漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)工作原理

圖2是發(fā)生黏結(jié)漏鋼時(shí),漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)中典型溫度變化曲線。曲線記錄表明,系統(tǒng)使用了2排熱電偶作監(jiān)控。開始時(shí)溫度正常,鋼水的平均溫度(坯殼凝固)從結(jié)晶器上口到澆鑄方向遞減。因此平均溫度會(huì)根據(jù)測(cè)量點(diǎn)的不同而呈水平平行線。而黏結(jié)時(shí),鑄坯直接和銅板接觸,保護(hù)渣在銅板和坯殼之間失去絕熱作用,導(dǎo)致銅板溫度略上升。隨著黏結(jié)的發(fā)生,結(jié)晶器上口坯殼停止移動(dòng)并增厚,結(jié)晶器中相應(yīng)區(qū)域在出現(xiàn)一個(gè)高溫峰值后就會(huì)再次冷卻下來(lái)。隨著黏結(jié)面的擴(kuò)大,黏結(jié)點(diǎn)附近相同行的電熱偶也會(huì)經(jīng)過短暫的延時(shí),出現(xiàn)類似溫度變化。隨著黏結(jié)面的擴(kuò)大,撕裂部位的下移,安裝在第二排熱電偶會(huì)出現(xiàn)溫度上升。這樣上下兩條溫度曲線會(huì)形成交叉點(diǎn),交叉點(diǎn)的產(chǎn)生預(yù)示著有黏結(jié)的產(chǎn)生,出現(xiàn)漏鋼危險(xiǎn)。

預(yù)報(bào)系統(tǒng)可分為手動(dòng)操作或自動(dòng)控制。當(dāng)選擇人工控制時(shí),操作人員根據(jù)系統(tǒng)畫面及報(bào)警,手動(dòng)控制相應(yīng)系統(tǒng);在自動(dòng)狀態(tài)下,當(dāng)出現(xiàn)非正常狀態(tài)時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)降低相應(yīng)流的拉速并發(fā)出警報(bào),相應(yīng)流自動(dòng)減速,以便使裂口愈口。提供的愈合時(shí)間是根據(jù)不同鋼種預(yù)先設(shè)定的。自發(fā)生報(bào)警恢復(fù)至正常狀態(tài),不需人工操作,如圖3所示。

漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成:現(xiàn)場(chǎng)操作箱、控制柜、工控機(jī)、熱電偶模塊、連接器、熱電偶、熱電偶保護(hù)套管、離線檢測(cè)裝置等部分組成,系統(tǒng)布置如圖1所示。

連鑄生產(chǎn)過程中的漏鋼是最具危害性的生產(chǎn)事故,對(duì)作業(yè)穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量、人身安全及設(shè)備壽命都有不良影響,1次典型漏鋼事故所造成的損失可能接近20萬(wàn)美元。因此,連鑄企業(yè)和科技工作者投入了大量時(shí)間、資金,研制開發(fā)結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)。連鑄漏鋼可分為黏結(jié)漏鋼、夾渣漏鋼、裂紋漏鋼等,而黏結(jié)性漏鋼又是連鑄漏鋼的主要成因,亦是降低其漏鋼率的關(guān)鍵性因素。目前采用的熱電偶測(cè)溫法,即在結(jié)晶器上安裝熱電偶,檢測(cè)溫度變化,判斷并預(yù)報(bào)漏鋼可能,及時(shí)反饋?zhàn)詣?dòng)控制系統(tǒng),自動(dòng)或提示操作人員采取避險(xiǎn)措施,已被逐步證明是較為科學(xué)適用的方法。然而,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有的漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)在使用中存在誤報(bào),漏鋼時(shí)報(bào)警、漏鋼后報(bào)警,甚至不報(bào)警等現(xiàn)象,給用戶帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，是一種可以通過分析分布在結(jié)晶器壁上的熱電偶采集到的溫度變化，得知坯殼破裂處及其擴(kuò)展，從而檢測(cè)出漏鋼趨勢(shì)并進(jìn)行報(bào)警的設(shè)備。漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要由兩部分組成：檢測(cè)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。檢測(cè)系統(tǒng)包括熱電偶矩陣、熱電偶模塊、總線通信網(wǎng)絡(luò)、PLC等，主要負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（溫度、拉速、液位等）；控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析處理單元、操作箱、PLC等，主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輸出分析結(jié)果，并通過控制拉速達(dá)到消除漏鋼隱患的目的。應(yīng)用領(lǐng)域：漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要應(yīng)用在鋼鐵行業(yè)、冶金行業(yè)等。

