2、人机接口系统——1.5级(L1.5)功能
人机接口系统HMI是操作者和浇注系统之间对话的工具，按 照工艺要求在不同的工艺区域分别设置一台或多台HMI计算机， 每台计算机即显示1级画面又能够显示2级画面，还能显示连铸 机所有画面。通过HMI能完成浇注过程的所有检控功能。
人机接口示意图
3、基础自动化系统——1级（L1）功能
WAL- II 型结晶器液面检测
高频反射式涡流传感器原理
结晶器冷却水的控制系统原理图
（3）中间包钢流控制
中间包钢流控制方式有中间包塞棒和中间包滑动水口两种， 为使生产操作更方便和安全，目前两者大多采用两种方法结合 使用。 一种结合使用方法是正常工作时用塞棒来实现自动开浇和液 面控制，紧急情况时使用滑动水口；一种结合使用方法是正常 时使用滑动水口，紧急时使用塞棒。


完成一次配料及加料动作全过程约2-3分钟。全部动作只由 一人在操作室控制电钮完成。

3.1.2 送风控制部分
取炉气成分反馈校正风量给定值。 对炉气成分的波动采用非线性调节器进行动态补 偿，保证调节的平稳性，增加风温和风压自动补 偿环节来尽量减少炉气成分的波动。 放风阀反应快、风速又高，所以风量调节的时间 常数很小就可使炉况保持动态稳定。



3.1.3 加料控制部分
1、料位指示器自动控制 2、炉气压差式自动控制



3、光电料位自动控制


1、料位指示器自动控制
当炉内炉料面下降到一定位置后，料位指示器即向加料 筒发出上料信号，料筒开始上升。料筒上升到加料口位 置时，由行程开关控制料筒停止上升并自动卸料，而后 开始返回。料筒在返回过程中，借助凸轮自动闭合。当 料筒下降至最低位置时，中间料斗自动开底，炉料落入 料筒中，然后中间斗自动复位锁紧。 底焦和石灰石的定量给料和输送，采用电子振荡给料器 和焦炭、石灰石小车，它们的动作也是联动的。当料筒 上升到一定高度时，便向焦炭、石灰石小车发出信号。 小车开始向前将焦炭、石灰石倒入中间斗，然后自动返 回原位。这时焦炭、石灰石振动给料器开始震动给料， 焦炭按重量自动控制，石灰石按时间控制。
底焦过热后流入前炉。
冲天炉
影响冲天炉熔炼钢水的熔炼效果的因素
冲天炉熔炼铁水是一个复杂的物理化学过程，熔炼效果主 要受冶金、炉子结构、工艺等因素的影响。 冶金元素， 炉料原材料的来源，配比、预处理以及化学成分波动等； 炉子结构因素， 风口、风口比、有效高度、炉型和鼓风机类型等； 工艺因素 鼓风量、鼓风速度、焦铁比、铁料块度、焦碳质量及鼓风 温度等。

1、炉气温度控制 炉气温度是反映冲天炉熔炼效果的指标之一。 测定时可用镍-铬-硅热电偶配温度变送器输出直流电 信号，再经A/D 转换器输入给微机。 测温点通常选在料位线以下400-500mm。炉气温度一般 在100-200℃.





2、炉气成分控制 炉气成分是指冲天炉加料口处的废气成分，它是评价和分析 炉子热工效果、判断炉内冶金特性的重要指标。 在冲天炉焦炭融化铸铁过程中，当供应的空气量合适时，焦 炭能得到充分的燃烧，并放出大量的热量，使金属炉料被融 化和过热， 炉气成分超标，说明融化不正常，要么焦炭得不到充分燃烧， 炉温不高，铁水温度低；要么供氧过大，铁水严重氧化。通 常用炉气中二氧化碳和一氧化碳含量来调节控制风量，从而 进一步控制燃料的燃烧过程和合金的熔炼过程，达到控制炉 气成分的目的。 炉气成分测定采用红外线气体分析仪或气相色谱仪，取其位 置在料位线以下400-500mm。测定时，炉气成分通过仪器装置 输出直流电信号，再经A/D 转换器输入给微机作为检测信号。 燃烧比55-70%，炉气二氧化碳含量在11-16.5%为理想工况。
电气及光电控制系统的电器元件安装在配电柜内，有全 自动、半自动、电动等按钮，以便在线路或电器发生意 外时，用手动进行生产。


