连铸控制技术

连铸控制技术（精选6篇）

篇1：连铸控制技术

连铸检测和控制八大技术

连铸的特点之一是易于实现自动化。实行自动化的目的在于改善操作人员的工作环境，减轻劳动强度，减少人为因素对生产过程的干扰，保证连铸生产和铸坯质量的稳定，优化生产过程和生产计划，从而降低成本。自上世纪80年代以来，冶金自动化装备技术的可靠性、实用性、可操作性和可维护性都得到极大的改善，不断提高的性能价格比使冶金自动化装备技术得到快速推广应用。

目前，连铸自动化系统基本上包括信息级、生产管理级、过程控制级和设备控制级。信息级的主要功能是搜集、统计生产数据供管理人员研究和作出决策；生产管理级主要是对生产计划进行管理和实施，指挥过程计算机执行生产任务；过程控制级接收设备控制级提供的各类数据和设备状态，指导和优化设备控制过程；设备控制级指挥现场的各种设备(如塞棒、滑动水口、拉矫机、切割设备等)按照工艺要求完成相应的生产操作。其中，设备控制级和过程控制级自动化最为关键，直接关系到连铸机生产是否顺畅和连铸坯的质量。目前，在国内外连铸机上已成功应用的检测和控制的自动化技术主要包括以下几种：

1．钢流夹渣检测技术

当大包到中间包的长水口或中间包到结晶器的浸入式水口中央带渣子时，表明大包或中间包中的钢水即将浇完，需尽快关闭水口，否则钢渣会进入中间包或结晶器中。目前，常用的夹渣检测装置有光导纤维式和电磁感应式。检测装置可与塞棒或滑动水口的控制装置形成闭环控制，当检测到下渣信号自动关闭水口，防止渣子进入中间包或结晶器。

2．中间包连续测温

测定中间包内钢水温度的传统方法是操作人员将快速测温热电偶插人中间包钢液中，由二次仪表显示温度。热电偶为一次性使用，一般每炉测温3至5次。如果采用中间包加热技术，加热过程中需随时监测中间包内钢液温度，则连续测温装置更是必不可少。目前，比较常用的中间包连续测温装置是使用带有保护套管的热电偶，保护套管的作用是避免热电偶与钢液接触。热电偶式连续测温的原理较为简单，关键的问题是如何提高保护套管的使用寿命和缩短响应时间。国外较为成熟的中间包连续测温装置的保护套管的使用寿命可达几百小时。国内有少量连铸机采用国产的中间包连续测温装置，使用性能基本满足中间包测温要求。

3．结晶器液面检测与自动控制

结晶器液面波动会使保护渣卷入钢液中，引起铸坯的质量问题，严重时导致漏钢或溢钢。结晶器液面检测主要有同位素式、电磁式、电涡流式、激光式、热电偶式、超声波式、工业电视法等。其中，同位素式液面检测技术最为成熟、可靠，在生产中采用较多。液面自动控制的方式大致可分为三种类型：一是通过控制塞棒升降高度来调节流入结晶器内钢液流量；二是通过控制拉坯速度使结晶器内钢水量保持恒定；三是前两种构成的复合型。

4．结晶器热流监测与漏钢预报技术

在连铸生产中，漏钢是一种灾难性的事故，不仅使连铸生产中断，增加维修工作量，而且常常损坏机械设备。粘结漏钢是连铸中出现最为频繁的一种漏钢事故。为了预报由粘结引起的漏钢，国内外根据粘结漏钢形成机理开发了漏钢预报装置。当出现粘结性漏钢时，粘结处铜板的温度升高。根据这一特点，在结晶器铜板上安装几排热电偶，将热电偶测得的温度值输入计算机中，计算机根据有关的工艺参数按一定的逻辑进行处理，对漏钢进行预报。根据漏钢的危险程度不同，可采取降低拉速或暂时停浇的措施，待漏钢危险消除后恢复正常拉速。采用热流监测与漏钢预报系统可大大降低漏钢频率。比利时的Sidmar钢厂板坯连铸机自1991年安装了结晶器热流监测与漏钢预报系统后，粘结漏钢由每年的14次降低为1次。此外，热流监测系统还能够根据结晶器内热流状况预报纵裂发生的可能性以及发生的位置。同时，因为保护渣的性能影响结晶器的热流，故热流监测系统所收集的热流数据可用来比较保护渣的性能，为选择合适的保护渣提供依据。

5．二冷水自动控制

同一台连铸机在开浇、浇铸不同钢种以及拉速变化时需要及时对二冷水量进行适当调整。早期连铸采用手动调节阀门来改变二冷水量，人为因素影响很大，在改变拉速时往往来不及调整，造成铸坯冷却不均匀。二冷水的自动控制方法主要可分为静态控制法和动态控制法两类。静态控制法一般是利用数学模型，根据所浇铸的断面、钢种、拉速、过热度等连铸工艺条件计算冷却水量，将计算的二冷水数据表存入计算机中，在生产工艺条件变化时计算机按存入的数据找出合适的二冷水控制量，调整二冷强度。静态控制法是目前广泛采用的二冷水控制方法，在稳定生产时基本能够满足要求。根据二冷区铸坯的实际情况及时改变二冷水的控制方法为动态控制。目前能够测得的铸坯温度仅为表面温度，如果能够准确测得铸坯的表面温度，则可根据表面温度对二冷水及时调整。但是，铸坯表面覆盖的一层氧化铁皮、水膜以及二冷区存在的大量水蒸气严重影响测量结果的准确性。因此，在实际生产中根据实测的铸坯表面温度进行动态控制的方法很少被采用。比较可行的方法是进行温度推算控制法。温度推算控制法的思路是将铸坯整个长度分成许多小段，根据铸坯凝固传热数学模型每隔一定时间(例如20秒)计算出每一小段的温度，然后与预先设定的铸坯所要求的最佳温度相比较，根据比较结果给出最合适的冷却水量。在二十世纪80年代中后期，欧洲、日本以及美国的一些先进的连铸机已逐步采用二冷动态控制系统。我国现有的大部分铸机采用静态控制法控制二冷水量，引进的现代化板坯连铸机、薄板坯连铸机等一般采用温度推算动态控制法进行二冷水的调节。

