炼钢连铸系统结晶器铜板锥度误差大问题研究

　　摘要：炼钢连铸作业区结晶器铜板锥度出现问题，后来经过相关人员对结晶器系统的深入研究（包括机械、电气、液压等方面）,发现问题与传感器有关，最后使问题得到了有效的控制。
　　关键词：结晶器，锥度，传感器
　　1、结晶器结构与作用简介
　　炼钢是国家重点项目，所使用的设备都是国际先进水平，其中连铸作业区平台上使用的结晶器是由国际著名公司奥钢联提供的，结晶器顾名思义就是钢水初结晶的地方，钢水从大包到中包经中包塞棒进入结晶器，结晶器随着液压振动台的振动而振动，在水冷的保护下，进行钢水初结晶。这套结晶器的结构与系统程序可以说是世界上先进的，它利用的是液压伺服系统，由PLC控制传感器将命令信号送出，通过电磁阀的得电与失电使四个伺服液压缸工作，进而达到自动调宽的目的。下图为结晶器的基本结构：
　　
　　图1结晶器结构
　　2、结晶器窄面铜板锥度出现问题
　　无论怎么先进的设备，都会有问题出现。这套结晶器也不例外，投产一段时间以后，铜板出现了锥度问题，锥度就是侧面铜板的一个技术参数，与铜板的自动调宽有关，屏幕显示值与铜板实际测量结果的误差不能超过0.3mm，如果出现问题，系统就会报警，导致断浇或者漏钢。
　　我公司负责连铸作业区的检修工作，今年2月26日3#机4流14#结晶器上线后标定正常，手动测试正常。自动调宽后测试锥度时发现右侧锥度屏幕显示值正常，但实际结晶器铜板的锥度并没有调整。这是该作业区去年八月份投产至今第一次出现这个问题，由于结晶器结构比较复杂，而且涉及机械、电气、液压等三方面，所以一时间没有找到很好的办法来解决问题，后来又陆续出现了此类问题，见表1：
　　表1锥度出现问题统计表
　　连铸机编号 结晶器编号 日期 引起锥度变化原因 锥度设定值 实际
　　测量值 允许误差范围 结果
　　3#机4流 13# 2010.3.4 正常停机后检测,发现锥度变化 8mm 左侧7.3mm右侧7.6mm 0.3mm 换结晶器
　　1#机 2# 2010.3.19 调宽作业时左侧顶部驱动报警 没有测量,下机更换 换结晶器
　　2#机 11# 2010.3.26 正常拉钢时,铜板左侧底部VVVF报警 10.59mm 左侧10.04mm 0.3mm 大包停止浇注,换结晶器
　　3#机 13# 2010.4.5 正常拉钢过程中控制系统突然发生9项报警 9mm 左侧9.4mm右侧8.6mm 0.3mm 大包停止浇注,换结晶器
　　3#机4流 10# 2010.4.7 结晶器换包起步后左侧底部液压缸驱动报警 11.2mm 左侧11.79mm 0.3mm 大包停止浇注,换结晶器
　　3#机3流 14# 2010.6.15 结晶器换包起步后铜板左侧底部驱动报警 11.3mm 左侧8.55mm 0.3mm 大包停止浇注,换结晶器
　　
　　根据上面的事例，经过长时间的仔细研究发现，出现锥度变化的现象有两种情况，一种是正常拉钢状态、一种是换中包后，都有可能出现锥度变化的现象。但无论哪一种情况都会引起系统报警，导致大包停止浇注，直接结果就是降低产量。所以必须尽快解决问题。
　　3、原因分析
　　经过研究发现正常拉钢停浇以后，对结晶器铜板进行锥度测量，屏幕显示值与实际测量值相差很大，最大跑了1.9mm，超过误差允许范围1.6mm，这台结晶器立刻被换下，下线后对该结晶器进行了多方面测试检查，包括机械、电气、液压等方面。
　　首先对机械方面进行检查，对所有机械连接部位（可能引起松动的地方）进行检查，下面是其中三个地方：1）是对铜板的上定位块进行检查、2）是对与铜板相连的液压缸的螺栓检查、3）是对固定销轴及螺栓检查。结果显示均无松动现象或间隙存在。
　　接着用液压千斤顶顶侧面铜板，检测侧面铜板的连接处是否有间隙。两个侧面铜板后面各有两个用以调宽的液压缸支撑，液压缸是实现调宽的重要部分。
　　测试数据见表2：
　　表2液压千斤顶顶铜板测量铜板位移量数据
　　铜板上部 左侧（㎜） 右侧（㎜）
　　结晶器调整宽度：1.1米←→ 压力：50bar 调宽后屏幕显示 551.1 551.1
　　  测量时屏幕显示 551.1 551.3
　　  铜板位移量 0.05 0.7
　　 压力：100bar 调宽后屏幕显示 551.1 551.1
　　  测量时屏幕显示 551.3 551.9
　　  铜板位移量 0.75 1.5
