何玉偉

（鞍鋼聯(lián)眾（廣州）不銹鋼有限公司設(shè)備保障部，廣東 廣州 510760）

連鑄是把液態(tài)鋼澆鑄、冷凝和切割變成鑄坯的過程，高溫鋼液通過結(jié)晶器澆鑄，在一次冷卻、振動系統(tǒng)、覆蓋粉潤滑及驅(qū)動系統(tǒng)的共同作用下，實現(xiàn)板坯成型脫殼及連續(xù)生產(chǎn)。高溫鋼液在結(jié)晶器里成型的過程存在諸多不確定的因素，如果鋼液在結(jié)晶器內(nèi)發(fā)生粘結(jié)，繼續(xù)高速拉坯將坯殼拉破將導(dǎo)致鋼液大量溢出，造成設(shè)備嚴重損壞，嚴重時可能造成人員傷亡，給安全生產(chǎn)帶來巨大的風險。據(jù)統(tǒng)計，一次典型漏鋼造成的經(jīng)濟損失可達20多萬美元。實際生產(chǎn)中，在眾多的漏鋼事故中粘結(jié)漏鋼發(fā)生頻率最高，一般占各類漏鋼事故的70%左右[1]。長期以來，連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)作為國外大型冶金設(shè)備制造商（如奧鋼聯(lián)、達涅利、西馬克）的核心技術(shù)，其算法對用戶來說是一個黑匣子。出于對安全的考慮，系統(tǒng)設(shè)定的參數(shù)往往比較敏感，從而導(dǎo)致預(yù)警系統(tǒng)會產(chǎn)生失真，經(jīng)常性降速影響連鑄穩(wěn)定高速生產(chǎn)。本文以奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)粘結(jié)漏鋼算法的研究，分析出兩種主要算法的工作原理，通過修改算法參數(shù)有效降低了失真預(yù)警次數(shù)，增強了系統(tǒng)功能，實現(xiàn)連鑄更加安全、穩(wěn)定、高效的生產(chǎn)。

1 奧鋼聯(lián)連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)概述

奧鋼聯(lián)結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)包含粘結(jié)漏鋼算法、結(jié)晶器液面算法、摩擦力算法、熱力學(xué)算法四個子系統(tǒng)，其中最為關(guān)鍵的是粘結(jié)漏鋼算法子系統(tǒng)。

連鑄結(jié)晶器包含寬面、窄面各兩塊銅板，每塊寬面銅板背面上下兩排各安裝7支熱電偶，每塊窄面銅板背面上下兩排各安裝2支熱電偶，熱電偶的溫度數(shù)據(jù)是連續(xù)實時的。通過鋼液在結(jié)晶器里產(chǎn)生粘結(jié)時熱電偶溫度的變化，根據(jù)不同的算法及條件激活產(chǎn)生漏鋼預(yù)警信號，工作原理如下：

結(jié)晶器寬面、窄面第一排的熱電偶可檢測到彎月面區(qū)域溫度變化，在澆鑄過程中，系統(tǒng)時刻把上排每個熱電偶檢測到的溫度和同列下排熱電偶所檢測到的溫度進行比較，如圖1所示。

圖1 結(jié)晶器粘結(jié)漏鋼熱電偶溫度圖

如果彎月面的熱電偶同時滿足以下兩個條件，即把該熱電偶偵測區(qū)域判斷為“粘結(jié)”漏鋼區(qū)[2]，如果熱電偶上的“漏鋼預(yù)警”熱電偶的總和＞=漏鋼預(yù)警極限值，系統(tǒng)就會產(chǎn)生一個漏鋼報警信號。

（1）△T＞漏鋼檢查值，△T=TC_檢查值—TC_M。

（2）TS_M＞漏鋼預(yù)警閥值，TS_M=[TC_M（現(xiàn)在）-TC_M（以前）]/[時間（現(xiàn)在）-時間（以前）]。

其中：△T：某熱電偶前后檢查點的溫差；TC_檢查值：檢查點的熱電偶溫度；TC_M：彎月面的熱電偶溫度；TS_M:彎月面溫度梯度；TC_M(現(xiàn)在)：彎月面熱電偶實際溫度；TC_M(以前)：彎月面熱電偶檢測時間區(qū)間前的溫度。

2 奧鋼聯(lián)連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)算法研究

奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器粘結(jié)漏鋼預(yù)警系統(tǒng)共有十一種算法，最通用且最關(guān)鍵的是其中的溫度梯度算法和溫度梯度延伸算法兩種，具體研究分析如下。

2.1 溫度梯度算法

通過對系統(tǒng)軟件中內(nèi)部核心文件的研究，分析溫度梯度的算法原理為：正常生產(chǎn)狀況下，系統(tǒng)檢測時間為4s，上排熱電偶與檢測溫度溫差為1.2℃，下排熱電偶與檢測溫度溫差為1.6℃，下排與上排溫差為0.4℃，當結(jié)晶器內(nèi)有鋼液粘結(jié)產(chǎn)生，檢測時間縮短為0.8s，溫度梯度限定范圍為0.92～0.5。

