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漏钢预报在板坯连铸的应用

左 娜

（天津钢铁集团有限公司炼钢厂，天津 300301）

[摘 要]以天津钢铁有限公司炼钢厂4#板坯连铸机为应用背景，结合炼钢厂4#板坯连铸热电偶在结晶器中的实际埋设情况，对4#板坯连铸的漏钢预报系统进行了软件部分的理论分析和现场应用研究，从而实现了提高4#板坯连铸机漏钢预报系统的预报准确率和及时性的目的。

[关键词] 粘结性漏钢 漏钢预报 板坯连铸

1引言

天津钢铁集团有限公司炼钢厂4#板坯是生产大断面铸坯的连铸机类型设备。整体连铸机由大包回转台、中包车、结晶器、结晶器振动装置、扇形段、切割机、打号机、垛板台等设备构成。4#板坯连铸机配有结晶器自动液位控制、结晶器专家（MOLD EXPERT）系统、液压振动装置及智能扇形段，采用动态轻压下技术、动态二冷水等大量先进的工艺技术，为生产高档次的板坯产品创造了条件。经过 4#板坯的实际生产，对漏钢事故进行总结，发生粘结性漏钢所占漏钢事故的比例相当大，往往占漏钢总数的50%以上，所以开发粘结性漏钢预报系统成为漏钢预报系统的重中之重。本文将针对粘结性漏钢和基于热电偶的逻辑判断漏钢预报方法进行研究。

2板坯漏钢预报系统总体结构

天津钢铁有限公司炼钢厂4#板坯连铸机HMI（人机接口）系统是基于以客户/服务器体系结构的装置。HMI 服务器是通过系统总线连接到基础自动控制（以太网TCP/IP）。它负责处理过程信号、数据存储和通讯到客户。客户操作员站显示来自服务器的过程数据，接受操作员输入和变化的数据通过它进入服务器，在客户和服务器之间通过终端总线连接（以太网TCP/IP）。现场操作人员通过 HMI 生产过程在线监控，及时对现场设备的运行情况及工艺过程数据简洁明了地进行监控，当生产过程中出现异常时，能够第一时间通过HMI显示数据发现问题，采取相应的措施进行急救。

天津钢铁有限公司炼钢厂在结晶器中安装的热电偶，其中在宽面安装2行，每行13个热电偶，在窄面有2个热电偶，在两个宽面、两个窄面总共安装 56个热电偶。由于连接器具有隔离和减少噪音的作用，所以现场安装的热电偶通过延长电缆连接到连接器上。

为了减少外延电缆的数量，窄面热电偶的反馈回到宽面热电偶中的连接器。连接器和分布式输入/输出（西门子ET200S远程站）之间由外延电缆连接。为了方便交换电缆，减少事故，把连接器安装在两侧。

ET200S远程站和数据管理计算机通讯使用Profibus线缆，其中在计算机上有PROFIBUS-DP接口卡。所有快速信号搜集到的是4~20 mA信号，隔离放大器用于隔离数据，获得来自环境和将4～20 mA信号转换到±5 V信号，通过将多功能输入/输出卡安装在温度数据管理计算机阅读。对于现场的硬线点信号（现场的工艺生产数据振动等信号），进入PLC使用的都是Profibus线缆，PLC之间及PLC与终端计算机之间的数据通讯使用的是TCP/IP协议的以太网双绞线。

现场收集的数据经过PLC远程站、网卡等一系列的数据通讯，最终到达温度数据管理计算机。温度数据管理计算机对收集的数据进行整核，并形成现场温度的数据趋势曲线和漏钢预报趋势图。在主控室的 HMI终端，对主控室操作人员进行显示和提示。而对于收集到的原始温度数据，可通过CD进行数据备份。其分布如图1所示。