在連鑄生產(chǎn)過程中,結(jié)晶器內(nèi)實(shí)際沒有黏結(jié),但是由于某些原因?qū)е聼犭娕紲囟惹€波動(dòng)過大而產(chǎn)生漏鋼預(yù)報(bào)即誤報(bào);但結(jié)晶器內(nèi)實(shí)際發(fā)生了黏結(jié),而由于熱電偶沒有檢測(cè)到等原因漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)沒有預(yù)報(bào)而發(fā)生漏鋼事故,就是漏報(bào)。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析以及相關(guān)文獻(xiàn)資料的總結(jié),誤報(bào)、漏報(bào)發(fā)生的原因主要有以下幾種。

漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)誤報(bào)的原因

1)熱電偶線下檢測(cè)質(zhì)量不合格,熱電偶存在質(zhì)量問題。在使用過程中熱電偶性能不穩(wěn)定或失去熱電特性,溫度曲線波動(dòng)過大,造成誤報(bào)。

2)熱電偶裝配方式不夠合理或者密封不好,裝配熱電偶的螺栓里進(jìn)水及油污將使測(cè)量溫度與實(shí)際溫度偏差大,溫度曲線呈波動(dòng)狀,造成誤報(bào)。

3)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)使用一段時(shí)間后,熱電偶與結(jié)晶器安裝槽不能緊密接觸,導(dǎo)致熱電偶偶頭偏離結(jié)晶器銅板或與異物相接觸,造成誤報(bào)。

4)電氣設(shè)計(jì)不合理、插接件防水性差、電磁干擾嚴(yán)重,在熱電偶信號(hào)傳輸過程中發(fā)生失真現(xiàn)象,使溫度曲線波動(dòng),將產(chǎn)生誤報(bào)。

5)在漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)中,相應(yīng)鋼種組報(bào)警參數(shù)值設(shè)置較小或較大,也會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)。

漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)漏報(bào)的原因

1)由于熱電偶本身質(zhì)量問題或熱電偶故障等原因,誤報(bào)頻繁,被迫關(guān)閉。若關(guān)閉處坯殼發(fā)生黏結(jié),將產(chǎn)生漏報(bào)。

2)熱電偶信號(hào)傳輸及處理過程中發(fā)生數(shù)據(jù)失真,產(chǎn)生漏報(bào)。

3)結(jié)晶器液面設(shè)置過低,黏結(jié)點(diǎn)超出第2排熱電偶敏感反應(yīng)區(qū),產(chǎn)生漏報(bào)。

4)結(jié)晶器保護(hù)渣熔點(diǎn)高,在第2排熱電偶以下產(chǎn)生黏結(jié),造成漏報(bào)。

5)參數(shù)及算法不合理,也將產(chǎn)生漏報(bào)。

1)設(shè)計(jì)熱電偶離線檢測(cè)裝置,高度仿真模擬結(jié)晶器內(nèi)的溫度變化,精確檢測(cè)熱電偶的測(cè)溫精度和響應(yīng)速率,確保每個(gè)熱電偶的質(zhì)量。離線檢測(cè)裝置由檢測(cè)箱、加熱板、溫度控制器、計(jì)算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)溫度傳感器、傳輸電纜、接線箱、電氣箱等8部分組成。利用熱電偶離線檢測(cè)系統(tǒng)可以在線下批量檢測(cè)熱電偶,并對(duì)所有待檢熱電偶建立數(shù)據(jù)庫(kù),統(tǒng)一管理,以便在同一個(gè)結(jié)晶器上安裝性能相近的熱電偶,保證系統(tǒng)判斷的準(zhǔn)確性。

2)熱電偶經(jīng)過特殊設(shè)計(jì),能夠保證熱電偶偶頭始終接觸到銅板,無(wú)論是線下,線上或是人為干預(yù)都不會(huì)脫離銅板,從而避免了采集到的溫度數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確出現(xiàn)的漏報(bào)和誤報(bào)情況。

