煉鋼廠連鑄泵房電氣設(shè)備適應(yīng)性改造措施探討

劉小強(qiáng)

【摘? 要】煉鋼工業(yè)中，連鑄機(jī)承擔(dān)著重要的工具職能，其并不是單一的機(jī)械設(shè)備類型，而是集澆鋼、切割、收集、輸送等多種結(jié)構(gòu)于一體的核心設(shè)備體系。做好這一設(shè)備體系的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，對(duì)煉鋼工業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量的發(fā)展具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】連鑄;工藝;控制系統(tǒng);電氣控制

引言

煉鋼產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的重要基礎(chǔ)工業(yè)，它為國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了突出的貢獻(xiàn)。隨著市場(chǎng)需求的變更和發(fā)展，鋼鐵企業(yè)的技術(shù)要求也愈來(lái)愈高，促使了它們不斷地加強(qiáng)技術(shù)的革新、設(shè)備的換代。

1.連鑄機(jī)的工藝設(shè)備

連鑄機(jī)的整個(gè)工藝流程比較復(fù)雜，需要用的設(shè)備有回轉(zhuǎn)臺(tái)、鋼水包、中間包和更換裝置、冷卻水系統(tǒng)、結(jié)晶器、振動(dòng)裝置、切斷裝置和引錠設(shè)備等。每個(gè)設(shè)備起到的作用都各不相同，熟悉設(shè)備運(yùn)行的作用就能熟悉整個(gè)工藝操作流程。中間包的作用是緩沖并凈化鋼液，它的容量不需要太大，一般為鋼水包的20～40%，而且隨著鑄機(jī)流數(shù)的增大，中間包的容量也會(huì)增大。結(jié)晶器是連鑄機(jī)的核心，需要有良好的耐磨性、導(dǎo)熱性和剛性，具備這些特訓(xùn)的結(jié)晶器便于制造和維護(hù)。振動(dòng)裝置的作用是讓結(jié)晶器做周期性的振動(dòng)來(lái)防止粗胚與結(jié)晶器產(chǎn)生粘附，振動(dòng)裝置使用正弦波，頻率和振幅都與拉速匹配，可確保鑄坯的質(zhì)量與產(chǎn)量。冷卻裝置一般安裝在結(jié)晶器的出口位置，借助水來(lái)冷卻鑄坯的溫度。為了防止高溫的鑄坯出現(xiàn)內(nèi)裂和鼓包，需要嚴(yán)格控制冷卻系統(tǒng)的水壓與水量。引錠裝置的用處是在連鑄前將凝固后的鑄坯牽引出來(lái)放入存放裝置。切割裝置時(shí)利用鑄坯的運(yùn)動(dòng)來(lái)對(duì)其進(jìn)行切割，通常由火焰切割器和液壓切割等措施。

2.連鑄機(jī)控制系統(tǒng)

在連鑄機(jī)的電氣化自動(dòng)控制系統(tǒng)中，一般包括傳動(dòng)交流裝置、電氣元件、智能儀表等，在PLC控制系統(tǒng)的支持下，實(shí)現(xiàn)各儀器之間的信息傳輸，對(duì)連鑄過(guò)程的實(shí)時(shí)信息進(jìn)行有效的監(jiān)控與處理。連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)具體可以分為以下幾個(gè)系統(tǒng)：

2.1液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)

在液壓系統(tǒng)中，又可細(xì)分為維修液壓系統(tǒng)、出坯液壓系統(tǒng)、結(jié)晶液壓系統(tǒng)和液壓主系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)的主要功能便是通過(guò)配備的液壓傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控連鑄過(guò)程中鋼液的壓力大小，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂葡到y(tǒng)，相關(guān)專業(yè)人員可以通過(guò)鋼液的實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析總結(jié)，根據(jù)液壓數(shù)據(jù)對(duì)連鑄過(guò)程進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，保證液壓處于穩(wěn)定狀態(tài)，有利于連鑄過(guò)程的順利進(jìn)行。在潤(rùn)滑系統(tǒng)中，主要是進(jìn)行潤(rùn)滑脂的分配，確保在連鑄過(guò)程中鑄坯在錕道轉(zhuǎn)換中引起劃痕，而潤(rùn)滑系統(tǒng)的自動(dòng)化控制，有條不紊的進(jìn)行潤(rùn)滑脂分配，保證了連鑄過(guò)程中供脂的穩(wěn)定性。