　　结晶器调整宽度：1米→← 压力：50bar 调宽后屏幕显示 501.1 501.1
　　  测量时屏幕显示 501.1 501.3
　　  铜板位移量 0.03 0.68
　　 压力：100bar 调宽后屏幕显示 501.1 501.1
　　  测量时屏幕显示 501.2 502.1
　　  铜板位移量 0.42 1.68
　　铜板下部 左侧 右侧
　　结晶器调整宽度：1.05米←→ 压力：50bar 调宽后屏幕显示 524.9 524.9
　　  测量时屏幕显示 524.9 525.2
　　  铜板位移量 0.03 0.41
　　 压力：100bar 调宽后屏幕显示 524.9 524.9
　　  测量时屏幕显示 524.9 525.6
　　  铜板位移量 0.43 1.39
　　结晶器调整宽度：1米→← 压力：50bar 调宽后屏幕显示 500 500
　　  测量时屏幕显示 500 500.2
　　  铜板位移量 0.01 0.41
　　 压力：100bar 调宽后屏幕显示 500 500
　　  测量时屏幕显示 500 501
　　  铜板位移量 0.17 1.51
　　注：铜板位移量在去掉压机后均可恢复到原数据（最大相差0.05mm）
　　分析：由以上数据可以明显发现，铜板在机械范围内只移动了0.05mm，完全符合0.3mm的误差范围。
　　通过对机械连接部位的检查及铜板的位移量测试，可以明显发现误差基本符合0.3mm的要求，基本上排除机械方面的原因。
　　对液压方面的排查主要就是对调宽的四个液压缸进行检测，检查液压缸是否有内泄，将液压缸送到机械厂进行正规的压力测试，检测结果基本符合误差要求。
　　接下来就是对电气方面进行检查，检查过程中发现当更换位移传感器（实现铜板调宽的中间介质）以后，再次测量，数据符合0.3mm范围，并且将传感器厂家联系到现场共同测试，测试数据见表3：
　　表3传感器检测数据
　　旧传感器
　　标定位置1900mm开始（锥度设定值6mm）
　　宽度 1900mm 1260mm 1160mm 1500mm
　　标定值 6.37 5.36 5.33 5.62
　　新换传感器
　　标定位置1900mm开始（锥度设定值6mm）
　　宽度 1900mm 1260mm 1160mm 1500mm
　　标定值 6.08 6.15 5.89 6.26
　　分析：以上数据可以明显说明，换了新的传感器后，数据符合0.3mm的误差要求。
　　并且在后来检修结晶器完毕后，离线检测铜板锥度，结果发现了7次锥度值变化大的现象，更换新的传感器后再次检测，数据基本符合误差要求（所以怀疑位移传感器线性、安装方面存在问题）。
　　研究还发现，在生产过程中换中包时，结晶器锥度也发生变化的现象，例2007年6月15日，1#机2＃结晶器换包起步后左侧底部驱动报警，锥度显示值（8.55）与设定值（11.3）出现重大偏差，拉矫系统报警，打包停止浇注。
　　分析：观察铸坯，左侧窄面铸坯接痕有凸起，在起步20秒后，有接痕的铸坯向外侧挤压窄面铜板，所以造成锥度变化，从计算机的历史纪录来看，系统对铜板锥度有调整迹象，但是由于铸坯接痕突起原因，铜板无法调回正确位置，致使拉矫系统报警。说明换中包后，生产工的操作对结晶器铜板的锥度变化也有一定的影响。
　　4、结论
　　现在对可能引起锥度问题的各个方面都给予改进：
　　1） 振动台水平度测量；
　　2） 每周对锥度仪（手动锥度测试仪器）进行校验，保证测试设备本身的准确性；
　　3） 检修完毕后，对结晶器铜板进行锥度测试，每台结晶器大约测试20次（发现问题及时更换）；
　　4） 上线前保持铜板锥度为正值（即上开口大，下开口小）；
　　5） 对与铜板相关的连接进行紧固、润滑；
　　6） 要求换中包时生产工的操作尽量符合规范要求；
　　7） 定时更换位移传感器；
　　8） 定时检测液压缸是否有内泄。
　　9） 在浇铸平台上传感器控制箱周围电焊机作业时，一定要把二次线地线接到施焊点。（电焊机的电流可能损坏电器元件）；
　　现在对结晶器铜板锥度问题，相关原因基本上已经了解，并加以控制，即使出现锥度问题，也能够很快找到原因，加以解决。从而保证了连铸作业区的正常生产，提高了产量，增加了效益。

《炼钢连铸系统结晶器铜板锥度误差大问题研究》

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