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钢包下渣优化的研究进展及应用摘要：避免钢包下渣是连铸生产中重要的一环，其直接影响产品的质量和缺陷形成。
当下流行的三种钢包下渣检测方法被简述，分别是电磁感应、称重法、红外感应法。
通过论述各种方法的优缺点和优化途径，为钢包下渣检测过程提供指导，使其在连铸产品质量控制方面发挥更大的作用。
关键词：钢渣；优化；检测Research progress and application of slagging process optimizationof ladleYang Guiyu Li Wei Xu Xuzhong(Hanbao Steelmaking Plant, Handan, Hebei)Abstract: Avoiding ladle slagging is an important part of continuous casting production, which directly affects the quality of the product and defect formation. Three popular detection methods for ladle slagging are briefly described, which are electromagnetic induction, weighing method and infrared induction method. By discussing the advantages, disadvantages and optimization of each method, we provide guidance for the ladle slagging detection process, so that it can play a greater role in the control of continuouscasting product quality.Keywords: steel slag; optimization; testing1.引言在炼钢生产中，连铸是重中之重。
钢包下渣自动检测技术理论研究和钢铁企业的生产实践表明，钢包中含氧化铁，氧化锰和氧化硅的炉渣从钢包流入中间包以后，会造成钢水铝和钛等易氧化合金元素的烧损，并产生氧化铝夹杂物，影响钢水的纯净度，并容易造成冷轧板和涂层板的表面质量问题，此外钢水的氧化铝还会造成水口堵塞，影响连铸多炉连浇。
为了避免钢包中炉渣进人中间包，许多生产优质钢的钢厂在连铸时采用钢包留钢浇钢，这样做虽然满足了质量要求，但牺牲了钢水的收得率。
德国亚琛大学钢铁冶金研究所从８０年代开始开发钢包下渣自动检测技术，并获得欧共体的资助。
他们用一种电磁方法来检测钢液的下渣。
在大包包底水口外围装上线圈（一级和二级线圈），当钢液通过接交流电的线圈时，就会产生涡流，这些涡流可改变磁场的强度，由于炉渣的导电性为钢水的千分之一，如果钢流中含有少量炉渣，涡流就会减弱，而磁场就会增强。
磁场强度的变化可通过二级线圈来检测。
这种低电压信号必须在钢厂的噪声环境中传输，以及所要求的信号必须经过过滤，产生一个能与其它测量数据相匹配的确定的和有用信号。
这一点可采用模拟与数字过滤器相集合以及一个温度补偿系统来达到。
系统的组件必须坚固耐用，能承受炼钢厂的苛刻环境。
德国蒂森钢铁公司于1987年首先在一台板坯连铸机采用了钢包下渣自动检测技术，取得了满意的结果。
后来德国亚琛大学钢铁冶金研究所的几位研究人员利用所开发成功的钢包下渣自动检测技术成立了Ａmepa公司，在世界上推广钢包下渣自动检测技术。
德国和法国大部分现代化板坯连铸机，大方坯连铸机和圆坯连铸机分别于９０年代初采用了Ａmepa公司的下渣自动检测技术，日本钢铁企业于９０年代初采用Ａmepa公司的下渣自动检测技术，到九十年代中期日本的大部分现代化板坯连铸机，大方坯连铸机和圆坯连铸机采用了Ａmepa。
公司的下渣自动检测技术，目前韩国浦项钢铁公司和中国台湾中钢公司的所有板坯铸机都采用了Ａmepa公司的下渣自动检测技术。
中国宝钢第二炼钢厂新建的两台板坯连铸机上也采用了这个技术，都取得了满意的使用效果。
下渣检测技术在连铸钢包生产中的应用摘要：钢包下渣检测已成为现代连铸生产和质量控制的重要技术之一，它对防止钢包过量下渣、提高钢水纯净度，提高连铸钢水浇铸收得率、改善大包操作工的劳动强度和工作环境均有明显的效果。
关键词：振动连铸下渣检测随着市场竞争的加剧，各大钢铁公司已经把目光集中在高端产品的研发上，对于优质品种钢的生产，钢包下渣检测是一个非常关键的环节。
