以板坯连铸机生产工艺的特点为分级依据，可以把板坯连铸系统分为基础自动化系统以及过程控制计算机系统两级系统其中一级为自动化系统，是运行基础；二级带有部分管理功能基础自动化系统是一套完整的电/仪一体化系統，在系统运行中起着非常重要的作用它能够完成各工艺装置的顺序控制以及相关操作，可以对工艺参数进行设置还可以对工艺参数與设备状态进行显示与预警，对工艺流程进行监控另外，其还有通信功能过程控制计算机系统有质量跟踪、参数设定以及铸机的模型計算的功能。除此之外对于网络的相关配置问题，通过 PLC 与上位机之间的信息转换与以太网相连接利用 TCP/IP 协议完成数据转换。

2 板坯连铸系統中 PLC 控制功能说明

2.1 大包回转台及中间罐车控制

一方面对装有合格钢水的钢水包，一般要通过行车的吊运运至大包回转台的钢包臂上此時包臂会运转到浇注位置等待浇铸。

另一方面提前预热好的中间罐通过中间罐车运送至结晶器的上方，此时中间罐会下降以完成对中就位；在准备工作完成后钢水罐开始下降，到达指定位置后就要手动开启滑动水口随之钢水就会通过长水口流入中间罐，等到中间罐内嘚钢水质量达到指定要求后就需要人工开启中间罐塞棒这时钢水就会通过侵入式水口流入结晶器内，从而完成这一工序

2.2 送引锭、脱引錠控制

（1）送引锭：当送引锭指令发出后，引锭杆存放小车会向下反转运行当引锭杆到达切割后辊道位置时四个对中缸将开始进行对中，随之切割前、切割下、切割后辊道自动运行将引锭杆送至水平扇形段内。当引锭杆尾部离开 2# 光电管时切割后辊道就会停止运行，当其到达 1# 光电管时切割下及切割前辊道就会停止运行，随之辊道就会以 5 米/分的速度在扇形段内运行与此同时解码器也开始对其进行跟踪記录，最后将引锭杆送入结晶器下口（2）脱引锭：当引锭杆从扇形段出来达到 1# 光电管时，引锭头就会与铸坯分离当引锭杆到达 2# 光电管時切割后辊道就会停止，随之引锭杆被移出

2.3 火焰切割机自动切割控制

在自动状态下，红外定尺系统会给火焰切割机的 PLC 发出信号火焰切割机只有在接收到信号时才会进行工作。首先火焰切割机会先进行预压紧，与此同时切割枪开始运动当切割枪运转至铸坯边缘时，预煤气阀以及热氧阀就会自动打开；当其运转到之前红外定尺系统所检测的定尺距离后火焰切割机的压头开始下压随之切割氧与粒化水打開，进行切割工作当切割枪到达切割下辊道边缘时，切下辊就会开始向下方摆动一直等到切割枪离开切下辊，其才能够向上摆回到原位

2.4 输送辊道及推钢机控制

输送辊道系统是由移载下线辊道、切割后辊道、切割下辊道以及切割前辊道这四道工序组成。在输送辊道系统運行过程中主要有五个具体步骤：（1） 火焰切割机在对钢坯切割完毕后发出切割完毕信号随之切割后辊道开始正转；（2）在 2# 光电管检测箌铸坯的情况下，移载下线辊道开始运作；（3）当铸坯尾部离开 2# 光电管时之前运转的切割后辊道停止运作；（4）在 3# 光电管检测到铸坯的凊况下，之前运行的移载下线辊道就会停止运作；（5）下线辊道运行停止时说明铸坯已成型再利用推钢机把铸坯转移到冷床上进行冷却。

这样就可以科学的对铸坯进行生产

3 板坯连铸系统中 PLC 控制技术的实现

3.1 变频调速控制技术

在现代板坯连铸系统中，变频调速控制技术已在各个设备中广泛应用；主要包括推钢机、火焰切割机、输送辊道、扇形段辊道、结晶器振动、中间罐车以及大包回转台等一般来说，PLC 是通过 Re－mote I/O Scanner 通讯方式来把控制命令传输给变频器的与此同时，变频器也将其实时状态反馈给 PLC 系统另外，控制程序主要借助 MOV 指令来把速度、囸反转以及启动停止命令以信息的形式传送给变频器然后利用变频器的变频调速功能对整个系统进行自动控制。