2.2鑄流控制系統(tǒng)

一般控制結(jié)晶器等部分，包括結(jié)晶震動(dòng)裝置、下液壓裝置、壓力系統(tǒng)等，在進(jìn)行澆鑄時(shí)，就可以在電氣化自動(dòng)系統(tǒng)的幫助下，對(duì)澆鑄的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行反饋，更加精確的檢測(cè)結(jié)晶器的穩(wěn)定性、液面控制等，提高連鑄過(guò)程中鑄坯的生產(chǎn)效率。

2.3后臺(tái)控制系統(tǒng)

后臺(tái)控制一般包括后部錕道、出坯設(shè)備的控制等，其主要設(shè)備由對(duì)中裝置升降擋板、切割設(shè)備、脫引錠設(shè)備等，在連鑄過(guò)程中，后臺(tái)設(shè)備的各種參數(shù)需要更加的精密，測(cè)定的參數(shù)也比較多，這便需要更加先進(jìn)的儀表設(shè)備，通過(guò)參數(shù)設(shè)定精確的切割車軌道，保證切割槍的精確操作，使得切割的鋼材有較高的精確度，提升鋼材質(zhì)量。

2.4平臺(tái)控制系統(tǒng)

一般為澆筑設(shè)備，包括中間包、鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)、結(jié)晶排煙風(fēng)機(jī)等，通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行中間包移動(dòng)、鋼水運(yùn)送等。

2.5儀表控制系統(tǒng)

儀表主要用于檢測(cè)中間包、鋼水罐、冷卻水水管和焦?fàn)t的溫度，鋼水罐和中間包的重量，焦?fàn)t氧氣、中間包氬氣、冷卻水、焦?fàn)t總管煤氣的流量與壓力，以及降溫結(jié)晶器的水溫差等相關(guān)設(shè)備參數(shù)。在對(duì)連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，本文通過(guò)鋼鐵工業(yè)與加工工藝的實(shí)際需求，將其設(shè)置為分散控制的集散控制系統(tǒng)、集中操作等，在主控制系統(tǒng)中，又設(shè)置液壓潤(rùn)滑、后臺(tái)控制、鑄流控制等系統(tǒng)的子系統(tǒng)，對(duì)生產(chǎn)運(yùn)作進(jìn)行嚴(yán)格管理。

3.連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集散設(shè)計(jì)

3.1自動(dòng)化系統(tǒng)的集散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

連鑄機(jī)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的集散結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體系主要包括集中控制層、通信網(wǎng)絡(luò)層、分散控制層以及信息管理層四個(gè)部分。具體來(lái)講：

第一，集中控制層。這一系統(tǒng)層次應(yīng)包含工程師站、出坯室監(jiān)控站、切割室監(jiān)控站、連鑄機(jī)監(jiān)控站、操作人員操作站等結(jié)構(gòu)。其中，工程師站主要負(fù)責(zé)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)控制程序的編制與修改，操作站主要負(fù)責(zé)連鑄機(jī)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的人工把控，各監(jiān)控站主要負(fù)責(zé)連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行中各項(xiàng)參數(shù)、各類風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)視、排查與報(bào)警。

第二，通信網(wǎng)絡(luò)層。這一系統(tǒng)層次是電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息傳輸基礎(chǔ)，其主要依托布設(shè)于連鑄機(jī)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的總線，實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制內(nèi)網(wǎng)的搭建，進(jìn)而為各系統(tǒng)環(huán)節(jié)的交互反饋、數(shù)據(jù)顯示提供條件。為了保證以太網(wǎng)通信功能的發(fā)揮質(zhì)量，應(yīng)在通信網(wǎng)絡(luò)層中設(shè)計(jì)出客戶機(jī)、服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)等結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中各類工況數(shù)據(jù)的平臺(tái)上傳、崗位互聯(lián)與實(shí)時(shí)存儲(chǔ)。此外，還需通過(guò)交換機(jī)、光纖等通信設(shè)備，建立起設(shè)備機(jī)房、操作室、電氣室等場(chǎng)所中計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的信息通道，以便相關(guān)人員對(duì)連鑄機(jī)運(yùn)行環(huán)境的整體狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，避免連鑄機(jī)與自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)生故障問(wèn)題。

