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连铸结晶器钢水流动控制技术随着我国钢铁产业的不断发展，连铸技术也得到了长足的发展。
连铸结晶器钢水流动控制技术在连铸技术中发挥着重要的作用。
本文将详细介绍连铸结晶器钢水流动控制技术的相关知识。
连铸结晶器的基本结构连铸结晶器是将钢水连续铸造成钢坯的重要部分，是连铸工艺的核心部件。
从结构上看，连铸结晶器主要由四个部分组成：结晶器本体、耐火衬里、隔热材料和水冷式金属板。
其中，结晶器本体是最重要的部分，是钢水冷凝凝固的地方，可分为上部、中部和下部三部分。
上部是冷凝层，中部是冷凝层与钢水的接触层，下部是结晶器管道的连接部分。
钢水流动控制技术连铸结晶器钢水流动控制技术是指钢水在结晶器中的流动轨迹的控制，从而实现钢水冷凝凝固的最佳效果。
其主要包括以下几个方面：钢水深度的控制钢水在结晶器中深度的控制是非常重要的，对于钢水的冷却和凝固速度起到非常重要的影响。
钢水深度过浅，会使得钢水过早地接触到结晶器内部的冷凝层，导致温度骤降，从而容易形成热裂纹和收缩孔等问题。
而钢水深度过深，则会导致冷却凝固速度缓慢，从而影响钢坯的外形和内部质量。
钢水流动速度的控制钢水在结晶器中的流动速度也非常重要，它会直接影响钢水表面的质量和钢坯的外形。
如果钢水流动速度过快，会使得钢水表面过于光滑，难以形成表面缺陷。
但是过快的流速也容易产生涡流，从而影响钢水的深入凝固和形成钢坯的自然缺陷。
因此，在实际生产过程中，要通过合理的流速控制，保证钢水在结晶器内的均匀流动。
结晶器内部的液体流态控制连铸结晶器中液态的钢水会不断地在结晶器内流动，而结晶器的形状会对钢水流动的轨迹起到非常重要的影响。
钢水在流动中容易被分成多条并行的流线，造成流态的不稳定。
因此在设计结晶器时，需要通过优化结晶器的形状和水流控制系统，以实现钢水在结晶器内作为整体流动，并且防止液相的分层现象，保证结晶器内的液态流态稳定。
结论随着钢铁行业的发展，连铸技术也在不断地发展。
连铸结晶器钢水流动控制技术是实现连铸高效、高质量生产的重要手段。
结 晶 器 液 面 自 动 控 制 系 统【摘要】:结晶器液面控制系统的应用，极大的降低了工人的劳动强度提高了生产效率，对改善铸坯表面质量起到了很大的作用。
本文结合我厂引进奥钢联结晶器液面控制系统的特点及现场使用情况将从系统的构成原理、检测方式、程序功能等方面作详细的论述。
关键词 PLC 可编程控制器 PID 调节 闪烁计数器 放射源一、前言钢水浇入到结晶器里,为了防止钢水溢出,钢水液面必须低于结晶器上口约70mm －100mm ，在浇注过程中，钢水面波动太大，会卷入渣子，在铸坯表面形成皮下夹渣，影响铸坯质量，经验指出，钢液面波动在±10mm 时，就可以避免产生皮下夹渣。
结晶器内钢液面的稳定性决定于中包浇入到结晶内的钢水量和从结晶器内拉出的铸坯量的平衡如果拉速一定时，结晶器钢液面升高，中包水口可关小些，钢液面降低，中包水口就可开大一些。
连铸机结晶器钢水液面自动控制是实现连铸设备自动化的关键环节，它测量结晶器内钢水液面的高度，通过液面调节系统输出随液面高度线性变化的电压及电流模拟量，来自动控制塞棒的进程，使结晶器内的钢水表面稳定地保持在预定的高度上，达到提高连铸机作业率的目的。
二、系统构成及工作原理１．结晶器内钢液面的测定我厂是采用Co-60控制系统，此系统包括辐射强度记数器，棒状Co-60放射源，及附属测量系统（如图１）。
Co-60放射源放置在结晶器的水冷套内上部某一点处，而此点应该恰是结晶器内钢液弯月面的高度。
Co-60所放射出的Υ射线在被钢、铅屏蔽时，辐射量要减少，利用这一性质，当Co-60放射源穿过钢水时，其放射强度要衰减。
放在结晶器对侧的计数器，记录了单位时间内穿过钢水的辐射粒子的数量，并计算出辐射强度的减少数量。
当钢水面高于控制上限时，则辐射强度减少量最大，这时辐射强度减少量就被转化成电信号，传给塞棒系统减少钢水流量，使钢液面下降至控制范围内。
