连铸工艺是炼钢厂中的重要环节，主要负责将钢水铸造成各种尺寸、规格的钢坯。自动化控制系统应用于炼钢厂连铸环节，有效减轻了炼钢厂工人的生产劳动强度、危险系数，切实优化了炼钢生产环境，提高了钢水浇铸成钢坯过程的质量、效率和标准化程度。
1炼钢厂连铸机自动化控制系统概述
连铸机的运转是否流畅、稳定、安全，直接影响着钢坯的铸造质量和效率，影响整个炼钢厂的生产。随着电气自动化控制技术的发展和成熟，自动化控制系统进入炼钢厂，代替工人调控连铸机的运转，有效提高了连铸机的运行稳定性，提高了钢坯的铸造质量和效率，节约了钢水的使用量和能源的消耗量，在连铸环节实现了成本节约、效率提升。连铸机自动化控制系统中包括交流传动装置、电气元件、远程控制装置、智能仪表等部分，通过PLC控制系统进行数据联通、交换和控制，实现钢坯的自动化、无人化连铸。
2炼钢厂连铸机自动化控制系统的配置及功能
连铸机自动化控制系统（如图1所示）包含五个控制区域，分别是平台、铸流、后区、液压润滑、仪表控制区域，有各自的主要控制设备和功能。
图1 连铸机自动化控制系统区域图
2.1 平台控制区域
平台控制区域主要包含回转台、中间包、吸收和冷排风机、其他平台控制设备。平台控制区域在连铸机自动化控制系统中主要承担着钢水罐承接回转、中间包移动、烟气吸收冷凝排放等工作，是连铸机生产中的重要区域。
2.1.1 回转台
回转台通常被称为钢水罐回转台，负责将炼钢厂的钢水罐承运至浇铸钢坯的区域，属于一个工序间的承上启下环节。回转台的主要结构包括两个钢包、锁定机扣、驱动装置、回转臂及回转支承等，整个回转台通过变频传动控制设备控制，以两个钢包一个等待一个执行来实现连续浇铸，以变频器保证加减速曲线平滑，减少回转加减速对减速机的冲击，兼顾回转台工作的连续性和稳定性。PLC控制程序为回转台提供了高低速自动切换、到位停车、高速旋转时精准定位的控制服务，有效提高自动控制系统运行的效率。
2.1.2 中间包
中间包位于钢水罐回转台和冷凝排风两个控制设备中间，负责分流、存储、去杂、稳流、减压等钢水冶金浇铸的处理工作。中间包功能的顺利履行以包车的承托、移动、更换等作为依托。中间包的驱动系统由两台电机并联组成，进线侧串联了一个热继电器和制动器单元，既能够节约中间包环节的运行成本，又能够避免因两台电机电流不相等影响中间包车的稳定性，还能够利用制动器单元实现包车的精准定位。为了保证回转台与中间包之间能够有效联动，二者间设置自动定位、自动锁定、联锁保护装置，使中间包车与回转台在升降节奏上保持一致，保证钢水罐的顺利移动。
2.1.3 吸收和冷排风机
烟气吸收风机、冷排蒸汽风机共同组成了结晶器，负责对钢坯浇水冷凝过程产生的过量烟气进行吸收、冷凝和排放。烟气吸收风机通过不可逆电机控制，冷排蒸汽风机通过电动阀门控制，均配备有微动开关和转矩、到位检测元件，保证自动控制系统运转的同时避免电机过载。
2.1.3 其他控制设备
长水口保持器、滑动水口、预热比、加盖机、锁定插销等均是平台控制区域上的控制设备，在钢水罐回转、浇铸、钢坯冷凝一系列过程中发挥着各自的功能。以滑动水口为例，这一设备的作用是控制钢水浇铸过程的水口滑板动作，控制动作通过多个双线圈组成的电磁阀来实现。
2.2 铸流控制区域