国内外许多公司为解决钢包下渣预报问题，先后开发了超声波检测法、红外检测方法、电磁检测法、振动特征检测法等多种形式的钢包下渣检测技术。
其中基于振动原理的钢包下渣检测装置，由于设备安装方便、成本低、可靠性高、使用简单，已成为连铸钢包下渣检测领域的主流。
1 钢包下渣振动检测原理VSD2000连铸钢包下渣自动监测系统所采用的钢包下渣检测技术是基于振动原理的。
如图1所示，在操作臂上远离长水口的一端装上振动传感器，传感器通过信号线与控制器相连，这样钢水在长水口中流动时所引起的振动就会通过长水口传到操作臂上，并通过传感器把振动信号传送到信号处理器内，然后经过特殊的信号处理与分析方法来判断钢水中是否含有钢渣，当钢水中含有的钢渣量达到了一定的指标时，系统就会发出报警信号，从而提示钢包操作工关闭滑动水口，停止浇注。
信号传感与采集设备是一台专门设计的振动传感器，安装在铸机钢包长水口机械手上，用来采集钢流通过机械手传递的振动信号，其性能的稳定是保证系统检测精度的关键。
2 安装操作在大包浇注完毕前3～5?min，按下操作盒上的检测按钮，此时五色报警灯中的绿色灯将常亮，系统就进入检测状态。
此后，如有下渣系统就报警，报警喇叭响起，五色信号灯中最上面的红灯亮起，约6?s后报警自动解除。
需要注意的是，在系统投入检测后，应杜绝频繁开关水口以避免漏报。
如果某些干扰不可避免，则可以在干扰期间关掉检测，等干扰结束10?s后再重新打开检测。
当系统检测到下渣时，红灯亮，其余等都灭，下渣报警喇叭报警，提示现场操作人员这一包钢水浇注结束，可以关闭水口。
连铸钢包下渣的影响及控制研究摘要：钢水在由钢包向中间包进行浇铸的过程中，随着浇铸后期钢包钢水液面的下降，会产生汇流漩涡，而且愈演愈烈，促进渣钢乳化，使熔渣随钢流进入中间包。
纯净钢冶炼过程中应避免钢包下渣恶化钢水纯净度已成为共识，但是由于工业化生产过程中装备技术条件、工艺成本等方面的考虑，及生产线过程控制能力的高低，导致最终产品质量存在波动。
通过对本厂连铸过程钢包下渣的跟踪和试验，分析其对产品质量的影响及控制方法，最终根据钢种质量需求特性，定制合适的钢包下渣控制工艺，有效均衡了产品质量和生产成本。
关键词：连铸钢包下渣；影响；控制措施1钢包下渣自动检测的研究现状1.1电磁检测法电磁检测法是利用钢水与钢渣不同的电导率来进行钢渣检测。
其装置采用双线圈结构来检测钢渣,其传感器由两个同心线圈组成,主要部件有传感器、前置放大器、主控制器以及外围显示控制器。
传感器安装在大包底部,钢水通过水口时可以感应出电磁场,从而测定涡电流值。
当钢液通过接有交流电的线圈时,会产生涡流,这些涡流会改变磁场强度,由于渣的电导率显著低于钢水的电导率,当钢水中含有少量的渣子时,涡流就会减弱,而磁场强度就会变化。
磁场强度的变化可通过二级线圈产生的电压来检测。
这种低电压信号经放大处理后,可以显示出带渣量的多少,达到报警的设定值时系统就会产生报警并关闭钢包滑动水口。
1.2振动检测法钢水从钢包通过滑动水口、长水口流入中间包过程中,因有动量冲击,会引起长水口和与之相连的机械手产生较强的振动。
钢、渣比重不同,纯净钢水和钢水与钢渣混合物引起长水口振动的特征具有差别。
因此通过检测机械手的振动可以间接检测钢包下渣。
振动由长水口产生,经过机械臂传递到传感器,由传感器检测得到,并经过放大、滤波等预处理,然后由采集卡采样、A/D转换成数字信号送入计算机,进行分析处理、特征提取和模式识别。
当有钢渣时系统自动优化关闭滑动水口,同时发出报警指示信号。
2连铸钢包下渣的影响连铸钢包下渣是钢铁生产过程中非常重要的一个环节，它直接影响到钢铁的质量和生产效率。
技能认证炼钢工知识考试(习题卷29)第1部分：单项选择题，共38题，每题只有一个正确答案,多选或少选均不得分。
1.[单选题]转炉煤气回收的关键设备之一是R-D阀，RD阀的作用是( )。
A)控制烟气流量B)控制除尘冷却水流量C)调节烟气流量，控制转炉的微差压答案:C解析:2.[单选题]对来不及制模的急需配件，或结构简单的零件可不必制模样，采用（ ）。
A)挖砂造型B)假箱造型C)实物造型答案:C解析:3.[单选题]冶炼沸腾钢最关键的是控制钢水的氧化性，生产过程中通常用（）作为脱氧剂。
A)硅锰铁B)锰铁C)硅铁答案:B解析:4.[单选题]铸件的铸造收缩应力是由( )引起的。
A)液态收缩B)凝固收缩C)固态收缩答案:C解析:5.[单选题]内冷铁的材质应( )。
A)与铸件材质严格相同B)与铸件材质相同或接近C)与芯撑的材质相同答案:B解析:6.[单选题]耐火材料的耐火度不得低于( )℃。