同样，当钢液面下降至控制下限以下时，则辐射强度减小量最小，控制系统把该减少量转换成电信号，传给塞棒控制系统，增大钢水流量，使钢液面上升至控制范围内。
板坯连铸结晶器制造与应用发布时间：2022-11-27T08:58:55.551Z 来源：《中国科技信息》2022年8月第15期作者：黄余源[导读] 结晶器是连铸设备中的铸坯成形设备，人们称它是连铸机的心脏，它的功能是将连续不断地注入其腔内的高温钢液通过冷却壁强制冷却，黄余源宝钢湛江钢铁有限公司广东湛江524072摘要：结晶器是连铸设备中的铸坯成形设备，人们称它是连铸机的心脏，它的功能是将连续不断地注入其腔内的高温钢液通过冷却壁强制冷却，导出其热量，使钢液在结晶器内逐渐凝固成所需的断面形状和一定厚度的坯壳，并使这种芯部仍为液态的铸坯不断地从结晶器下口被拉出，进入二次冷却区。
为保证坯壳不被拉漏以及不产生变形和裂纹等缺陷，结晶器的性能对连铸机的生产能力和铸坯质量都起着十分重要的作用。
关键词：板坯连铸机；结晶器；一、结晶器制造（一)结晶器焊接件的装配方法装配方法是指根据结晶器焊接件的特点，将众多的零件遵循结晶器结构件图纸的技术要求，装配成结晶器焊接件的工艺措施。
常用的方法有如下几种：（1）地样装配法：地样装配法是将焊接某个面的形状按1:1的实际尺寸直接绘制在装配平台上然后根据零件间结合线的位置进行装配。
（2）立式装配法：立式装配法是自下而上的一种装配方法，适用于装配结晶器焊接件高度不大的焊接件。
立式装配法又分正装和倒装两种。
正装是按结晶器焊接件使用时的位置自下而上地进行装配。
这种方法适用于下部的基础较大，且易放置平稳的结晶器焊接件。
倒装是把结晶器焊接件按使用时的方向倒过来进行装配。
这种方法适用于结晶器焊接件上部体积比下部大或正装时不易放稳的结构件。
（3）卧式装配法：卧式装配法又称平装法，适用于结晶器焊接件断面不大，但长度较大的细长焊接件，这类焊接件采用卧式装配法比立式装配法方便得多。
（4）胎具装配法：胎具装配法是利用结晶器焊接件上某个几何外形，用辅助材料依据几何外形、工艺要求，制作具有一定刚性的模具，并将几何外形上的零件固定于模具上，这种装配方法适用于结晶器焊接件几何外形较为复杂或外形尺寸较大刚性较弱的焊接件。
工业自动控制在连铸中的应用你知道连铸吗？说白了，就是把液态金属通过一些高科技的设备快速冷却，变成我们常见的钢铁坯料。
可是，这可不是简单的事情。
你想啊，如果没有好的控制技术，钢铁就可能会变成一堆废品，谁都不愿意看到这种情形，对吧？这就得说到工业自动控制了，别小看这个东西，它可是在整个连铸过程中的“大功臣”。
现在很多钢铁厂都有一套成熟的自动化系统，通过这些系统，可以实时监控、调整各个环节，保证金属的质量。
而这一切，就得靠工业自动控制系统来一手操办。
说到自动控制，很多人可能脑海中浮现的就是那些冷冰冰的机器，吱呀吱呀地动来动去，好像人类完全被甩在了后头。
不过，事实并非如此。
自动控制系统不是要代替人，而是让人的工作变得更轻松、更高效。
想象一下，连铸设备就像一个听话的“老实人”，你想让它做什么，它就做什么。
它会根据你设定的标准，自动调整温度、流速、压力等等，这样一来，钢铁质量稳稳的，生产效率也提升了。
想一想，如果没有这些自动控制，连铸过程会出现多少不确定因素，光是温度控制不好，就能把钢坯做成“劣质品”。
谁敢再用那种钢铁？工业自动控制还帮了大忙，尤其是在连铸的温度控制上。
你想，钢铁从液态变为固态的过程中，温度要精准得像拿显微镜看一样。
如果温度过高，钢水就容易过早结晶，形成裂纹；如果温度太低，钢水又可能流不动，冷成“坯”。
这时候，自动控制系统可就显得至关重要了，它能实时监控温度变化，自动调整加热系统，避免温度波动。
就好比你煮饭，如果火候掌握得当，饭自然是香喷喷的；但一旦火力不均，结果就可能是一锅夹生饭。
说到控制系统，想必你也会问：那么这系统怎么知道钢水的温度、速度或者成分呢？嘿嘿，这就得归功于那些感应器、传感器，和各种仪表设备啦。
它们就像是钢铁厂的“眼睛”和“耳朵”，不管钢水在什么状态，它们都能准确把握，及时反馈信息。
然后，控制系统通过分析这些信息，做出相应的调整。
