摘要：随着现代化冶金行业和社会科技的快速发展。冶金企业逐渐应用炼钢连铸结晶器液位自动控制系统来自动控制连铸液位，从而达到提高生产质量和经济效益的目的。现对钢水液位自动控制与应用进行研究，为冶金行业提供参考。
关键词：钢水；液位测量；控制
在冶金过程中，提高钢水质量、保持生产稳定的重要影响因素是自动浇注环节。冶金企业应重视并合理应用钢水液位自动控制系统，及时发现并排除故障，提高自动浇注的使用率，从而促进企业经济效益增长。连铸机结晶器内钢水液位的准确测控，是保证钢坯产品质量的关键。目前多是采用同位素仪表来测控液位，放射源采用单点源、双源和棒状源。棒状源是由非均匀分布的放射源根据测量对象特殊定制，能实现测控范围的线性测量，保证高的测量精度。目前国内自主生产的棒状源产品较少，多数依赖国外进口，德国伯托公司的ＬＢ系列线源在我国占有较大市场。国内外对于棒状源设计的理论研究很早就有，但得出的理论方法极为复杂，很难指导实际生产。本文根据现有的棒状源源强度分布计算方法，并结合100 mm小方坯连铸机结晶器进行了源项的完整设计，为产品的研发提供理论指导。
1钢水液位自动控制系统
1.1结晶器
在钢水液位自动控制系统中，结晶器是主要液位控制装置。结晶器钢水液位波动会对铸坯的质量产生重要影响．因此结晶钢水液位自动控制是控制液位的关键。结晶器通常在震动、灰尘量大、蒸汽多、温度高的环境下工作，且安装难度较大。在实际工作中，基于储能技术的风电场调频控制 通常应用同位素仪表对结晶器液位进行检测。
1.2结晶器液位检测
由于结晶器是控制液位的设备，其工作条件很恶劣----高温，蒸汽，灰尘，震动等。而且安装困难，所以选用的是同位素仪表。由于测量技术的进步，同位素的剂量已越来越小，Cs-137放射源已完全能满足稳定、准确测量的要求。且对人体的危害已很小。Cs-137有良好的穿透性和30年的半衰期。放射源被双层不锈钢用氩弧焊方式密封起来并放入一放射棒内。放射源棒被放入一注满了铅的铁制容器内。
液位探测器：液位探测器的中心检测元件是BGO晶体。BGO晶体由于其密度高，在探测效率相同的情况下尺寸可以比NaI晶体减小60%。正是基于这一特性，放射源的源强可以降低几倍。测量原理是利用γ射线的高穿透能力。安装在结晶外的Cs-137棒源发出的γ射线，穿过结晶器直射到安装在结晶器弧外侧的传感器内的闪烁体上，激发闪烁体发光。当钢水液位增至最高时，射线被钢水全部挡住，射线射到传感器上的量最少。反之最大，发光的次数跟放射量的多少成正比。这样，通过准确记录闪烁体的发光次数就得到了液位信号。每次使用前，要对仪表进行标定，控制范围是155mm，故距结晶器铜管上口50mm定为最高液位，距上口205mm定为最低液位，检测范围为155mm。当结晶器内的钢水液位越高，对射线的阻挡能力就越强，探测器接收到的粒子数就越少，系统就认为液位高。由于是采用线性棒源，这样标好之后，就可以按时间内的记数值的多少来表示液位的高低，达到钢水检测的目的。
1.3二次仪表
CXM-450A是一种集成的专用PLC系统，用于结晶器钢水液位的检测及控制。它的硬件组成包括：探测器输入模块、温度模块、开关量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、CPU板和电源模块。每一块板有专门的功能，各个模块有数据通道A，B通过485接口互相连接它的软件组成包括：参数设定、I/O状态显示和编辑面板显示。
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2钢水液位自动控制系统的执行系统