6．铸坯表面缺陷自动检测 连铸坯的表面缺陷直接影响轧制成品的表面质量，热装热送或直接轧制工艺要求铸坯进加热炉或均热炉必须无缺陷。因此，必须进行表面质量在线检测，将有缺陷的铸坯筛选出来进一步清理，缺陷严重的要判废。目前，比较成熟的检测方法有光学检测法和涡流检测法。光学检测法是用摄像机获取铸坯表面的图像，图像经过处理后，去掉振痕及凹凸不平等信号，只留下裂纹信号在显示器上显示，经缩小比例后在打印机上打印出图形，打印纸的速度与铸坯同步。操作人员观察打印结果对铸坯表面质量做出判断，决定切割尺寸并决定是否可直接热送。当裂纹大于预定值时，应调整切割长度，将该部分切除，尽可能增加收得率。涡流检测法利用铸坯有缺陷部位的电导率和磁导率产生变化的原理来检测铸坯的表面缺陷。

7．铸坯质量跟踪与判定

铸坯质量跟踪与判定系统是对所有可能影响铸坯质量的大量工艺参数进行收集与整理，得到不同钢种、不同质量要求的各种产品的工艺数据的合理控制范围，将这些参数编制成数学模型存入计算机中。生产时计算机对浇铸过程的有关参数进行跟踪，根据一定的规则(即从生产实践中总结归纳出来的工艺参数与质量的关系)给出铸坯的质量指标，与生产要求的合理范围进行对比，给出产品质量等级。在铸坯被切割时，可以在铸机上打出标记，操作人员可以根据这些信息对铸坯进一步处理。

8．动态轻压下控制

轻压下是在线改变铸坯厚度、提高内部质量的有效手段，主要用于现代化的薄板坯连铸中。带轻压下功能的扇形段的压下过程由液压缸来完成，对液压缸的控制非常复杂，需要计算机根据钢种、拉速、浇铸温度、二冷强度等工艺参数计算出最佳的压下位置以及每个液压缸开始压下的时间、压下的速度。目前，国内薄板坯连铸机动态轻压下的设备及控制系统均全套引进。总体上讲，我国的连铸自动化水平与欧、美、日等发达国家相比还相当落后。发达国家的连铸机正朝着全自动、智能化、无人浇铸的方向发展。连铸机的操作人员越来越少。例如，奥钢联林茨厂1997年投产的年产量为120万吨的单流板坯连铸机只有5名操作人员(同类铸机为9人)和两个操作站(一般为5个)。开浇、钢包和保护渣等操作、温度测量、机械手取样、缺陷分析、结晶器液面控制、中间包浸入式水口的更换、漏钢预报、火焰切割、打印标记机的操作等所有运行区域的操作都自动运行。国内除了少数引进和近年来新建的连铸机自动化水平较高以外，其它连铸机基本靠常规仪表和一般电气设备进行控制，计算机控制的项目较少，很多靠手动控制。从普及的程度来看，二冷自动配水已为国内大多数铸机所采用，其次为结晶器液面检测与自动控制。近年来，已有少数连铸机采用中间包连续测温技术，但其它如钢流夹渣检测、结晶器热流监测与漏钢预报、铸坯表面缺陷自动检测、铸坯质量跟踪与判定系统等则很少被采用。从总体趋势看，连铸机的产量越来越高，铸坯质量也越来越好，但连铸机的操作人员却越来越少，这是实现自动化控制的必然结果。因此，如何提高连铸机的自动化水平是摆在国内钢铁企业面前的一个不容忽视的问题。

篇2：连铸控制技术

—特钢连铸研讨会论文

方坯连铸不锈钢技术与质量控制

宝钢股份有限公司特殊钢分公司 陈家昶

上海新中连铸技术工程公司 叶 枫 1.前言

不锈钢的制造技术已有巨大的发展，从上世纪60年代不锈钢开始采用连铸，到1985年全世界不锈钢连铸比已达70%以上，目前西方工业发达的国家不锈钢生产几乎100%用连铸。最近20年来，世界不锈钢产量每年以超过7%的比例增长，1997年不锈钢总产量为1650万吨/年，2006年全球不锈钢产量达到了2840万吨，较2005年产量上升了16.7%。其中，中国的不锈钢产量增加最多，达到了530万吨，比2005年的产量增加了68%，超过日本跃居世界第一。新上马的很多产线释放出了巨大的能力，中国的不锈钢市场和产能前景乐观。

我国不锈钢的连铸起步较晚，80年代才开始起步。经过这几年的发展，我国的不锈钢连铸比提高较快，已经实现大多数的不锈钢品种的生产，但不锈钢连铸的生产和质量控制有一定的难度，在一定程度上制约了我国不锈钢连铸坯的生产。

2.生产工艺和流程

不锈钢冶炼方法有多种，如EAF单炼法、与AOD结合的二步法、与转炉顶底复吹及VOD或RH－OB相结合的三步法等，但目前最有优势、应用最广泛的还是EAF＋AOD的二步法，在冶炼超低碳不锈钢时，也有较多采用AOD+VOD的双联脱碳工艺。因此，一般常用的工艺流程为：

EAF＋AOD＋（VOD）＋CC（IC）

习惯上我们把EAF＋AOD称为两步法，而EAF＋AOD（或转炉顶底复吹）＋VOD称为三步法。

电炉冶炼不锈钢可以选择采用偏心底（EBT）、槽式（Spout）出钢和两种功能都有的双炉壳设计，偏心底炉壳虽然能做到无渣出钢，但在出钢过程很难实施钢渣混冲，影响合金的收得率，而且EBT出钢口易被堵塞，不锈钢冷钢处理困难。因此，在不锈钢母液生产时，电炉一般采用槽式出钢法，它在出钢过程钢渣混冲，能有效提高合金收得率，但同时也带来一个回磷问题，由于不锈钢的脱磷困难、易回磷，这就对废钢和返回料的选择使用带来了严格的，对降低配料成本不利。3.不锈钢连铸

