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首钢二炼钢大板坯连铸机电控改造方案简介

贾立仁  刘建辉王国连

(首钢二炼钢厂)

摘  要  首钢二炼钢大板坯是由比利时拆回的二手设备，存在设计缺陷、机型落后、设备陈旧、控制精度低。本次对原有铸机的机型、扇形段、二冷水调节、铸机的自动控制系统进行了改造。

首钢二炼钢厂原大板坯连铸机是1988年从比利时蒙蒂尼钢厂购进的二手设备。这台铸机是由法国FCB公司1976年设计，1977年在蒙蒂尼钢厂投产。1988年首钢从比利时拆回，经修、配、改于1989年9月22日热试投产，设计能力为120万t。

由于原设计存在一些不足，加之机型落后、设备陈旧、控制精度低，所以自1989年投产以来一直没能达到设计能力。年产量一直徘徊在60～80万t。铸坯合格率仅能达到96．7％。铸机作业率不足70％，浇铸钢种只能是一些低档次的普碳、低合金钢。浇铸断面为220mm×1400mm、220mm×1540mm，拉速为0．6～0．7m／min。其主要缺陷是：

1)辊列设计为大辊径、大辊距、单根升降整体辊。

2)单点矫直。

3)基弧、辊缝调整难度大，精度很难保证。

4)技术装备落后，控制水平低。

5)维修费用高。

鉴于上述情况，1998年首钢总公司聘请全国连铸专家对二炼钢大板坯连铸进行鉴定，专家们一致认为应对这台大板坯连铸机进行彻底改造。今年5月首钢总公司董事会通过正式立项，对二炼钢大板坯进行改造，并要求改造后的板坯铸机成为国内一流铸机。对于这次改造后，所能达到的技术经济指标和主要采用的技术装备简介如下：

1主要技术经济指标

1)机型由原来的R12m弧形铸机，改为直弧形板坯连铸机。生产铸坯规格(250mm、220mm、180mm、150mm)×(1540～900)mm。

2)辊列由单根整体辊升降改为分节辊、细辊密排的扇形段成组升降结构。

3)采用连续弯曲和连续矫直技术。

4)年产量双流为160万t。

5)铸坯一检无清理率不小于97．5％。

6)铸机作业率不小于80％。

7)连浇炉数为9炉。

8)单炉浇铸时间为40min。

2主要技术装备

1)钢包铸流全保护浇铸技术。

2)中间包连续测温技术。

3)结晶器液面自动检测及中间包塞棒自动控制。

4)采用结晶器机械式非正弦振动。

5)拉矫机采用全交流变频调速。

6)二冷采用气雾冷却并实现动态自动配水。

7)配置铸坯最佳定尺切割长度计算模型。

8)实现出坯辊道自动控制。

9)增加二次切割机。

10)选用多功能辊缝测量仪。

11)配置全新的自动化控制系统。

3本次改造采用新技术简介

3．1中间包连续测温

中间包连续测温技术是采用东北大学新开发的技术，它是利用黑体测温管插入到钢水中感知温度，采用光导纤维辐射测温仪接受测温管的辐射信号，经信号处理器送入在线黑体测量理论模型来确定钢水实际温度。它可随时随地根据钢水的温度值来指导拉坯速度，有利于实现自动浇钢，还可以通过数学模型实现二冷区的自动配水。

3．2结晶器液面自动控制

采用结晶器液面自动控制主要是保持结晶器里的液面稳定，改善铸坯的表面质量和内部质量，同时减少漏钢。结晶器液面自动控制采用涡流传感器进行检测，通过自动调节中间包塞棒的开度，对结晶器液面进行自动控制，控制精度不大于±3mm。

3．3拉矫机采用全交流变频控制

拉矫机的控制在本次改造中采用全交流矢量变频控制，每台电机选用一台变频器。通过与电机同轴的脉冲发生器进行反馈来实现闭环控制。脉冲发生器所发出脉冲信号直接传给变频器，变频器通过Device Net网给过程计算机实现自动配水、拉速显示、引锭跟踪和坯长显示。

3．4二冷区配水自动控制

本次改造二冷区配水大部分采用气雾冷却方式，水、气分别可调。检测回路采用流量、压力、温度检测，通过电动调节阀进行控制。流量检测选用电磁流量计、压力检测选用压力变送器、温度检测选用温度变送器。根据过程控制(L2)二冷计算模型计算出各段水量来满足不同钢种、不同断面、不同的钢水过热度、不同拉速的铸造要求。

3．5  自动切割和自动定尺

根据生产需要，板坯铸机的两个流可同时生产不同断面和不同定尺的产品。采用先进的非接触式的摄像检测装置，调度指令经过程机传输到定尺控制系统中，完成自动定尺的设定。切割机根据摄像机检测坯长的信号，进行自动切割，同时切割辊道根据切割枪的位置进行自动摆动和复位，钢坯切割完成后辊道自动启动，输送钢坯。

