过程中的温度控制具有明显的不确定性，理想情况下的控制方案对于整个复杂系统的控制有一定的研究价值。

3.连铸钢水温度的控制流程

连铸钢水温度的控制从工艺上来说，针对不同时间点的，其采取的执行元件也有所差异。对于基本的温度控制过程，如果钢包内的温度差异是通过搅拌或者感应加热实现温度的降低或升高，浇口出的温度降低可以通过吹气实现合理的控制，对于温度的控制流程如图3所示，根据测量点的不同，合理选择温度控制方式。

图3 连铸钢水温度的控制流程

4.结论

连铸生产过程中钢水的温度对于保证铸钢质量有极为重要的影响作用，从生产实际也可以知道，钢水温度在连铸过程中会与目标温度发生较大的偏离，如果不能有效的控制，不仅影响浇注的效率，也极大的影响连铸坯的质量，不利于对生产成本、连铸工艺的控制，为此，在连铸过程中采用中间包温度控制，实现钢水温度的补偿，使中间包的钢水温度保持在合理的温度阀值范围内，对于稳定浇注生产，提高铸坯质量有积极的一面。

参考文献

[1]杨吉春.连续铸钢生产技术[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]乔国林，童朝南，孙一康.拉速液位与结晶器出钢温度的关系研究[J].铸造技术，2005，26（10）：906-909.

[3]张务林.连铸过程钢液温度的控制[J].工业加热，1999， 10（5）：12-15.

作者简介：付丽苑（1977―），女，江西人，硕士，研究方向：机械电子技术。