鉴于不锈钢钢种本身的性能特点（钢水粘度较大，易氧化元素较多、传热慢、热膨胀系数大等），其连铸生产的特殊性和难度较大。而且不锈钢品种较多，其中不乏含Ti、Nb、Cu、S、W等元素，钢种的裂纹敏感性强、连铸可浇性较差，对连铸工艺的参数确定和过程控制要求较高。近几年来，随着连铸控制技术和精度的提高，钢水冶炼的纯净度提高，90％以上的不锈钢已连铸成功，但是过程的不稳定性仍然存在。

不锈钢一般分为铁素体、奥氏体、马氏体和双相不锈钢等几类，严格的说，这几类钢种的凝固性能和组织各不相同，浇注性能也并不一致。总体来说，不锈钢连铸工艺可以从以下两类着手：以Ni为主含有扩大奥氏体区元素（Ni、Mn、N、C）的奥氏体不锈钢； 以Cr为主含有扩大铁素体区元素（Cr、Mo、Si、Nb）的铁素体不锈钢。特别还要考虑不锈钢的成份设计的裂纹敏感区，见下图：

由图中可以看出，凝固时新生铁素体对裂纹不敏感，②位置的奥氏体对裂纹敏感、①位置马氏体的淬火裂纹、③位置奥氏体中的相脆性、④位置铁素体的蠕变行为等都对我们的生产凝固工艺提出了挑战。

不锈钢方坯连铸，一般供轧制棒材、卷材、线材和不锈钢管坯成材。从最终的产品性能来看，对方坯连铸坯的表面质量和内部质量要求极高。由于不锈钢品种多，工艺的适应性犹为复杂，我们就一些共性的问题做一下探讨。3.1.表面质量控制

单就热膨胀系数而言，奥氏体钢的值比碳钢大（500℃时大56%，1000℃时大54%），铁素体钢与碳钢相近。这说明奥氏体钢在结晶器内凝固坯壳会过早收缩，更易使坯壳厚度不均匀，容易导致表面凹陷，裂纹等缺陷。而且钢水中的易氧化元素的夹杂物被连铸结晶器保护渣吸附后，保护渣的性能容易恶化，从而影响坯壳与结晶器铜壁之间的液渣流入，形成不均匀渣膜，加剧了传热的不均，对铸坯的表面质量产生严重的破坏。

以目前的技术装备而言，常规连铸机的结晶器振动技术，对连铸坯表面质量造成的直接后果就是产生了振痕，振痕是由于结晶器的周期性振动而在铸锭表面产生的间距均匀有一定深度的横向皱折。由于振痕的普遍存在，因此在一般情况下，已不将它看成是铸坯的表面缺陷或者说振痕是连铸坯的本征缺陷；但是，对连铸坯表面振痕的研究，发现伴随着振痕的产生，皮下往往有磷、锰等合金元素的显微正偏析，容易导致铸坯表面产生微小的横向裂纹，对后步工序产生不利影响，降低了产品各种物理性能横向断面的均匀性。研究表明，振痕是产生表面偏析和裂纹的原因之一。

对于普通钢的振痕，通过热轧加热中的氧化，振痕一般不会对成品质量造成影响；而不锈钢则不同，由于具有高的抗氧化性，较深的振痕难以在热轧中完全消除，如果用这种坯料轧制，就会在轧材表面产生缺陷。因此，不锈钢连铸坯的振痕的修磨率很高，有些厂家的不锈钢连铸坯的修磨率甚至可达100％。

控制和减少表面缺陷，减少修磨量和修磨率是不锈钢降本增效的关键。要做好这方面的工作，主要从结晶器保护渣的选取、振动参数的确定和结晶器铜管锥度的设计（包括结晶器水量控制）等方面着手。

3.1.1 结晶器保护渣

连铸保护渣在连续铸钢的保护浇注中具有非常重要的作用，保护渣的性能取决于浇铸中的实际行为，目前衡量保护渣的标准还是看它实际使用的效果，对它的性能优化只有一个宏观的取向：即提高铸坯表面质量与浇铸质量。不锈钢保护渣的研制可以说是一个世界性的难题，由于不锈钢中含有许多易氧化元素，需要吸收的夹杂物与特钢相比差别较大，保护渣性能的设计与保持对表面质量来说至关重要。奥氏体不锈钢线具有膨胀系数大的特点，冷却过程中气隙出现较早，容易产生凹陷等表面缺陷。一般的保护渣设计时针对凹陷型和黏附 型的钢种有两类不同的设计，凹陷型保护渣的特点是碱度较高（渣液在凝固过程中有析晶现象，渣的粘度曲线有明显的拐点）形成的固态渣膜导热系数较低，以降低传热速度，改善坯壳的凝固状况；黏附型保护渣则通过低熔点、低碱度（易形成玻璃态液相渣膜层）的设计，以达到减少摩擦阻力，提高表面质量的目的。不锈钢保护渣的设计一般采用的是前一种方案。这里要说明一下，由于不锈钢的固、液相线较低，因此不锈钢保护渣的熔点还是较低的。

不锈钢的保护渣耗量一般要大于碳钢的耗量，这一方面是为了形成均匀的渣膜厚度；另一方面由于渣耗量大，保护渣的更新速度加快，可以减轻和稀释被吸附的夹杂物对保护渣的污染。在整个浇铸过程中，钢水弯月面处形成的液渣层要保持足够的厚度以保证其连续流人铸坯与结晶器之间的气隙，从而形成有效渣膜，提高传热效率与均匀度。而不锈钢的容易产生表面凹陷的特性，更需要形成均匀有效的渣膜。在这里保护渣的黏度起了非常重要的作用。

