戴文茂，關(guān)磊，孫艷霞，秦旭，田勇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

IF鋼連鑄板坯質(zhì)量評級系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

戴文茂，關(guān)磊，孫艷霞，秦旭，田勇

（鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠，遼寧鞍山114021）

利用現(xiàn)代數(shù)據(jù)通訊和數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)了IF鋼板坯質(zhì)量評級系統(tǒng)。該系統(tǒng)對容易影響鑄坯質(zhì)量的各個生產(chǎn)工藝參數(shù)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，并將監(jiān)測結(jié)果以質(zhì)量事件的形式反映到鑄流和鑄坯上，實(shí)現(xiàn)鑄坯質(zhì)量的在線預(yù)測。冷軋質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地分類篩選出具有不同質(zhì)量風(fēng)險的鑄坯，確保了O5板對高品質(zhì)鑄坯的要求。

IF鋼；鑄坯質(zhì)量；在線監(jiān)控；質(zhì)量評級

近年來，隨著鋼鐵市場競爭趨于白熱化，客戶對鋼鐵產(chǎn)品的質(zhì)量要求日益提升。在這種背景下，軋制工序?qū)B鑄坯的質(zhì)量提出了越來越嚴(yán)格的要求。但是，由于檢測手段的局限性和熱送熱裝率的不斷提高，使鑄坯質(zhì)量的檢驗(yàn)難度不斷加大。如果可以對鑄坯缺陷風(fēng)險進(jìn)行在線預(yù)測并及時分揀下線，不僅能提高最終產(chǎn)品質(zhì)量，還能保證生產(chǎn)的連續(xù)化［1］。因此，如何實(shí)現(xiàn)連鑄坯質(zhì)量在線預(yù)測和判定已成為各鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)提升競爭力的關(guān)鍵因素之一。在這方面比較有代表性的產(chǎn)品包括曼內(nèi)斯—德馬克冶金公司的質(zhì)量評估專家系統(tǒng)XQE、奧鋼聯(lián)的計算機(jī)輔助質(zhì)量控制系統(tǒng)CAQC和中冶連鑄的連鑄坯質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)QES等［2-3］，另外，國內(nèi)外高校和研究機(jī)構(gòu)也進(jìn)行了很多有關(guān)課題的研究［4］。

鞍鋼股份有限公司煉鋼總廠四分廠作為鞍鋼板材精品基地，裝備有3個鐵水脫硫處理工位、3座260 t頂?shù)讖?fù)吹轉(zhuǎn)爐、2座LF爐、2座RH-TB真空處理裝置、2150ASP生產(chǎn)線中厚板連鑄機(jī)2臺，厚板坯連鑄機(jī)一臺。該工區(qū)主要產(chǎn)品包括IF鋼、管線鋼、高強(qiáng)船板、耐候鋼、結(jié)構(gòu)鋼和機(jī)械用鋼等。由于產(chǎn)量大、品種結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量要求高，且下游產(chǎn)線多樣，因此開發(fā)板坯連鑄質(zhì)量評級系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對板坯質(zhì)量的在線預(yù)報，將有可能出現(xiàn)質(zhì)量問題的鑄坯及時封鎖處理，對于提高鞍鋼產(chǎn)品的整體質(zhì)量水平有重要的意義。本文對IF鋼連鑄板坯質(zhì)量評級系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用情況做一介紹。

1　IF鋼鑄坯質(zhì)量預(yù)測方法

1.1質(zhì)量事件的定義及分類

將生產(chǎn)中出現(xiàn)的過程數(shù)據(jù)異常等影響澆注過程和凝固過程、最終造成鑄坯質(zhì)量波動的事件稱作質(zhì)量事件。板坯連鑄質(zhì)量評級系統(tǒng)預(yù)測的鑄坯典型缺陷包括表面縱裂風(fēng)險、表面橫裂風(fēng)險、中間裂紋和三角區(qū)裂紋風(fēng)險、中心偏析和疏松、風(fēng)險夾雜物數(shù)量級等。質(zhì)量事件所包含的內(nèi)容見圖1所示。