在钢水液位自动控制过程中，钢水会直接与塞棒接触，而钢水容易冲刷塞棒头节流位置使其粘结，从而影响传动机构的正常运行，使得钢水量的调节受影响。随着控制特性的变化，系统阀的特性受到影响出现控制不稳定现象，从而大幅提高了控制的难度。钢水控制系统的塞棒位于浸入式水口的上口部位，主要发挥控制钢水流入水口量的作用。在该控制系统中，PLC根据偏差计算出控制信号，将信号传递至电控液压伺服阀控制液压油缸，调节塞棒上下移动，从而达到控制钢水液位的目的。
3实际应用中的故障处理
在钢水液位自动控制系统的实际应用中，可能出现各种故障情况。在钢水的操作过程中，若操作箱的实际液位不动或液位变化迟缓．则应及时检查系统的仪表以及模拟输入输出板的闪烁灯、探测器等系统装置，并及时采取有效措施排除故障。若现场操作箱高、低液位的显示灯均亮，则检查开关量是否初始化．并利用密码进入操作菜单．按照RELAY→setup→continue→next→modify→ 设置为 on→next→test→ apply change 设置开关状态，检查输出情况，若无异常即可退出该模块。若该控制系统的仪表因故障而停运，则应及时检查CPU地址。保证CPU地址间无冲突，并查看仪表线的连接、电源输入输出值等。若该控制系统脉冲无异常，但是钢水液位显示异常，则应重新标定高液位和低液位，按下标定按钮3s后松手。在显示灯熄灭后可取出结晶器内的钢块，对电缆接口和探测器的连接情况进行检查，及时纠正连接松动的情况。若该控制系统液位值以乱码形式显示，则应重新标定高、低液位，重新标定无效可按标准流程恢复预存参数，若液位显示仍异常，则应换新的编程器。若脉冲数值异常小但不为0，则应检查放射源棒的位置，查看放射源是否对准接收器及开到位，若仍异常，则使用新铯源。若脉冲值为0，则应检查电缆是否损坏、短路，检测探测器模块闪烁灯的运行情况，查看电压是否正常等。
4克服液位扰动的措施
钢水经中间包穿过浸入式水口流入结晶器，钢水液位自动控制系统需要稳定地将结晶器液位控制在预定部位，而该过程对钢水的质量有重要影响。在实际生产中，多种因素均可导致结晶器液位不稳定，其中钢水流入与钢胚流出量不对等是主要影响因素。流出量与拉速成正相关关系，当引锭杆松动，拉矫机转速异常导致拉速跳动时拉出钢锭会不等。钢水流入浸入式水口的过程中，若体积发生改变，可能是塞棒松动、异物堵塞等引起体积变化，使得钢水液位检测受干扰，从而无法有效控制钢水液位。可将液位偏差分为多个部分，分别设置PID控制器的比例、微分时间和积分时间，以尽量降低干扰发生率。若偏差位于量程±2％范围内并发生变化，则可减慢控制动作，减弱控制作用，以保持液面稳定。若偏差位于量程±10％范围内并发生变化，则可加强系统控制，强化控制作用．以达到控制钢水在结晶器内波动的目的。若偏差超出量程±10％范围内并发生变化，则可使用最强的控制参数．提高控制强度，从而达到迅速控制液面的目的。
5结论
通过分析探测器计数与料位间的函数关系，归纳出一个用来计算棒状源源强分布的表达式实现近似线性刻度，然后通过补偿底部源强来修正测量的非线性，同时也能够扩展线性响应范围，保证精度在量程内的一致性。本文还论述了液位测量与控制中各部分的主要功能和作用以及实际中遇到的问题及解决措施。同时也设计了配套的源罐，采用90°旋转的方法来开闭源罐，方便实用。进一步地可以设计成红外遥控来操作源罐开闭。
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论文作者:陈欣南,范澄军,陈雁南
论文发表刊物:《电力设备》2017年第6期
论文发表时间:2017/6/13
标签：钢水论文; 液位论文; 结晶器论文; 放射源论文; 探测器论文; 测量论文; 水口论文; 《电力设备》2017年第6期论文;