通过一定的推导，我们可以得到一个熔渣层厚度与拉速之间的关系图如下：

渣膜厚度t t(2v1)2 q=qmelt Fe t2*qv 拉速v

图中左边红色曲线表示连铸保护渣的熔化速率高于保护渣消耗速率的情况，过了临界点右边蓝色曲线则表示连铸保护渣熔化速率低于最大消耗速率的情况。由上所述充分表明，保护渣黏度与对整个生产中的热传导性能有着非常密切的关系。在这里，我们仍然要强调的是保证稳定均匀渣膜对连铸坯表面质量的提高大有益处，我们设计选用的保护渣就是要针对连铸钢种的具体情况及拉速水平来进行的。所以在现场浇铸性能的评判上，渣耗是一个很重要的数据。

在不锈钢的结晶器保护渣里，还要注意碳质材料的添加问题。众所周知，为了控制保护渣的熔化速度，通常都在保护渣内配入一定量的炭质材料（炭黑或石墨等），但是绝大部分的不锈钢是低碳或超低碳，很容易引起增碳，特别在振 痕部位容易出现碳的正偏析现象；如果不锈钢表面修磨，一般该种缺陷不会影响下道工序。但未经修磨的铸坯进行轧制时，情况就不相同，我们曾经检测到如下缺陷，在规格为Φ65的304不锈钢连铸管坯上，经穿孔酸洗后发现荒管表面出现螺旋状缺陷，如下图：

电子探针面分析结果表明，荒管缺陷区域内的黑色沟槽中聚集C元素，如下图：

无独有偶，在一个低碳不锈钢连铸坯横向低倍的试样上，对其中心疏松部位做扫描电镜时，也发现了碳质材料的痕迹，如下图：

为此，有些要求高的无碳不锈钢保护渣，采用超细微的金属粉末取代碳质材料，用来控制保护渣的熔化速度，所以在保护渣的选择上，应多方面的考察和试验，才能找到符合不锈钢各钢种质量要求的保护渣。

3.1.2结晶器振动

对振痕的产生机理长期以来一直存在很多理论，如撕裂-愈合机理、机械变形机理、二次弯月面机理、保护渣作用机理等等，但直到今天还没有一个理论能够完整的解释所有的现象。不过有一点目前已达成了共识：即振痕的深度主要与负滑脱时间、负滑脱量有关。因此，研究振动参数控制负滑脱时间对连铸坯表面质量的提高有着非常重要的意义。

早期，负滑脱时间一般认为在0.5s左右对防止粘连及顺利脱模有利，如果超过这个值，就会影响振痕深度，过深的振痕会导致铸坯表面横裂纹的产生。但由于目前连铸设备与浇铸水平提高很快，铸坯与结晶器的脱模已经不再成为主要矛盾，相反随着连铸坯表面质量要求的提高。目前，已有连铸机将负滑脱时间控制在0.1s的水平。

由于负滑脱时间对振痕的深度影响较大，为减小振痕的深度，减少负滑脱时间是一行之有效的方法，在传统连铸过程中，结晶器振动的模式为正弦振动模式，为减小负滑脱时间，只有通过高频小幅振动的方式来实现。但在高频小幅振动条件下，将会在一定程度上减少保护渣的消耗，影响保护渣的流入与渣膜的均匀形成，破坏了初生坯壳和结晶器壁的润滑，从而增加了表面裂纹甚至拉漏的可能。因此应用高频小幅振动减少负滑脱时间的措施虽然有效，但仍然存在一定的隐患，应用上受到限制。

而在非正弦振动条件下，不改变频率，也能达到减小负滑脱时间的目的，这种情况下，与正弦振动模式相比，它的正滑移时间更长，振痕的深度也相应地降低。目前的液压振动控制设备，已成为实现非正弦振动的保证。

多次现场试验测定证明，采用了非正弦振动方式后，结晶器保护渣的渣耗量并没有因为负滑脱时间的降低而下降，反而略微有所上升。这在一定程度上证明了保护渣的液渣基本上是在正滑脱期内流入的机理（目前世界上一直存在有正、负滑脱时间流入的两派争论，前者以韩国浦项为代表，后者以S.Takauchi为代表）。而随着拉速、As值的提高，保护渣的耗量有降低的趋势，因此选取连铸 保护渣要以连铸机正常工艺的拉速范围为依据。

至于振动频率的选择，按照流体力学理论，液体表面波动存在一个本征频率，它与材料本身、断面、深度、液体表面张力等因素相关，相关领域（有色金属）的研究表明，如果实际振频接近系统固有频率时，容易产生共振，此时渣膜通道最大，拉坯阻力最小，铸坯表面最光滑。虽然这个工作不见连续铸钢领域报道，但对我们选择合适的振动参数又多了一个考虑方向。

3.2.连铸坯内部质量

不锈钢的内部质量很大程度上取决于钢种的特性，钢的凝固行为在一定程度上决定了连铸坯内部的铸态组织。根据加藤等人的研究结果，根据含镍不锈钢的Cr/Ni当量比，在铸坯凝固过程中发生如下相变反应：

 Creq/Nieq>2.0：L→L＋δ→δ（α）→δ（α）＋γ

 Creq/Nieq在1.6～1.9：L→L＋δ→L＋δ＋γ→δ（α）＋γ  Creq/Nieq在1.26～1.46：L→L＋γ→L＋γ＋δ→γ＋δ（α） Creq/Nieq<1.2: L→L＋γ→γ

一般可以按Cr/Ni当量比1.5为界，初晶分别为δ相和γ相。初晶相的差别对于微观偏析的程度有着影响，因为溶质元素在δ相的扩散速度约为在γ相中的100倍。所以初晶为γ相时，一般存在明显的微观偏析。微观偏析，特别是P、S的偏析和聚集，对铸坯裂纹的形成存在着很大的隐患。

