板坯连铸机二次冷却水量对铸坯质量的影响与控制措施

闫 彪

（河北钢铁集团 唐钢信息自动化部，河北 唐山 063000）

在现代大型钢铁企业里，生产环节主要包含炼焦，炼铁，炼钢，连铸，轧钢。其中连铸环节的作用就是通过结晶器、扇形段拉矫机等设备，使1600℃左右的高温液态钢水，冷却凝固成为固态的板坯，以供轧机轧制。其中结晶器的作用是先生成表面坯壳，而板坯壳内的液心则需要在扇形段拉矫机的二次冷却水下进行逐渐冷却凝固。

图1 板坯连铸机二次冷却水量过程

1 连铸机二次冷却水的冷却过程概述

二次冷却水是通过在扇形段内弧和外弧均匀分布的喷淋水嘴，与高压气体混合后喷射在红热铸坯表面，再通过铸坯外壳逐渐传导内部液心，以达到整个铸坯冷却凝固的目的。根据生产工艺要求，不同的钢种对应不同的冷却程序，即冷却水表，扇形段从上到下的每个区域对水量大小也有严格要求，并且随着铸坯拉速的改变，水量也会自动根据实时拉速，进行相应的调整。这个调整过程的控制，是一个闭环的控制，通过流量传感器采集到的水量信号，以模拟量传回PLC输入模板，比较与设定水量的大小，从而判定水阀的开度，再通过输出模板将模拟信号传到现场的气动控制阀门。

2 二次冷却水量波动对铸坯质量的影响

高温液态钢水在凝固成型的过程中，冷却强度的的控制，是这个环节的关键，过快的冷却速度，会导致铸坯提前变硬，给扇形段的矫直带来困难，并且给拉矫电机带来过大负载，严重时可能损害设备；而冷却强度不够时，铸坯外壳不能及时散热，导致铸坯表面又薄又软，在内部液态钢水的垂直压力下，可能引起铸坯的局部变形，并且由于扇形段的反复挤压，内部钢水间断性的回涌到结晶器，造成结晶器内钢水液面的波动，严重时影响拉坯速度，甚至引起漏钢事故。冷却水阀门调节的频率和每一次开度调整的比例，直接影响了冷却水量的稳定性，而二次冷却水的不稳定，也会导致铸坯质量出现问题，铸坯外型出现“鼓肚”，“台阶”还有“梯形”等等状况。所以说，二次冷却水自动调节设备的平稳运行，是连铸车间生产铸坯质量的关键所在。

3 连铸机二次冷却水量保持稳定的措施

冶金钢铁企业里，连铸机生产线的扇形段中二次冷却水流量调节的准确性与稳定性，不仅仅影响着企业生产节奏运行的稳定性，更影响着连铸板坯工艺的质量。而且随着提产量提拉速的常态化，对钢水液面稳定性的要求也在不断加大。在2018年一年当中，由于二次冷却水的稳性问题，不仅多次影响了产品质量，更会造成生产损失。所以我们要对1700连铸生产线冷却水量进行必要性的整改措施和维护。

前面提到，冷却水阀门调节的频率和每一次开度调整的比例，直接影响了冷却水量的稳定性。将我单位1700连铸机的冷却水流量采样曲线录入FDA数据采集系统监控系统，采用FDA数据采集系统对传感器状态实时监控，对冷却水阀门开度和流量通过PID调节的比例系数和调节时间进行分析。

图2 PID调节的比例系数和调节时间

通过图的观察，我们就可以发现比例系数的设定和调节时间的取值，跟二次冷却水阀门的开度有着密切的关系，倘若调节时间设定偏大，则二冷水阀门响应的速度就会变迟缓，水量调节的速度难以跟上拉坯速度的变化；倘若调节时间偏小，则二冷水阀门响应的速度过于敏感，导致水流量的波动，时大时小。比例系数的设置，同样会导致水量变化的延迟或是敏感，所以调节时间和比例系数的配合是水量稳定的关键。

图3 实时采集水量波动的异常曲线值

图4 实时采集水量波动的正常曲线值

通过两组图的观察，我们发现正常时检测到的曲线采样应是小范围波动的稳定调节，而不是大范围的起伏波动曲线。

除了在控制界面进行的比例系数与调节时间的设置，我们还要定周期检查气动调节阀门内的开度执行器，利用设备的检修时间对相应的二次冷却水阀门内的执行器进行零点位置标定，消除零点漂移，校准阀门开度反馈信号，以确保在生产时处于良好的反馈状态。

通过对主控界面中的比例系数和调节时间进行若干微调，在不同的模拟拉速下进行测试，得到既能水量及时调节，又能使水量随拉速保持平稳调整的数据值。

因控制信号到现场传输距离较长，现场电路环境复杂，相对微弱的水量调节信号，因各种干扰导致水阀动作的误差较大，所以采取信号抗干扰措施，屏蔽现场电磁干扰，对传输信号线进行全面的防护，并且定期检查模拟量输入输出模块的端子接头是否有松动迹象，观察接线触点氧化情况，利用设备的检修维护时间进行认真仔细的处理。

通过对我单位1700连铸机二次冷却水自动化设备控制系统的调整和维护，并将水量采样曲线完整录入FDA进行实时监测，采样周期精确到20ms，提高了水量曲线采样检测精准度，根据采样趋势的变化曲线在检修时进行调整，配合易损件的定期更换，以及定期对二次冷却水阀门的执行器进行定位调整，使我单位1700连铸机二次冷却水量的稳定性得到了有效的提升，因此铸坯产品的工艺和质量有了更好的控制与提高。