电磁式液面检测系统的应用实践.pdf

期1312023年第工作实践柳钢科技夜面检测系统的应用实践孔学良钢厂）在连铸的生产过程中，结晶器液位控制是连铸自动化生产中的重要环节，它关系着连铸机的生产安全，对降低工人的劳动强度、提高劳动生产效率、提升铸坏质量具有非常重要的意义，一旦结晶器液面控制不好，轻则影响铸坏质量，重则造成溢钢或漏钢等生产事故，给安全生产带来极大的威胁。转炉炼钢厂板坏连铸机一直以来使用涡流式结晶器钢水液位控制系统，随着生产节奏的加快、自动化炼钢设备的增加以及对铸坏质量要求的提高，涡流式液位控制系统已逐渐无法满足现场工艺要求。2019年开始，本厂在板坏1号、2 号机试用电磁式结晶器液位控制系统。本文总结该系统在液位检测控制方面的应用情况。结晶器液位控制系统概述系统组成结晶器液位控制系统由液位检测系统和塞棒控制系统组成见图1。电磁式液位检测系统通过检测经过钢水液面反射回来电磁涡流大小来对应获得结晶器内钢水的液位值，包括电磁式液位传感器、前置放大器、液位检测主机及中继电缆等。塞棒控制系统通过调节中间包塞棒与水口之间的缝隙来控制钢水流量，以达到控制结晶器液位的目的，包括塞棒执行机构、伺服电动缸、伺服驱动器、PLC模块、上位机等。塞棒中间包塞棒控制液位传感器结晶器图1结晶器液位控制系统结构示意图应用特点（1）测量特性不依赖钢种的变化。(2)只检测钢水液位值，不会受到钢水表面保护渣和浇铸料的影响。（3）测量精度通达到1mm，宽度范围能达6 0 0 mm，高度范围为0 160 mm。(4)响应时间50 ms。(5)浇铸前不需做传感器校正，只需在触摸屏上点击便可实现自动找零。（6）液位的检测在钢水注人结晶器的阶段就启动了，可用于自动开浇功能。（7）一旦有溢钢事故，不会发生爆炸危险。期322023年第工作实践柳钢料技（8）嵌入在结晶器中，不影响结晶器换水口、中包车快换、自动加渣设备的正常运行等，降低了劳动强度，提高连铸自动化水平。（9）维修方便。工作原理(1）控制流程（见图2)。电磁传感器安装在结晶器铜板的顶部，并与铜板相平。传感器中的励磁线圈可以产生电磁场能，使钢液和周围的传导部件产生涡流。随着钢水液位的变化，该场能在传感线圈内产生电压，产生的电压先被前置放大器放大，经中继电缆传送至液位检测主机，再经过微处理器控制的计算单元内进行处理后得到钢水液面的高度值。系统根据结晶器钢水液位高度的变化，线性化输出42 0mA电流信号，电流信号接人塞棒控制系统。结晶器液位控制系统采用PID闭环控制，液位检测系统将测量到的钢水液位信号反馈到塞棒控制系统，系统将检测到的液位信号与设定的液位高度进行比较，通过计算得到塞棒位置的偏移量，通过PID调整偏移量并传送到伺服驱动器，伺服驱动器输出信号控制伺服电动缸进行调节，进而实现塞棒位置控制，最终达到调整钢水液面高度的目的。(2）控制方法。塞棒控制系统可实现连铸机的恒液面、恒拉速控制功能。系统采用了高精度的伺服电动执行机构，控制精度高。在软件上采用模糊控制智能调节，引进了钢液位变化量的概念，模仿人控制结晶器里钢水液位，以适应变拉速和塞棒水口侵蚀对液面的影响，可有效地控制结晶器内的钢水液位可保持在3mm的控制精度。（3）数据通讯。PLC处理器选用西门子S7-300，通过RS232与液位检测主机通讯，接收液位信号并与设定液位进行比较后通过计算得到塞棒位置的偏移量，通过PID调整偏移量并传送给驱动器。