济钢ASP板坯连铸机的先进技术与先进工艺

时间：2015-12-20 23:50:29 所属分类：机械 浏览量:

1 引言 山钢股份济南分公司作为一个现代化的钢铁企业，优越性主要体现在先进的生产设备、高度自动化炼钢和品种钢的开发方面。炼钢厂ASP薄板坯连铸机是以奥钢联技术为核心，鞍钢、济钢联合自主开发的薄板坯连铸机，它是目前我国技术最先进、自动化程度最高、

　　1 引言

　　山钢股份济南分公司作为一个现代化的钢铁企业，优越性主要体现在先进的生产设备、高度自动化炼钢和品种钢的开发方面。炼钢厂ASP薄板坯连铸机是以奥钢联技术为核心，鞍钢、济钢联合自主开发的薄板坯连铸机，它是目前我国技术最先进、自动化程度最高、配套设备最完善的薄板坯连铸机之一。是济钢120t转炉-CAS-LF/VD-薄板坯连铸机-热连轧现代化生产线的主要工序之一，为济钢成为国内外知名的板材精品基地打下了坚实的基础。

　　2 项目规划

　　（1）连铸机类型：直弧形板坯连铸机；（2）流数：1机1流；（ 3 ） 铸坯尺寸 （ 冷态尺寸 ） :厚度135mm,150mm,最小宽度900mm,最大宽度1600mm,最小长度4800mm,最大长度16800mm;（4）结晶器宽度：900mm~1600mm;（5）冶金长度：24.2m;（6）弧形半径：5m;（7）装引锭方式：下装引锭；（8）扇形段：1-3 弯曲段，4-5 矫直段，6-11 水平段；（9）大包回转台：碟型设计，2个钢包位，可单独升降，同时旋转；（10）净重：最大160吨；（11）满包重：最大240吨；（12）承载能力：240/0吨；240/240吨。

　　3 薄板坯连铸机先进技术的应用

　　3.1 连铸机自动化控制系统为了提高铸坯质量，保证铸机较高的作业率，连铸工艺对电气自动化提出了越来越高的要求，根据不同的控制要求以及生产现场的实际情况，目前我厂自动化控制系统分为三级，通常称为基础自动化L1级、过程自动化L2级和生产管理L3级，如图1所示。而薄板坯连铸机自动化控制系统又是全厂系统中的一个子系统。【1】

　　3.2 L1级（Level1）L1级（Level1）：实时控制级（基础自动化控制），根据操作指令，过程计算机的设定计算及现场元件的检测信号，收集现场操作及检测元件发来的工艺设备运行状态信息，并根据工艺要求对信息进行处理，然后发出命令驱动设备（如MCC VVVF及电磁阀线圈等），驱动铸机各设备按工艺要求进行工作，完成生产设备的逻辑顺序控制和PID调节，L1级核心部件是PLC.3.3 L2级（Lelvel2）L2级（Lelvel2）：各工艺控制单元的计算机操作指导，特殊工艺过程的设定计算及工艺过程的数据收集。以过程计算机为核心，进行数据采集，质量跟踪，设定计算，用来对铸机生产提供最佳操作指导，从控制功能来说，L1级是保证铸机正常生产及产品质量的基本要求，而过程控制级则反映全厂自动化生产的水平。

　　3.4 L3级（Lelvel3）生产管理级L3级（Lelvel3）生产管理级：整个三级网络体系结构的最高层，直接参与生产制造命令的接受和下达。涉及全厂生产管理的问题包括生产计划的制定，各工艺单元产品的跟踪及协调产品的质量管理等方面的问题，L3系统涉及三炼钢各生产工序和后部热连轧生产情况，L3系统的实现需要各工艺单元，生产管理及调度部门结合工厂的实际情况来考虑，另立项目，统一协调。

　　L1到L3级的自动化系统完成整个工厂的生产计划，产品管理，工艺区接口协调、过程最佳化及设备控制，可实现整个工厂的生产自动化，如图2所示。【2】

　　　　4 结晶器在线【3】

　　　　为了提高铸机作业率和适应热连轧生产的需要，薄板坯连铸机采用了结晶器在线调宽技术。老式的板坯连铸机在变更铸坯尺寸时，都要更换结晶器或是停浇调整结晶器尺寸，这样不仅影响铸机的产量，而且难以适应轧钢厂多规格轧制要求。而新投产的薄板坯连铸机采用了先进的在线调宽技术，可以在浇铸过程中移动结晶器窄面，使其达到所需尺寸，为铸坯红送热连轧厂提供了方便，同时大大提高了铸机生产能力和效率，也增加了金属收得率，结晶器调宽驱动系统架构如图3所示。

