现代钢铁企业连铸机液面自动控制系统
摘要：在连铸生产工艺中，结晶器中钢水液面的波动必须保持在
一定范围内，否则将直接影响拉坯质量，造成拉漏事故。采用钢水
液面控制仪，可将结晶器中的钢水稳定在一定的范围内，大大提高
拉坯质量，避免拉漏现象的发生。
关键词：连铸机结晶器液面自动控制
1、前言
在现代冶金企业中，连铸工艺已占主导地位，在连续浇铸工程中，
为保证连铸机有稳定的浇铸，必须时刻控制结晶器内的钢水液面，
使之保持在一定的高度范围内。而凭操作工肉眼观察结晶器内钢水
液面高度，手动调节拉坯速度，在拉断面小的钢坯时，很容易造成
漏钢等事故。因此采用自动控制是连铸生产的必然方向，在诸多的
自动控制设备中，以放射源作为信号源的控制方式具有安装方便、
性能可靠、维修方便等特点。
2、放射源型液面自动控制的简介
2.1 液面检测的类型
液面检测方式有:放射源型、祸流型、红外型、电磁型等，其各
自原理及特点如下:
1)放射源型 :根据辐射的穿透、衰减、吸收理论，制造出测量射
线数量的仪表；根据射线的数量来精确地读取液面高度，从而达到
液面控制的目的。其特点是信号稳定，受干扰少，灵敏度高，使用
维修方便。
2)涡流型 :涡流传感器中的电磁信号在钢水表面产生涡电流，强
度随钢水与传感器间距的变化，传感器测得此信号并送给主机，主
机根据信号强度来读取液面的高度，其特点是灵敏度高，测程长，
信号线性度好，适应于板坯。
3)红外型 :红外摄像机感知钢水液面热信号的强度并处理后的
电信号送给主机，主机根据热信号的强度来读取液面高度，其特点
是抗干扰能力强，安装方便，图形直观，适合于敞开浇铸。
4)电磁型 :传感器安装于结晶器导流水套上感应面于导流水套
内表面齐平，传感器发射电信号并接受返回的涡电流，其强度于钢
水液面成正比，主机根据涡电流信号强度读取液面高度，其特点为
灵敏度高，信号衰减少，系统简单可靠。
根据以上不同特点的液面检测方式，结合连铸机结晶器铜管小，
铜管壁薄，拉速快，控制精度要求高(≤3mm)，所以选取用放射源
型。
2.2 放射源型液面自动拉制系统的构成及说明
2.2.1放射源型液面自动控制系统的构成
连铸机液面自动控制系统由七部分组成：plc及控制软件、数控
电动缸、工控机、钢水液面检测仪、现场操作盘、机柜、变频器、
拉矫机。
2.2.2液面检测系统
采用钴60作为放射源，由镭目公司设计的带闪烁体的高灵敏度
传感器接收放射源发出的γ射线，穿过钢水的γ射线与钢水的液面
成反比。传感器将γ射线转化为电信号，通过传感器连续测量结晶
器内的钢水液位高度，二次仪表智能化处理后向液位调节系统输出
随液位高度变化的电压或电流模拟量，送给连铸机plc用于结晶器
钢水液面自动控制。
2.2.3数控电动缸
多个中间包互换，一流只需一套电动缸。
数控电机缸的安装和拆卸不影响手动操作，电动缸安装后只要处
于手动状态，手动操作杆即可正常使用。
手动转自动或自动转手动操作简单，只需将控制开关旋转到位即
可。
紧急状态处理只需将控制开关转到手动位置，续流后又可重新投
入自动
2.2.4 plc
plc可与工控机通讯，实现实时液位监控。
plc可与连铸机主plc通讯获得操作箱控制信号及连铸机其它信
号。
每流采用独立的plc，具备单流停机检修功能。
可扩充联网功能，实现网络化信息共享和集中监视。
plc接收外部ai信号，输出ao信号。
plc接收外部di信号，输出do信号。
选用西门子s7-300系列。
plc硬件包括s7-300系列cpu315-2dp、di、do、ai和电源模块
