李永超

(攀鋼提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

攀鋼1#方坯連鑄結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)改造

李永超

(攀鋼提釩煉鋼廠,四川攀枝花617062)

通過(guò)采用Cs137替代Co60檢測(cè)結(jié)晶器液位,對(duì)攀鋼1#方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造。結(jié)果表明,采用Cs137檢測(cè)能有效地消除Co60檢測(cè)存在的缺陷,取得了很好的效果。

連鑄;結(jié)晶器液位控制;Cs137;Co60

1 引言

攀鋼1#方坯連鑄機(jī)是從奧地利VAI公司引進(jìn)的一臺(tái)全弧形6機(jī)6流大方坯連鑄機(jī),設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為120萬(wàn)噸。而連鑄機(jī)結(jié)晶器鋼水液位自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)連鑄設(shè)備自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備,是保證連鑄正常生產(chǎn)操作,防止?jié)茶T事故,減少和避免漏鋼、溢鋼,提高鑄坯質(zhì)量的有效技術(shù)。2009年4月開(kāi)始,在攀鋼1#方坯連鑄機(jī)上進(jìn)行了改造試驗(yàn),采用Cs137替代Co60進(jìn)行結(jié)晶器液位檢測(cè),液面檢測(cè)穩(wěn)定,實(shí)現(xiàn)了對(duì)重軌等高品質(zhì)鋼的質(zhì)量穩(wěn)定控制,使用效果較好。

2 原結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)及存在的缺陷

攀鋼1#方坯連鑄機(jī)于2003年9月投產(chǎn),1#方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液面檢測(cè)系統(tǒng)原采用德國(guó)berthold公司生產(chǎn)Co60型LB352液面計(jì),控制系統(tǒng)采用SEIMENS C7控制器,液位控制精度在穩(wěn)定工作狀態(tài)時(shí)約±3mm,性能穩(wěn)定。然而Co60的半衰期短,僅5年半,每5年就得更換一次放射源,這不但增加設(shè)備成本,而且Co60的生產(chǎn)、儲(chǔ)存、辦證、回收等工作也非常繁瑣;且Co60放射源的辦證和采購(gòu)周期長(zhǎng)(半年以上),手續(xù)繁瑣,維修不便,對(duì)生產(chǎn)沖擊大;同時(shí),備件價(jià)格高,Co60液位檢測(cè)接受器(閃爍計(jì)數(shù)器)的價(jià)格為6～7萬(wàn),二次儀表十多萬(wàn)一臺(tái);Co60放射劑量較高,對(duì)環(huán)境影響較大。

目前,國(guó)內(nèi)外結(jié)晶器液位檢測(cè)的主要方法有:放射性同位素法(Cs137或Co60)、熱電偶法、激光法、電磁法、渦流法等[1]。其中渦流法、浮子法主要用于板坯連鑄機(jī),熱電偶法、激光法、電磁法、紅外攝像法目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少。

3 結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

3.1 系統(tǒng)構(gòu)成

結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)由放射源、傳感器、二次儀表、控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成圖

3.2 工作原理

結(jié)晶器液位檢測(cè)系統(tǒng)用于測(cè)量結(jié)晶器內(nèi)鋼水的實(shí)際液位,該檢測(cè)方法是一種放射測(cè)量方法。該測(cè)量方法利用放射射線穿透物質(zhì)被吸收的物理原理(如圖2),產(chǎn)生的檢測(cè)結(jié)果由比例I/IO關(guān)系得出,該比例關(guān)系是被待測(cè)物料衰減了的輻射強(qiáng)度I與未衰減的輻射強(qiáng)度IO之比。基本的測(cè)量結(jié)構(gòu)如圖2所示。輻射強(qiáng)度計(jì)算方法根據(jù)以下數(shù)學(xué)方程式:I= IO*exp(-μρd)(μ為物質(zhì)的總衰減系數(shù)),該方程式表明在一定的放射源強(qiáng)度和相應(yīng)的質(zhì)量衰減系數(shù)條件下,檢測(cè)結(jié)果僅僅依賴于產(chǎn)品密度ρ和檢測(cè)路徑d。既然檢測(cè)路徑d是不變的,物質(zhì)密度可能隨著某種檢測(cè)路徑變化,但由于是指數(shù)函數(shù)的原因它不會(huì)有很大影響。該檢測(cè)方法不會(huì)受被檢測(cè)產(chǎn)品化學(xué)和物理特性影響?；谝陨纤鲈?輻射檢測(cè)原理保證了檢測(cè)的高可靠性。

