液面检测控制系统在大圆坯连铸机的应用

白野修

摘 要： 介绍了涡流检测法和放射源检测法2种结晶器钢水液面自动控制检测方式， 及其大圆坯连铸机上的应用，并总结两种方式的优缺点点。

关键词： 液面自动控制；連铸机；涡流检测

现阶段连铸机控制系统中， 结晶器液面控制是一项关键性核心技术，目前国内绝大部分采用的是自动控制，一方面他是保证生产铸坯质量，同时弥补劳动人员不足等问题，大大解放劳动者的劳动强度。

连铸机液面波动过大会对铸坯质量造成很大影响，引起坯壳厚度不均匀，影响铸坯质量甚至发生漏钢事故；液面波动使振痕加深，出现卷渣，皮下夹渣；液面波动会引起较大的拉速变化，而拉速变化又引起冷却不均匀，从而影响铸坯表面及亚表面质量。所以连铸机液面自动控制系统的精准控制对产品质量尤为重要。

目前国内大部分企业最普遍采用的是放射源检测法，采用同位素铯137或钴60作为放射源，采用BGO 晶体作为接受器的晶体，传感器接收放射源发出的γ 射线，穿过钢水的γ 射线与钢水的液面成反比。传感器将γ 射线转化为电信号，通过传感器连续测量结晶器内的钢水液位高度，二次仪表智能化处理后向液位调节系统输出随液位高度变化的电流模拟量，送给用户系统的PLC 来自动控制拉坯，使钢水液面保持在预定的高度。

但是目前采用放射源检测法存在一些弊端，放射源发射出来的γ射线具有一定的能量，它可以破坏细胞组织，从而对人体造成伤害，所以对放射源的保管使用需要十分小心。另外放射源的γ 射线信号的稳定性相对较差，反应出来的液面实际位置存在一定的误差。

大连特钢公司与2011年新建一台2机2流大圆坯连铸机，此连铸机采用的液面检测为涡流检测法。

涡流检测系统工作原理

电涡流传感器由三组互为对称的线圈及高稳定基材组成，外部为耐温陶瓷保护罩，内部通路为冷却风道。中间线圈为激励线圈，受激于稳定的高频正弦信号时，交变电流产生的磁场将穿过两个检测线圈，方向指向底部线圈（近钢水液面）。当周边无金属感应物体时，两个检测线圈产生分别产生幅度相同但相位相反的两个感应电压，信号输出为零，传感器处于平衡状态。当钢水靠近其中的一个检测线圈时，钢水表面会产生电涡流，其磁场方向反相与激励电流磁场的方向，由于距离的不同，涡流对近钢水表面的线圈产生的磁通量大于远离线圈的磁通量，此时两个线圈产生的感应电压幅度及相位均会产生微小的差异，这是电涡流传感器真实的输出信号。一般情况下，与液面高度相关的是幅度信息，这个幅度极其微小，必须经过后续电子线路的反馈放大处理，才能得到与液面高度成对应的具备测量应用的信号波形。此信号经过整流、线性处理后，可精确反映出钢水液面的位移变化，并由计算机输出相应的4～20mA标准信号。此外，为了保证传感器稳定可靠，成品涡流传感器同时提供一路内置温度信号，同样由计算机输出相应的4～20mA标准信号。电涡流传感器到仪表前置放大器的连接电缆长度要求不超过30 米，传感器电缆及电缆之间必须进行防磁隔离，以适应现场电磁环境为宜。冷却气源保障流量要求≥300L/min/流，压力3-5公斤。见图1、图2

图2 传感器钢水液位检测原理

三、电涡流传感器技术参数

电涡流传感器，可以满足板坯、大方坯、大圆坯这类结晶器的液面检测要求。

液位检测范围： 0-200mm（PLC量程须配套调整为整数10倍）

正常工作液面： 80-100mm（距结晶器铜管上口）

内部工作温度： ≤50℃

冷却气源介质： 氩气或干燥的压缩空气

空气冷却流量： 100～300L/min

空气压力： 0.3～0.5Mpa

钢种： 不限

重量： 约1.5kg

测温电阻：需要现场一致

涡流检测液面控制的使用效果： 从2010年投产至今的使用过程中， 由于传感器探头设计的简单， 便于安装、维护， 大大减轻了工人的劳动强度， 而且检测精度能够使钢水液面控制在正负2mm， 不但能够保证铸坯质量， 而且对于铸机的拉坯速度能够达到设计水平也起到了关键作用。

涡流检测与放射源检测法相比较的优点

1、放射源为圆柱体， 四面辐射， 无论是C s137还是C o60，对人伤害性大，维护保管需要十分小心，对于放射源的购买、回收的审批处理流程相当繁琐，购置周期较长。而涡流检测不存在安全隐患，设备购置周期短。

2、放射源用过一段时间就会有辐射衰减的现象，导致检测精度降低。其中C o60半衰期为5.6年，C s137为30年，一般情况下进入入半衰期后需要及时更换新源。

3、从检测精度和响应时间的对比来看，涡流检测的响应时间以及稳定性均优于放射源检查。放射源检测的控制精度能够使钢水液面控制在正负3mm，而涡流检测能够使钢水液面控制在正负2mm。

4、目前涡流检测有一些条件限制，检测范围内不能有金属物体对其进行干扰，所以目前仅适用于断面大于280mm*280mm的大尺寸连铸机。

相对于采用同位素技术的结晶器钢水液位检测系统而言，电涡流检测具有测量精度高、响应速度快、安全可靠等一系列优点，尤其是无需顾虑放射性同位素的一系列安全管理要求。涡流检测系统将会是大断面连铸机未来发展的主流。