钢的凝固与浇注

1、 钢的凝固与浇注 结晶器内液面的有效控制结晶器内液面的有效控制冶金冶金122 07 徐平徐平Page 2结晶器内液面的有效控制应用学科：材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科）应用学科：材料科学技术（一级学科），金属材料（二级学科），钢铁材料（三级学科），钢铁材料生产技术（四级学科）。，钢铁材料（三级学科），钢铁材料生产技术（四级学科）。 定义：根据预先设定的结晶器内钢液面高度通过自动调节拉速定义：根据预先设定的结晶器内钢液面高度通过自动调节拉速或中间包注流大小来保持液面稳定的工艺技术。或中间包注流大小来保持液面稳定的工艺技术。Page 3前言 连铸机已广泛应用于钢铁冶金行业。我国的连铸

2、比已超过连铸机已广泛应用于钢铁冶金行业。我国的连铸比已超过90%，在研究连铸技术领，在研究连铸技术领域中，控制技术在连铸机中的应用研究最为活跃。而结晶器是连铸机上的一个关键设备，域中，控制技术在连铸机中的应用研究最为活跃。而结晶器是连铸机上的一个关键设备，其液位控制精度对提高钢产量、降低钢坯生产事故率有着重要的意义。其液位控制精度对提高钢产量、降低钢坯生产事故率有着重要的意义。 连铸结晶器钢水液面控制系统是用来对连铸结晶器钢水液面进行自动控制的，连铸结晶器钢水液面控制系统是用来对连铸结晶器钢水液面进行自动控制的，它是连铸生产的关键技术之一，对于保证连铸机的安全生产，降低工人的劳动强度，它是连铸

3、生产的关键技术之一，对于保证连铸机的安全生产，降低工人的劳动强度，提高生产效率，提高铸坯的质量与产量，减少溢钢和漏钢事故，提高生产效率，提高铸坯的质量与产量，减少溢钢和漏钢事故，提高炼钢连铸的管理水平都非常重要。提高炼钢连铸的管理水平都非常重要。Page 4Page 5图示_04结晶器内的液面控制可通过下列结晶器内的液面控制可通过下列3个方面的有效控制来实现个方面的有效控制来实现。（1）中间包钢液的控制。中间包钢液面控制的目的是稳定进入结晶器的钢水的流速，以实现结晶器钢液面的稳定。中间包钢液面控制由中间包称重系统来实现，一般控制精度可达到与目标重量相差0.5t。（2）结晶器钢液面的控制。结晶器

4、钢液面的稳定控制由结晶器钢液面检测和塞杆控制来实现。结晶器液面的检测有放射性检测和涡流式检测两种形式，前者控制精度较低，受保护渣影响较大，其控制精度为3mm，一般在连铸开浇时使用；后者控制精度高，且不受保护渣的影响，控制精度为2mm，一般在连浇过程中采用这种方式。 此外，塞杆移动的控制有液压和机电两种控制形式，前者的相应时间短、动作快，更适合薄板坯连铸。（3）电磁制动技术。电磁制动技术是对进入结晶器的钢水施加一个反向的作用力，以降低钢水下冲速度，从而达到去除夹杂物和控制弯月面波动的目的。Page 6对液面控制有影响的干扰因素对液面控制有影响的干扰因素 1结晶器振动频率和幅度变化对检测器的影响

5、2结晶器宽度变化(结晶器宽度可调)对控制系统的影响 3中间罐内熔钢重量变化对控制系统的影响 4连铸机拉坯速度变化对控制系统的影响 第种干扰可以在熔钢液面计检测信号处理时加上适当的滤波环节来克服。 第种干扰要通过将干扰信号经适当的计算处理输入控制系统作为控制系统的前馈信号,这种系统将有效地克服各种干扰,保持结晶器熔钢液面的稳定Page 7结晶器熔钢液面的控制系统。可靠的结晶器液面控制系统允许结晶器内保持稳定的比较高的熔钢液位这样比较地发挥一可靠的结晶器液面控制系统允许结晶器内保持稳定的比较高的熔钢液位这样比较地发挥一次冷却的作用从而能够增连铸机的产量。次冷却的作用从而能够增连铸机的产量。. 结晶

6、器熔钢液面自动控制可以减轻操作者的紧张劳动，节省能源，结晶器熔钢液面的稳定结晶器熔钢液面自动控制可以减轻操作者的紧张劳动，节省能源，结晶器熔钢液面的稳定控制可以改进铸坯表面的质量有了稳定、良好的铸坯表面质量才产生了铸坯无须冷却、无控制可以改进铸坯表面的质量有了稳定、良好的铸坯表面质量才产生了铸坯无须冷却、无须检测、无须处理的工艺；由此又产生了直送铸坯到直接轧制的可能性。须检测、无须处理的工艺；由此又产生了直送铸坯到直接轧制的可能性。当不改变结晶器钢液注入量时其液面可以通过改变拉坯速度保持恒定。众所周知，用改变当不改变结晶器钢液注入量时其液面可以通过改变拉坯速度保持恒定。众所周知，用改变拉速控制