因此，铸坯的低倍组织与铸坯凝固时的铸态组织存在着一定的区别，有时很难复原分析；对于上列第4种单相组织相变，做金相的微观分析还比较容易。不同的不锈钢钢种表现出不同的宏观组织特性，比较典型的方坯低倍组织如下：

a)铁素体不锈钢的低倍组织

b)奥氏体不锈钢的低倍组织

c)双相不锈钢的低倍组织

针对不锈钢方坯的质量要求，由于各种钢种的差异较大，这里就不详细分析了。但通常用来控制提高内部质量铸态组织要求的是电磁搅拌和二冷控制。

3.2.1．电磁搅拌对铸坯质量的影响

对于不锈钢，电磁搅拌选用的参数与特钢相比变化还是比较大的。下式表示在钢水中产生感应电流与该处磁场作用产生电磁力的大小可用下式表示：

fJB(EB)B

上式中：J 为电流密度；

 为钢水电导率；

 为磁场和钢水相对运动速度速度； B 为磁感应强度；

f 为电磁力；

 为真空磁导率；

E 为电场强度。

通过上式，我们可以认为在相同磁场条件下，电磁力的作用取决于材料的电导率水平，通常不锈钢的电导率略小于特钢，但相差并不大。而对于一般的金属当其温度大于760℃时以及液态的钢水通常都是不导磁的，这方面特钢和不锈钢的特点是一致的。

试验证明，作用于铸坯中心液相的磁感应强度B不锈钢反而要比特钢强一些，这可能是由于不锈钢的合金含量高，液芯的粘度较大，运动时产生的阻力也大；其次，由于不锈钢导热率低，凝固时，其柱状晶生长倾向，大大地高于一般的特钢，因此，如果我们为了达到相同的电磁搅拌效果，一般说来，对于不锈钢无论是M-MES或F-MES工作电流的设定应高一些。

对于方坯而言，电磁搅拌的目的在于减少铸坯的中心疏松和偏析。而对含N、S等不锈钢而言，结晶器电磁搅拌消除皮下气孔及皮下夹杂的作用也是显而易见的。

3.2.2 二冷控制的影响

二冷控制应该结合各种钢种的热物性参数而定，我们如果做差热分析钢种热物性，就会发现，奥氏体的高温相变热流变化比较平缓，相对高温的热裂不敏感，而马氏体的有两个明显的热变流峰（谷）值，在对应的温度区间，热裂倾向强烈。一般来说，如果仅以二冷比水量比较，不锈钢的比水量要低于普碳钢，而且马氏体比水量应<奥氏体比水量<铁素体比水量，具体的钢种因元素的变化还是会有区别，这儿就不一一列举了。

应该指出的是在二冷控制这个环节，过热度和拉速的匹配更为重要。对应于每个钢种的传热特性曲线，我们更因注重各区水量的分配比例，例如对于马氏体钢来说，为了保证铸坯内部的质量，必须采用低过热度低拉速的工艺，在弱冷条件下，可以适当加大上部和下部的水量分配比例，因为在高温下的马氏体强度较好。

4.结语

篇3：板坯连铸技术的自动化控制研究

关键词：板坯,连铸自动化

二十世纪进入工业现代化大发展阶段,在这个社会背景下,节约资源成为主流,连铸技术也随之产生,改变了工业化大生产和钢铁业的格局。

一、板坯连铸技术及其特性

板坯连铸技术是指在钢铁铸造部件中的一种应用性的技术,简单的理解就是连续铸钢,通过铁水进行高温熔化浇铸到固定形状的具有固定尺寸的模具中,以连续浇铸进行批量部件的过程。连铸技术具有如下特点:能够提高浇铸部件的成材率,缩小资源浪费和损耗;减少浇铸中能源材料的损耗量;浇铸生产的产品具有高质量和部件均匀的特点;实现生产过程机械化,自动化;生产成本降低,生产周期缩短,提高生产效率等。连铸技术在钢铁铸造中成功运用,使得炼钢行业在加工过程中发生重大的变化。

二、板坯连铸机器的种类

板坯连铸技术的迅速发展的条件是不断研发改进的连铸机的应用,板坯连铸机结构复杂,操作技术高,在连铸中具有很高的价值和地位,其分类标准也不相同,主要有如下几种分类方式:根据连铸机的类型分成水平式的和立式的、轮带式的;根据其功能分成浇铸方坯式和板坯式、板坯方坯复合式;根据使用不同钢材种类分为不锈钢坯、合金钢铁、特殊钢材的连铸机;根据断面分成板坯、方坯、圆坯连铸机等。

三、连铸机发展的过程

从一百年前的德国就开始了钢铁的连铸浇铸,后来,其他国家也经过多次研究和试验,开始了连续浇铸金属液体的生产。随着能源的消耗,从全球能源危机出现的情况下,也促使了连铸技术的快速推广和发展,形成了五个阶段的演变过程。

第一阶段是在20世纪的50年代期间,在钢铁行业中应用了连铸技术,这个阶段的连铸机器是方坯的立式单流型的设备,生产规模相对较小,虽然应用了连铸技术但是生产力水平并不高,发展速度相对较慢,当时比较著名的设备是苏联在1951年建成的不锈钢板坯连铸机。

第二阶段是20世纪60年代的弧形连铸机的问世,这种设备的建造加快了连铸技术在行业应用,提高了生产效率,节约了资源和投资的费用,代表连铸机是1960年设计的弧形连铸机。

第三阶段是20世纪70年代研发的各种型号的浇铸断面连铸机,他不仅能够增加产品的品种,而且还能提高产品质量,降低了故障产品,提高效率,代表连铸机是1977年美国投资生产的宽坯连铸机。

第四阶段是20世纪80年代生产的直弧形连铸机,它具有提高钢水纯度和防氧化功能,能够让连铸操作人员以自动化的形式进行作业,提高了连铸机的功能。

第五阶段是20世纪90年代出现的高效连铸机,它具有高产量,高质量,高性能,高效率,高自动化,高机械化的优点。

四、自动化控制程序在板坯连铸技术中的应用

(一)液压远程调整系统。

液压远程调节系统,也称为在线调宽系统,它是用于改变结晶器宽度和锥度的系统。其工作原理如下:两个矩形宽面和两个矩形窄面组成一个液压远程调节结晶器。液压远程调节系统是由PLC来操作和控制的,它通过给二级计算机发送信息,以及将信息反馈到传感器和电磁阀来进行控制系统与操作站的通信。

(二)液面自动控制系统。

这个系统是通过使用中间包塞棒来控制液体的位置和流向的。它主要由液位控制PLC和可编程控制器来操作和控制,也可以从铸流PLC和二级PC接收指示并提供信息。

五、结语

总之,板坯连铸生产钢材部件引入机械化生产不仅能够改善连铸机本身的功效的施展,更能让操作者感受到它智能化,方便性,可靠可控性的优点。通过连铸技术配以自动化的连铸设备,大大提高板坯连铸生产产品的质量和效率,提高了生产量,节约资源,提高产品回收率,从而降低成本,节能降耗。

参考文献

[1]杜胜勇.持续创新的板坯连铸技术[A].2014年高品质钢连铸生产技术及装备交流会论文集[C],2014.

