張國菊
（山西云時代太鋼信息自動化技術有限公司， 山西 太原 030003）
摘 要：設計了一種有效連鑄中間包平衡系統(tǒng)，即通過對液壓系統(tǒng)進行改造并增加先進的平衡檢測傳感器和PLC 設備，開發(fā)與之相應的軟件，從而動態(tài)的矯正中包的傾斜，有效解決了現(xiàn)場所遇問題，間接提高了拉坯速度和鑄坯質量，同時該系統(tǒng)可減少由于中間包不平衡對液壓缸的損耗，提高了液壓缸的使用壽命。
關鍵詞：中包平衡；平衡傳感器
液壓控制 傾斜角度連鑄是鋼鐵冶金生產的重要環(huán)節(jié)，中間包又是連鑄生產的關鍵，在整個澆鑄過程中，中間包必須保持在一個固定的水平位置，而現(xiàn)在大多煉鋼廠中包車中間包由于液壓及偏載的原因在使用過程中普遍存在無法保持平衡的問題。本文圍繞著連鑄生產過程中間包平衡設計了一種有效的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過對液壓系統(tǒng)進行改造，增加先進的平衡檢測傳感器和 PLC 設備，并開發(fā)與之相應的軟件，動態(tài)的矯正中間包的傾斜，以實現(xiàn)鋼水由中間包進入結晶器的過程中由于中間包不平衡造成的相關問題，實現(xiàn)中包的控制，提高拉坯的穩(wěn)定控制和鑄坯質量，同時該系統(tǒng)可減少由于中間包不平衡對液壓缸的損耗，從而提高液壓缸的使用壽命。
1 改造前設備狀況
大多數(shù)鋼廠連鑄生產過程，中間包水口都不能保持一個固定的水平位置，存在水口偏流的現(xiàn)象，從而引起液壓缸受力不均磨損嚴重，甚至會造成漏鋼停產等事故；同時在對水口插入深度的控制中，需多次較準，不僅浪費人力，而且影響生產節(jié)奏。
現(xiàn)在生產過程中遇到中包車無法保持平衡的情況下，一般現(xiàn)場采取支墊方式，在不同高度需要加減不同墊塊，并且在上升和下降過程中不能調整水平。 不能完全解決存在的問題，而且存在安全隱患。
2 系統(tǒng)構成
該系統(tǒng)涉及對控制部分和液壓部分的改造，通過在中包車梁上安裝的先進角度傳感器檢測中間包的傾斜角度，通過角度與水平標定對比計算液壓缸動作，使中間包始終處于動態(tài)平衡中；在液壓缸供油回路增加旁路，新增節(jié)流閥、逆止閥、電磁閥共同構成液壓缸輔助給油回路，并增加調速閥組，解決相鄰兩臺中間罐車的頂升缸同步精度差的問題，整個系統(tǒng)配置如圖 1 所示。
2.1 控制部分系統(tǒng)設計
在中包車梁上安裝平衡傳感器。其工作原理為：在傳感器內封裝著電解液，電解液隨著現(xiàn)場安裝位置的角度變化而流動，流動到下部電極上，造成電極間電導率變化。從而通過電導率的變化、輸出不同的電流信號，反算出安裝位置的水平方向的偏移情況。
本系統(tǒng)中采用先進的角度傳感器 NS-5/PI，檢測數(shù)據(jù)精確，檢測精度可達 0.01°，檢測范圍可達依5°，能有效的檢測中間包傾斜狀態(tài)。傳感器安裝在中包側面，與水平垂直，輸出 4~20 mA 信號直接由 PLC 控制器模擬量接入端，信號輸入 PLC 后經運算得到中間包具體傾斜角度。
系統(tǒng)采用了穩(wěn)定可靠且具有較高響應運算速度的 S7-300PLC 進行信號處理和邏輯控制。PLC 通過檢測并采集平衡傳感器數(shù)值，采用 PID 對電磁閥進行脈沖控制，把平衡傳感器偏移角度作為被調參數(shù)進行調節(jié)控制，為了適應控制對象的特性，獲得理想的控制效果，控制方式采用自整定控制。運用自整定的方法，相較于手動參數(shù)設定，在過程動態(tài)特性時變的變量控制方面，控制器參數(shù)的整定可以自動整定完成，并具有自動校正能力，以補償過程時變，故而在整定速度和精度上，都有較大的提高。在自整定時，為了保證設備工作在穩(wěn)定范圍內，需要根據(jù)實際變量時變范圍，限制輸出范圍在死區(qū)之內，并且在自整定過程中，拐點的確認是關鍵，要確保變量階躍分辨率合適，不然分辨率較小，會使變化過程中不會出現(xiàn)拐點，較大的話，可能引起超調，影響控制效果（見圖 2）。