A)1480B)1300C)1580答案:C解析:7.[单选题]降低炉渣黏度可 (FeO)向钢-渣界面的扩散， P2O5进入熔渣的速度。
A)加快，降低B)加快，加快C)降低，加快D)降低，降低答案:B解析:8.[单选题]Q195钢属于（ ）。
A)亚共析钢B)共析钢C)过共析钢D)低合金钢答案:A解析:9.[单选题]产生缩孔废品的主要原因( )。
A)飞溅B)铸速快C)不脱氧D)二次氧化答案:B解析:10.[单选题]转炉终点钢水碳低、温度低应该( )补吹提温，以避免钢水过氧化A)加造渣剂B)降低枪位C)向炉内加入适量提温剂D)补加铁水答案:C解析:11.[单选题]马丁砂的主要化学成分是（ ）。
A)MgOB)Al2O3C)SiO2D)CaO答案:A解析:12.[单选题]出钢过程将硅锰合金加入钢包内的脱氧方法属于（ ）A)沉淀脱氧B)扩散脱氧C)真空脱氧D)间接答案:A解析:13.[单选题]遇有炉内大沸腾时，应及时停电并迅速( )。
目录目录-------------------------------------------------------2第一章系统控制概要----------------------------------------3一、下渣检测系统硬件构成----------------------------------31、工作原理-----------------------------------------------32、硬件配置-----------------------------------------------33、网络拓扑图---------------------------------------------34、设备节点地址-------------------------------------------45、网络协议-----------------------------------------------46、传输协议-----------------------------------------------47、下渣检测系统软件构成-----------------------------------4第二章重要控制回路和紧急停止连锁描述----------------------4一、重要控制回路描述---------------------------------------4二、紧急停止连锁描述---------------------------------------5第三章故障现象与故障诊断----------------------------------5第四章故障处理操作步骤------------------------------------5第五章检测系统与校验方法---------------------------------10第六章所需工具及处理办法---------------------------------12第一章系统控制概要一、控制系统硬件构成1、工作原理用一种电磁原理检测钢液的下渣，环绕在水口周围的线圈在钢液中产生的涡流并检测电磁场。
连铸钢包下渣检测与控制系统的研制与应用唐安祥1，申屠理锋1，钟志敏2，顾文斌2（1．宝山钢铁股份有限公司研究院自动化所，上海201900；2．宝山钢铁股份有限公司炼钢厂，上海201900）摘要：本文介绍了我们自行开发研制的连铸钢包下渣检测与控制系统，叙述了整个系统的基本组成及下渣检测的原理，阐述了系统的关键技术和特点，同时介绍了系统的识别模型和软件系统，并对本系统在宝钢炼钢厂的使用效果作了论述。
关键词：连铸；下渣检测；钢包；控制系统中图分类号：TP273文献标识码：ADevelopment and Application of Ladle slag Detection & ControlSystem in Continuous CastingTang Anxiang1, Shen-tu Lifeng1, Zhong Zhiming2, Gu WenBin2（1．Automation Research Dept , Baosteel Co. Ltd. Research Institute, Shanghai, China, 201900；2．