3 4#板坯漏钢预报系统软件结构与功能

天津钢铁集团有限公司炼钢厂4#板坯漏钢预报系统是VAI结晶器专家系统的一部分，结晶器专家系统共有两大部分软件包，一部分就是热量软件包，监测结晶器热量的状态和提供漏钢预报报警；另一部分是振动软件包，记录实际冲程和液压油缸的压力、铸流坯壳铜板之间的摩擦力、液压振动压力及冲程反馈.任何部分的软件包数据最终都会在终端的HMI上以数字或绘图形式显示给主控室的操作人员。

结晶器专家系统实现的主要功能：

（1）操作人员能实时监测到现场结晶器内部的运行情况，具体通过装配在结晶器上的热电偶温度、结晶器冷却水流量和温度、浇铸速度、塞棒位置和结晶器液位等方式。获得一系列的现场一线数据后，预处理写到数据处理计算机，专家系统软件读取过程数据，经过一定的数据处理，进行可视化数据显示。显示的数据一部分为现场的未经过处理的实时数据，如浇铸速度、塞棒位置和结晶器液位等，一部分为经过专家系统分析计算后的结果，如漏钢预报趋势。

（2）历史数据用于事故分析。当在浇铸过程中浇铸出现浇铸事故时，可在结晶器专家系统中调用历史数据，对当时的现场数据进行分析，查找出事故原因。

当生产出的铸坯存在质量问题时，也可以经过结晶器专家的历史数据对当时浇铸该铸坯的生产数据（大包的开浇温度、中间包的温度、保护渣的使用情况、结晶器的冷却情况及当时的拉速等一系列生产工艺数据）进行分析。

4漏钢预报逻辑判断及流程

漏钢预报的逻辑判断分为温度偏差检查、温度变化速度检查、垂直和水平热电偶间温度变化延迟检查、温度下降检查等几部分。预报原理如图 2 所示。

通过对现场收集的已有数据进行分析，发现漏钢预报与结晶器安装的热电偶反馈的温度变化有着最直接的关系。监测热电偶所收集得到的温度数据，通常是现场真实反应的温度数据信号和各种异常反应的干扰或误差噪音等干扰因素共同作用的结果。例如，由于连铸现场安装的热电偶接触不好、A/D转换故障等都会产生少量的不良数据。这些未经处理的不良数据会严重影响漏钢预报系统的分析和判断，甚至出现误报情况。因此，对于漏钢预报系统应用的数据在使用前应进行必要的数据预处理，剔除异常数据之后将更接近真实值，减少了干扰。经过预处理的数据首先进行上排温度偏差检查，当出现异常时，对其进行温度变化速度检查，发出漏钢轻报警。对于出现轻报警的热电偶，应进行相邻的垂直和水平热电偶间温度变化延迟检查，如果其中一种情况发生了异常，则要对上排热电偶进行温度下降检查，确认出现异常后，发出漏钢重报警。漏钢预报逻辑判断流程图如图3所示。

对于整个连铸机的结晶器共有56个热电偶，对于整体来讲，漏钢预报共有A、B、C 3个状态显示：A为完全安全状态，是指对于任意一个热电偶都没有出现符合事故判断的波形，没有轻报警和重报警；B为预报警状态，指仅仅某个热电偶出现符合事故判断的波形，但其周围相邻的热电偶没有出现符合事故判断的波形，只有轻报警没有重报警；C为报警状态，是指几个相邻热电偶同时出现符合事故判断的波形，出现重报警。当出现重报警时，操作人员应及时进行现场确认，相应地降低拉速或停止拉钢，使粘结漏钢处充分冷却，防止漏钢事故发生。漏钢预报形成趋势如图4所示。

HMI终端显示如图5所示。

5 结束语

经过对天津4#板坯连铸漏钢预报系统的研究发现，在总体情况下，基于逻辑判断的漏钢预报方法能根据结晶器铜板内部的温度变化分布，反映出粘结点的裂口情况，及时准确地分析判断出粘结点漏钢的情况，对现场操作人员进行漏钢预报提醒。面对这种情况，操作人员应及时进行相应的漏钢处理紧急措施，避免漏钢事故发生或将漏钢事故造成的损失降到最小。

参考文献

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