1.2質(zhì)量事件的獲取與定位

板坯連鑄質(zhì)量評級系統(tǒng)通過DBLink，OPC，Socket等連接方式獲取外部系統(tǒng)（主要包括：MES，過程數(shù)據(jù)PLC系統(tǒng)和其他如轉(zhuǎn)爐、精煉、化檢驗(yàn)系統(tǒng)）的實(shí)績，通過跟蹤和分析這些數(shù)據(jù)來預(yù)測鋼水從產(chǎn)生到凝固這一段時間內(nèi)可能發(fā)生的質(zhì)量事件，并在切割時對鑄坯質(zhì)量進(jìn)行最終評定。因此，精確地觸發(fā)、跟蹤和定位質(zhì)量事件是決定鑄坯質(zhì)量評級效果的重要環(huán)節(jié)。

具體的定位方法為：從開澆時刻起，采用積分法計算任意時刻τ的鑄流全長L：

式中，υ（τ）為τ時刻的拉速；L0為開澆前引錠頭上端距離設(shè)定彎月面的高度。

在澆注過程中利用鑄機(jī)驅(qū)動輥上的編碼器，記錄轉(zhuǎn)數(shù)Θ，然后選擇適當(dāng)?shù)淖x數(shù)時間間隔ΔΤ，則將式（1）轉(zhuǎn)變?yōu)槔奂臃椒ǎ?/p>

式中，D為驅(qū)動輥直徑。

根據(jù)此公式，即可利用計算機(jī)讀取的編碼器轉(zhuǎn)數(shù)自動累加鑄坯長度，實(shí)現(xiàn)了鑄流長度的跟蹤。

鑄坯在鑄流上的對應(yīng)方法：

（1）根據(jù)生產(chǎn)鑄坯的計劃，將鑄流劃分為切割完畢、正在切割、扇形段內(nèi)、結(jié)晶期內(nèi)和轉(zhuǎn)爐-精煉-中包內(nèi)尚未進(jìn)入鑄流5個部分；

（2）根據(jù)鑄坯的長度Ls、火切切損長度Lc、坯頭切廢長度Lh等，將鑄坯的位置預(yù)先確定下來。

質(zhì)量事件的標(biāo)記方法：

（1）根據(jù)某一質(zhì)量事件的觸發(fā)時刻Τq，可在鑄流上找出質(zhì)量事件位置；

（2）根據(jù)鑄坯在鑄流上的對應(yīng)位置，即可把各類質(zhì)量事件標(biāo)記到鑄坯上。

上述質(zhì)量事件在鑄坯上的標(biāo)記過程見圖2。

2　IF鋼板坯評級系統(tǒng)的開發(fā)

2.1系統(tǒng)組成

IF鋼板坯連鑄質(zhì)量評級系統(tǒng)由以下幾個程序模塊組成，如圖3所示：

（1）過程數(shù)據(jù)采集模塊：通過各類自動化接口來獲取生產(chǎn)實(shí)績數(shù)據(jù)，采集頻率最快達(dá)到每秒1次。

（2）質(zhì)量代碼計算模塊：修改二級半通訊接口模塊，攔截發(fā)送給3級MES系統(tǒng)的板坯數(shù)據(jù)信息，將其作為質(zhì)量代碼計算的觸發(fā)事件。

（3）評級結(jié)果歸檔模塊：將整個澆次的評級代碼，過程數(shù)據(jù)，大包VAIQ按鈕信號，機(jī)前VAIQ按鈕信號所有信息倒出到excel文件，以備工藝人員以后用來分析數(shù)據(jù)。

2.2系統(tǒng)界面

IF鋼板坯連鑄質(zhì)量評級系統(tǒng)的界面如圖4所示，操作人員可以實(shí)時觀測到生成的每塊鑄坯上的質(zhì)量事件概要，系統(tǒng)還可以根據(jù)質(zhì)量事件的風(fēng)險級別，對鑄坯的質(zhì)量等級進(jìn)行分類，并將結(jié)果傳遞給板坯精整工序。