想想看，这就像你带着一个能听会看的智能助手，所有需要做的就是下达指令，让它们自动完成任务。
浅谈钢水液位自动控制系统的实际运用浅谈钢水液位自动控制系统的实际运用摘要：本文主要介绍了连铸检测装置结晶器液位的工作原理，特别列出了实际运用测量系统出现的故障及解决方法，阐述了系统的技术和特点，同时对整个系统的PID调节控制系统都做了简要的介绍。
关键词：PID；液位探测器；前言随着实际运用质量和效益的需要，炼钢连铸结晶器液位自动控制系统已成为现代化冶金企业重要的铸成局部。
我公司也已实现了连铸液位自动控制。
通过具体的实践对结晶器液位自动控制有了较大的理解。
1. 结晶器液位自动控制系统的组成1. 1结晶器液位检测由于结晶器是控制液位的设备，其工作条件很恶劣----高温，蒸汽，灰尘，震动等。
而且安装困难，所以我们选用的是同位素仪表。
由于测量技术的进步，同位素的剂量已越来越小，铯137放射源已完全能满足稳定.准确.测量的要求。
且对人体的危害已很小。
Cs-137有良好的渗透性和30年的半衰期。
放射源被双层不锈钢用氩弧焊方式密封起来并放入一放射棒内。
放射源棒被放入一注满了铅的铁制容器内。
液位探测器：液位探测器的中心检测元件是光电倍增管，测量原理是利用γ射线的高穿透能力。
安装在结晶外的铯137棒源发出的ν射线，穿过结晶器直射到安装在结晶器弧外侧的传感器内的闪烁体上，激发闪烁体发光。
当钢水液位增至最高时，射线被钢水全部挡住，射线射到传感器上的量最少。
反之最大，发光的次数跟放射量的多少成正比，这样，通过光电倍增数，准确记录闪烁体的发光次数就得到了液位信号。
每次使用前，要对仪表进行标定，控制范围是155mm，故距结晶器铜管上口50mm定为最高液位，距上口205mm定为最低液位，检测范围为155mm。
当结晶器内的钢水液位越高，对射线的阻挡能力就越强，探测器接收到的粒子数就越少，系统就认为液位高。
由于是采用线性棒源，这样标好之后，就可以按时间内的记数值的多少来表示液位的上下，到达钢水检测的目的。
二次仪表：SC3000是一种集成的专用PLC系统，用于结晶器钢水液位的检测及控制。
连铸结晶器钢水流动控制技术连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。
伴随着连铸机拉速的提高，结晶器内液面波动加剧，容易产生卷渣，造成铸坯质量恶化。
采用结晶器钢水流动控制技术可以改善结晶器内流场形态，抑制水口出流速度以平稳液面，促进夹杂物上浮。
连铸板坯的表面和内部缺陷与结晶器内钢液的流动状态密切相关。
伴随着连铸机拉速的提高，结晶器内液面波动加剧，容易产生卷渣，造成铸坯质量恶化。
采用结晶器钢水流动控制技术可以改善结晶器内流场形态，抑制水口出流速度以平稳液面，促进夹杂物上浮。
用于板坯结晶器的电磁制动（EMBr）、电磁流动控制（FC结晶器）和多模式电磁搅拌（M-MEMS）是结晶器钢水流动控制技术的典型代表。
电磁制动器通过对结晶器施加一个与铸流方向垂直的静态磁场而对流动的钢液进行制动。
钢流由于电磁感应而产生感应电压，因此在钢液中产生感应电流，这些电流由于受到静态磁场的作用而产生一个与钢水运动方向相反的制动力。
钢液的流速越快，制动力也越大。
电磁制动器具有一个单一的、覆盖整个板坯宽度的静态磁场。
电磁制动技术可抑制水口射流速度，减缓沿凝固壳向下流动，促进夹杂物和气泡上浮。
FC结晶器含有两个方向相反的制动磁场，第一个位于弯月面区域，另一个位于结晶器的下部，每一个磁场都覆盖了板坯的整个宽度。
FC结晶器的磁场的上电磁场减少了结晶器弯月面紊流，可防止保护渣卷入凝固壳和角部横裂；下电磁场可减少钢液向下流速，有利于夹杂物和气泡上浮。
利用M-MEMS多模式电磁搅拌器可根据需要以不同的方式搅动结晶器内的钢水，显著减少板坯铸造缺陷。
该技术采用4个线性电磁搅拌器，位于结晶器高度方向的中部、浸入式水口两侧，每侧2个线圈并排设置，可用于使浸入式水口流出的钢水制动（EMIS）或加速（EMLA）。
