摘要：結晶器專家系統作為一個工具去分配、收集、儲存、比較和將結晶器所有數據參數可視化。這些數據與設定值相比較，可以幫助分析澆鑄過程中的問題或產生報警信息或改變澆鑄作業進程，結晶器專家系統的運行對于操作人員監控澆鑄進程是非常有利的，由于在線的可視性，員工可找到最佳最穩定的澆鑄進程。 關鍵字：結晶器專家系統 漏鋼預報 結晶器熱流 The Application of The MOLDEXPERT System in The CCM Kong Decai (The No.3 Steel-making Plant of Jinan Iron & Steel Group Jinan 250101, China) Abstract The MoldEXPERT is a tool to acquire, store, compress and visualize measurement data of the mold, with the advantage of gathering all data in one system. For some applications, these data are compared to limits and setpoints. This interpretation may help to analysis casting problem or yield to alarms or change of the casting practice. The MoldEXPERT system is a useful tool for personnel to monitor the casting practice, Due to the on-line visualization, the personnel get a feeling for optimal and stable processing. Key words The MoldEXPERT system breakout prevention mold heat flux 0. 前言 在鋼水連續澆鑄過程中，結晶器是鑄機設備中非常重要的設備，結晶器工作狀況將直接影響鑄坯質量。為了保證生產的穩定和提高鑄坯質量，盡最大可能得到盡可能的有關結晶器工作的數據參數，尤其是直接影響設備和鑄坯質量的數據，將其完善和優化使鑄機設備運行更加穩定、協調。漏鋼預報技術已從早期只是檢測出漏鋼，經過研究漏鋼成因與機理、檢測出拉漏的征兆并報警和控制、建立預報數學模型、使用人工智能技術和可視化技術使漏鋼率大大降低。 現在鋼鐵企業在設計中要求高產量并且能保證鋼坯的質量，連鑄機在鋼種產量和質量中起者關鍵作用。澆鑄過程中的漏鋼事件將花費很大的費用修復設備同時影響生產。為避免漏鋼的發生，就必須在有可能發生漏鋼的時候將其檢測出來，提醒操作人員或自動的降低拉速。結晶器專家對開發新鋼種和優化澆注過程是一個非常有用的工具。結晶器專家系統包括兩個軟件包：結晶器熱力學軟件包和結晶器振動軟件包。 1． 結晶器熱力學軟件包 結晶器熱力學軟件包的監控主要基于安裝在銅板內熱電偶所測得的溫度。 1.1 溫度監控 鋼水在結晶器內凝固早期的溫度變化行為能夠得到，所以我們能監控結晶器內部的溫度變化，從溫度監控中可得知： ·窄邊和寬邊銅板表面的熱流分布 ·保護渣對溫度分布的影響 ·熱流瞬時行為（斜坡，速度改變） ·收縮行為（坯殼離開時） ·觀察危險區域 ·提高鑄坯質量和操作的安全性 ·提高澆注實踐能力 溫度監控描繪出了安裝在結晶器內的熱電偶測得的溫度值，鑲嵌在結晶器銅板內的熱電偶，將檢測到的銅板溫度傳送到系統中，根據檢測到的信號和各熱電偶所安裝的位置，可以不同顏色描繪出結晶器內鑄坯各部分的溫度，圖1上部分用不同顏色描繪出了所有的溫度，其一秒鐘更新一次。下圖顯示出了結晶器內表面溫度，反映出了板坯表面的溫度分布，具體描繪出了上排熱電偶的歷史溫度記錄。 圖1 溫度監控分布圖 1.2 漏鋼預報 熱電偶鑲嵌在結晶器銅板中，給出重要的鋼水凝固前溫度信息，這些數據用于漏鋼預報也用作闡明結晶器內部熱傳輸的依據。漏鋼預報系統作為一個工具去分配、收集、儲存、比較和將結晶器所有數據參數可視化（圖2）。這些數據可以幫助分析澆鑄過程中的問題或產生報警信息或改變澆鑄作業進程，漏鋼預報系統的運行對于操作人員監控澆鑄進程是非常有利的，由于在線的可視性，員工可找到最佳最穩定的澆鑄進程。 