　　4.1 现场元器件对于调宽系统的四个缸位配备相同元器件，结晶器调宽系统驱动如图3所示。

　　调宽电机：MDSKARS090-22;电机参数为：2.6kW,380V,2300r/min,5.5A.

　　4.2 电气控制主要连锁自动调宽前提条件：

　　（1）HMI画面选择允许自动调宽；（2）LC221上的结晶器调宽模式选择开关选到“自动”;（3）变频器驱动电源正常，变频器驱动准备好；1（5）LC221上的急停没有激活；（6）所有的位置编码器正常；（7）与仪表PLC的接口正常；（8）与铸流PLC的接口正常。

　　4.3 电气控制系统原理结晶器在线调宽由变频器控制四台电动机来实现，结晶器两侧的窄边分别由两台电机带动，电机尾部带有编码器，实现对窄边移动的测量，编码器数值直接返回给变频器完成对电机的运动控制，同时在操作屏MP270上显示实际的移动位置。操作屏MP270通过PROFIBUS双绞线连接到CPU模块，4台变频器通过PROFIBUS连接到CPU模块，通过触摸屏上的操作按钮发送给PLC运行的指令，PLC序运算后输出信号给中间继电器，通过中间继电器控制MCC室内的变频器的接触器，变频器的输出频率通过PROFIBUS网络传输给变频器信号给定，控制电机的旋转实现对宽度的调整。

　　电机工作由MC变频器来控制，MC变频器为运动型控制变频器，带有电压环、电流环、位置环，控制精度高，可以满足结晶器的调宽需要，4台变频器分别控制四台电机实现结晶器窄边左上左下右上右下的锥度调整，通过两根电缆线连接到中间接线箱JB11和JB12,然后连接到现场电机。

　　连铸机投产后进行了在线调宽技术的试用，试用结果表明调宽过程运行平稳，调宽精度可靠。此技术的应用，将对连铸机提高作业率、适应连铸连轧生产及小订单合同生产起到重要作用。

　　5 结晶器漏钢专家控制系统

　　结晶器漏钢预报专家系统是在生产过程中对连铸机结晶器内部进行观察和预防漏钢的工具。它通过实时观察结晶器状况以监测不稳定和临界的浇铸情况，通过漏钢预报功能避免铸机漏钢，通过结晶器的历史数据来分析浇铸问题。

　　结晶器专家系统包括：

　　（1）铜板温度测量系统，采用安装在结晶器铜板上的热电偶进行铜板温度的测量和传输，热电偶内外弧宽边各10列，每列2个，左右弧窄边各1列，每列2个，全部采用K型热电偶，共44个；（2）温度数据收集模块；（3）计算机分析处理应用软件；（4）在线监控计算机可视化操作界面。

　　由于在钢水连续浇铸过程中，结晶器工作状况将直接影响铸坯质量。为了保证生产的稳定和提高铸坯质量，通过对结晶器中影响设备和铸坯质量数据参数的处理，并结合漏钢成因与机理，检测出拉漏的征兆进行报警，并提醒操作人员手动或自动的降低拉速，避免漏钢的发生，这就是结晶器专家系统的原理。奥钢联的结晶器专家系统通过结晶器热力学软件包和结晶器振动软件包，建立了漏钢预报的数学模型，并利用人工智能技术和可视化技术，实现了生产中结晶器内部状况的可视化和漏钢预报，如图4所示。【4】

　　　　漏钢预报是在热电偶监测到一个粘钢报警之后，通过停止或减少拉速而使缺陷坯壳进行修复，从而预防漏钢的发生。我厂结晶器漏钢预报专家系统，并不是简单的通过热电偶检测漏钢的预报系统，除此之外还包括了结晶器热力学检测系统和结晶器振动摩擦力检测系统，它们将结晶器钢水液位、热电偶温度、冷却水温度和流量、结晶器宽度、摩擦力、振幅等数据进行处理，实现连铸机结晶器内部的可视化和漏钢保护。因此它是一个融合了金属热力学、计算机技术、图形可视化技术、数学模型优化技术等多项技术的综合系统。