圖2 結(jié)晶器液位檢測(cè)系統(tǒng)原理圖

4 結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)改造內(nèi)容

通過(guò)對(duì)各種結(jié)晶器液位檢測(cè)方法的比較,針對(duì)攀鋼1#方坯拉速較快,控制精度要求高(±3mm)的特點(diǎn),結(jié)合國(guó)內(nèi)外結(jié)晶器液位檢測(cè)的經(jīng)驗(yàn),攀鋼1#方坯鑄機(jī)結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)本次改造選用鐳目公司RAM型Cs-137鋼水液位控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有信號(hào)集中,靈敏度高,半衰期長(zhǎng),液面有較少波動(dòng)的特點(diǎn),使用與維護(hù)方便,符合我廠實(shí)際生產(chǎn)的需要[2]。

本次改造內(nèi)容包括對(duì)放射源、傳感器、二次儀表的改造,控制系統(tǒng)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用原有設(shè)備,充分利用原控制系統(tǒng)穩(wěn)定、故障率低的特點(diǎn)。

5 Cs137液位檢測(cè)控制系統(tǒng)

5.1 系統(tǒng)特點(diǎn)

RAM型Cs-137鋼水液位控制儀是鐳目公司液位控制系列化產(chǎn)品之一,采用以Cs-137代替Co-60的技術(shù),使照射劑量降低22倍,壽命延長(zhǎng)6倍,熔點(diǎn)提高575℃,源罐重量輕3～5倍,極大地方便了儀器的裝拆和保護(hù)。同時(shí),儀表接受器采用新型高靈敏度晶體,使靈敏度提高40倍,與國(guó)外Cs-137的同類(lèi)產(chǎn)品比較,銫源活度減小33倍,即使用的銫源更小。

二次儀表采用智能化和集成化技術(shù),通過(guò)鍵盤(pán)人機(jī)對(duì)話設(shè)置參數(shù),大屏幕彩屏液晶實(shí)時(shí)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)情況,具有高度的可靠性、精確度,可儲(chǔ)存四組不同的斷面數(shù)據(jù),使用更加方便。

該系統(tǒng)可連續(xù)測(cè)量結(jié)晶器的鋼水液面,并能在線切換不同鋼坯斷面參數(shù),輸出隨液面高度線性變化的電壓或電流模擬量,送給液位調(diào)節(jié)系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制拉坯或澆鋼速度,并且使鋼水液面穩(wěn)定地保持在預(yù)定的高度上,因此可提高連鑄機(jī)作業(yè)率,保持鋼錠質(zhì)量,并且減輕澆鑄工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,同時(shí)大大減輕了維護(hù)人員的工作強(qiáng)度。

5.2 二次儀表工作原理

Cs-137源發(fā)射的γ射線通過(guò)水套和銅管射到接受器上,產(chǎn)生電脈沖。電脈沖通過(guò)屏蔽電纜輸入到二次儀表,經(jīng)放大、分析之后送主機(jī)(參看圖3),形成脈沖計(jì)數(shù)N,N值隨結(jié)晶器內(nèi)實(shí)際的液面高度成比例變化。因此,可通過(guò)N值,計(jì)算出液面高度H及與H成線性的電壓或電流模擬量,送到二次儀表后面板,用于控制塞棒位置或拉矯機(jī)的拉速,保持結(jié)晶器中的鋼水液位穩(wěn)定?？刂苾x的工作參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,通過(guò)二次儀表前面板上的鍵盤(pán)進(jìn)行修改。

圖3 電路方框圖

5.3 放射源

5.3.1 放射源特征

放射源采用銫137同位素,具有良好的穿透性。在采用超靈敏脈沖傳感器后,所用銫源活度小。

放射源經(jīng)屏蔽防護(hù)后,放射輻射劑量當(dāng)量水平在國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),所以無(wú)需防護(hù)部門(mén)定期檢查。

5.3.2 放射源的防護(hù)

工業(yè)應(yīng)用的放射源總是嚴(yán)格密封的放射源。它們通常被緊緊焊在穩(wěn)固的不銹鋼容器中,因此放射源不會(huì)泄漏,也不會(huì)污染環(huán)境。而且根據(jù)物理學(xué)原理,由放射源照射激活被檢測(cè)的產(chǎn)品是不可能的。

5.3.3 銫137與鈷60特性對(duì)比(見(jiàn)表1)

