基于闭环控制的板坯连铸结晶器液位测控系统

　　1 前言

　　2000 年以来，在板坯连铸领域引进了许多电磁法结晶器液位测控系统, 这比放射源液位测控系统更加安全、方便、性能可靠、维修方便，设计方式也更为成熟, 极大地促进了我国板坯连铸的快速发展。

　　2 系统设计

　　在板坯连铸生产过程中, 结晶器钢水液位波动不但直接影响铸坯的质量(如夹渣、鼓肚和裂纹等),而且会导致浇铸过程中的溢钢甚至漏钢事故。因此,保持结晶器钢水液面稳定对提高铸坯质量和稳定生产过程起着关键性的作用。结晶器钢水液位测量有许多方法。应用最多的是同位素法、涡流法和电磁法等。

　　以引进的奥钢联板坯连铸系统为例，其配套的结晶器钢水液位测量系统就是采用的电磁法测量。电磁法测量结晶器钢水液位基本原理如下：在结晶器上口边缘装设发送线圈和接收线圈，在发射线圈通以低频稳恒电流励磁，产生磁场，一次磁场的小部分被接收线圈接收，大部分在结晶器铜壁和钢水表面产生涡流，涡流又产生二次磁场并被接收线圈接收。接收线圈感应产生电压，该电压与钢水液面高度有关，如果结晶器周围有金属物，如浸入式水口粘钢、中间包太低太靠近结晶器以及其他相近的金属物都会影响测量，但这些可以通过专用技术进行处理，使其误差控制在容许的范围内。发送线圈和接收线圈均对称封装在一个长方体框架内，内装温度测量元件。线圈和测温元件封装在一起构成了一个整体，称为结晶器液位测量传感器。安装时传感器用夹板固定在结晶器上壁沿口上，内部通以循环水强制冷却，冷却后的传感器精度高、寿命长。

　　结晶器钢水液位自动控制采用流量型控制，即通过改变塞棒的位置控制进入结晶器的钢水流量, 以达到液位稳定的目的，结晶器钢水液位自动控制系统如图 1 所示。由图可见, 该系统是闭环的串级控制系统,内环是位置环, 外环是液位环。当液位偏离设定值时,偏差信号改变位置环的给定值, 以改变中包水口塞棒位置, 使钢水液位回到给定值。当液位超过某一上、下限时, 立即改变系统的增益, 以保证钢水液位不超限; 达到最高限时, 报警甚至关闭中间包塞棒, 以避免溢钢; 到达最低限时, 报警直至降低拉速, 以避免漏钢。这是一个典型的闭环负反馈控制系统。

　　3 结晶器液位测控系统功能

　　引进的奥钢联板坯连铸结晶器液位测控系统大都采用捷克 VUHZa.s 公司的检测单元，结晶器液位测控系统可分为 3 部分。整体结构如图 2 所示。

　　3.1 检测单元

　　由耐高温检测传感器、前置放大器、信号处理和计算单元组成。传感器把检测到的钢水液位信号送给前置放大器, 信号经放大器放大后传给计算单元, 信号经处理后转化为实际的液位高度, 传送给就地操作面板 OP1, 同时将系统的各种状态也传送给操作面板OP1 或者控制执行部分。