李一心

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 第四鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243011)

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馬鋼300 t鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用及優(yōu)化

李一心

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司 第四鋼軋總廠，安徽 馬鞍山 243011)

介紹了馬鋼第四鋼軋總廠應(yīng)用美國(guó)KTI公司300 t鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)原理及應(yīng)用，并對(duì)影響系統(tǒng)準(zhǔn)確率的主要因素進(jìn)行分析，通過設(shè)置精確控制參數(shù)、優(yōu)化檢測(cè)級(jí)別，取得了良好的應(yīng)用效果。

鋼包；下渣檢測(cè)系統(tǒng)；應(yīng)用；優(yōu)化

0 前言

連鑄生產(chǎn)中，為防止鋼包內(nèi)的鋼渣在澆注末期大量流入中間包內(nèi)從而影響鋼水質(zhì)量，減少中間包長(zhǎng)水口堵塞等事故的發(fā)生，必須嚴(yán)格監(jiān)控鋼包下渣量。而傳統(tǒng)的由人工目視判渣的生產(chǎn)操作方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求[1-4]。因此鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于連鑄生產(chǎn)具有重要的實(shí)際意義，相關(guān)研究和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明,采用鋼包下渣檢測(cè)技術(shù)可以取得以下效益：(1)降低鋼包下渣高度，減少留鋼量，提高鋼水收得率；(2)減少鋼包下渣量，提高中間包鋼水純凈度；(3)降低中間包內(nèi)襯腐蝕速度，提高中間包使用壽命；(4)降低浸入式水口結(jié)瘤堵塞情況;(5)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度[5-6]。

目前大多數(shù)鋼鐵企業(yè)都已使用鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)，但大多數(shù)下渣檢測(cè)系統(tǒng)使用率及控制精度均較低。鋼鐵產(chǎn)能過剩、鋼材價(jià)格下滑等外界不利因素，提高鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)的在線使用率，優(yōu)化系統(tǒng)控制，對(duì)鋼鐵廠進(jìn)行降本增效，具有重要意義。

1 鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)的組成及原理

鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)主要有重力檢測(cè)式、超聲波檢測(cè)式、紅外檢測(cè)式、電磁感應(yīng)檢測(cè)式和振動(dòng)檢測(cè)式三類[7-9]。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的鋼包下渣檢測(cè)技術(shù)主要是振動(dòng)式下渣檢測(cè)技術(shù)和電磁線圈感應(yīng)檢測(cè)技術(shù)。電磁檢測(cè)法是利用鋼水和鋼渣的磁導(dǎo)率不同來檢測(cè)下渣的[10-11]，但由于設(shè)備技術(shù)維護(hù)要求及成本高，應(yīng)用受限；而振動(dòng)式檢測(cè)技術(shù)具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)成本低等特點(diǎn)，越來越受到各大鋼廠的關(guān)注[12-13]。馬鋼第四鋼軋總廠300 t鋼包采用的為振動(dòng)檢測(cè)式，具有維修費(fèi)用低，投資費(fèi)用少，安裝簡(jiǎn)單且可按照鋼種質(zhì)量要求及鋼水收得率優(yōu)化靈敏度等級(jí)，適應(yīng)不同鋼種的要求等優(yōu)點(diǎn)，但相對(duì)于電磁感應(yīng)式調(diào)試周期較長(zhǎng)。

1.1 鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)組成

馬鋼第四鋼軋總廠所引進(jìn)的鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)是美國(guó)Kiss Technologies公司的KT2000型檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：(1)安裝在鋼包滑動(dòng)水口機(jī)械手操作臂上的振動(dòng)傳感器；(2)安裝在鋼包澆注平臺(tái)的控制面板；(3)信號(hào)接收和計(jì)算單元，其系統(tǒng)組成如圖1所示。

圖1 鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)圖

1.2 振動(dòng)式鋼包下渣檢測(cè)原理

鋼包下渣的原因有很多種，從根本上都是由于鋼包重量的持續(xù)減少，鋼包內(nèi)形成漩渦，渦流產(chǎn)生的巨大吸力將鋼包內(nèi)的鋼渣卷入中間包內(nèi)[14-15]。KT2000鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為在澆注后期監(jiān)控音頻信號(hào)來檢測(cè)下渣。圖2是用圖表形式顯示原理，當(dāng)渦流產(chǎn)生時(shí)，音頻信號(hào)產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度和趨勢(shì)變化如圖中所示。一般情況下，產(chǎn)生渦流時(shí)就會(huì)下渣。

通過監(jiān)控音頻信號(hào)的改變，KT2000鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)可以測(cè)定渦流產(chǎn)生的時(shí)間，并且如果渦流導(dǎo)致下渣，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生下渣檢測(cè)報(bào)警。