PLC通过以太网与二级控制系统数据库相连，结合西门子的Wincc人机界塞棒液位控制愉置放大一检测电磁传感器液位检测主机上位机伺服伺服塞棒电动驱动执行缸器图2液位检测系统控制流程图面组成上位系统，可显示并存储液位曲线、液位设定值、液位实际值、塞棒开口度值等，随时掌握系统应用效果和铸坏质量的跟踪。（4）连锁控制。浇钢区现场配有1个操作箱，操作人员可通过操作面板上的按钮开关对系统进行手动、自动，紧急关闭等操作，同时面板上的指示灯和显示表对系统当前状态及液位的高度进行实时显示。现场操作箱还配置了1个触摸屏，触摸屏与控制柜内的PLC通过以太网相连，可通过触摸屏远程进行仪表调零和校准等。上位机选用研华工控机，通过RS232与液位检测主机通讯，可对控制参数进行设置及修改。（5）振动补偿计算。不同的拉速，结晶器振动系统的振频、振幅都不一样，振动系统对结晶器液面波动有一定影响。因此，在计算实际液面的时候要把这个因素考虑进去。振动控制系统程序设计采集振动位移曲线，当位移值过零时，发出信号给电磁液面采集系统，形成持续的方波信号。这样，液面系统在规定的单位周期内统计收到的方波信号，计算出振频来补偿振动对液面的影响，使得液面检测数据更加精准。应用情况渣线测量现场跟踪发现，下水口渣线形貌通常呈2种类型：圆弧形、圆弧形+锥形（下圆弧上锥+工作实践柳钢科技形）。初步认为熔融状态下保护渣均会对水口进行侵蚀（烧结层、液渣层）。不同类型的保护渣对水口侵蚀形貌不同，对于C含量偏低的保护渣，其形成烧结层、液渣层时温度梯度较大，造成烧结层侵蚀锥形，液渣层侵蚀弧形。使用此类保护渣时，下水口渣线只取弧形部分，并以液渣层厚度测算液面波动。对于C含量偏高的保护渣，其形成烧结层、液渣层时温度梯度较小，烧结层、液渣层共同侵蚀弧形。基于控制变量的思想，渣线取数为未明显扩孔的侧孔上方。液面使用情况（1）板坏1号机从2 0 2 0-0 4开始应用的是深圳兰凯的电磁液面检测系统，生产钢种包括低碳、中碳包晶、中碳过包晶钢种，没有排产高碳钢。总体试用过程稳定，各钢种类型（保护渣类型）的渣线宽度均有所改善并趋于稳定，而中碳包晶钢渣线宽度减少8 9 mm（见图3a），且下水口渣线宽度相比涡流均有所改善。（2）板坏2 号机从2 0 19-0 4开始应用的镭目电磁液面检测系统，生产钢种涵盖全部钢种大类。总体试用过程稳定，各钢种类型（保护渣类型）的渣线宽度均有所改善并趋于稳定，特别是中碳包晶钢渣线宽度减少5 6 mm（见图3b)。科技简讯0510152025303540a兰凯电磁液面检测系统0S050510152025b钅镭目电磁液面检测系统图3电磁液面检测系统检测的渣线宽度趋势总结相比涡流液面检测系统，无论是板坏1号机的兰凯电磁液面检测系统，还是板坏2 号机的镭目电磁液面检测系统，以及目前正在板坏7号机试用的乌兹电磁液面检测系统，对钢液面波动有较大的改善作用；并且，电磁液位计具有拆装和使用更为方便、检测范围较大、误信号干扰相对较小等优点，液面自动控制率更高，更利于工况稳定，也为自动开浇、自动加渣等新工艺创造条件。柳钢集团与华蓝集团签署战略合作协议柳钢集团与广西建筑设计行业首家上市企业一一华蓝集团股份公司签署战略合作协议。双方将在装配建筑领域用钢、大型工程项目设计建设、数智信息、智力运动、党团文化等领域实现更大范围、更深层次的合作，为双方企业高质量发展注人新动能。（编辑部供稿）2023年第1期133