第三，分散控制層。這一系統(tǒng)層次主要以PLC自動(dòng)控制中心為核心，應(yīng)保證連鑄機(jī)每個(gè)部分均裝設(shè)有針對(duì)性的PLC控制器以及溫度、流量、壓力等傳感器設(shè)備。例如，在連鑄機(jī)電氣室中，應(yīng)裝設(shè)出公用的PLC可視化系統(tǒng)、PLC控制儀表;在出坯操作室中，應(yīng)裝設(shè)出PLC切割控制器，并通過(guò)圣餐線與其他控制單元相連。同時(shí)，還應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)控制柜、I/O柜等設(shè)備，以確保為PLC控制器的通信交互、連鎖反饋提供出優(yōu)質(zhì)環(huán)境條件。

第四，信息管理層。這一系統(tǒng)層次主要用于連鑄機(jī)生產(chǎn)運(yùn)行、自動(dòng)控制中相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄、存儲(chǔ)與處理，并實(shí)現(xiàn)連鑄機(jī)上下游環(huán)節(jié)的信息傳遞，以此推動(dòng)煉鋼企業(yè)整體生產(chǎn)活動(dòng)的決策優(yōu)化與管控發(fā)展。在進(jìn)行信息管理層的設(shè)計(jì)時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)將自動(dòng)化工廠服務(wù)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)以及企業(yè)辦公系統(tǒng)納入到方案體系當(dāng)中。

3.2自動(dòng)化系統(tǒng)的控制組態(tài)設(shè)計(jì)

在自動(dòng)化系統(tǒng)的控制組態(tài)設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員首先需要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的配置進(jìn)行設(shè)計(jì)。從目前來(lái)看，可選用PLC-5系列處理器作為以太網(wǎng)環(huán)境下的自動(dòng)控制中心，再結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置出1個(gè)主機(jī)架和若干個(gè)遠(yuǎn)程機(jī)架，并利用ControlNet實(shí)現(xiàn)各機(jī)架的互聯(lián)。對(duì)于連鑄機(jī)的輥道控制，可將變頻器作為主要工具。其后，相關(guān)人員應(yīng)對(duì)連鑄機(jī)的各機(jī)構(gòu)進(jìn)行模塊化處理，編制出適當(dāng)?shù)哪K名稱、機(jī)架槽號(hào)，并根據(jù)設(shè)備運(yùn)行性能輸入偏移量、濾波時(shí)間、偏移量等模擬量;最后，還需對(duì)機(jī)架組態(tài)進(jìn)行控制，主要包括網(wǎng)絡(luò)組態(tài)、設(shè)備掛件組態(tài)以及I/O柜組態(tài)三個(gè)部分。

4.連鑄機(jī)電氣設(shè)備的使用情況和改進(jìn)

大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速電機(jī)加應(yīng)急氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置。旋轉(zhuǎn)角度采用編碼器計(jì)數(shù)?；剞D(zhuǎn)臺(tái)上的各種電氣信號(hào)接線通過(guò)滑環(huán)連接，回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)方向和角度不受限制。每側(cè)的大包升降臂使用一個(gè)電磁閥控制兩個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，升降臂上帶大包稱重系統(tǒng)。每一側(cè)的大包包蓋各有兩個(gè)液壓缸和位置檢測(cè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)兩臂的差值較大時(shí)，正常的升降操作無(wú)法進(jìn)行。在生產(chǎn)過(guò)程中往往為了保證連鑄不斷澆，由操作工人工觀察，強(qiáng)制進(jìn)行升降操作，存在一定的安全隱患。

5.結(jié)束語(yǔ)

隨著大部分鋼鐵企業(yè)對(duì)連鑄機(jī)的電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)的應(yīng)用，不僅能顯著的降低生產(chǎn)耗能與成本費(fèi)用，也使得鋼鐵生產(chǎn)線的效率大大提高，并且保證了生產(chǎn)流程的有序進(jìn)行，提高了生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]張德明.連鑄機(jī)液壓系統(tǒng)油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)例分析[J].液壓氣動(dòng)與密封，2020，40（03）：74-75.