第三种工作模式则用于使位于弯月面的钢水转动（EMRS），此项技术可有效控制热传导梯度和坯壳凝固前沿的均匀性，消除某些钢种存在的气孔、针孔和表面夹渣等铸造缺陷。
结晶器钢水液位自动控制在板坯连铸的应用分析
结晶器钢水液位自动控制是板坯连铸工艺运行中的关键模块，对板坯连铸工艺运行安全性、生产效率及质量具有直接的影响。
基于此，文章以板坯连铸中结晶器钢水液位自动控制的原理为入手点，简要介绍了板坯连铸中结晶器鋼水液位自动控制的应用技术指标及系统组成，并对板坯连铸中结晶器钢水液位自动控制的应用方案设计及应用效果进行了进一步分析。
标签：结晶器;钢水;液位自动控制;板坯连铸
前言：板坯连铸中结晶器钢水液位自动控制的实现，可以保证结晶器内钢水液位始终恒定，或按照一定规则均匀变化。
现阶段通过控制塞棒升降高度调节流入板坯连铸中结晶器钢水流量的流量型液位自动控制法应用较为普遍，且已经形成了较为成熟的理论体系。
基于此，对流量型结晶器钢水液位自动控制法在板坯连铸中的应用进行适当分析具有非常重要的意义。
一、结晶器钢水液位自动控制在板坯连铸的应用原理
在板坯连铸工艺运行过程中，中间包内部钢水注入结晶器为浇铸起始点，在进入浇铸环节后，结晶器内钢水液位会随着浇铸速度的变化而变化。
然而，板坯连铸工艺要求结晶器内钢水始终保持液位的平衡稳定。
这种情况下，利用调节塞棒的方式调节浸入式水口的有效面积，可以在钢水达到一定液位时启动板坯连铸机器，根据结晶器液位设定值，进行钢水液位的自动控制[1]。
而在板坯连铸机器停止运行时，可以停止液位调节。
特殊情况下，也可以通过调节塞棒，实现板坯连铸工艺的紧急制动。
二、结晶器钢水液位自动控制在板坯连铸的应用
1、技术指标及过程
板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制指标主要包括液位控制范围（距离结晶器上口80mm～160mm）、动态液位控制精度（±10.0mm）及其他生产工艺要求的指标。
同时要求板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制可以实现手动、自动开浇、电动控制，可以实现上下限液位报警及危急时刻应急自动处理。
板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制系统主要包括交流无刷永磁伺服控制系统、中间包塞棒开启机构、单回路控制器、PLC、结晶器钢水液位测量仪及记录仪等。
其中中间包塞棒开启机构主要用于进行中间包流入结晶器钢水流量的调节。
即通过塞棒的上升、下降，对浸入式水口有效面积进行适当调整，由此达到调节流量的作用。
在结晶器钢水液位自动控制系统中，塞棒系统主要以电气（交流无刷永磁伺服控制系统）为驱动源，变频器为开关速度主要调节装置，电动机械执行机构可以控制塞棒的上升、下降动作;单回路控制器主要是作为操作人员、工程师站点，执行画面监控操作、数据存储、数据修改等任务，并对结晶
器钢水液位自动控制系统进行开发、维护[2]。
单回路控制器主要配置IPC-660系列工控机及中文版Windows7专业版操作软件、STEP10开发软件，配合监控软件WINCC，进行过程组态、画面开发、程序编辑;PLC主要配置了SIEMENS 的SIMATIC系列可编程控制器及CPU315-2DP，其中一DP口与单回路控制器相连，另一端与工业以太网相连，实现中包钢水温度、铸机拉速、设定液位、结晶器钢水液位等数据交换;结晶器钢水液位测量仪及记录仪主要采用Cs137放射源检测法，包括接收器、放射源、分析仪表几个部分，放射源、接收器分别位于结晶器两侧。
放射源所发出的射线可以穿过结晶器铜壁、钢水，被接收器接收。
接收器可以根据射线强度，进行钢水液位计算。
一般钢水液位与穿越结晶器射线量成反比。
2、控制方案设计
板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制系统主要包括自动控制、手动控制、电动控制几种模式，每一种模式控制方案均不同。
