结晶器液位控制在西宁特钢连铸机的设计与应用

摘 要

连铸机铸坯时，不同的规格具有不同的截面，现今，西宁特钢在截面为170mm×170mm和250 mm×250 mm的方坯连铸机上，已经成功的应用了结晶器液位自动控制。但在截面为410mm×530mm的大方坯连铸机上，自动控制的应用效果并不理想，利用手动开浇的钢坯质量比较差，为了有效的改善这一问题，在借鉴和吸收国外优秀经验的基础上，进行了连铸机结晶器液位控制系统设计与应用研究。

【关键词】连铸机 结晶器 液位控制

之所以要实现自动化，除了顺应时展的要求，还在于改善钢坯的质量。通过自动化，有效的将人力减少，使得生产过程受到人为因素的干扰降低，而且相关的操作人员工作强度也得到了有效的降低，在提高质量的基础上做到了小投入、大产出。目前，国内的连铸机大多数未应用结晶器液位自动控制，尽管国外已经发展的比较先进，但是引进费用高昂，由此就有了结晶器液位控制系统的设计与应用研究。

1 连铸机结晶器液位控制系统的方案设计

1.1 控制系统的设计要求

在设计控制系统时，要充分的考虑生产现场的实际情况，并据此制定相应的设计要求。控制系统设计有一定的技术指标，设计时要严格的依据指标来进行；在系统中应该具备三种操作功能，手动、自动及半自动，同时还要保证手动与自动之间能够实现快速切换；首先使用手动开浇，之后再变换为自动连续浇筑，实现液面自动调节；系统要具备极强的稳定性，即使出现液位波动，也能快速的恢复稳定状态；出现溢钢漏钢情况时，系统要能紧急关闭。

1.2 控制系统控制原理

控制系统由多个组成部分组成，在实现结晶器液位闭环自动控制时，采用了放射性同位素检测技术、高精度数字液压缸技术。在对结晶器液位进行检测时，利用了放射性同位素检测装置，通过Cs137传感器将高度信号传递出来并转换为电流信号，转换完成之后传送到PLC中央控制单元，PLC对其进行处理之后得到测量值，对比测量值与系统设定值，经过相应的运算及转换之后将数字信号输出，最终实现控制钢水流量，保证结晶器液位的稳定性。

1.3 控制系统工艺实现描述

1.3.1系统工作模式

系统工作模式包括三种：手动模式、自动模式、半自动模式，这三种模式通过现场操作箱上的模式选择开关来设定。模式开关有手动、点动及自动三种，分别对应手动模式、半自动模式及自动模式，在手动模式下，工作人员利用撬杠来控制和调节塞棒的位置，在半自动模式下，塞棒的位置由操作箱上按钮来进行调节，在自动模式下，通过控制系统来调节塞棒的位置。无论是在何种模式下，结晶器液位值都可以得到系统实时的反馈。

1.3.2液位上、下限报警

液位限制信号分为四种：自动允许上、下限，液位报警上、下限，溢钢、漏钢。当系统处于正常模式时，限制信号处于自动允许上、下限范围内，并且此时的液位检测仪和塞棒均处于正常的状态，这时，如果系统是液位上、下限报警信号，不会影响系统的正常工作，但如果是溢钢、漏钢信号，那么塞棒就会立即被系统关闭，只有返回手动模式，系统才能再次正常工作。

1.3.3塞棒半自动控制

当系统处于半自动模式时，可以实现塞棒半自动控制，其他两种模式无效。

1.3.4液位设定

在上位机系统中，进行液位设定，当系统得电后会自动设定缺省值，在进行液位控制调节时，缺省值就是调节时参照的基准值。

1.3.5自动允许

系统开浇时，结晶器内无钢水，液位检测值低于下限和漏钢限值，这时系统不允许进入自动模式，但是当液位高度接近限定值时，系统就会自动允许进入自动模式。

1.3.6急停

当出现溢钢漏钢信号时，塞棒将会被系统自动关闭，操作箱上的急停按钮也可以实现关闭塞棒。

2 连铸机结晶器液位控制系统的实现与应用

2.1 控制系统硬件设计

控制系统硬件设计可从两个方面进行：第一，上位机系统配置，所谓上位机，是指处在工业控制中较高层次的计算机，主要是对现场设备的运行状态进行监控，一般来说，在集散控制系统中，计算机分为两种级别，上位机和下位机，上位机直接与现场设备相关联，而且下位机要受到上位机的控制。在结晶器液位控制系统中，上位机是指连铸控制室里的工控机，下位机是指PLC，上位机具备三大系统功能：通信、数据存储、数据输出；第二，PLC原理，PLC中包含硬件系统和软件系统。

2.2 控制系统软件设计

下位机中包含软件系统，在进行软件开发时利用了STEP7。STEP7是一个软件包，PLC用户用其进行应用程序开发，在进行程序编制时不但有三种方法可供选择，而且相对比较简单，并且具备结构层次清晰、易于修改、简化调试等优点，应用比较广泛。上位机软件系统是数据采集监控系统的软件平台工具，在进行软件设计时，利用了WinCC软件进行开发。

2.3 系统实现及应用研究

结晶器液位控制系统设计完成之后，将其应用在了西宁特钢三炼分厂2#大方坯连铸机上。在连铸机生产的过程中，干扰液位稳定性的因素比较多，通过该系统的控制和调节，液位在出现波动之后很快恢复稳定，进而使生产出来的钢坯更为符合要求。

3 结论

在连铸机生产的过程中，液位是非常重要的参数，液位的稳定性对钢坯生产质量具有极大的影响，因此，通过结晶器液位控制系统的设计及研究，有效的实现了液位自动控制，保证了液位的稳定性，并且即使出现干扰也能迅速恢复稳定，从而有效地保证了连铸机生产的质量，同时，生产出来的钢坯具有更为优质的质量。

参考文献

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[3]邓丽霞，姜磊，高生祥.连铸机液位自动控制系统设计[J].机床与液压，2012（02）：118-121.

作者单位

西宁特殊钢股份有限公司 青海省西宁市 810005