篇4：单晶连铸炉电气控制系统设计

【关键词】连铸炉;PLC控制;控制系统;自动化

1.文献综述

随着科技的发展，为了减少劳动力再生产线上的机械劳动，寻找创新的道路开发利用，节约不必要的人力支出和人员劳动，开发了自动化生产流水线。自动化生产线是产品生产过程所经过的路线，即从原料进入生产现场开始，经过加工、运送、装配、检验等一系列生产生产线活动所构成的路线[1]。然而这些自动化的操作大量的节约了成本。

本设计是为了实现连铸炉手动和自动化的转化，改变连铸炉单纯手动送料，减少了劳动力，提高了生产效率，实现了自动化生产！不仅可以提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

热性连铸法又称OCC法（Ohno Continuous Casting），它是由日本千叶工业大学教授大野笃美（A.Ohno）于1978年发明的[２]。

热型连铸：是将定向凝固与连续铸造巧妙结合起来的一种新工艺。所谓定向凝固，就是指在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属盒非凝固金属熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使型壁上形核后沿着与热流相反的方向，按要求的结晶取向进行凝固的技术。

随着社会和科学技术的发展，工业生产的操作方式也发生着革命性的变化，从手工作坊式的劳动，逐渐演变成自动化、智能化的生产方式，人类也逐渐无法完成某些生产过程，所以为了适应生产的需要出现了特殊的生产设备—单晶连铸机。与此同时也出现了一些新的生产活动，在这些生产活动中，有些是属于高危险的，对人体伤害较大，有些领域不适宜人类工作长时间的工作，则单晶铜连铸正好适应这类工作。防止了一些金属液体对人类的伤害[５]。

在当今大规模制造业中，企业为提高生产效率，保障产品质量，普遍重视生产过程的自动化程度，工业机器作为自动化生产线上的重要成员，逐渐被企业所认同并采用。工业机器的技术水平和应用程度在一定程度上反映了一个国家工业自动化的水平[６]，单晶连铸设备是按照给定程序、轨迹和要求实现自动移动、自动升降、自动控温操作的自动机械装置。实现了自动化的工作并减少了很多不必要的人工劳动。本文对单晶连铸设备利用PLC的控制进行了一些具体的研究。

2.研究内容

2.1单晶连铸设备基本工作原理

单晶铜连铸设备生产铜杆的工艺过程：电解铜板（切片）—共频感应电炉熔炼—保温炉保温（静置、过滤、防氧化等）—单晶铜连铸—收线成盘。从文献[３][４]和我们的实验结果中得出将连铸单晶铜的工艺参数确定为铸型温度1108℃~1100℃。连铸速度为100~150mm/min。液位高度为5~10mm。冷却水量为25~50l/h。冷却距离为30~40mm。将PLC应用到牵引系统、液位升降、液位探测、收线控制、温度控制中。然后将PLC和计算机通过PC/PPI线连接，通过工业自动化工控组态软件实现自动化控制。

2.2 系统方案

此次研究的课题是来源于电气工程及其自动化专业高地建设项目中柔性自动化生产流水线的物料装配，所设计的是单晶铜连铸设备的电气控制系统。利用PLC来控制，用变频电机来驱动牵引机，来实现牵引机的平稳运行。

由于这次方案中涉及到不同方向的运动轨迹，需要通过设置频率来控制变频电动机的运行速度，可以把运行速度定位单位速度，通过控制编码器来控制和显示牵引机的牵引速度。

2.3单晶连铸设备PLC控制系统的结构框图

单晶连铸设备PLC控制系统的工作原理十分简单，采用S7-300对牵引机进行控制，从而达到水平引锭和拉拔的功能。通过S7-200PLC对牵引电机的正反转的控制，可使引锭铜杆运动到不同的工位。驱动牵引电机使运动方向沿X轴的正反方向来进行工作得到引锭的目的。单晶铜连铸设备电气控制系统由PLC、传感器、变频电机、驱动器、电磁阀、调功模块、仪表、工控机、接触器、继电器、双速电机、加热元件等元器件组成。

单晶连铸机启动—停止按钮负责整个系统的停止和启动。传感器主要负责检测铜液的温度。对于主要的输出设备有以下几方面：主要是通过PLC控制主炉、横炉、型口的温度，通过PID整定后精确的控制温度。使温度梯度变化在可控的范围内。对于引锭和拉拔由两台变频电机来控制。对于铜液液位控制通过牵引速度反馈给PLC信号通过运算来控制升降电机动作。升降的距离由高灵敏度接近开关和液位探针控制。至于铜的熔化由中频炉控制。铜液的保温由碳化硅加热元件通过调功模块、温控仪表来控制。整个过程由工业自动化工控软件完成。

单晶设备启动后选择所要求的工作方式，自动或手动方式，选择手动方式时在控制台上操作相关的动作按钮实现其动作。当选择自动方式时，PLC根据编程指令开始执行所有动作。完成引锭和牵引等工作。实现生产任务。

2.4 硬件系统设计

单晶铜连铸设备电气控制系统的输入信号由各种开关、按钮、传感器、位置信号等组成，实时反映连铸机当前工作状态。输出信号主要由各种电磁气阀、变频电机、驱动器、温控仪及各种状态指示灯等组成。根据控制要求列出输入输出信号。