以电动（或手动）开始浇铸且结晶器内钢水液位维持恒定后切换至自动控制为例，操作者将切换开关切换至自动控制过程中，需要通过过程计算机，进行钢水液位值设置（一般经PLC 输出至单回路控制器作为设定值）。
此时，单回路控制器采样“LADAR”板坯连铸工艺中结晶器钢水液位测量仪及记录仪所获得的实际液位信号、输出信号可分别作为反馈值、串级设定值。
同时由光电编码器输出高频率脉冲信号，经PLC内转换模块，转化为低频率脉冲信号（代表中间包塞棒位置或流入结晶器内钢水量）、交流伺服电机正转信号、反转信号，被单回路控制器接收并进行串级PI运算[3]。
运算结果获得后输出给交流无刷永磁伺服控制系统，经控制交流伺服电机正转速度、反转速度，进行中间包塞棒的上升、下降控制，保证板坯连铸工艺中结晶器钢水液位恒定，且与过程计算机上设定液位值相同，
如在2018年09月15日浇铸时，结晶器尺寸为75.0mm*550.0mm，保护渣为灰色S4LA，钢种为A3，过程计算机设定液位值及记录仪记录速度分别为58mm （结晶器上口为零点）、每分钟25mm，测量仪设定响应时间及锁定时间、允许公差量程分别为150.0ms、1.5s、12.0mm、580mm。
拟决定全部应用电动、手动、自动三种操作方式，从16点56分05秒开始利用电动起浇模式，2分50秒后拉速、液位恢复至稳定状态，切换至自动控制，浇铸9分钟后，由于大包浇铸完毕且中间包钢水液位逐步下降，切换至手动控制并持续4分05秒后停止浇铸。
3、控制方案实现及效果
在板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制系统应用方案设计的基础上，为了更好的减小结晶器钢水液位干扰，可以采用串级PID控制的模式，串级PID 控制包括主回路、副回路两个回路，分别对应主控制器、副控制器。
相关人员可以主回路PID控制作为结晶器钢水液面调节主要用手段，以结晶器钢水液位目标值、滤波后结晶器钢水液位值分别作为PID调节设定值、PID调节反馈值。
主要程序为：L #PID_SP //PID 设定值、反馈值误差计算;L #ST_PID _COEFF.KI //KI*R比例输出、积分输出;L #PID_PV //PID反馈值/前一周期反馈值;T #ST_D_OUT//微分输出。
在板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制系统功能实现之后，将其投入某特种钢铁冶炼厂1#连铸机中应用。
运行一段时间后发现，结晶器中铸造钢坯加渣、包渣现象发生概率明显减少，特种钢铁铸造钢坯质量、钢水收得率得到了有效提升。
同时板坯连续铸造工艺实施阶段结晶器遗漏事故发生风险有效下降，保证了板坯连续铸造工艺实施安全性。
而板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制系统特有的自动化管控模式及可视化操作界面，也可以实现结晶器钢水液位的数字化、远距离调节，有效的减轻了现场操作压力[4]。
总结：
综上所述，板坯连铸工艺中结晶器钢水液位自动控制系统利用了电动缸交流伺服驱动装置、串级PID控制方法，可以通过网络传送联锁控制信号，最大限度降低硬件连接量，故障点较少，且成本较低，可以保障板坯连铸工艺中结晶器钢水液位的稳定，为板坯连铸工艺实施提供强有力的保障。
因此，相关人员应正确认识流量型钢水液位自动控制优势，陆续将流量型钢水液位自动控制技术推广到其他设备中，切实提升板坯连铸工艺运行效益。
参考文献：
[1] 谢基表，王诗，杨国明，等. 薄板坯连铸机结晶器液位控制原理与应用[J]. 河北冶金，2018，000（8）：25-30.
[2] 张开天，刘建华，崔衡，等. 浸入式水口对结晶器钢水流动与液面波动的影响[J]. 北京科技大学学报，2018，040（006）：697-702.
[3] 付鹤鸣，郑世辰. 运用大数据及设备剖析提高结晶器钢水液位检测系统的控制精度[J]. 河北冶金，2018，000（011）：64-68.
[4] 高勇，谌智勇，孟保仓，等. 包钢大方坯连铸结晶器液位稳定性控制研究[J]. 包钢科技，2019，045（003）：19-21.。