7、结晶器熔钢液面恒定首先用于小截面的方坯连铸机对于大截面的板坯连铸机和质拉速控制结晶器熔钢液面恒定首先用于小截面的方坯连铸机对于大截面的板坯连铸机和质量要求较高的钢种采用控制钢液注入量是常用的方法，而塞棒或滑动水口的位置调节并不量要求较高的钢种采用控制钢液注入量是常用的方法，而塞棒或滑动水口的位置调节并不灵活方便，高温和机械磨损，以及时而钢渣阻塞势必给控制系统带来各种各样的干扰。这灵活方便，高温和机械磨损，以及时而钢渣阻塞势必给控制系统带来各种各样的干扰。这种控制系统希望不要频繁地驱动伺服结构，因此这种控制系统必须能够预先考虑各方面的种控制系统希望不要频繁地驱动伺服结构，因此这种控制系统必须能够

8、预先考虑各方面的干扰因素。干扰因素。采用先进的微型计算机能够适应结晶器熔钢液面控制的复杂过程为了有效地控制结晶器钢采用先进的微型计算机能够适应结晶器熔钢液面控制的复杂过程为了有效地控制结晶器钢液面恒定除了要检测钢液面高度作为控制系统的主反馈信号外还必须考虑对液面控制有影液面恒定除了要检测钢液面高度作为控制系统的主反馈信号外还必须考虑对液面控制有影响的各种干扰因素。响的各种干扰因素。: 放射性同位素法放射性同位素法 目前连铸机采用最多的是放射性同位素目前连铸机采用最多的是放射性同位素Co60测液面仪。其原理是安装在结晶器一侧测液面仪。其原理是安装在结晶器一侧的柱状的柱状Co60放射线源连续不断地

9、放射出一定强度的放射线源连续不断地放射出一定强度的射线结晶器钢液面在柱状放射线源的射线结晶器钢液面在柱状放射线源的尺寸范围内上下波动，利用钢液对尺寸范围内上下波动，利用钢液对射线的吸收程度来反映钢液液面的高度安装在结晶器射线的吸收程度来反映钢液液面的高度安装在结晶器另一侧的闪烁计数器用来检测另一侧的闪烁计数器用来检测射线穿透结晶器后强度的变化。射线穿透结晶器后强度的变化。 当熔钢液面高时接受的当熔钢液面高时接受的射线强度就小，反之则大。闪烁计数器由闪烁体，光电倍增射线强度就小，反之则大。闪烁计数器由闪烁体，光电倍增管及前置放大器组成。当射线作用于闪烁体时，其被激的原子和分子即射出光电子，光电管

10、及前置放大器组成。当射线作用于闪烁体时，其被激的原子和分子即射出光电子，光电子经光电倍增管收集，加速，放大后在倍增管的阳极上形成脉冲。单位时间所产生的脉冲子经光电倍增管收集，加速，放大后在倍增管的阳极上形成脉冲。单位时间所产生的脉冲数称为技术率，它正比被接收的射线强度。将该脉冲经过鉴别器消除干扰噪声信号，再经数称为技术率，它正比被接收的射线强度。将该脉冲经过鉴别器消除干扰噪声信号，再经过整形器将脉冲整形为幅度与宽度相等的矩形脉冲，经过积分器将脉冲信号转换为与脉冲过整形器将脉冲整形为幅度与宽度相等的矩形脉冲，经过积分器将脉冲信号转换为与脉冲频率成比例的直流积分电压，经过一系列处理以后可获得一模拟

11、电压，其大小比例于接受频率成比例的直流积分电压，经过一系列处理以后可获得一模拟电压，其大小比例于接受的射线强度。此信号再经过结晶器上下振动的补偿，尔后送往微机控制系统。日本住友株的射线强度。此信号再经过结晶器上下振动的补偿，尔后送往微机控制系统。日本住友株式会社和奥钢联所产生的连铸机即采用上述方式。住友所用式会社和奥钢联所产生的连铸机即采用上述方式。住友所用Co60放射线源的强度为放射线源的强度为686MBq,泄露量小于泄露量小于5mSv/年，符合我国环保部门规定的卫生标准。但是工厂方面多有疑年，符合我国环保部门规定的卫生标准。但是工厂方面多有疑虑而不欢迎。其测量范围虑而不欢迎。其测量范围0150mm,精确度为精确度为5mm。本进行许可。 结束语结束语 结晶器熔钢液面的稳定控制往往面临一些随机的干扰因素。滑动水口的机械磨损将使得控制回路的总增益发生变化。为了不断适应变化了的新情况，有必要开发自适应控制系统。开发一个综合的