包钢炼钢厂连铸自动加渣控制系统应用
摘要：本文讲述了包钢炼钢厂连铸自动加渣控制系统的开发与应用，该控制
系统能实时计算出结晶器内各渣层厚度，依据目标渣厚来实时控制保护渣的加入
速度。

应用效果表明，包钢炼钢厂应用该自动加渣控制系统后，结晶器内钢液面
更加稳定，液渣层准确控制在8-12mm之间，浸入式水口在结晶器流场中受冲刷
与侵蚀程度减轻，重轨钢坯洁净度得到提升，同时职工劳动强度也明显降低。

关键词：连铸；保护渣；自动加渣
1引言
在连铸过程中，保护渣被加入结晶器后，会很快的吸收高温钢水的热量，并
且迅速的在钢水液面上形成液渣层，靠近液渣层的保护渣还没有达到熔化温度时，已被烧结成烧结层，在烧结层上方是粉渣层，这就是所谓的保护渣三层结构——
液渣层，烧结层，粉渣层。

现代研究公认保护渣在连铸结晶器中有五大作用：绝
热保温，防止氧化，润滑，改善传热和吸收夹杂物[1]。

保护渣加入过程中，如果保护渣加入过少，液渣层减少，结晶器润滑效果下降，引起粘结漏钢。

而如果保护渣加入过多，结晶器内液渣层过厚，结晶器液面
渣圈严重并结团，保护渣结团会造成铸坯表面夹杂增加形成表面翻皮，夹渣及坯
内夹渣等缺陷。

甚至会影响操作造成结晶过程中表面夹渣，当凝固外壳出结晶器
下口时易重熔或被二冷水冲走造成夹渣漏钢。

结晶器内保护结团也会造成结晶坯
壳与结晶器表面润滑不良，形成粘结漏钢[2]。

因此正确的加渣方法：保护渣要做
到勤加少加，均匀铺盖。

目前国内绝大多数钢厂的结晶器保护渣加渣操作还是采用人工加渣。

人工加
渣在操作上需要操作者不定时的向结晶器内推入保护渣，这样的操作容易造成结
晶内钢液面的瞬间搅动，容易造成卷渣等缺陷。

由于人工加渣的效果很大程度上
依靠操作者的经验，所以一般不可能产生稳定的液渣层。

人工加渣操作无法解决
保护渣在储存过程中的返潮现象。

基于人工加渣的多种弊端，开发一种可以实现
自动化，精确控制加渣量的结晶器自动加渣机成为必不可少的需求。

2包钢炼钢厂自动加渣原理与开发
在20世纪70年代以前，各国连铸领域均采用人工方式加入保护渣。

之后，
随着技术的不断改进，开始逐步采用自动加入保护渣方法。

目前国外已开发出多
种类型的结晶器自动加渣技术，宝钢、太钢等国内大中型钢厂已引进并投入使用
国外进口的自动加渣机[2]。

保护渣自动加渣的控制方法有下面几种：
（1）依据拉速法控制加渣速度
这种控制方法就是依据铸机拉速来控制加渣速度，由现场操作人员提供不同
钢种、不同拉速下的渣耗，当拉速增大时，渣耗增大，加渣速度增大；拉速减小时，渣耗减小，加渣速度减小。

这种控制方法不能控制渣厚，只能间接的由拉速与渣耗量来加渣速度，渣厚
波动大，而且尤其在拉速突然变化时，加渣速度也会相应的突然变化，渣厚波动
剧烈。

同时此方法也不能反应浇铸温度的变化对渣厚带来的影响。

（2）依据现场检测法控制加渣速度
这种控制方法就是在连铸现场安装监测设备，具体就是在结晶器上方安装摄
像头，通过测量渣层温度来控制加渣时机与加渣速度。

其控制时序为监测装置实
时测量保护渣表面温度，当保护渣表面温度大于等于融化温度，此时保护渣表面
见红，控制程序通知加渣设备加渣，当保护渣加到规定厚度，控制程序停止加渣。

监测设备继续实时监测渣温。

这种控制方法需要在现场安装监测设备，投资较大，而且连铸现场高温、环
境恶劣，对监测设备损耗较大，影响设备使用寿命，后期维护费用也较高。

另外
此种方法只能采用间歇式的加渣方法，不能采用匀速加渣法，渣厚波动也较大。

（3）依据模型计算渣厚法动态控制加渣
这种方法是通过模型，依据浇铸钢种、断面尺寸、水口插入深度、浇铸温度、拉速、结晶器冷却水量、结晶器进出水温差、保护渣融化温度等数据，实时计算
铸坯厚度、结晶器表面钢水温度场等，然后依据与保护渣融化温度之间的温度梯
度动态计算保护渣的融化速度与渣耗速度，然后依据目标渣厚值，动态控制加渣
速度，使得保护渣厚度始终保持在目标渣厚值。