3．6热钢坯喷号功能

大板坯连铸在这次改造中预留了准备采用耐高温涂料的喷号机。

3．7二次切割

由于首钢生产结构新要求，二炼钢大板坯改造后，生产的钢坯供两个中板厂，定尺为1．6～3．0m，一次切割无法满足生产要求，必须采用二次切割来完成。根据原有的工艺条件的限制，双流板坯在通过称量辊道后，需经横移辊道和横移车把双流板坯分别送入转盘，旋转90°后进入后部输坯辊道。二次切割机布置在后部输坯线上，选用两台切割机分别进行切割才能满足生产要求。二次切割车每台必须采用前后位双枪对切，才能使二切的切割速度同一次切割相同。二次切割后的定尺坯，通过喷印输送辊道把三块定尺坯分别送至推钢辊道，依次经推钢机推向垛板台后，再用夹钳吊车进行码垛堆放。本次改造二次切割采用精确定尺控制，进行合理分配公差，确保合格坯的定尺精度。

4自动控制系统

本次改造淘汰了原有的旧控制系统，重新配置新系统，即对自动控制系统进行了全部更新。自动化控制分为两级，一级为基础级，二级为过程控制级。基础级控制采用PLC可编程控制器，过程级控制采用高性能的工业微机。基础级控制之间的通讯采用网络通讯Device Net网。利用操作员工作站来取代传统的操作台操作，如：一些液压泵、辊道、平移、旋转设备的操作。这样通过无触点输入，减少了设备故障，同时通过CRT画面对设备运行条件进行观察，准确地判断运行条件是否满足，提高了系统的可靠性。

4．1过程控制级的主要功能

4．1．1生产计划管理

铸造计划由炉次、钢种、铸坯规格等基本生产数据组成，并作为生产过程的指导信息，这些信息在没有上位机时，由调度员输入。

4．1．2过程跟踪

根据来自基础自动化的信息和手动输入的信息，对从大包到打号机的状态信息进行跟踪全过程监视，周期性地从基础自动化级收集炉次数据、铸流数据、二冷水数据、质量数据、板坯数据等。收集的数据将作为模型计算、质量判断、画面显示、报表打印的基本根据。

4．1．3过程设定

计算机将对过程数据和过程状态进行处理，并把某些计划数据、计算数据、手动输入数据传到基础自动化级。这些数据包括：

1)板坯切割长度设定值。

2)板坯喷引字符设定值。

3)结晶器振动频率设定值。

4．1．4操作指导

提供人机对话界面、显示有关生产、操作及过程状态信息、输入必要的操作数据和设定值，操作指导提高的画面主要有：

1)通用画面：设备参数、报警列表、报表菜单等。

2)过程跟踪画面：过程流程图、炉次列表、切割计划、钢水分析数据列表等。

3)生产计划画面：生产计划数据。

4)炉次匹配画面：炉次匹配时间棒状图。

5)二次冷却画面：实际喷淋水数据，喷淋模式等。

6)质量评定画面：生产实际数据、某铸流段跟踪数据、切割跟踪数据等。

4．1．5报表

根据过程数据和计算统计结果，向操作管理人员提供如下报表：

1)炉次报表：一个炉次的生产数据。

2)生产偏差报表：一个炉次的全部成品偏差数据。

3)历史资料报表：某炉次的全部产品数据。

4)工程报表：警报，事件记录。

5)班报。

6)日报。

1 4．1．6切割优化模型

切割优化计算模型的任务是根据切割计划对铸坯的浇铸长度进行测量，通常一次切割；是倍尺坯，在浇注结束后，启动切割优化模型进行最优化切割计算，使铸坯的切割损失达到最小。

4．1．7辅助质量判定模型

辅助质量评估模型的任务是在生产中跟踪那些影响铸坯质量的过程参数(例如换浸入式水口的重接问题)，检查实际生产条件与计划准则之间的每个偏差，向操作人员和冶金工程师给出影响铸坯质量的有关参考信息，并且建议对那些受到质量影响的铸坯进行检查。

4．1．8二次冷却控制模型

二次冷却控制模型的主要任务是根据实际水流量、浇铸速度、钢种、过热度等参数、对铸坯进行表面温度计算。基于温度曲线和冷却策略计算各冷却段喷淋水流量。

4．2过程计算机控制系统

1)连铸过程计算机系统使用Control Net与相关的终端，打印机相连构成统一的一级过程机控制网络。

2)连铸过程计算机与转炉过程机，炉前化学分析计算机使用TCP／IP协议联网，过程数据和分析数据通过网络进行交换，炉前化学分析计算机与检化验设备相连。

3)连铸过程计算机通过网桥与基础自动化级网络相连。

4．3基础自动化的主要功能

1)根据现场工艺设备的情况设置若干个远程I／O站，完成现场信息的收集及控制信号的输出、显示。

2)通过梯形图和逻辑运算，完成顺序控制、传动调节、故障诊断与报警。

3)可以对现场一些设备如：温度、速度、流量、压力、位置、力矩等物理量的检测、处理、显示和记录。

4)利用通讯网络可以和二级过程控制系统进行数据交换信息传递。

5结束语

首钢第二炼钢的大板坯连铸机通过这次改造，其机型、工艺布置、设备结构、自动化水平可以和国内一些先进的铸机相媲美。改造后的铸机可以生产普碳、低合金钢、船板钢、结构钢、容器钢、锅炉钢、深冲钢、管线钢，并且在生产220mm×1540mm的断面时最大拉速可以达到1．6m／min，铸坯的综合合格率达到不小于99．5％，改造后各项技术经济指标渴望达到国内先进水平。

参考文献(略)