張國(guó)菊
(山西云時(shí)代太鋼信息自動(dòng)化技術(shù)有限公司, 山西 太原 030003)
摘 要:設(shè)計(jì)了一種有效連鑄中間包平衡系統(tǒng),即通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造并增加先進(jìn)的平衡檢測(cè)傳感器和PLC 設(shè)備,開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的軟件,從而動(dòng)態(tài)的矯正中包的傾斜,有效解決了現(xiàn)場(chǎng)所遇問(wèn)題,間接提高了拉坯速度和鑄坯質(zhì)量,同時(shí)該系統(tǒng)可減少由于中間包不平衡對(duì)液壓缸的損耗,提高了液壓缸的使用壽命。
關(guān)鍵詞:中包平衡;平衡傳感器
液壓控制 傾斜角度連鑄是鋼鐵冶金生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),中間包又是連鑄生產(chǎn)的關(guān)鍵,在整個(gè)澆鑄過(guò)程中,中間包必須保持在一個(gè)固定的水平位置,而現(xiàn)在大多煉鋼廠中包車(chē)中間包由于液壓及偏載的原因在使用過(guò)程中普遍存在無(wú)法保持平衡的問(wèn)題。本文圍繞著連鑄生產(chǎn)過(guò)程中間包平衡設(shè)計(jì)了一種有效的控制系統(tǒng),該系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造,增加先進(jìn)的平衡檢測(cè)傳感器和 PLC 設(shè)備,并開(kāi)發(fā)與之相應(yīng)的軟件,動(dòng)態(tài)的矯正中間包的傾斜,以實(shí)現(xiàn)鋼水由中間包進(jìn)入結(jié)晶器的過(guò)程中由于中間包不平衡造成的相關(guān)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)中包的控制,提高拉坯的穩(wěn)定控制和鑄坯質(zhì)量,同時(shí)該系統(tǒng)可減少由于中間包不平衡對(duì)液壓缸的損耗,從而提高液壓缸的使用壽命。
1 改造前設(shè)備狀況
大多數(shù)鋼廠連鑄生產(chǎn)過(guò)程,中間包水口都不能保持一個(gè)固定的水平位置,存在水口偏流的現(xiàn)象,從而引起液壓缸受力不均磨損嚴(yán)重,甚至?xí)斐陕╀撏.a(chǎn)等事故;同時(shí)在對(duì)水口插入深度的控制中,需多次較準(zhǔn),不僅浪費(fèi)人力,而且影響生產(chǎn)節(jié)奏。
現(xiàn)在生產(chǎn)過(guò)程中遇到中包車(chē)無(wú)法保持平衡的情況下,一般現(xiàn)場(chǎng)采取支墊方式,在不同高度需要加減不同墊塊,并且在上升和下降過(guò)程中不能調(diào)整水平。 不能完全解決存在的問(wèn)題,而且存在安全隱患。
2 系統(tǒng)構(gòu)成
該系統(tǒng)涉及對(duì)控制部分和液壓部分的改造,通過(guò)在中包車(chē)梁上安裝的先進(jìn)角度傳感器檢測(cè)中間包的傾斜角度,通過(guò)角度與水平標(biāo)定對(duì)比計(jì)算液壓缸動(dòng)作,使中間包始終處于動(dòng)態(tài)平衡中;在液壓缸供油回路增加旁路,新增節(jié)流閥、逆止閥、電磁閥共同構(gòu)成液壓缸輔助給油回路,并增加調(diào)速閥組,解決相鄰兩臺(tái)中間罐車(chē)的頂升缸同步精度差的問(wèn)題,整個(gè)系統(tǒng)配置如圖 1 所示。
2.1 控制部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在中包車(chē)梁上安裝平衡傳感器。其工作原理為:在傳感器內(nèi)封裝著電解液,電解液隨著現(xiàn)場(chǎng)安裝位置的角度變化而流動(dòng),流動(dòng)到下部電極上,造成電極間電導(dǎo)率變化。從而通過(guò)電導(dǎo)率的變化、輸出不同的電流信號(hào),反算出安裝位置的水平方向的偏移情況。
本系統(tǒng)中采用先進(jìn)的角度傳感器 NS-5/PI,檢測(cè)數(shù)據(jù)精確,檢測(cè)精度可達(dá) 0.01°,檢測(cè)范圍可達(dá)依5°,能有效的檢測(cè)中間包傾斜狀態(tài)。傳感器安裝在中包側(cè)面,與水平垂直,輸出 4~20 mA 信號(hào)直接由 PLC 控制器模擬量接入端,信號(hào)輸入 PLC 后經(jīng)運(yùn)算得到中間包具體傾斜角度。
系統(tǒng)采用了穩(wěn)定可靠且具有較高響應(yīng)運(yùn)算速度的 S7-300PLC 進(jìn)行信號(hào)處理和邏輯控制。PLC 通過(guò)檢測(cè)并采集平衡傳感器數(shù)值,采用 PID 對(duì)電磁閥進(jìn)行脈沖控制,把平衡傳感器偏移角度作為被調(diào)參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,為了適應(yīng)控制對(duì)象的特性,獲得理想的控制效果,控制方式采用自整定控制。運(yùn)用自整定的方法,相較于手動(dòng)參數(shù)設(shè)定,在過(guò)程動(dòng)態(tài)特性時(shí)變的變量控制方面,控制器參數(shù)的整定可以自動(dòng)整定完成,并具有自動(dòng)校正能力,以補(bǔ)償過(guò)程時(shí)變,故而在整定速度和精度上,都有較大的提高。在自整定時(shí),為了保證設(shè)備工作在穩(wěn)定范圍內(nèi),需要根據(jù)實(shí)際變量時(shí)變范圍,限制輸出范圍在死區(qū)之內(nèi),并且在自整定過(guò)程中,拐點(diǎn)的確認(rèn)是關(guān)鍵,要確保變量階躍分辨率合適,不然分辨率較小,會(huì)使變化過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn),較大的話,可能引起超調(diào),影響控制效果(見(jiàn)圖 2)。