（2） 电气及光电控制系统
冲天炉料位光电控制系统
冲天炉自动控制电气线路



3.1.4 冲天炉其它参数控制
1、炉气温度控制
2、炉气成分控制 3、底焦高度控制 4、铁水温度控制 5、铁水成分控制。
a.炉次跟踪：
b.铸流跟踪 c.产品跟踪
（2）工艺模型
①中间罐混合模型
中间罐混合模型示意
② 二冷模型 一般采用表面温度控制策略，根据钢种、拉速、中间罐温 度、铸坯宽度和厚度周期计算每个冷却回路的水流量，使铸 坯在不同位置的表面温度与设定的规程相匹配。同时根据实 际的水流量计算出铸坯实际的表面温度。 ③ 液芯模型 根据二冷模型的计算结果，进行坯壳厚度的实时计算。 计算沿着铸流方向及与之垂直的方向同时进行，进而得到铸 流方向液芯的形状和固液交界区，用于确定动态轻压下的位 置。
3.1 冲天炉熔炼过程自动控制
铸铁熔炼目的是高生产率、低成本地熔炼出成分和温度合 乎要求的铁液。
熔炼设备主要是冲天炉，因为其具有生产效率高，热效率
高，适应性强，结构简单，操作方便，设备投资少，占地面 积少和省电等优点。 在冲天炉内的铁料熔化主要靠焦炭与氧气的反应热。铁料 从加料口一面下降，一面预热升温，在熔化带化为铁水，经来自 3.2.2 连铸机自动控制系统
板坯自动化系统结构图
1、过程优化系统——2级（L2）功能
（1）生产控制
①生产计划: 生产控制是L2的核心功能，它以 详细的跟踪信息支持二级工艺模型的运行。
②炉次节奏控制:为保证连浇和板坯热送，连 铸机必须与炼钢和轧钢的生产匹配，系统提供剩余浇 铸时间，要求下一个钢包到达时间以支持生产同步。 ③跟踪系统:


5、铁水成分控制。 铁水成分是评价铁水质量的重要指标。准确快速的测 量铁水成分是控制铁水质量的有力保证。 采用微机控制的热分析测试仪，可以在2-3分钟内准确 的测定炉前铁水中的化学成分。

3.2
连铸机自动控制
连铸技术具有大幅提高金属收得率和铸坯质量、节约能源 等优势。 连铸的具体流程为：钢水不断地通过水冷结晶器，凝成硬 壳后从结晶器下方出口连续拉出，经喷水冷却，全部凝固后切 成坯料的连续铸造过程。 连铸是整个炼钢工艺过程的中间环节，按照生产计划，从 炼钢接受钢水浇铸成铸坯后送给轧钢，其自动化控制系统在钢 厂的信息流中起到承上启下的作用。





