首页 . 工学 . 控制科学与工程 . 过程控制 . 过程控制系统 . 连铸过程控制系统

连铸过程控制系统

/continuous casting process control system/
条目作者安剑奇吴敏
条目作者安剑奇

安剑奇

吴敏

吴敏

最后更新 2023-03-01
浏览 97
最后更新 2023-03-01
浏览 97
0 意见反馈 条目引用

对钢水连续不断地用连铸机浇注、冷凝、切割而铸成各种规格钢坯的过程进行自动控制的系统。

英文名称
continuous casting process control system
所属学科
控制科学与工程

与传统的钢模铸锭法相比,连铸过程控制系统可省去钢模铸锭装置和价格昂贵的初轧开坯装置,简化了钢坯生产的工艺流程,具有节约能源、自动化程度高、生产效率高和铸坯质量好等优点。连铸过程控制系统的应用,促进了炼钢车间生产流程的连续化发展,在保证铸钢质量、节约生产能源的同时,大幅度提高了钢铁产量。 

连续铸钢法是20世纪50年代发展起来的一项铸钢技术,20世纪70年代以来得到迅速发展,20世纪90年代逐渐成熟并成为主流生产技术。1970年世界钢铁工业连铸比仅为6.2%;2014年世界钢铁工业连铸比已高达93%左右。中国钢铁工业的连铸比1979年为4.8%,2014年中国钢产量高达8.3亿吨,连铸比达到99%,连铸钢产量占世界的50%左右。随着工业的信息化,先进控制及检测技术的不断发展,连铸技术也在不断更新,连铸技术主要包括结晶器液位控制、漏钢预报技术、动态二次冷却水控制、拉坯速度控制、切割计算控制、动态轻压下控制等。 

结晶器液位控制包括中间包液位控制和结晶液位控制。中间包液位控制通过将中间包钢水液位稳定在一定范围内,增加钢水在中间包的停留时间,促进钢水中的夹杂物上浮及去除,是提高铸坯质量的重要环节。通常用称重法间接测出或用电磁感应法直接测出中间包钢水液面并进行控制。结晶液位控制是将结晶器内钢水控制在稳定的、比较高的液位,保证钢水在结晶器内有稳定的热交换,形成良好均匀的坯壳,从而增加连铸机的产量。结晶器液位检测有多种方法,如热电偶埋入法、工业电视法、周期性电极插入法、放射性同位素法、电磁感应法、涡流法、激光法等,世界上广泛采用的有放射性同位素法、涡流法、激光法等。典型的液位控制算法有非线性串联补偿、主-副回路自校正、比例积分微分控制、预测液位控制、模糊液位控制、自适应液位控制、H液位控制等。

在连铸生产过程中,由于铸坯壳与结晶器的内壁黏结、结晶器内的钢水液面波动过大、保护渣润滑不良、拉速过快等原因,造成刚凝固的铸坯壳出现裂纹,在铸坯内部钢水静压力的作用下,坯壳破裂导致钢水外溢,称为漏钢。漏钢可分为开浇漏钢、裂纹漏钢、悬挂漏钢、夹渣漏钢、切断漏钢、尾坯漏钢、黏结漏钢等,其中80%以上的漏钢事故是黏结漏钢,及时判断黏结漏钢的发生是降低漏钢率的关键。漏钢预报系统通过实时判断结晶器内发生漏钢的可能性,对可能发生漏钢的特征进行识别、预警,是减少漏钢事故的有效手段。检测漏钢的方法主要有结晶器热交换分析法、热电偶测温法、摩擦力测量法、振动波形分析法、超声波探测法,其中,热电偶测温法是比较有效且应用比较广泛的方法。当结晶器内的铸坯壳出现裂口或铸坯壳与结晶器发生黏结时,会使其铜板温度升高,热电偶测温法通过在结晶器铜板中装入热电偶,根据检测的结晶器表面温度的波动特征对凝固坯壳的表面状况进行判别,从而对漏钢事故做出准确的预报。

连铸坯从结晶器拉出后,其坯壳较薄,内部还是液态钢,要在二次冷却区继续冷却,使之完全凝固。铸坯表面裂纹、内部裂纹、铸坯鼓肚、中心偏析和中心裂纹等缺陷的形成与二次冷却有紧密联系。为了确保铸坯的质量,需对二次配水量进行优化控制,使得连铸坯得到均匀的二次冷却,同时还需保持尽可能高的拉速,以获得高的产量。因此,通过实时跟踪连铸生产的钢种、铸坯厚度、拉速等参数,利用钢坯的热传导方程作为数学模型,并用铸坯表面温度作为反馈信号,计算出最优的动态配水量,将其作为设定值传递给控制器,通过调节现场气动调节阀的开度来控制二次配水量,使得钢坯表面温度和理想的表面温度之差最小。动态二次冷却水控制能够有效地减少铸坯表面温度的波动,解决拉速变化导致铸坯过冷和过热而造成的质量问题。传统的二次冷却水控制方法有比例控制法、参数控制法、目标表面温度动态控制法、非稳态控制法等,随着连铸工艺及控制算法的不断发展,粒子群算法和神经网络、模糊自适应比例积分微分控制等的先进算法被应用到二次冷却水控制中。

根据钢种、铸坯尺寸、钢水温度和产量要求来确定铸坯的拉速。连铸生产过程中,为了防止铸坯产生矫直裂纹、形变过大甚至结晶等质量问题,需根据铸坯压力的不同,将拉速控制在相应范围内,以便使铸坯有稳定的热交换。在变频调速控制出现之前,液压传动是连铸生产中拉坯装置的主要驱动方式。在变频调速控制出现后,连铸机拉坯速度主要采用变频调速控制,可以提高拉坯速度控制质量和可靠性。在变频调速控制中,拉矫机上有速度调节系统,当结晶器液位超过上限或下限时,超过临界值的液压使得电机立即启动,根据反馈的压力对电机参数进行优化,调节拉矫机拉速。当结晶器液位超过上限,结晶器液位控制系统无法调节时,为防止钢水外溢需要加快拉速;当结晶器液位低于下限,为防止漏钢则需要减慢拉速。上述两种情况发生时均有报警,并会作出相应处理。

将连铸坯切割成一定的长度以便轧制。为避免最后出短坯,减小切割报废量、增加钢水的收得率,可根据铸坯尺寸、钢水量、拉速和允许的铸坯长度范围,在允许的坯长范围内,用计算得到的最佳切割长度替换计划坯长,通过控制切割机进行切割。到铸锭后期还可进行修正,以保证最后的铸坯长度合适。铸坯切割自动控制系统主要由检测装置、控制装置、参数输入装置和参数显示装置等组成。

连铸生产中,板坯内部一般都会存在中心偏析、中心疏松和内裂等缺陷,影响了板坯的内部质量。在连铸坯液芯末端附近,施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量,是在线改变铸坯厚度、抑制中心偏析及内裂等缺陷、提高钢坯内部质量的有效手段。计算机根据钢种、拉速、浇铸温度、二次冷水量等参数和数学模型,在线计算铸坯凝固过程温度场分布,动态跟踪铸坯的凝固终点位置,结合动态轻压下经验参数数据库,计算最佳压下位置及每个液压缸开始下压时间、压下速度,动态调整液压缸压力设置,最终给出各压下辊的压下量,从而为浇铸出质量良好的板坯提供保障。

相关条目

阅读历史

    意见反馈

    提 交

    感谢您的反馈

    我们会尽快处理您的反馈!
    您可以进入个人中心的反馈栏目查看反馈详情。
    谢谢!