此种方法能够直接计算渣厚值，按目标渣厚值来控制加渣速度，当拉速突然
变化时，加渣速度会依据保护渣融化程度平缓变化，不会造成渣厚剧烈波动。

而
且当浇铸温度等影响保护渣融化的因素变化时，加渣速度也会相应变化，保证渣
厚始终保持在目标渣厚。

同时此方法不用在现场安装检测设备，投资低，控制系
统稳定、耐用、计算精度高。

包钢炼钢厂采用的就是北京科技大学开发的动态加渣控制模型。

该控制模型
计算结果与双丝法检测结果对比，误差在5%以内，能够满足包钢炼钢厂生产高质
量重轨工艺要求。

3包钢炼钢厂自动加渣系统设备与功能
包钢炼钢厂自动加渣系统的硬件由保护渣储存箱、步进电机、涡轮螺杆传输器、电控柜、气控柜、料位计、输送管道、加渣喷嘴等部件组成。

系统由动态加
渣模型二级控制，二级模型放在主控室计算机，模型将计算出的加渣速度信号传
输至现场PLC，由现场PLC控制各流的步进电机转速来控制加渣速度。

系统采用气动传输的原理来输送保护渣，保护渣储存箱安装在中包操作平台上，便于操作工将保护渣加入到储存箱中。

保护渣由储存箱中通过传输管道进入
涡轮螺杆传输器，由动态加渣模型通过现场PLC控制步进电机转速对加渣量进行
精确控制，然后保护渣由气动传输管道输送至各流的加渣喷嘴，动态均匀的布置
在结晶器钢水表面，实现结晶器动态加渣控制。

自动加渣模型对铸坯从结晶器钢水弯月面到结晶器出口进行全程的温度场实
时跟踪，实时描述整个结晶器内的温度场。

动态加渣模型依据浇注钢种、浇注温度、拉速、结晶器水量、结晶器水温差、水口插入深度、结晶器振动参数、目标
渣厚等参数，实时计算出结晶器内温度场依据结晶器内温度场计算出保护渣的表面温度、融化速度、保护渣厚，依据目标渣厚来实时控制保护渣的加入速度。

4自动加渣二级模型准确性测量试验
自动加渣模型在上线正式应用以前应当对其计算准确性进行验证，本模型用保护渣厚度测量验证法：
模型上线调试期间，采用三丝法对结晶器内保护渣厚度进行实测，将测量结果与模型将测量结果与模型计算结果进行对比，如果对比结果在允许误差范围之外，将微调模型的传热计算参数，将计算结果与实测结果的偏差控制允许误差之内，满足现场工艺要求。

表1 保护渣厚度测量试验数据
从试验测量结果可以看出，试验过程实际测量保护渣的液渣层、烧结层、粉
渣层三层厚度，与模型计算数据基本符合，最大偏差为+1.6%，最小偏差为
+0.96%,偏差均小于±2%，二级模型计算精度满足生产要求。

5应用效果：
（1）、结晶器液位及渣厚稳定
图1手动加渣与自动加渣液面及渣厚比较
使用自动加渣后，减少了液面的瞬间冲击造成的液面波动，液位波动从2-
4mm减少至1-2mm，结晶器内钢液面更加稳定，同时避免液面波动卷渣污染钢液。

液渣层控制在8-12mm之间，与手动加渣相当；粉渣层控制在20-30mm，较手动加
渣的20-50mm控制精度更高，渣厚更趋于稳定。

（2）、水口渣线侵蚀减轻
图2 使用自动加渣前后浸入式水口侵蚀比较
与人工加渣对比，使用自动加渣后，结晶器内钢液面更加稳定，水口渣线侵
蚀宽度减小。

浸入式水口在结晶器流场中受冲刷减轻，侵蚀程度降低，渣线宽度
减少约一半，从而提升了重轨钢坯洁净度。

（3）、职工劳动强度降低
与人工加渣对比，手动加渣每8min左右进行一次加渣，使用自动加渣后，
整浇次基本无须干预。

职工劳动强度明显降低。

6结论
（1）保护渣的合理准确加入对于连铸生产顺行与铸坯质量有着重要的影响，基于人工加渣的多种弊端，开发一种可以实现自动化，精确控制加渣量的结晶器
自动加渣机成为必不可少的需求。

（2）包钢炼钢厂采用动态加渣控制模型。

该控制模型能实时计算出结晶器
内各渣层厚度，依据目标渣厚来实时控制保护渣的加入速度，模型计算结果与双
丝法检测结果对比，误差在±2%以内，能够满足包钢炼钢厂生产高质量重轨工艺
要求。

（3）工业生产结果表明，包钢炼钢厂应用自动加渣控制系统后，结晶器内
钢液面更加稳定，液位波动从2-4mm减少至1-2mm，液渣层准确控制在8-12mm之间，避免液面波动卷渣污染钢液。

同时浸入式水口渣线侵蚀宽度减小，水口在结
晶器流场中受冲刷减轻，侵蚀程度降低，重轨钢坯洁净度得到提升。

职工劳动强
度也明显降低。

参考文献
[1]杜方. 连铸保护渣渣膜润滑模拟研究．重庆大学硕士学位论文, 2009-05.
[2]薛伟锋张文增罗利华马献德徐济民.板坯连铸结晶器自动加渣机的研制.No.1 March 2013.
1。