此外，由于液壓控制頻度較高，幅度很小，在控制過程中，對外部干擾很敏感，尤其是平衡調節(jié)時，電磁攪拌也在工作運行當中，電磁干擾較強，影響到平衡調節(jié)的控制效果；經過試驗數(shù)據(jù)分析，編制適用的濾波算法，消除電磁攪拌干擾、共模干擾等外部干擾源引起的信號突變，有效提高控制的穩(wěn)定性（見圖 3）。
2.2 液壓部分系統(tǒng)設計
中間包角度傾斜主要由液壓系統(tǒng)實現(xiàn)，如何實現(xiàn)角度與液壓缸動作連鎖是控制的關鍵。在液壓缸供油回路增加旁路，新增節(jié)流閥、逆止閥、電磁閥共同構成液壓缸輔助給油回路，這樣在快速動作過程中可以加快運行速度；在檢測到中間包偏移時，控制節(jié)流閥和電磁閥，使液壓鋼角度得到微調，實現(xiàn)保持在一個固定的水平位置的目的。
在原來的液壓系統(tǒng)基礎上增加調速閥組HI425-00，如圖 4 所示。在兩缸僅從主油路進油時，若左缸頂升偏慢則電磁閥 D1 得電，液壓油經電磁閥 D1、調速閥 J1 和單向閥 V1 進入左缸增快左缸頂升速度，至與右缸同步時電磁閥 D1 斷電，所增加的速度快慢可通過調速閥 J1 來調節(jié)。反之若右缸頂升偏慢則電磁閥 D2 得電，液壓油經電磁閥 D2、調速閥J2和單向閥 V2 進入右缸增快右缸頂升速度，至與左缸同步時電磁閥 D2 斷電，通過調節(jié)調速閥 J2 來調節(jié)增加的速度。另外兩路供第二臺中間罐車調整油缸頂升速度用。
3 實施效果
本系統(tǒng)應用于連鑄生產過程中間包平衡控制中，取得了良好的效果。系統(tǒng)投運后，達到了動態(tài)矯正中包傾斜問題的目的，并且操作簡單，方便維護。本方法檢測精度小于 0.02°，控制精度小于 0.15°，響應時間小于 100 ms，動態(tài)控制時間，小于 2 s，有效地解決了所遇問題，提高拉坯速度及鑄坯質量；同時該方法可減小由于中間包不平衡對液壓缸的損耗，提高液壓缸的使用壽命。
4 結語
本文針對煉鋼廠連鑄生產工藝澆鑄過程中中間包不能一直保持在水平位置的實際問題，設計了一套有效的連鑄中間包平衡系統(tǒng)，本系統(tǒng)通過對液壓系統(tǒng)進行改造，增加先進的平衡檢測傳感器和 PLC設備，并開發(fā)與之相適應的軟件，動態(tài)矯正中包的傾不良率由原來的 0.05%下降到 0.003%，達到了客戶的期望值，重新獲得了市場認可。根據(jù)攻關可以得出：
1）盤條氧化鐵皮去除不凈是焊絲鍍銅不良的直接原因。而造成氧化鐵皮難以去除的原因比較復雜，涉及到盤條生產工藝、表面缺陷、水質等各個方面。
2）加熱爐均熱段溫度在 1 150 ℃以下時，可有效控制難去除的 Fe2SiO4 的生成。
3）除鱗水壓力由 8 MPa 提高至 15 MPa 以上，鑄坯表面氧化鐵皮可有效去除，并改善盤條表面鋸齒狀缺陷。
4）采用合理的吐絲溫度、輥道速度以及冷卻速度等措施，可以有效控制盤條氧化層厚度和成分，生成適用于機械剝殼工藝的氧化鐵皮結構。
5）盤條表面銹蝕、不圓度大以及表面形狀不規(guī)則等也可在一定程度上影響盤條氧化鐵皮的去除效果，可通過控制水質、存放環(huán)境和換輥頻率進行改善。
參考文獻
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