圖3顯示了系統(tǒng)捕捉到的數(shù)據(jù)，注意傳感器信號(hào)是緊湊的、水平波形。隨著時(shí)間推移，可以看到渦流形成。系統(tǒng)檢測(cè)到下渣并關(guān)閉水口(右側(cè)大的音頻信號(hào))。圖3中中間包的重量曲線是水平的。鋼包重量則隨著澆注過程逐漸下降，并且檢測(cè)到下渣時(shí)水口自動(dòng)關(guān)閉。

在圖3中可以看到,從左側(cè)開始的鋼包重量在逐漸減少，本實(shí)例中，在標(biāo)記為10 t的區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入初始化階段。待命燈關(guān)閉，鋼水燈亮。這意味在剩余鋼包鋼水量到10 t時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。

圖2 振動(dòng)式下渣檢測(cè)系統(tǒng)工作原理圖窗體頂端

圖3 KT2000鋼包下渣系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析界面

中間罐重量保持基本恒定狀態(tài)以保證澆注的穩(wěn)定一致執(zhí)行。

水口位置。自最初90%的鋼包重量的過程中，水口需要有操作員進(jìn)行調(diào)整。音頻信號(hào)也相應(yīng)的改變。水口運(yùn)動(dòng)引起音頻信號(hào)的改變，是由于機(jī)械動(dòng)作以及改變鋼流狀態(tài)兩個(gè)因素會(huì)都產(chǎn)生音頻信號(hào)，因此澆注過程末期水口不可運(yùn)動(dòng)，這非常重要。這個(gè)區(qū)域的類似運(yùn)動(dòng)引起的音頻信號(hào)會(huì)掩蓋下渣時(shí)音頻信號(hào)從而無法準(zhǔn)確檢測(cè)。該區(qū)域其他需要避免的工藝調(diào)整為水口運(yùn)動(dòng)，中間罐運(yùn)轉(zhuǎn)，澆注速度改變等。

澆注末期的移動(dòng)水口會(huì)導(dǎo)致鋼水流出鋼包時(shí)不穩(wěn)定，造成夾雜下渣，大量的鋼水留在鋼包里。特別是澆注末期鋼包水口會(huì)導(dǎo)致大鋼包內(nèi)渦流的快速形成。這些都將引起鋼包更早出現(xiàn)下渣。穩(wěn)定的鋼流是正確澆注過程的目的，下渣量最小化，鋼水收得率最大。

2 鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化

調(diào)試系統(tǒng)時(shí)需知道兩個(gè)因素：進(jìn)入中間罐的下渣量和留在鋼包里的鋼水量。這兩個(gè)因素的平衡是確保系統(tǒng)性能最佳的關(guān)鍵。

這些量化因素用來使系統(tǒng)檢測(cè)精確度及靈敏度最優(yōu)化。如果系統(tǒng)靈敏度設(shè)置過低，多余的下渣有可能會(huì)流入中間罐。如果下渣靈敏度設(shè)置過高，鋼包里剩余的鋼水可能會(huì)過多。

系統(tǒng)最優(yōu)化后，這些量化因素應(yīng)被監(jiān)控。KT2000鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：當(dāng)下渣流過鋼包長(zhǎng)水口時(shí)發(fā)出信號(hào)，如果此時(shí)仍有大量鋼水留在鋼包里，則有可能澆注過程中出了問題導(dǎo)致下渣過早攜帶流出。可能需要檢查的范圍為鋼包(如耐火材料爐襯，鋼包底襯，爐渣粘度)以及澆注過程中是否引起澆注狀態(tài)不穩(wěn)定。

2.1 下渣量測(cè)量

測(cè)量下渣量的方法每個(gè)工廠會(huì)有不同。在安裝過程中應(yīng)確定好測(cè)量方法。每次參數(shù)優(yōu)化或調(diào)整后，測(cè)量應(yīng)記錄中間罐里下渣的厚度。通常將金屬桿或金屬線插入中間罐里即可測(cè)量。金屬桿的一部分在鋼水里被燒掉，在渣里的部分渣會(huì)粘附在金屬桿上。從中間罐取出以后，渣的厚度被測(cè)量并記錄。

2.2 測(cè)量鋼包中的留鋼

鋼包的留鋼量應(yīng)被測(cè)量或估算。每個(gè)工廠方法可能不同，應(yīng)該在系統(tǒng)安裝時(shí)確定出來。只要每個(gè)爐次所用的方法一致，留鋼的重量就可以估算或者直接測(cè)量出來。

兩種狀態(tài)會(huì)生產(chǎn)下渣檢測(cè)報(bào)警：渦流或下渣。一個(gè)渦流形成時(shí)信號(hào)幅度增加。隨著時(shí)間推移，渦流逐步擴(kuò)大，振動(dòng)信號(hào)隨之產(chǎn)生變化。當(dāng)鋼水即將產(chǎn)生貫穿性漩渦時(shí)，系統(tǒng)生成下渣檢測(cè)上限報(bào)警。當(dāng)浮在鋼水表面的鋼渣穿透底部鋼水由長(zhǎng)水口流入中間包內(nèi)，造成振動(dòng)信號(hào)突變。此種情況下，直接的下渣時(shí)信號(hào)幅度減少，主控柜對(duì)采集到的下渣信號(hào)進(jìn)行分析后生成下渣檢測(cè)下限報(bào)警[16]。