Steel Making Plant , Baosteel Co. Ltd, Shanghai, China, 201900）Abstract:This article introduces Ladle slag Detection & Control System in Continuous Casting, describes the components of the system and the principle of slag detection, elucidates the key technologies and characteristics of the system, presents the r ecognition model and the software system, and discusses the application of the system in EAF continuous casting of steelmaking plant of Baosteel.Key words:Continuous Casting, Slag detection, Ladle, Control system在连铸的生产过程中，当钢包浇注即将结束时，浮于钢水表面的钢渣因漩涡作用而混着钢水经长水口流进中间包。
过量的钢渣不仅会降低钢水的纯净度，影响钢坯质量，甚至导致拉漏事故，而且会影响钢水流动及减少中间包连浇炉数，同时还会加速中间包耐火材料的腐蚀，缩短其使用寿命，影响连铸生产的进行。
为了提高中间包钢水的纯净度, 改善铸坯质量，减少钢包中残钢量，延长中间包耐材寿命，增加连浇炉数等，均有必要对连铸钢包浇注后期进行下渣自动检测与控制。
目前，比较成熟的产品主要采用电磁线圈检测法。
这种方法把传感器置于高温的钢水附近，需要频繁更换传感器，这样产品的使用和维护成本较高，同时这种方法需要对全部钢包或中间包等设备进行局部的改造，费用高昂。
1Email：tangax@本系统采用振动检测原理，传感器安装在操纵杆上，离钢水较远，环境温度不高，对设备的改动很少，安装、使用和维护方便，投资和使用成本低。
1．系统的基本组成及下渣检测原理如图1所示为连铸钢包下渣检测与控制系统结构原理图，整个系统主要由安装在机械臂上的振动传感器、控制箱、控制柜，以及报警指示灯等组成。
图1 系统结构原理图钢水从钢包通过滑动水口、长水口流入中间包过程中，滑动水口是管路中的收缩部位，当钢水从滑动水口流入长水口时会产生瞬变过程，从而引起长水口和与之相连的机械臂产生较强的振动。
流过管道的介质不同，引起管道的振动特征也不同。
在钢包出渣以前，流过长水口的是纯净的钢水，而钢包在浇铸快结束时，流过长水口的是钢水与钢渣的混合物。
由于钢渣与钢水相比，比重轻，熔点高，粘度大，纯净钢水引起长水口振动的特征和钢水与钢渣混合物引起长水口振动的特征具有差别。
本系统就是利用这种振动特征的差别来进行下渣检测的。
系统整个工作过程如图2所示：振动由长水口产生，经过机械臂传递到传感器，由传感器检测得到，并经过放大、滤波等预处理，然后由采集卡采样、A/D转换成数字信号送入计算机，进行分析处理、特征提取和模式识别。
当有钢渣时系统自动优化关闭滑动水口，同时发出报警指示信号。
图2 系统处理过程2．系统的关键技术及特点：本系统的核心是对振动信号的分析和处理，要能及时准确判断是否下渣，并从中提取出钢渣流过长水口时的振动特征参数。
连铸浇注过程中的情况是比较复杂的，系统的关键技术主要有：1.在钢包浇注过程中，中间包的液位会发生变化，钢水液位的不稳定会影响下渣检测的准确性。
但中间包液位的自动控制在连铸生产中也是一个难点，我们在研究和开发本系统的过程中，同时成功地开发研制了“连铸中间包液位自动控制系统”，在宝钢炼钢厂取得了成功的应用，系统性能稳定，工作可靠，响应时间小于1秒，超调量小于0.6吨，稳态控制精度小于0.2吨，综合性能优于国外引进设备。
2.在连铸生产现场存在很多的环境振动。
由于机械臂是固定在中间包车上的，现场其它的操作引起中间包车的振动同样会对机械臂的振动有所影响。
另外，连铸现场中的环境噪声很大，这同样也会对振动信号的采集造成一定的影响。
因此，直接检测的机械臂的振动信号中，包含了大量干扰信号，如果不经过处理，很难识别下渣的振动特征。
所以，必须对从机械臂上采集的振动信号进行相应的分析处理以后，才能实现对钢渣信号的分辨，以达到下渣检测的目的。
3.连铸生产的各环节相互耦合，生产计划和调度也会变化，在生产过程中钢包和中间包需要不断的更换，同时还有不定期的定修等。
这些情况增加了自动控制系统的复杂度，要让系统能在无人操作的情况下全自动的连续运行，必须要能对连铸各种工艺情况进行识别，本系统很好了解决了这个问题，正真实现了全自动下渣检测与控制。