依照公式：溫度梯度=溫度變化值÷過程時間，鋼液粘接區(qū)上下1組熱電偶的溫度值變化情況如下：一開始，粘接溫度變化值因為上排熱電偶溫度升高，溫度變化值=0.8×0.92=0.736℃；隨著坯殼向下運動，上排的熱電偶溫度下降，下排熱電偶溫度升高，在最小溫度變化值=0.8×0.5=0.4℃時，2條溫度曲線相交，從而產(chǎn)生一個“粘連預(yù)警”信號。結(jié)晶器漏鋼預(yù)報系統(tǒng)整體檢測時間區(qū)間=[0.8～3]s，溫度梯度=[0.9～-0.5]，上排熱電偶溫度變化值=[2.76～1.5]℃，下排熱電偶溫度變化值=[0.736～0.4]℃，任何滿足相交這個條件的熱電偶組都會產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號。

此算法設(shè)定了3個預(yù)警等級，1組熱電偶滿足上述條件定義為“非常靈敏”，3組熱電偶同時滿足上述條件定義為“一般靈敏”，系統(tǒng)默認設(shè)定值為“3”。即對應(yīng)此種算法的3個“粘連預(yù)警”信號同時出現(xiàn)，產(chǎn)生1個“漏鋼預(yù)警”信號。

2.2 溫度梯度延伸算法

該算法與溫度梯度算法類似，故稱為延伸算法。分析溫度梯度延伸算法原理為：正常生產(chǎn)狀況下，檢測時間為4s，上排熱電偶與檢測溫度溫差為0.55℃，下排熱電偶與檢測溫度溫差為0.45℃，下排與上排溫差只有0.1℃。當結(jié)晶器內(nèi)有鋼液粘結(jié)產(chǎn)生，檢測時間縮短為0.35s，溫度梯度限定范圍為1.0～0.3，當溫度變化值=0.3×0.35=0.105℃，這時2條曲線也相交，從而產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號。

表1 某鋼廠修改算法參數(shù)降低失真預(yù)警效果統(tǒng)計表

此種算法加入了溫度曲線突變33°的角度，當溫度值變化角度超過90-33=57°，則系統(tǒng)認為溫度突變，也要產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號。

此算法系統(tǒng)默認設(shè)定值為“3”，即對應(yīng)此種算法的3個“粘連預(yù)警”信號同時出現(xiàn)，產(chǎn)生1個“漏鋼預(yù)警”信號。

分析設(shè)計這種算法的原因為：當鋼液溫度高或冷卻水流量低，冷卻水流量不能及時把鋼液凝固，故上、下兩排熱電偶溫度曲線基本快重合了，這種狀況下連續(xù)澆鑄是很容易漏鋼的，而溫度梯度算法無法滿足激活條件。所以其首先用很小的溫度梯度區(qū)間[1.0～0.3]設(shè)置來縮小預(yù)警區(qū)間，且設(shè)定如果某支熱電偶溫度發(fā)生突變，則必須產(chǎn)生“粘連預(yù)警”信號。

3 連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)算法參數(shù)修改實證檢驗

奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)非常智能化，針對每次漏鋼預(yù)警會進行前后15min自動錄像，通過系統(tǒng)軟件自帶的錄像播放功能，可以通過圖示化的方法詳細查看預(yù)警產(chǎn)生時各種工藝數(shù)據(jù)、產(chǎn)生預(yù)警的熱電偶狀況。通過開啟播放時數(shù)據(jù)流界面，當預(yù)警激活時，用鼠標按住數(shù)據(jù)流界面，可以暫時固定住界面，可以看到預(yù)警激活的算法，這為算法原理實證檢驗提供了極大的便利。通過對某鋼廠一段時期多發(fā)的失真漏鋼預(yù)警錄像進行分析，對照算法原理進行參數(shù)修改，有效降低了失真預(yù)警發(fā)生的次數(shù)，具體情況如附表1。

以上算法參數(shù)修改后實證檢驗結(jié)果表明，算法的原理研究與實際契合度一致。

4 結(jié)語

綜上所述，通過奧鋼聯(lián)公司連鑄結(jié)晶器漏鋼預(yù)警系統(tǒng)溫度梯度算法和溫度梯度延伸算法的深入研究，分析出該系統(tǒng)的算法原理。通過算法參數(shù)的修改并在生產(chǎn)實踐中進行檢驗，再反推出算法原理分析的正確性，這對于我們掌握國外公司核心技術(shù)有一定的借鑒意義。我國連鑄機電氣自動化控制系統(tǒng)近幾年發(fā)展迅速，但與歐美發(fā)達國家相比還存在一定差距。如今連鑄工藝技術(shù)、AI、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，我們要想在行業(yè)里開創(chuàng)新的格局，縮短和發(fā)達國家的差距或者實現(xiàn)技術(shù)上的趕超，就必須要在科學(xué)知識和實踐操作相結(jié)合的前提下，不斷進行專業(yè)理論研究和技術(shù)創(chuàng)新，研發(fā)出自主知識產(chǎn)權(quán)核心系統(tǒng)，從而實現(xiàn)鋼鐵行業(yè)更好的發(fā)展。