以下是報(bào)警狀態(tài)的兩個(gè)實(shí)例：一是下渣時(shí)引起的檢測(cè)下限。二是渦流引起的檢測(cè)上限。下渣引起信號(hào)幅度減少，生成檢測(cè)下限報(bào)警，渦流造成信號(hào)幅度增加，引起檢測(cè)上限報(bào)警。

KT2000鋼包下渣檢測(cè)系統(tǒng)通過觀察生成圖和報(bào)告設(shè)定檢測(cè)限度。實(shí)例可以以圖表形式顯示數(shù)據(jù)。圖表顯示傳感器信號(hào)、檢測(cè)限度，及報(bào)警狀態(tài)。信號(hào)曲線顯示出當(dāng)傳感器信號(hào)超出檢測(cè)限度，此時(shí)段如果持續(xù)足夠長(zhǎng)，系統(tǒng)生成報(bào)警。

詳細(xì)報(bào)告顯示報(bào)警狀態(tài)的詳細(xì)信息以及報(bào)警之前事件(例如水口的運(yùn)動(dòng)時(shí)間)。由報(bào)警事件可得知，引起報(bào)警的檢測(cè)指數(shù)。

2.3 檢測(cè)下限：下渣開始

圖4所示為下渣出現(xiàn)時(shí)的圖表數(shù)據(jù)?？梢钥吹叫盘?hào)曲線在一段時(shí)間之內(nèi)低于檢測(cè)下限。所允許的最大偏差為移動(dòng)平均值和檢測(cè)下限之間的值。所允許最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間開始于傳感器信號(hào)超過檢測(cè)限度。當(dāng)達(dá)到最長(zhǎng)允許持續(xù)時(shí)間，則系統(tǒng)報(bào)警。

圖4 下渣時(shí)的界面

2.4 檢測(cè)上限：渦流

圖5所示為出現(xiàn)渦流時(shí)的圖表數(shù)據(jù)。可看到信號(hào)曲線上升到檢測(cè)上限持續(xù)一段時(shí)間。允許的最大偏差是移動(dòng)平均值和檢測(cè)上限之間的值，允許的最大持續(xù)時(shí)間從傳感器超過檢測(cè)限度開始，當(dāng)達(dá)到最長(zhǎng)允許持續(xù)時(shí)間，則系統(tǒng)報(bào)警。

圖5 產(chǎn)生渦流時(shí)的下渣檢測(cè)界面

3 應(yīng)用結(jié)果

自下渣檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化后，對(duì)3#連鑄機(jī)采用下渣檢測(cè)的564爐鋼進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以2016年1月20日生產(chǎn)CC3.160095澆次為例，其應(yīng)用結(jié)果如表1所示。

這一組共生產(chǎn)7爐，下渣檢測(cè)等級(jí)為低級(jí)，6爐有下渣報(bào)警，1爐因動(dòng)作滑動(dòng)水口，信號(hào)屏蔽，未報(bào)警。其中有5爐屬于正常報(bào)警，1爐早報(bào)。報(bào)警正確率為71.4%，誤報(bào)率為14.3%。平均余鋼量為4.62 t/爐。

表1 CC3.160095澆次應(yīng)用結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

(1)連鑄工序使用大包下渣檢測(cè)，可減少和控制大包下渣量，對(duì)降低鑄坯夾雜有重要意義。

(2)與國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的下渣檢測(cè)系統(tǒng)，KT2000振動(dòng)式下渣檢測(cè)系統(tǒng)具有高可靠性、低成本、靈敏度可調(diào)、安裝維護(hù)方便、操作簡(jiǎn)單易懂等特點(diǎn),明顯優(yōu)于目視下渣的可靠性和準(zhǔn)確性，可滿足目前的連鑄過程中高靈敏度自動(dòng)下渣檢測(cè)的要求，但目前控制參數(shù)的精度和準(zhǔn)確率有待于進(jìn)一步提高。

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The applications and optimization for 300 t ladle slagdetection system of Masteel

LI Yi-xin

(No.4 Steelmaking and Rolling General Plant, Ma’anshan Ironand Steel Co.,Ltd.,Ma’anshan 243011, China)

This paper introduced the principles and applications for 300 t ladle slag detection system. It is from KTI company of America， used in No.4 Steelmaking and Rolling General Plant of Masteel. The main factors which affect the system accuracy have been analyzed. The precise control of parameters is set，the detection level is optimized, it is showed that obtains a good effect.

ladle;slag detection system;applications;optimization

2017-01-05；

2017-02-06

李一心(1982-)，男，馬鞍山鋼鐵股份有限公司第四鋼軋總廠連鑄分廠工程師。

TF777.1

A

1001-196X(2017)04-0071-04