本系统具有如下特点：1.系统能全自动运行，不需要人为操作，能根据连铸工艺条件(包括更换中间包和钢包以及定修等情况)，自动的执行相应的功能步骤；2.基于谐振原理进行钢渣检测；3.具有很强的抗干扰性能；4.现场具有自动/手动切换功能；5.系统用户界面友好，易于操作，不需较长的培训过程；6.系统具有故障监控功能，对检测线路发生任何故障都能很快检测出来并报警；7.可通过系统界面方便设定混渣量报警限(10%)等参数；8.具有历史数据查看、浏览、打印等功能3．识别模型及软件系统的介绍3. 1 识别模型本系统所使用的识别模型是以模糊聚类理论为基础的软聚类方法，所谓的聚类是按一定的标准对事物进行分类的数学方法，就是根据实际情况，按一个标准来鉴别事物间的接近程度，并把彼此接近的事物归为一类。
同时由于客观事物之间存在模糊界限，事物的分类、分级就伴随着模糊性，这样，就需要将模糊数学中有关概念与方法引入聚类分析中，建立模糊相似关系，进而将客观事物进行分类、分级。
特征模板库中的各个模板称之为参考模板，将其分为m 类，即存在m 个聚类模板：V = {V 1, V 2 , V 3, …, V m }，各聚类模板都有n个特征V i = { v i1, v i2, v i3, …, v in} ( i = 1, 2, …, m) ，因此m 个聚类模板的特征组成一个m×n 特征矩阵Vm×n。
在线实时测量数据建立的模板称之为测试模板，它具有与参考模板相同的特征数量即n 个特征值，T = {T1, T2, T3, …，Tn}。
在此基础上求测试模板T隶属于参考模板V中m类的隶属度A = { A 1, A 2 , A 3, …, A }，测试模板属于第i类的隶属度A i = { a i1, a i2, a i3, …, a in} ( i = 1, 2, …, n)。
m在实际应用时，我们在钢包浇注过程中，以每一炉次的浇注时间为顺序将浇注过程划分为5个状态：纯钢水状态（S1）→漩涡扰动状态（S2）→含渣量10%状态（S3）→含渣量20%状态（S4）→含渣量30%状态（S5）。
根据隶属度来判定当前时刻的测试模板T隶属于哪一类，即当前时刻浇注过程处于哪个状态。
但是由于每个钢包浇注过程发生的时间不同，而且每个浇注过程的状态也不同，同时受到很多因数的影响，如果直接采用固定的隶属度来判定，其效果不可能很好，所以必须根据当前浇注过程的各种情况对隶属度进行修正，从而克服外在因数的影响，提高检测的准确性。
3. 2 软件系统介绍连铸钢包下渣检测与控制系统的软件系统采用模块化的设计方法，整个软件系统主要由六个模块组成：数据采集模块，数据处理模块、模式识别模块、系统控制模块、资源管理模块、以及界面控制模块。
软件系统的总体框图如图3所示：图3 软件系统模块组成软件系统的控制界面如图4所示：图4 软件系统控制界面4．系统的应用及效果该系统自2006 年9 月在宝钢炼钢厂取得了成功的应用后，在钢包浇铸末期不再需要操作工人工判渣，完全由下渣检测与控制系统自动判渣并优化关闭滑动水口，系统性能稳定，工作可靠，带来的最明显的效果就是减少了钢包残钢量、提高了产品收得率和钢水纯净度，改善了产品质量，钢包连浇10炉后，中间包渣层厚度不超过15厘米。
同时减轻了大包操作工的劳动强度，改善了操作工的工作环境。
5．结束语钢包下渣检测已成为现代连铸生产和质量控制的重要技术之一，为在连铸机上浇注出高质量的纯净钢坯，有必要在钢包上使用下渣检测系统。
连铸钢包下渣检测与控制系统真正实现了无人操作全自动运行，能准确判定浇铸后期钢包下渣，并及时优化关闭滑动水口，减少钢包中钢渣进入中间包的量，提高钢水纯净度，增加钢水收得率，增加连浇炉次，改善大包操作工的劳动强度和工作环境。
实践证明，使用连铸钢包下渣检测与控制系统不仅提高了连铸生产的自动化水平，同时可以获得明显的经济效益。
参考文献：1．Downey M，Conter J，Gordon P．Ladle-tundish slag detection using vibration measurements. Steel Times, 1992 (9) : 416-4202．Dauby P. H. Steel Quality Leapfrog-Detections and Elimination of Landle to Tundish Slag Carry-Over. I& Sm ,1990 (7) :27-323．田燕翔现代连铸新工艺、新技术与铸坯质量控制．当代中国音像出版社20044．陈家祥连铸炼钢手册．冶金工业出版社19915．孙巧玲,袁伟霞采用振动测量法检测钢包至中间包的下渣．钢铁研究, 1994 (3)6．于学斌,张红,邱玲惠等连铸钢包下渣检测技术的开发．华东冶金学院学报1997 (4)。
