板坯连铸技术的自动化控制研究

摘要：笔者从板坯的连铸定义出发，介绍了连铸技术在钢铁工业中的优越性，并论述了连铸技术的发展历程，并针对此技术进行的自动化控制研究。

关键词：板坯 连铸技术 自动化控制

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）02-0014-01

20世纪是工业生产、经济发展最迅猛的阶段，在这个历史背景下，以节约能源为目标的连铸技术应运而生，它的发展大大地改变了工业生产的面貌和钢铁业的格局。

1 板坯连铸技术

所谓的板坯连铸技术，是一种应用于钢铁铸件中的技术，也被称为连续铸钢。简单地说就是将融化的高温铁水浇铸到有固定形状、有规格尺寸的模具中，使其连续不断地浇铸成型的生产过程。

连铸技术的优越性：（1）提高了钢铁的综合成材率，使材料损耗比例减小；（2）降低能源消耗量；（3）生产出的产品质量高，均匀；（4）更容易实现机械自动化；（5）占地面积小，生产周期快，吨坯成本低。这些优越性，成功地在钢铁工业中应用，使整个钢铁工业发生了极大的变化。

2 板坯连铸机的种类

板坯连铸技术的提高主要是表现在连铸机的快速发展方面。板坯连铸机具有技术难度高、结构复杂多变、工艺卓越精湛的特点，这些特点使其在整个连铸技术的发展中占有一定的地位。连铸机按照不同的标准有着不同的分类，下面就分类做以简单的说明：

（1）按连铸机的机型分类：有立式的、水平式的、轮带式的等；（2）按连铸机的功能分类：浇铸板坯式、浇铸方坯式、板方坯复合式等；（3）按连铸机使用钢种分类：特殊钢连铸机、不锈钢板坯连铸机、合金钢板坯连铸机等；（4）按断面形状分类：板坯连铸机、方坯连铸机、圆坯连铸机等。

3 连铸技术的发展历程

连续浇铸液体金属的概念起源于100多年前的德国。随后，其他国家就陆续进行了研究和试验。国际能源危机的发生，促进了连续铸钢技术的快速发展。连铸技术发展到今天，共经历了五个阶段。

第一阶段：20世纪50年代，连铸技术开始应用于钢铁工业。这个阶段，连铸机基本为方坯立式单流型，连铸技术在当时虽然应用于生产，但生产规模小，生产水平低，发展速度慢。典型代表为：1951年，苏联建成了世界第一台不锈钢板坯连铸机。

第二阶段：20世纪60年代，弧型连铸机出现了，这样的机器加快了连铸技术的步伐，提高了生产率，降低了投资费用，并利于安装。典型代表为：1960年中国设计并建造的弧型连铸机。

第三阶段：20世纪70年代各种规格的浇铸断面的连铸机面世。改善了产品质量，扩大了生产品种，提高了作业率，减少故障率。典型代表：1977年，美国投产的世界上最宽的板坯连铸机。

第四阶段：20世纪80年代以来，钢铁工业中的连铸机在各个方面都有所提高和改善，在这个阶段，人们的意识逐步提高，关心的角度有了变化，比如钢水的纯净度、防氧化措施以及连铸操作人员的水平和自动化水平。比较有代表性的连铸机为直弧型连铸机。

第五阶段：20世纪90年代，出现了高效化的连铸机。他们的主要特点是：高质量、高产量、高效率、高可靠性、高机械化和自动化。

4 自动化控制程序在板坯连铸技术中的应用

近年来，随着科学的进步，技术的提高，计算机技术越来越广泛地应用于连铸生产中。在钢铁工业的生产过程中，连铸中的模铸是一项劳动强度大，劳动环境恶劣的工序，能将这部分解脱出来，实现自动化，是一个质的飞跃。目前，根据连铸本身设备的特点和工艺的流程，已经实现了机械自动化，它将电气、仪表、计算机集合成一体，使连铸生产的控制达到了很高的标准，这样不但节省了人力、物力、财力，更提高了劳动生产率。

接下来，以一个较为关注的问题为例，进行板坯连铸技术的自动化控制程序说明：常见的板坯连铸控制系统分为常规控制系统和技术控制系统，而自动化控制程序较多应用于以控制板坯的生产质量为核心的技术控制系统。一般这样的系统由液压振动系统、液压远程调整系统、液面自动控制系统、粘钢检测系统等组成。它们之间独立运行，同时又相互联系，从而实现提高板坯质量的最终目的。

4.1 液压振动系统

液压振动系统是使用两个液压缸以正弦曲线或者不对称曲线来驱动结晶器的震动。它操纵液压振动器PC，使用可编程控制器进行电子控制元件的震动频率、振幅等参数的修改，将现场的所有输入、输出设备都通过模拟的、离散的I/O卡连接到控制器上，来自铸流PLC的输入端与硬线连接起来，这样不但可以从二级计算机得到指令，更能为其提供信息。控制器是一个完全独立的控制器，它控制了液压缸的闭环位置，并通过USB将其与PC相连。倘若PC运行产生问题或者故障，在控制器的供电没有问题的情况下，则控制器和振动器就不会受到PC的影响，而继续运行。

4.2 液压远程调整系统

液压远程调节系统，也称为在线调宽系统，它是用于改变结晶器宽度和锥度的系统。其工作原理如下：两个矩形宽面和两个矩形窄面组成一个液压远程调节结晶器。它的形状是靠夹紧弹簧来维持的，使宽面靠近窄面，形成一个矩形的外墙。液压远程调节系统是由PLC来操作和控制的，它通过给二级计算机发送信息，以及将信息反馈到传感器和电磁阀来进行控制系统与操作站的通信。

4.3 液面自动控制系统

这个系统是通过使用中间包塞棒来控制液体的位置和流向的。它主要由液位控制PLC和可编程控制器来操作和控制，也可以从铸流PLC和二级PC接收指示并提供信息。

5 结语

总之，将机械自动化引入到板坯连铸生产中，可以改善连铸机本身的特性，使连铸机更智能、更方便、更可控。这样的技术再配以成套的设备，就会大大地提高连铸板坯质量，提高生产率，提高金属回收率，降低生产成本，使节能发挥到极致。

参考文献

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