　　薄板坯连铸机自投产以来已多次成功预报，避免了漏钢的发生，挽回了巨大的经济损失。专家系统的实施，为生产的顺利进行提供了可靠的保障，提高了工厂的自动化程度和水平，提高了劳动生产效率，取得了良好的社会经济效益。

　　6 过程级优化功能

　　6.1 过程控制级硬件及系统软件配置连铸机自动化系统硬件结构中，L2服务器提供L1级系统在线连接的软件平台，主机监控站和冶金工程师站允许生产计划和浇注指令的远程下达，并可以远程监控工艺流程和打印数据报表，客户端HMI用来在线监视和指导浇注生产。

　　6.2 铸坯质量判断模型VAI-Q过程级计算机在铸机生产过程中自动收集可能影响铸坯质量的数据和人工输入的数据，并对铸流加以位置跟踪，在铸坯切割后，将实际数据与标准数据进行比较，确定其偏差值对质量的影响，赋予板坯相应地质量等级代码，从而确定铸坯的未来走向，VAI-Q系统的命中率可达95%以上。

　　6.3 DYNACS二冷配水控制模型根据连铸机生产过程中的拉钢速度、钢种、过热度以及二冷水的实际水流量，确定铸流温度分布。根据铸流温度分布，热状态及冷却策略，周期性的计算二冷水各冷却回路的水流量设定值，使铸流的热状态满足钢种对铸坯的要求。

　　6.4 铸坯最佳长度切割计算（CLO）根据生产计划，过程级向PLC设定铸流的切割长度，在最后一流浇铸完时，根据铸机内残存的铸流长度及用户选择的切割策略，计算最佳切割长度，减少废坯数量，提高铸坯收得率。

　　7 OPC集成通讯技术

　　OPC（OLE for Process Control,用于过程控制的OLE）是为了不同厂商的设备和应用程序之间的软件接口标准化从而使其数据交换更加通用化的目的而提出的。它使得整个薄板坯连铸机自动化系统中的所有设备、系统和驱动程序可以自由的连接和通讯，从而使控制网和管理网之间的信息无限集成。

　　OPC以OLE（ActiveX）、COM（Component Object Model,组件对象模型）和DCOM（Distributed COM,分布式COM）技术为基础，提供了一个公共的过程控制和制造自动化的标准接口，其实质上就是作为工业标准定义的特殊的COM接口。

　　OPC技术采用服务器/客户端模式，OPC服务器是数据源，所拥有的数据从PLC中获得。OPC客户端是数据使用者，对由OPC服务器提供的数据源进行访问，实现用户的特定目的。

　　OPC客户端获取控制设备的数据，只需通过OPC接口从OPC服务器中即可获得。也就是说，OPC应用程序的设计者可以使用相同的程序代码，操作不同的硬件装置，从而实现数据的灵活配置和多种系统的真正集成。

　　8 结束语

　　济钢ASP板坯连铸机投产后，运行情况良好，采用的先进技术已显优势。自动化控制系统、结晶器在线调宽、结晶器专家系统、过程优化功能、OPC等主要技术都已经得到正常应用，对提高连铸机作业率、铸坯合格率起到了至关重要的作用，特别是结晶器专家系统多次成功地进行了漏钢预报，避免了漏钢事故的发生。连铸机主要技术的先进性和可扩展性将为济钢的综合自动化程度和核心竞争力起到重要作用，为济钢进一步开拓市场、占领市场提供了有力的保障。

　　参考文献　　　　[1]`张金柱，潘国平，杨钊林，等。薄板坯连铸装备及生产技术[M].冶金工业出版社，2007.　　[2]`周江建，周运森。中间件OPC技术在工业控制系统中的应用[J].计算机工程，2004.　　[3]`史宸兴。实用连铸冶金技术[M].北京：冶金工业出版社，1998.　　[4]`刘浩。板坯连铸动态二冷水控制模型的研究[J].自动化应用，2012（7）。　　[5]`李凤阁。板坯连铸新工艺新技术与质量控制实用手册[M].北京：北京冶金出版社，2005.

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