圖2 系統結構圖 1.2.1 漏鋼預報原理 坯殼由于某種原因，超過其機械強度而破裂，并按結晶器振動周期反復凝固、破裂,該坯殼破裂處如未能凝固,則破裂處會以低于拉坯速度向下和向橫擴展,當坯殼破裂處到達結晶器底部時，就發生拉漏，由于坯殼破裂時，鋼水直接與結晶器壁接觸，因而該處會有溫升。這樣，如果在結晶器寬度方向和澆鑄方向布置許多熱電偶，就可以從熱電偶測得得溫度上得知坯殼破裂處及其擴展。如圖，當坯殼破裂處到達上排熱電偶時，上排熱電偶溫度上升，當坯殼破裂處經過一定時間下移到下排熱電偶時，下排熱電偶溫度和上排熱電偶一樣上升，識別這一溫度上升就可預報拉漏（圖3）。 圖3 正常 漏鋼 1.2.2 檢測結晶器溫度及邏輯判斷模型 利用檢測結晶器溫度和邏輯式判斷模型預報拉漏式基于各個熱電偶實測值（如上、下排熱電偶溫度差）與設定的值比較進行判斷。 在正常澆鑄過程條件下，由于坯殼的生長上排熱電偶得平均溫度高于下排熱電偶得平均溫度（Ⅰ），當結晶器內一處因粘結坯殼破裂（Ⅱ），并且到達上排熱電偶時溫度上升，下排熱電偶溫度沒有影響（Ⅲ），經過一段時間，當坯殼破裂處下移到下排熱電偶時，下排熱電偶溫度上升（Ⅳ）而上排熱電偶因不受坯殼破裂的影響使溫度下降（Ⅴ），上排溫度下降的很多以致低于下排溫度（Ⅵ），這樣通過監控溫度的變化就可發出漏鋼預報報警（圖4） 圖4 漏鋼預報形成原理圖 1.3 計算結晶器熱流交換 利用計算結晶器熱交換防止拉漏是監控通過結晶器的總吸熱量，根據統計數據，確定最低吸熱量，在拉坯前確定一個合適的鑄坯殼厚度。為了預報拉漏，只需檢測總的吸熱量，可定義為“單位吸熱量”，也可用流經結晶器壁的熱流量（Kw/m²）來度量，這個熱流量QA 可表示如下： QA＝（CpρwWΔT）/A 式中 QA——單位面積的吸熱量 Cp——水的比熱 ρw——水的密度 W——冷卻水流量 ΔT——冷卻水進出口溫度 A——結晶器暴露的表面積 為了準確的了解結晶器的吸熱情況，要分別測定和監控結晶器每一面的熱流，因為可能結晶器某一面的熱流值低到危險值而傳熱仍大于可接受的最小值，如果只測總傳熱并認為正常，就會漏鋼。熱流量QA越限降告訴操作人員注意，并采取措施，以避免漏鋼。 圖5 熱流監控畫面 2 結晶器振軟件包 根據結晶器振動系統的液壓缸沖程和壓力反饋,計算出鑄坯和結晶器銅板之間的摩擦力,根據在粘結漏鋼前粘結處銅板溫度升高，摩擦力增大的特性，通過檢測裝置，按照一定的判斷模型，對漏鋼進行預報。 2.1 結晶器摩擦力 根據液壓振動液壓缸振幅和壓力反饋計算出結晶器的摩擦力，有兩種不同的操作狀況必須區分：澆鑄過程中的振動操作為“熱”，離線的振動為“冷”。兩種狀況下的摩擦力的不同，可得出結晶器摩擦力。此計算方法是基于物理工作的離線冷力和在線熱力，對得出摩擦力的值它是非常重要的。在線熱力由結晶器專家系統測得的振幅和壓力計算出，它包括離線冷力和銅板及鑄坯之間的摩擦力，所以，離線冷力必須被測量。離線冷力主要根據振幅，其計算方程為： 離線冷力＝a+b*A+c*A² a、b、c為系數常數 A為振幅 2.2 摩擦力監控 結晶器摩擦力監控畫面（圖6）被分為3部分，以便最重要的摩擦力的測量和計算賦值能在一個窗口監控。左上是在線摩擦力和振幅的顯示；右上是被稱作摩擦力循環圈；在線工作曲線，澆鑄速度，結晶器液位等顯示在下部區域。 圖6 振動監控畫面 3 利用多種技術顯示結晶器鑄坯結殼情況預報拉漏 由于計算技術、圖像處理技術的進步和數學模型的深化，出現了連鑄結晶器可視化技術，它把結晶器鋼水液位、熱電偶溫度、冷卻水溫度和流量、結晶器寬度、摩擦力、振幅等數據送入專用可視化PC機中，進行數據處理和數模運算，作成可視化畫面（包括結晶器內鋼水溫度場分布、凝固、結殼情況），早期的熱現象模型只涉及熱傳導問題，與熱傳導方程有關的熱物性值多做簡化處理，隨著數值計算技術的發展和計算機運行速度的提高，開始以熱傳輸耦合流體流動來獲得速度場和溫度場，使其更實用化（圖7）。 圖7 多種技術顯示結晶器鑄坯結殼情況 4 結束語 板坯連鑄漏鋼預報系統經歷了通過簡單的公式計算到復雜的數學模型的運算的過程。漏鋼預報系統功能越來越強，系統內運用的數學模型越來越多，涉及參與的參數越來越多，界面顯示更易懂、易看、易解釋、易操作。相信不久的將來，會出現更為先進的檢測漏鋼的新方法。 作者孔德才 (濟南鋼鐵集團總公司第三煉鋼廠 山東 濟南 250101)