2002, Vol. 22引用本文 |
| 马钢三钢厂新建方坯连铸机二冷水控制系统 |  [PDF全文] |
马鞍山钢铁股份有限公司(马钢)第三炼钢厂新建了一台全弧形六机六流方坯连铸机, 铸机半径为8m, 钢种为优碳钢、铆螺钢、焊条钢、弹簧钢以及轴承钢等, 设计年生产能力为70万t合格铸坯, 生产的140 mm×140 mm方坯直接供改造后的高速线材、棒材轧机轧材。此台铸机的二次冷却水系统采用了“强冷”水喷淋集管, 所有过程参数的采样、监视及控制均由PLC完成。
2 二冷水系统工艺介绍 2.1 二冷水系统从马钢305号水处理站分出一路冷却水, 经过滤器送到配水室。从配水室的二冷总管上分出6路进入每流二冷水支管。每个支管分4路分别到达每流二冷段的4个区域, 即足辊区、二冷1区、二冷2区、二冷3区。采用“强冷”水冷却, 二冷水系统的喷水集管装置上安装了一定数量的喷嘴, 喷嘴按弧形对称布置在铸坯四侧, 并对准铸坯中心。
二冷系统的所有回路均包括流量变送器、压力变送器和流量控制阀。对于每个回路, 流量变送器是反馈设备, 其信号通过Profibus-PA总线与PLC通讯, 通过PLC-PID指令来完成PID算法。PID输出指令通过Profibus-PA总线驱动流量控制阀。所有过程量的处理均由PLC完成。
2.2 二冷水系统主要工艺参数二冷水系统的主要工艺参数见表 1。
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表 1 二冷水系统主要工艺参数 |
二冷水系统原理见图 1。
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| 图 1 二冷水系统原理图 |
根据来自PLC的铸流跟踪信号产生的铸坯位置逻辑来自动打开和关闭二冷水系统。当被检测的铸坯进入每个区域, 对应区域的回路就转为“打开”; 当被检测的铸坯离开每个区域时, 对应区域的回路将延时规定时间后自动关闭, 除非操作人员按下“关闭二冷水”软键。
3.1.2 维修调试维修调试期间“喷水测试”时, 当“测试”软键按下后, 控制回路转为“打开”; 如果按下“测试结束”, 则回路转为“关闭”。
3.1.3 开浇喷水回路中设有“软快开阀”, 浇铸开始后, “软快开阀”可强制控制阀全开。当回路打开后, “软快开阀”保持控制阀全开状态5 s, 以便使供水回路相对慢的响应与阶跃输入相适应。5 s后, “软快开阀”作用消失, 控制阀进入正常工作状态。
各个控制回路的开/闭状态均在主控室的HMI屏幕上显示。操作人员可以通过HMI调节各区实际流量。
3.2 操作方式操作方式分自动和手动两种方式。
3.2.1 自动控制一般情况下, 选择“自动”方式。
工作时二级计算机根据所浇铸的钢种、温度和拉速等不同的工艺参数计算出配水参数, 下载到一级铸流PLC, 给出各区配水量。
各区水量根据下式并结合各区配水比来确定。
Q=1 000×S×ρ×F×V
式中:Q——二冷区总水量, L/min;
S——铸坯断面, 140 mm×140 mm;
ρ——钢的密度, g/cm3;
F——比水量, L/kg, 因浇铸钢种的不同而不同;
V——拉坯速度, 此台铸机的拉速2.6~3.8 m/min;
1000——转换系数。
PLC在屏幕上自动给出推荐的冷却曲线编号, 操作人员给予确认。如果冷却曲线不合适, 操作人员可选定其它冷却曲线或对其中的参数进行修改。
浇铸开始后, 如果重新选定冷却曲线, 则被传递给公用PLC, 其后, 公用PLC将再次向铸流PLC发出新的指令, 同时曲线数据和冷却曲线号将被铸流PLC保存。
一旦选定了冷却曲线编号, 其相关的冷却数据同时传递给每个回路控制器。每个回路的PID算法以设定值为基础, 控制流量控制阀的开度。
当铸机拉速很低时, 转入小流量喷水模型控制, 以防喷嘴背压过低造成冷却能力下降。
3.2.2 手动控制选择手动模式后, 由操作人员在PLC上设定阀位, 以全刻度百分比表示(0~100%), 同时按“回车”键确认, 从而人工调定每流每段的喷水量。
3.2.3 手动—自动控制的切换手动—自动控制的切换由编程软件实现, 但在切换前需将手动输出值设定为自动输出值, 以保证控制器切换时阀位的恒定, 从而实现无扰动切换。
3.3 报警系统在二冷水系统打开后15 s内, 以下报警信号系统自动启动, 有关数值可在HMI上调整。
3.3.1 进水压力当回路实际进水压力值低于设定的“低压力”值且时间持续达5 s以上时系统报警。
3.3.2 进水流量当回路实际进水流量值低于流量开关设定的“低流量”值且时间持续达5 s以上时系统报警。
3.3.3 设定值偏差实际进水流量与预先设定值的“最大偏差”相比较, 当铸机正在浇铸、系统处于“自动”状态且最大偏差值持续时间达20 s以上时系统报警。
4 二冷水系统的工作过程进行浇铸前, 各项浇铸前准备工作就绪后, 当“开浇”信号发出时, 二冷足辊区冷却回路调节阀打开, 开始喷水; 当引锭头到达结晶器下口前200 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 冷却1区调节阀打开; 当铸坯头部到达冷却2区前400 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 冷却2区调节阀打开; 当头部到达冷却3区前400 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 冷却3区调节阀打开。整个二次冷却系统全部处于工作状态。
拉尾坯时, 当铸坯尾部离开结晶器下口以上100 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 二冷足辊区冷却回路关闭; 当铸坯尾部离开二冷1区末端前300 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 二冷1区冷却回路关闭; 当铸坯尾部离开二冷2区末端前400 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 二冷2区冷却回路关闭; 当铸坯尾部离开二冷3区末端前500 mm时, 跟踪系统发出到位信号, 二冷3区冷却回路关闭。此时二冷水的所有调节回路全部关闭, 停止喷水。
5 二冷水系统的特点(1) 所有过程参数的采样、监视及控制均由PLC完成, 增强了控制功能和参数的显示精度。
(2) 整个二冷流量控制系统由仪表系统组成, 控制上考虑了分区, 确保了控制精度。
(3) 为了保证二冷冷却水源充足, 在水泵房配置了5台供水泵, 3用2备, 正在运行的泵发生故障时, 备用泵可以自动投入工作。此外新建1座容积为200 m3/h的水塔作为事故供水装置。
(4) 二级计算机根据所要浇铸的钢种、选择的拉速和钢水温度自动给出二次冷却曲线号及冷却参数, 经确认或进行修正后, 下达给PLC系统。浇铸过程中可按照实际拉速和不同阶段自动调节冷却水量, 均匀冷却铸坯, 确保铸坯的表面和内部质量。
6 结束语马钢三钢厂新建六机六流方坯连铸机自2002年3月5日试车成功至今, 运行稳定、控制精度高并且安全可靠, 完全能满足连铸生产的需要。