3　系統(tǒng)運(yùn)行效果

為了評價IF鋼夾雜物缺陷風(fēng)險，板坯連鑄質(zhì)量評級系統(tǒng)將RH升溫幅度、中間包重量波動幅度、結(jié)晶器液位波動、Als損失率、快換水口和澆注過程中耐材質(zhì)量問題等列入此類鋼種的質(zhì)量事件。根據(jù)評級結(jié)果，將評級分?jǐn)?shù)高的75級鑄坯直送生產(chǎn)O5板。而評級分?jǐn)?shù)低的40級、0級坯必須下線做扒皮處理后方可下送至熱軋、冷軋生產(chǎn)。

該系統(tǒng)于2012年4月投入上線運(yùn)行，并且在運(yùn)行過程中根據(jù)質(zhì)量反饋結(jié)果不斷進(jìn)行修正，運(yùn)行前由人工評級判定的O5板與運(yùn)行后系統(tǒng)自動判別的O5板軋后缺陷率比較如圖5所示。由圖5可見，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，可準(zhǔn)確地將清潔度較高的鑄坯挑選出來，有效地避免了人工評級工作量大、錯誤率高的缺陷。

4　結(jié)論

根據(jù)IF鋼澆注質(zhì)量控制關(guān)鍵點(diǎn)，利用現(xiàn)代通訊技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，開發(fā)了IF鋼連鑄板坯質(zhì)量評級系統(tǒng)，開發(fā)和運(yùn)行結(jié)果表明：

（1）可以利用現(xiàn)場各類通訊接口，將全工序影響鑄坯質(zhì)量的可能因素加以分類、匯總；

（2）利用鑄流跟蹤，結(jié)合板坯定尺，可以將質(zhì)量事件實(shí)時地標(biāo)識在鑄坯上，并將收到質(zhì)量事件影響的鑄坯評級結(jié)果發(fā)送到精整工序，便于對具有缺陷風(fēng)險的鑄坯進(jìn)行清理；

（3）高級別冷軋板的評級實(shí)踐表明，鑄坯評級系統(tǒng)能夠較準(zhǔn)確地判斷鑄坯質(zhì)量狀況，明顯降低最終產(chǎn)品的缺陷率。

［1］李救生，畢學(xué)工.連鑄坯質(zhì)量預(yù)報系統(tǒng)發(fā)展及我國應(yīng)用的探討［J］.鋼鐵研究，2003（2）:49-52.

［2］金焱，畢學(xué)工.連鑄坯質(zhì)量預(yù)測系統(tǒng)及應(yīng)用［J］.鋼鐵，2004（39）增刊:610-613..

［3］柯磊，高仲.板坯表面質(zhì)量預(yù)報專家系統(tǒng)［J］.冶金自動化，2012，36（1）:1-6.

［4］單多，徐安軍.連鑄坯質(zhì)量判定系統(tǒng)研究綜述［J］.連鑄，2011（2）:16-28.

（編輯許營）

Development and Application of Quality Rating System for IF Steel Slab Continuous Casting Process

Dai Wenmao，Guan Lei，Sun Yanxia，Qin Xu，Tian Yong
（General Steelmaking Plant of Angang Steel Co.，Ltd.，Anshan 114021，Liaoning，China）

The quality rating system for IF steel slab was developed based on the modern data communication technology and database technology.The system can implement the real-time monitoring over various production process parameters which are liable to influence the quality of a strand and also report the monitoring results back to the strands and slabs as the quality events so as to realize the real-time predicting of the strand quality.The quality inspections of cold rolled steel sheets show that the system can precisely classify and filtrate the slabs with different quality risks and therefore the quality of the strands for producing O5 high grade steel sheets can be guaranteed.

IF steel；slab quality；online monitoring；quality rating

TF703

A

1006-4613（2015）06-0040-04

2015-03-24

戴文茂，工程師，2004年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。E-mail：daiwenmao1981@126.com