铸流控制区域是钢坯连铸机的主要工作区域，该区自动化控制效果直接关系到钢坯连铸的质量。铸流控制区域的自动化控制重点在于结晶器的在线调宽和振动。①在线调宽是指在铸流生产过程中，根据多种规格钢坯的生产尺寸需要，从两侧向中间或从中间向两侧移动结晶器宽度，达到控制钢坯生产尺寸的目的。结晶器采用在线调宽可以有效减少因生产尺寸不同而更换结晶器的时间成本浪费，实现真正的钢坯连铸。在线调宽的实现依靠电磁阀、基准定位装置、制动器、脉冲编码器等组成的电机。基准定位装置确定结晶器的中心线，脉冲编码器跟踪结晶器的宽度，制动器负责制动调节中的结晶器，电磁阀负责提供液压力。②振动是指铸流生产过程中，为了避免钢坯与自动控制生产线上的铜板发生黏连，导致冷凝后拉坯质量差、钢坯拉断、表面缺陷等问题，通过液压振动结构连续不断进行的规律振动。结晶器自动振动通过振动台架、平衡弹簧、板簧、伺服阀、位置传感器以及PLC系统组成，振动信号被传感器检测并输入PLC系统，系统根据信号进行调节和反馈，控制液压振动系统的振动幅度和频率。结晶器振动频率通常为1000Hz，振动波形正弦、非正弦皆可，振动方式灵活多变，可有效提高连铸生产效率[1]。
2.3 后区控制区域
后区控制区域包含钢坯切割和输送辊道两个主要部分，负责对连铸完成的钢坯根据不同规格要求进行切割和输送。
2.3.1 钢坯切割
钢坯切割多采用火焰切割法。钢坯被夹钳加紧固定在小车上，移动至火焰切割枪位置接受切割，保证切除结果正确、位置准确。切割专用辊道在切割过程中具有自动升降、喷水降温功能，可避免切割枪喷射出的火焰伤害。定位装置根据切割尺寸要求进行钢坯的精准定位，保证切割质量。钢坯切割装置通过脉冲发生器、定尺装置、变频器、电机等组成的自动控制系统进行调节，变频器可保证整个火焰切割钢坯过程中节奏稳健，脉冲发生器可提供脉冲数据保证钢坯与定尺装置之间的准确同步，满足钢坯切割精度要求和对辊道的有效保护要求。
2.3.2 钢坯输送
钢坯输送环节主要依赖辊道。辊道不仅具有输送钢坯、升降位置配合切割的功能，还有配合称量钢坯重量、去除钢坯毛刺等功能。辊道中通常敷设有电缆，通过电机、控制阀、PLC系统进行自动化操作控制。为了避免以为内力矩不均导致电流过大损伤电机，辊道电机前多串联热继电器以作保护。
2.4 仪表控制区域
仪表控制区域主要包含二冷水阀等仪表，直接通过仪表反映出连铸机生产过程的生产参数，表明生产质量高低。二冷水阀位于连铸机生产过程的二冷区，包含多个区段和回路，主要负责通过压缩空气、喷射水雾的方式来冷却钢坯，避免钢坯表面出现裂纹、折断等不良现象。二冷水的水雾喷射量、喷射压力、喷射覆盖范围都需要根据钢坯的实际情况和需求进行调节。
喷射量Qi=(AiV2+BiV+C)×α，其中i代表二冷区的回路编号，α是二冷水的过冷却系数，V是钢坯的拉坯速度，ABC分别是不同钢材的系数[2]。
若钢坯宽度方向上有所调整，二冷水喷嘴喷射出的水雾喷射量需要做出相应调节，β是钢坯宽度调节系数，计算公式为Qi=(AiV2+BiV+C)×α×β。
连铸机生产过程中存在浇筑速度较低的情况，需要适当下调二冷水的喷射量，但又不能将喷射量下调到安全取值之下，避免喷嘴压力过小影响水雾喷射、导致钢坯冷却不均。Qi为实际水雾喷射量，QN为开度流量，TN为调节阀开时间，TM为关时间，计算公式为
。在实际操作中，TNTM值过大容易引起冷却不均，TNTM值过小容易因二冷水喷射滞后影响冷却效果[3]。
结语：炼钢厂连铸机自动化控制系统包含四个主要控制区域，各自承担着钢水浇铸成对应规格、质量达标钢坯的生产功能，共同完成连铸自动化控制生产任务。本文主要围绕连铸机自动化控制系统的各部分配置和功能展开分析，稍微设计少量自动化控制系统维护内容，目的在于保证炼钢厂连铸机生产线的有效运转。
参考文献：
[1]郝胜涛. 连铸机控制系统优化改造实践 [J]. 山西冶金, 2023, 46 (08): 148-150.
[2]么洪勇,张瑞忠,李杰,等. 连铸过程控制系统的发展及展望 [J]. 连铸, 2023, (04): 1-9.
[3]李磊. 安全控制单元在连铸机电气系统中的使用 [J]. 中国科技信息, 2021, (16): 70-71.