3.工作特色及其难点，拟采取的解决措施

3.1 工作特色及其难点

在此次的课题设计中，利用西门子s7 200系列的ＰＬＣ驱动变频电机的方法实现对牵引电机的控制。插入引锭杆引锭的工作原理是运用牵引机在X轴上正反转的运行方式来实现。插入深度由光电开关控制。而目前我所遇到的难点在于如何实现plc对于单晶铜杆在生产过程中出现问题后的控制。如何利用可编程控制器PLC来实现对单晶铜杆质量的过程控制，保证单晶铜连铸设备高效节能又能安全可靠的运作。

3.2 拟采取的解决措施

看一些相关书籍，查找有关的资料，对照前人的成果和自己的计算，思考和分析其中的规律。并且归纳和总结，使得自己更好的掌握和理解相应的知识。

4.预期成果及其可能的创新点

预期成果：通过查阅文献和资料，了解单晶铜连铸设备的工作流程，通过设计单晶铜连铸设备的控制系统，达到预期的要求能够正常运行，可进行模拟调试。可使各个电器元件都能够在所要求的条件下正常的工作。

【参考文献】

［１］张万忠等.可编程控制器应用技术.北京:化学工业出版社，2002.

［２］大野笃美.金属的凝固理论、实践及应用[M].机械工业出版社,1983.

［３］许广济等.热型连铸工艺参数对铸锭表面质量的影响[J].甘肃工业大学学报,1999,25(3):27-31.

［４］余业球等.热型连铸工艺的开发应用[J].铸造技术,2006,12(12):1357-1359.

［５］常斗南.可编程序控制器原理、应用、实验[M].北京;机械工业出版社,2000.

篇5：连铸控制技术

在现代板坯连铸系统中，变频调速控制技术已在各个设备中广泛应用;主要包括推钢机、火焰切割机、输送辊道、扇形段辊道、结晶器振动、中间罐车以及大包回转台等。一般来说，PLC 是通过 Re-mote I/O Scanner 通讯方式来把控制命令传输给变频器的，与此同时，变频器也将其实时状态反馈给 PLC 系统。另外，控制程序主要借助 MOV 指令来把速度、正反转以及启动停止命令以信息的形式传送给变频器，然后利用变频器的变频调速功能对整个系统进行自动控制。

3.2 铸流自动跟踪技术

铸流自动跟踪系统主要是利用物理上的光电转换原理进行工作的，通过增量式编码器来完成自动跟踪。增量式编码器可以直接利用光电转换原理来输出 A、B 以及 Z 相三组方波脉冲;其中，A、B两组方波脉冲的相位差为 90°，所以能够比较方便的判断出旋转方向;与此不同的 Z 相每转一个脉冲，所以其常应用与对基准点的科学准确定位。增量式编码器的技术含量较高，其平均寿命可达几万小时以上，而且其构造原理较为简单，抗干扰的能力较强，有较高的可靠性，比较适用于长距离的传输。一般来说，A-B 增量型编码器多安装在扇行段驱动辊的电机上，铸流 PLC 依据增量式编码器发送的脉冲数来自动计算并完成浇注模式、送引锭模式下的铸坯测长、电力测速以及二冷区配水等全自动控制。

3.3 大包下渣检测技术

大包下渣检测技术是用于检测包内钢水含渣量的.一项技术。这个系统主要通过高度自动化、智能化的平衡补偿技术并比较钢渣与钢水导电率来检测钢渣在钢水中的含量，其中还要用到电磁感应的物理原理来对含量进行检测，然后会通过声光报警的方式提醒相关操作者及时发出大包水口关闭信号或自己手动关闭大包滑动水口，以此来控制大中包中钢水的钢渣含量，进而提高钢水的清洁度，提升其质量;除此之外，还有效避免了繁琐的除渣工作，也可以提高钢坯质量。

3.4 液面自动控制技术

液面自动控制是通过涡流传感器来对拉坯及浇钢的速度进行调节的一项技术。一般来说，涡流传感器具有连续测量结晶器钢水液面的功能，它可以输出一系列模拟数据，一般包括随液面高度线性变化的电压以及电流，再把信息传送给液面调节系统，以此完成对拉坯以及浇钢速度的自动控制，使钢水液面得以稳定在预定高度。这样一来，就可以有效的提高连铸机的工作效率，提升其工作质量，防止溢钢及漏钢事故的发生，对钢坯的质量进行有效的保证。

3.5 红外定尺技术

所谓的红外定尺即是通过红外摄像的方式对钢坯进行相关数据识别。利用红外摄像设备对红热钢坯进行远距离实时成像，将所成图像转化为数字化信息，然后传送给 CPU，再利用 CPU 的计算与模糊识别功能对数字化信息进行相关计算与识别处理，再按照提前设定的定尺长度向 PLC 传送切割切割信号，使 PLC 控制火焰切割机对钢坯进行切割。这个系统的技术含量较高，一般具备操作维护简单、控制精度高以及检测可靠的特点，在钢坯处理中发挥非常重要的作用。

4 结束语

综上所述，在板坯连铸系统之中 PLC 控制的应用，对于准确、快速控制的实现，连铸自动化水平、铸坯质量与产量的提高具有非常重要的作用，而且能够降低能源消耗，降低机械故障的停机率，使得铸机的作业率得以有效提高，除此之外，还大大改善了工作环境，提高了工人的工作效率。因此，PLC 控制系统在板坯连铸系统之中值得推广应用。

参考文献

[1]黎华.PLC 在 4 号板坯连铸系统中的应用[J].柳钢科技，2007(1)：23-24.

[2]冯科，韩志伟，毛敬华.连铸板坯质量控制的系统技术[J].钢铁技术，2010(5)：7-9.