等。
plc与现场信号连接全部采用隔离方式，模拟量信号全部通过信
号隔离器，开关量信号通过继电器。
2.2.5控制软件
——多阶自适应前馈智能控制软件
a)具有高度的智能特性，对各种现场环境因素，对因烧损严重而
表面凹凸不平、形状不规则的塞棒通过自适应调整后，能很快达到
高精度控制的最佳工作状态；
b)软件参数设定后，无须人工干预，对外来干扰能自动适应，无
超调、无振荡， 完全满足生产工艺要求；
c)塞棒执行机构的间隙在一定的范围内，可以通过软件方法补
偿；
d)当出现主控室plc断电意外时，数控缸自动处于“手动”状态，
手动操作可以自由操作，断流后可随时续流，不会浪费中包内的钢
水；
e)系统软件具有多种超限报警、漏钢、溢钢紧急关闭塞棒；
f)手动/自动实现无扰动切换；具有自动开浇控制功能，可完成
连铸机自动开浇控制。
——系统监控软件
g)可实时统计钢水液面测量高度、设定高度、塞棒位置、拉矫机
拉速、报警情况等，并可存储、显示和打印历史数据；
h)可扩充网络通讯功能，可将本地数据库中的数据实时传输给管
理计算机及其它需要数据的工作站，也可从用户网络中的其它计算
机实时读出所需的数据；
i)实时模拟显示钢水液面测量高度、塞棒位置；
j)实时显示和设定需要的控制高度；
k)在线修改塞棒控制参数；
l)实时显示钢水液面测量高度及设定高度曲线、塞棒位置曲线、
拉矫机拉速曲线；
m)状态显示：显示当前的控制状态，自动、手动、点动、拉速自
动；
n)报警显示：含液位上限、液位下限、急停等多种报警显示；
o)点动调整塞棒位置。
使用自动开浇后，点动调整拉矫机拉速。
2.2.6塞棒启闭机构
采用镭目公司液面控制专用执行机构——嵌入式塞棒执行机构。
机构紧凑完整，外形美观，独具一格；
滚动摩擦，操作省力；
间隙小且无需调整，减少维护工作量；
减少烘包时的风冷等工艺环节；
自动和手动方式兼备，由操作者任选，可在线转换。
系统基本性能参数
横梁耐热温度11000c
手动操作杆操作力静止状态<0.5kg,升降操作状态〈15kg。
手动操作杆运动方向 垂直方向全行程约30度，水平方向自由转
动。
电动缸装卸时间 〈8s
机构总重量300～350kg
3、使用后效果
连铸机在没有使用镭目液面自动控制之前，由于结晶器液面波动
大控制不稳定，不仅容易使铸坯表面产生卷渣，还导致溢漏率增加。
使用镭目液面自动控制对促进和稳定生产起到了积极作用，具体带
来了几点好处:
1)稳定了结晶器的液面，拉速波动小于等于正负3mm，克服了手
动浇注所产生的夹渣、卷渣现象，对铸坯表面和内部质里均有改善，
夹渣指数由3.10减少到1.20,基本上解决了液面波动大带来的夹杂
物卷人坯中现象。
2)减少了溢钢和漏钢的事故，提高了铸坯的收得率。
3) 由于自动控制的液面比原来降低，因而对结晶器上部密封圈
的炭化机率减少了，可以减少结晶器上口漏水的次数，从而提高了
中间包使用寿命。
4)减轻了工人的劳动强度，还减少溢漏钢、结晶器上口漏水等事
故发生后的处理劳动量。
4、结论
小方坯连铸结晶器钢水液面自动控制仪抗干扰能力强，性能稳
定，运行可靠，操作维修方便，可满足连铸机生产需要。经生产实
践证明，使用钢水液面自动控制仪比手动控制漏钢率降低了3.9%。
生产每吨钢坯可减少各种物料消耗10元，年经济效益可创百万元，
具有很大的经济效益和社会效益。
参考文献：
1、自动检测技术机械工业出版社1991
2、射线仪器电子学原子能出版社1978