5.4 傳感器

5.4.1 傳感器特征

傳感器采用高靈敏度脈沖傳感器,其傳感器主體部分是由高靈敏的晶體和光電倍增管組成。輸出為數(shù)字脈沖信號(hào),抗干擾能力強(qiáng)。采用BGO晶體作為傳感器的晶體(專(zhuān)利技術(shù)/目前世界最先進(jìn)技術(shù)),靈敏度較NaI晶體(國(guó)外目前所用)高3～8倍(包含傳感器采用特殊的接受方式而提高的靈敏度)。

5.4.2 傳感器組成及各部分功能

傳感器組成包括晶體、光電倍增管、前放、高壓電路板。銫137發(fā)出的射線打在晶體上,晶體就產(chǎn)生熒光,這些熒光又打在光電倍增管的光陰極上,光陰極發(fā)出電子并被放大成電脈沖。脈沖經(jīng)前放放大后送入二次儀表。高壓板產(chǎn)生直流高壓(600V～800V),給光電倍增管提供工作電壓。

5.4.3 傳感器與其他同類(lèi)產(chǎn)品的對(duì)比(表2)

表1 銫137與鈷60特性對(duì)比

表2 不同接受體的傳感器檢測(cè)測(cè)靈敏度對(duì)比

6 改造后系統(tǒng)使用效果

2009年4月,對(duì)1#方坯連鑄機(jī)一流實(shí)施改造,通過(guò)近6個(gè)月的試驗(yàn)觀察,到2009年10對(duì)2-6流液位檢測(cè)全部改造完成,通過(guò)近4年的使用,實(shí)踐證明,改造后Cs-137使用情況比較好,液面檢測(cè)穩(wěn)定。其改造后系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)控制精度相當(dāng),能滿足生產(chǎn)要求。

為比較改造前后的解決器液位控制效果,于2009年5月21日,對(duì)1#方坯連鑄機(jī)結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)改造后與改造前控制曲線進(jìn)行對(duì)比分析,情況如下(1流為改造后CS-137放射源,2流為改造前CO-60放射源)。

6.1 改造后系統(tǒng)波動(dòng)范圍曲線從圖中看出,改造后液位控制系統(tǒng)正常波動(dòng)范圍在±2mm,最大波動(dòng)為2.6mm。

6.2 改造前系統(tǒng)波動(dòng)范圍曲線

從圖中看出,改造后液位控制系統(tǒng)正常波動(dòng)范圍在±2mm,最大波動(dòng)為2.3mm。

6.3 改造后系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間控制曲線

從控制曲線看出,改造后系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間控制穩(wěn)定,液位波動(dòng)較小。

6.4 改造前系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間控制曲線

從控制曲線看出,改造前系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間控制穩(wěn)定,液位波動(dòng)較小,曲線毛刺稍多。

7 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)控制曲線對(duì)比看出,改造后液位使用情況較好,液面檢測(cè)穩(wěn)定,改造后系統(tǒng)與改造前系統(tǒng)控制精度相當(dāng),達(dá)到了鋼液面波動(dòng)控制在±3mm內(nèi),液面能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定;正常投運(yùn)率≥99%,系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間≤0.1秒的目標(biāo)。

(2)通過(guò)勞研所提供的環(huán)境檢測(cè)報(bào)告,銫137放射源輻射劑量(在距源容器1米處的劑量當(dāng)量率限值)＜2.5μSv/h。采用CS-137代替CO-60的技術(shù),使照射劑量降低22倍,壽命延長(zhǎng)6倍,溶點(diǎn)提高575℃,達(dá)到了安全和環(huán)保的要求。

(3)銫半衰期為30年,鈷半衰期為5.27年,源罐重量減輕3-5倍,儀器的裝拆方便,減輕澆鑄工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,設(shè)備成本和維護(hù)成本大大降低,提高了連鑄機(jī)的作業(yè)率。

[1] 王維.連續(xù)鑄鋼500問(wèn).北京,化學(xué)工業(yè)出版社,2009.04:84-85.

[2] 宋東飛.方坯連鑄結(jié)晶器液位控制系統(tǒng).冶金動(dòng)力,2004(5):80-82.

Transformation of the Mould Level Control System of PZH Steel 1#Conticaster

LI Yong-chao
(Vanadium Recovery&Steelmaking Plant of PZH Steel,Panzhihua 617062,Sichuan,China)

By substituteing Cs137 for Co60 to detect the mold level,Had remoulded the mould molten steel level control system of the 1#continuous casting plant of PZHsteel.The results shows,It had effectively eliminated the limitation that using Cs137 instead of Co60 to the mould level detection,Good results have been achieved.

continuous casting;the mould level control;Cs137;Co60

TF341

:A

1001-5108(2015)03-0036-05

李永超,工程師,主要研究煉鋼及連鑄工藝設(shè)備。