篇6：炼钢厂1#连铸自动控制系统概述

五矿营钢 宁鸿森

摘要：本文主要介绍炼钢厂1#板坯连铸机自动控制系统的构成,概述其各控制单元的作用，以便连铸区域维护人员对铸机维护的参考。

关键词：连铸机；自动控制；可编程控制器。

Abstract：This text mainly introduces the No.1 slab caster at steelmaking plant automatic control system, an overview of the control unit, so that the casting area maintenance personnel for casting machine maintenance reference.Keywords：continuous casting machine；automatic control；programmable logic controller。

五矿营口中板有限责任公司炼钢厂1＃板坯连铸机的设计机型为单流直结晶器连续弯曲连续矫直弧形式铸机，其铸机的弧形半径为8.4m，连铸机的冶金长度为29.5m（12个扇形段），铸机端面为200、250x1200～1600mm(100mm进级)，切割定尺长度为4800～10000mm(10mm进级)，拉速范围0.1～2.0m/min。

连铸机控制系统采用模块化结构设计，由4套西门子PLC实现铸机的主体工艺功能，各主控制单元分别为公用PLC（siemens 400）、铸流PLC（siemens 400）、仪表PLC（siemens 400）、切割PLC（siemens 300），各主PLC之间通讯采用以太网通讯方式，主PLC与各现场单元采用PROFIBUS-DP通讯方式。

连铸机控制系统包括以下几部分：

1、公用PLC单元构成及功能：

1.1、公用PLC单元构成：公用PLC单元由主控制PLC、现场远程I/O、西门子工程变频器三部分设备构成。

1.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 407作为控制系统供电设备；采用西门子6ES7 416作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 443作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 421、422作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 431作为外部模拟量输入的接口设备。具体设备见图1。

图1 1.1.2、现场远程I/O采用西门子ET200 153作为与主控制PLC进行DP通讯的接口设备；采用西门子6ES7 321、322作为现场数字量输入输出的接口设备。现场远程站包括大包回转台现场操作远程站（OS5）、中包车现场操作远程站(LCO07、LCO08)、液压站现场操作远程站(LCO35)。1.1.3、西门子工程变频器采用西门子6SE70变频器作为公用系统中大包回转台旋转电机、中包车走行电机的驱动装置。

1.2、公用PLC单元功能：公用PLC单元的功能包括大包回转台旋转控制；大包回转台包臂升降、滑动水口开闭控制；中包车走行、升降控制；液压系统控制；排蒸汽风机启停控制；结晶器冷却风机启停控制；与西门子6SE70变频器的DP通讯；与其他主PLC以太网通讯。

2、铸流PLC单元构成及功能：

2.1、铸流PLC单元构成：铸流PLC单元由主控制PLC、现场远程I/O、西门子工程变频器三部分设备构成。

2.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 407作为控制系统供电设备；采用西门子6ES7 416作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 443作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 421、422作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 450作为增量型编码器高速采集的接口设备。具体设备见图2。

图2 2.1.2、现场远程I/O采用西门子ET200 153作为与主控制PLC进行DP通讯的接口设备；采用西门子6ES7 321、322作为现场数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 332作为现场模拟量输出的接口设备。现场远程站包括浇注平台浇注工现场操作远程站（OS1）、输出辊道1集中操作远程站（OS3.1）、输出辊道2集中操作远程站（OS3.2）、液压站阀台控制远程站、扇形段现场就地操作远程站(LCO20)。2.1.3、西门子工程变频器采用西门子6SE70变频器作为铸流系统中扇形段拉矫机电机、结晶器振动电机、输出辊道电机的驱动装置。

2.2、铸流PLC单元功能：铸流PLC单元的功能包括拉矫机驱动控制；扇形段升降、驱动辊升降控制；结晶器振动控制；输出辊道窜动、电机驱动控制；驱动辊热坯压力（PH）的PI控制；与西门子6SE70变频器的DP通讯；与其他主PLC以太网通讯。

3、仪表PLC单元构成及功能： 3.1、仪表PLC单元构成：仪表PLC单元由主控制PLC、扩展PLC两部分设备构成。

3.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 407作为控制系统供电设备；采用西门子6ES7 416作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 443作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 421、422作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 431、432作为外部模拟量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 460、461作为主控PLC模板扩展的接口设备。具体设备见图3。

图3 3.2、仪表PLC单元功能：仪表PLC单元的功能包括结晶器冷却水PI控制；二次冷却水及雾化空气的PI控制（水量依据水表根据拉速选择）；设备冷却水控制；大包及中间包温度、重量的数据采集；与其他主PLC以太网通讯。

4、切割PLC单元构成及功能：

4.1、切割PLC单元构成：切割PLC单元由主控制PLC、西门子通用变频器两部分设备构成。

4.1.1、主控制PLC采用西门子6ES7 315作为核心控制器及DP通讯的接口设备；采用西门子6GK7 343作为以太网通讯的接口设备；采用西门子6ES7 321、322作为外部数字量输入输出的接口设备；采用西门子6ES7 350作为增量型编码器高速采集的接口设备。具体设备见图4。

图4 4.1.2、西门子通用变频器采用西门子Micromaster 440变频器作为切割车大车走行电机、切割枪运动电机的驱动装置。

4.2、切割PLC单元功能：大车走行电机驱动控制；切割枪运动电机的驱动控制；点火燃、点火氧、预热燃、预热氧、切割氧的自动控制；点火枪自动摆动及点火的控制；大车走行编码器数据的采集；与西门子MM440变频器的DP通讯；与铸流主PLC以太网通讯。

5、总结：

连铸机系统在上述各主PLC的集中控制下，大幅度降低了生产工艺人员的手动操作的复杂性，并且对设备人员的维护提供了有效的帮助，在设备出现故障时可通过西门子编程软件STEP7及西门子监控软件WINCC可以快速的查找到故障点，提高了故障处理的效率。同时，设备中的三水（结晶器冷却水、二次冷却水、设备冷却水）和切割定尺通过PLC执行工艺预制的参数进行动态控制，不仅提高了工艺作业的精确度同时也在一定程度上提高了连铸板坯的内部及表面质量。

参考文献

1、五矿营钢1＃连铸工艺说明书，2005

2、S7－300/400 PLC应用技术，机械工业出版社,2012