3)設(shè)計(jì)雙層熱電偶套管,有效防止熱電偶內(nèi)進(jìn)水和電磁干擾。熱電偶內(nèi)套管與外套管相結(jié)合,達(dá)到雙重保護(hù)目的,即使在外套管與結(jié)晶器密封處進(jìn)入少量的水和水蒸汽,此時(shí)壓力已經(jīng)大大減小,很難再穿透內(nèi)層套管,保證了熱電偶偶頭位置的干燥、潔凈,并能有效防止其他信號(hào)的干擾,從根本上保證了測(cè)溫的準(zhǔn)確性。

4)根據(jù)連鑄機(jī)澆鑄斷面、拉速及鋼種化學(xué)成分,把相同工藝路線及相近化學(xué)成分的鋼種歸為同一鋼種組,設(shè)定合理的報(bào)警參數(shù)值,以保證實(shí)現(xiàn)既能減少誤報(bào)率,又能避免漏報(bào)的目的。

5)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和邏輯參數(shù)判斷法的綜合運(yùn)用。完善的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必然能顯著增加漏鋼預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率,但是神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)在漏鋼預(yù)報(bào)中存在它的局限性。完善的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)必須大量的訓(xùn)練樣本,樣本不全面將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)功能不全。因此采用邏輯參數(shù)判斷法結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以使設(shè)備快速投入生產(chǎn),當(dāng)完成樣本采集后采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,保證漏鋼報(bào)警準(zhǔn)確率。 2100433B

（1）監(jiān)測(cè)摩擦力進(jìn)行漏鋼預(yù)報(bào)。常用的方法是在振動(dòng)液壓缸上安裝測(cè)力計(jì)、在振動(dòng)裝置上安裝測(cè)定器、在結(jié)晶器上安裝加速計(jì)和測(cè)力計(jì)來(lái)檢測(cè)摩擦力。因振動(dòng)裝置的運(yùn)行狀況對(duì)摩擦力的測(cè)量影響較大，使摩擦力的測(cè)量精度難以保證。這種方法雖簡(jiǎn)單，但精確度不太高，而且只能預(yù)報(bào)黏結(jié)漏鋼，生產(chǎn)中常出現(xiàn)誤報(bào)。

（2）依據(jù)結(jié)晶器的熱傳遞變化進(jìn)行漏鋼預(yù)報(bào)。最為簡(jiǎn)單及直接的方法是測(cè)量結(jié)晶器冷卻水的進(jìn)水溫度和出水溫度間的溫差，但這種方法常產(chǎn)生誤導(dǎo)。使用的是測(cè)量熱傳遞量來(lái)進(jìn)行漏鋼預(yù)報(bào)。如運(yùn)用結(jié)晶器單位時(shí)間內(nèi)單位面積上的熱傳遞量進(jìn)行漏鋼預(yù)報(bào)，操作者可根據(jù)單位面積上的熱傳遞量采取正確的行動(dòng)，如減小拉速、增大拉速、停澆等。

（3）銅板熱電偶測(cè)量漏鋼預(yù)報(bào)。銅板熱電偶測(cè)量漏鋼預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率相對(duì)較高新上的漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)以熱電偶漏鋼預(yù)報(bào)為主。它的工作原理是在結(jié)晶器上安裝多只熱電偶，熱電偶的溫度值傳遞到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，超過規(guī)定值則報(bào)警，并自動(dòng)采取相應(yīng)的措施或操作者采取相應(yīng)的操作以避免漏鋼的發(fā)生。此方法具有預(yù)報(bào)黏結(jié)漏鋼、裂紋漏鋼、夾渣漏鋼、鑄坯凹陷及直觀顯示結(jié)晶器內(nèi)鑄坯坯殼凝固情況的功能，其信息納入鑄坯質(zhì)量預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

地質(zhì)超前預(yù)報(bào)。

簡(jiǎn)稱“天氣預(yù)警系統(tǒng)”。能自動(dòng)地進(jìn)行短時(shí)災(zāi)害性天氣(如熱帶氣旋、暴雨、高溫、低溫、大霧等)預(yù)報(bào)、警報(bào)服務(wù)的體系。包括:電子計(jì)算機(jī)自動(dòng)收集、處理、存儲(chǔ)有關(guān)氣象信息,并生成多種圖形、圖像產(chǎn)品,以及中尺度天氣實(shí)時(shí)資料庫(kù)、甚高頻通信網(wǎng)和警報(bào)服務(wù)系統(tǒng)。能在短時(shí)內(nèi)(如515分鐘)將災(zāi)害性天氣預(yù)報(bào)、警報(bào)傳遞到用戶,使用戶及時(shí)采取相應(yīng)的緊急措施。