摘要：为了研究在大包称重系统故障时，不用压力传感器，而是通过数学模型计算得出大包罐的重量。
关键词：称重系统，数学模型，大包重量，压力传感器
A Mathematical Modle for the Continuous Casting ladle weighting system fault
An Xiao Dong
(Steel-making Plant of BX Steel and Iron Group Ltd. Ben Xi , 117000)
Abstract：During ladle weighting system is fault, donot use pressure sensors the ladle weight is figure out by a mathematical model.
Key words: Weighting system; mathematical model;ladle weight; pressure sensors
前言
本溪钢铁集团公司炼钢厂两台宽板坯连铸机于2008年12月1日和2009年5月1日分别投入使用，这两台连铸设备为一机一流（简称单流）和一机两流（简称双流），弧形半径35.055m（单流）、30.855m（双流），铸坯宽度：1000~2200 mm （单流），1000~1900mm（双流），铸坯长度：9000~11000mm（4500~5300mm）。连铸拉速高，铸坯质量要求高，因此要求中间包钢水的液面平稳。中间包的钢水来自大包。整个连铸生产过程对钢水计量直接影响着连铸生产的顺利进行。大包称重可对钢包内的钢水高度有量的概念，协调钢水的供应节奏，保证中间包钢水的液面稳定。同时可找出去除夹杂物的临界面，避免浇铸末期钢渣流入中间包中，与中间包内钢水反应导致铝烧损严重影响钢水质量，并且对中间包塞棒进行侵蚀，对浇铸安全形成隐患。
1 钢包称重系统简介及存在隐患
钢包转台称重系统，主要是通过称重传感器进行测量，称重传感器安装在钢包支架横梁的下方，距离大包外壁仅几十公分，处在侧面受到大包的热辐射、下方受到中间包钢水的热辐射和对流产生的高温环境中，环境温度接近250度。现场灰尘多，同时连铸生产过程中要使用很多大功率电器设备，并且现场各种干扰源极为复杂，有地磁场、电源磁场和供电系统等，电磁干扰非常强烈。在运行时，传感器要承受重达数百吨的重力，在钢包吊放的过程中还可能产生远超钢包重量的巨大冲击力或偏载。钢包下降时有可能使钢水和钢渣外溢。容易造成传感器和连接导线被烧坏，这样称重传感器故障几率非常大。
另一方面钢包称重故障后，导致钢包下渣对于中间包塞棒侵蚀对安全生产会造成非常大的影响,如果控制不住钢流，会导致溢钢等恶性事故。
2 钢包转台称重系统故障分析
一般情况下，称重传感器的主要故障现象是使用一段时间后绝缘电阻下降，抗干扰能力逐步降低。通常是在开机后2-3小时，仪表读数开始出现不稳定现象。我们使用电压表进行跟踪测量输出电压，发现在传感器输出信号上出现不规则交流信号。此时停止周围电气设备，仪表数字恢复稳定。说明传感器在高温状态下，绝缘会出现老化，随着开机后周围环境温度的不断升高，传感器绝缘电阻进一步下降，干扰信号进一步增强，最终导致仪表读数不稳定。
如果大包称重系统在浇铸过程中损坏，必须更换称重传感器，而更换称重传感器需要停机，并且长时间的检修才能处理好。这样严重影响了生产的组织，同时容易钢水下渣，导致钢水的质量问题。
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3 钢包转台称重系统数学模型原理
为了解决上述问题，我们采取了通过单位时间内，大包、中包、结晶器之间的钢水变化来实现计算大包重量的功能，由于大包罐的钢水首先是流入中间包，在中间包保持一定的吨位后，从中间包流入结晶器，并按照一定的铸机拉速，拉出固定形状的板坯。采用的数学模型原理为：从炼钢工序和精炼工序接受到的钢水重量作为大包初始重量，减去单位时间内中包内钢水的变化重量和结晶器单位时间内拉出的板坯重量，所得到的重量就为大包剩余重量。以上是通过PLC进行计算，再通过大屏幕和生产操作HMI画面反馈给生产人员。以达到在称重系统故障的情况下，通过数学模型进算出大包钢水的重量大包称重系统数学模型计算公式为：
T=TD¬－(∆TZ+∆TJ)
∆TZ=TZ2-TZ1
∆TJ=(L×W×H)×ℓ
L=S×t
T: 大包罐剩余重量（ton）
TD: 大包罐初始重量（ton）
TZ1: 单位时间前的中间包重量（ton）
TZ2: 当前中间包重量（ton）
∆TZ: 中间包单位时间内变化的重量（ton）
∆TJ: 结晶器单位时间内铸机拉出的钢水重量（ton）
L：从结晶器内铸机拉出的板坯长度（mm）
W：从结晶器内铸机拉出的板坯宽度（bar）
H：从结晶器内铸机拉出的板坯厚度（cm2）
S：铸机拉速（m/min）
t：单位时间（s）
ℓ：钢水密度 7.85kg/cm2
原设想单位时间为10秒钟内的中间包和结晶器内钢水的变化量，考虑到在10秒钟内中间包重量有可能先增加后减少，最后的结果为不变这种可能性。所以把单位时间定义为1秒，这样能大大减少由于中包重量波动导致的计算偏差。
4 改进效果及操作方法
通过更改PLC程序，在PLC内增加大包称重系统数学模型功能块和数据块，以达实现此功能的目的，其中数学模型计算开始是以需要计算的大包臂到达浇铸位后打开大包滑板作为启动信号，每隔1秒钟进行扫描一次。并实时反馈到HMI画面和机前大屏幕上。其中在HMI画面上增加数学模型激活功能，如果想启动该功能可以激活此操作。其中接收重量为手动输入值，为从炼钢和精炼工序接受到的钢水罐初始重量，即是反馈到大屏幕和ＨＭＩ的重量。
5 总结
通过多次试验，此数学模型计算所得的重量与实际大包称重系统所得的重量基本一致，解决了在大包称重系统故障的情况下，仍能通过此模型对大包钢水的重量进行掌控，满足了生产的需要，为生产的稳定运行提供了有力的保障。
参考文献：
[1]余志辉.顾虎祥.宋志刚. 连铸大包称重系统传感器的应用与改进. 冶金设备，2005（2）.
[2]刘新宇. 薄板坯连铸钢包回转台电子秤的改进. 本钢技术，2008（5）：10-12.
[3]宋志刚. 余志辉.连铸大包称重系统传感器故障原因分析和改进措施.衡器，2005 34（S1）：40-41.
论文作者:安晓东
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/22
标签：钢水论文; 称重论文; 大包论文; 重量论文; 钢包论文; 传感器论文; 拉出论文; 《基层建设》2017年4期论文;