当起重电磁铁通电吸起铁料后，数显电子秤当即显示铁料净 重，根据配料所需重量控制电磁吸盘电流进行慢放料并调整 重量所需数值，配料吊车行至自动加料小车料斗上，切断吸 铁盘电源并反相通电，此时铁料快速放在料斗中。
当每批铁料配完后，自动加料小车通电行至上料提升机，靠 凸轮机构使料斗自动翻转倒料，铁料经溜槽加入提升机料斗 中，上料机即通电提升加料进炉，同时自动加料小车返回并 依赖凸轮使配料斗复位，接受第二次配料，上料提升机则通 过限位开关，时间继电器作用自动下降复位。
④ 优化切割模型 剪切优化的目的是通过优化运算，提高铸机的金属 收得率。优化运算设计成剪切尽可能多地具有合适长度的 铸坯，以减少废坯量和库存坯的生产。 ⑤ 质量控制模型 连铸机生产过程中，每个过程参数（如钢水温度、
结晶器液面、二冷水量等）都以不同的方式影响板坯质量。
（3）报表
报表系统用于报告自动收集、人工输入或计算出 的生产信息，报表可以按要求显示、查询和打印，保 镖的种类一般有炉次报表、板坯报表、班/日/月生产 报表和质量报表。
3.2.1 连铸机 工艺原理
钢水经精炼处理后，吊放在钢包回转台上，然后用钢包盖 操作机构盖上包盖，转入浇注位置等待浇注。 开浇前，拉娇机、振动台检查合格后，将引锭杆从收纳装 置推入辊道并自动送入连铸机；密封引锭杆头部；中间包、 侵入式水口预热烘烤完毕；中间包转到浇注位置；侵入式水 口与结晶器对中并下降。长水口套管连接到滑动水口上。 打开钢包滑动水口，钢水注入中间包，钢水液面到达一 定高度和吨位后，启动中间包塞棒，钢水注入结晶器。当结 晶器内钢水液面没过水口侧孔并加渣后，启动拉坯和振动装 置，同时开启二冷水，开始拉坯。 当引锭杆头离开铸坯导向后，脱引锭电磁阀带动脱引锭 装置把引锭杆头从铸坯上脱开，引锭杆被快速送到收纳辊道 进入收纳装置后存放。 在一次切割机处将铸坯切成倍尺坯，喷号后进入二次切割 机，根据需要切成定尺坯，然后由运输辊道运出。直接热装 送入厚板或中板加热炉。可能有缺陷的铸坯需下线处理。
（1）控制方式 手动控制： 通过现场操作箱或HMI操作设备； 自动控制： 系统按照设定完成顺序和回路控制；
计算机控制：系统按照过程优化系统（L2）生产
的设定点进行控制。
（2）结晶器控制
结晶器液面检测与自动控制对保证稳定拉坯工艺和 保证连铸机的安全生产、降低溢漏率、减少结晶器及备 件消耗、改善铸坯质量，提高劳动生产率等有着重大意 义。 实现连铸液位控制难度很大，危险性也大，因此有 无液位检测控制是衡量连铸机自动化、现代化水平的重 要标志之一。 目前国内的结晶器液面检测方法中应用最多的是同 位素法。


2、炉气压差式自动控制
在距离加料口下沿约一批炉料位置的炉膛壁上，安装 一只测压管。当炉料装满时，测压管管口被炉料埋没， 差压计产生压差，炉气端电极处于导电介质之上，回 路被切断，加料机处于停机状态。
当炉内料位下降至测压管以下时，测压管露出料面， 差压计两端压力相等，导电介质的左右液面平齐，此 时电极接通，形成回路，发出电信号，电信号经放大 后输出，控制加料机完成加料动作。


3、底焦高度控制
从第一排风口中心（从下而上）到底焦顶面的垂直距离称底 焦高度。它偏高或偏低会直接影响铁水温度、焦炭消耗和融 化速度等。熔化过程中应保持底焦高度在一定的波动范围内， 即保持融化带的恒定。 生产上大多根据实际经验确定层铁焦比来保证底焦高度。所 谓层铁焦比是指一批炉料中铁料和焦炭的重量之比。层焦的 作用就是为了补充底焦熔化一批金属料后所消耗的焦炭。 国内已经使用γ射线测定装置来测定底焦高度。将γ射线发 射源和接收器放在炉身两边，两者同时上下移动，当接收器 收到信号有明显变化时，说明炉内正处于有、无铁料的过渡 区，实际检测结果表明，底焦上面不是平面，而是曲面。