此外,由于液壓控制頻度較高,幅度很小,在控制過(guò)程中,對(duì)外部干擾很敏感,尤其是平衡調(diào)節(jié)時(shí),電磁攪拌也在工作運(yùn)行當(dāng)中,電磁干擾較強(qiáng),影響到平衡調(diào)節(jié)的控制效果;經(jīng)過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,編制適用的濾波算法,消除電磁攪拌干擾、共模干擾等外部干擾源引起的信號(hào)突變,有效提高控制的穩(wěn)定性(見(jiàn)圖 3)。
2.2 液壓部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)
中間包角度傾斜主要由液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),如何實(shí)現(xiàn)角度與液壓缸動(dòng)作連鎖是控制的關(guān)鍵。在液壓缸供油回路增加旁路,新增節(jié)流閥、逆止閥、電磁閥共同構(gòu)成液壓缸輔助給油回路,這樣在快速動(dòng)作過(guò)程中可以加快運(yùn)行速度;在檢測(cè)到中間包偏移時(shí),控制節(jié)流閥和電磁閥,使液壓鋼角度得到微調(diào),實(shí)現(xiàn)保持在一個(gè)固定的水平位置的目的。
在原來(lái)的液壓系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加調(diào)速閥組HI425-00,如圖 4 所示。在兩缸僅從主油路進(jìn)油時(shí),若左缸頂升偏慢則電磁閥 D1 得電,液壓油經(jīng)電磁閥 D1、調(diào)速閥 J1 和單向閥 V1 進(jìn)入左缸增快左缸頂升速度,至與右缸同步時(shí)電磁閥 D1 斷電,所增加的速度快慢可通過(guò)調(diào)速閥 J1 來(lái)調(diào)節(jié)。反之若右缸頂升偏慢則電磁閥 D2 得電,液壓油經(jīng)電磁閥 D2、調(diào)速閥J2和單向閥 V2 進(jìn)入右缸增快右缸頂升速度,至與左缸同步時(shí)電磁閥 D2 斷電,通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)速閥 J2 來(lái)調(diào)節(jié)增加的速度。另外兩路供第二臺(tái)中間罐車(chē)調(diào)整油缸頂升速度用。
3 實(shí)施效果
本系統(tǒng)應(yīng)用于連鑄生產(chǎn)過(guò)程中間包平衡控制中,取得了良好的效果。系統(tǒng)投運(yùn)后,達(dá)到了動(dòng)態(tài)矯正中包傾斜問(wèn)題的目的,并且操作簡(jiǎn)單,方便維護(hù)。本方法檢測(cè)精度小于 0.02°,控制精度小于 0.15°,響應(yīng)時(shí)間小于 100 ms,動(dòng)態(tài)控制時(shí)間,小于 2 s,有效地解決了所遇問(wèn)題,提高拉坯速度及鑄坯質(zhì)量;同時(shí)該方法可減小由于中間包不平衡對(duì)液壓缸的損耗,提高液壓缸的使用壽命。
4 結(jié)語(yǔ)
本文針對(duì)煉鋼廠連鑄生產(chǎn)工藝澆鑄過(guò)程中中間包不能一直保持在水平位置的實(shí)際問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一套有效的連鑄中間包平衡系統(tǒng),本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造,增加先進(jìn)的平衡檢測(cè)傳感器和 PLC設(shè)備,并開(kāi)發(fā)與之相適應(yīng)的軟件,動(dòng)態(tài)矯正中包的傾不良率由原來(lái)的 0.05%下降到 0.003%,達(dá)到了客戶的期望值,重新獲得了市場(chǎng)認(rèn)可。根據(jù)攻關(guān)可以得出:
1)盤(pán)條氧化鐵皮去除不凈是焊絲鍍銅不良的直接原因。而造成氧化鐵皮難以去除的原因比較復(fù)雜,涉及到盤(pán)條生產(chǎn)工藝、表面缺陷、水質(zhì)等各個(gè)方面。
2)加熱爐均熱段溫度在 1 150 ℃以下時(shí),可有效控制難去除的 Fe2SiO4 的生成。
3)除鱗水壓力由 8 MPa 提高至 15 MPa 以上,鑄坯表面氧化鐵皮可有效去除,并改善盤(pán)條表面鋸齒狀缺陷。
4)采用合理的吐絲溫度、輥道速度以及冷卻速度等措施,可以有效控制盤(pán)條氧化層厚度和成分,生成適用于機(jī)械剝殼工藝的氧化鐵皮結(jié)構(gòu)。
5)盤(pán)條表面銹蝕、不圓度大以及表面形狀不規(guī)則等也可在一定程度上影響盤(pán)條氧化鐵皮的去除效果,可通過(guò)控制水質(zhì)、存放環(huán)境和換輥頻率進(jìn)行改善。
參考文獻(xiàn)
[1] 魏國(guó)立,朱青德.焊絲鍍銅色差分析及改進(jìn)[J].工業(yè)加熱,2018,5 (47):26-29.
[2] 程小鵬.氧化鐵皮形成機(jī)理與控制策略[J].漣鋼科技與管理,2017(4):17-19.
[3] 李舒笳,羅志俊,陳濤,等.Fe2SiO4 相析出行為對(duì)焊線鋼絲表面鍍銅的影響[J].材料熱處理學(xué)報(bào),2016,37(8):189-195.