3.2 铸流自动跟踪技术

铸流洎动跟踪系统主要是利用物理上的光电转换原理进行工作的通过增量式编码器来完成自动跟踪。增量式编码器可以直接利用光电转换原悝来输出 A、B 以及 Z 相三组方波脉冲；其中A、B两组方波脉冲的相位差为 90°，所以能够比较方便的判断出旋转方向；与此不同的 Z 相每转一个脉沖，所以其常应用与对基准点的科学准确定位增量式编码器的技术含量较高，其平均寿命可达几万小时以上而且其构造原理较为简单，抗干扰的能力较强有较高的可靠性，比较适用于长距离的传输一般来说，A-B 增量型编码器多安装在扇行段驱动辊的电机上铸流 PLC 依据增量式编码器发送的脉冲数来自动计算并完成浇注模式、送引锭模式下的铸坯测长、电力测速以及二冷区配水等全自动控制。

3.3 大包下渣检測技术

大包下渣检测技术是用于检测包内钢水含渣量的一项技术这个系统主要通过高度自动化、智能化的平衡补偿技术并比较钢渣与钢沝导电率来检测钢渣在钢水中的含量，其中还要用到电磁感应的物理原理来对含量进行检测然后会通过声光报警的方式提醒相关操作者忣时发出大包水口关闭信号或自己手动关闭大包滑动水口，以此来控制大中包中钢水的钢渣含量进而提高钢水的清洁度，提升其质量；除此之外还有效避免了繁琐的除渣工作，也可以提高钢坯质量

3.4 液面自动控制技术

液面自动控制是通过涡流传感器来对拉坯及浇钢的速喥进行调节的一项技术。一般来说涡流传感器具有连续测量结晶器钢水液面的功能，它可以输出一系列模拟数据一般包括随液面高度線性变化的电压以及电流，再把信息传送给液面调节系统以此完成对拉坯以及浇钢速度的自动控制，使钢水液面得以稳定在预定高度這样一来，就可以有效的提高连铸机的工作效率提升其工作质量，防止溢钢及漏钢事故的发生对钢坯的质量进行有效的保证。

所谓的紅外定尺即是通过红外摄像的方式对钢坯进行相关数据识别利用红外摄像设备对红热钢坯进行远距离实时成像，将所成图像转化为数字囮信息然后传送给 CPU，再利用 CPU 的计算与模糊识别功能对数字化信息进行相关计算与识别处理再按照提前设定的定尺长度向 PLC 传送切割切割信号，使 PLC 控制火焰切割机对钢坯进行切割这个系统的技术含量较高，一般具备操作维护简单、控制精度高以及检测可靠的特点在钢坯處理中发挥非常重要的作用。

综上所述在板坯连铸系统之中 PLC 控制的应用，对于准确、快速控制的实现连铸自动化水平、铸坯质量与产量的提高具有非常重要的作用，而且能够降低能源消耗降低机械故障的停机率，使得铸机的作业率得以有效提高除此之外，还大大改善了工作环境提高了工人的工作效率。因此PLC 控制系统在板坯连铸系统之中值得推广应用。

[2]冯科韩志伟，毛敬华.连铸板坯质量控制的系统技术[J].钢铁技术2010（5）：7-9.

[3]杨立安，李涛.板坯连铸控制系统改造[J].科技传播2013（1）：134-135.

方坯连铸不锈钢技术与质量控制

方坯连铸不锈钢技术与質量控制

宝钢股份有限公司特殊钢分公司 陈家昶

上海新中连铸技术工程公司 叶 枫 1. 前言

不锈钢的制造技术已有巨大的发展，从上世纪60年代不鏽钢开始采用连铸到1985年全世界不锈钢连铸比已达70%以上，目前西方工业发达的国家不锈钢生产几乎100%用连铸 最近20年来，世界不锈钢产量每姩以超过7%的比例增长 1997年不锈钢总产量为1650万吨/年，2006年全球不锈钢产量达到了2840万吨较2005年产量上升了16.7%。其中中国的不锈钢产量增加最多，達到了530万吨比2005年的产量增加了68%，超过日本跃居世界第一新上马的很多产线释放出了巨大的能力，中国的不锈钢市场和产能前景乐观

峩国不锈钢的连铸起步较晚， 80年代才开始起步经过这几年的发展，我国的不锈钢连铸比提高较快已经实现大多数的不锈钢品种的生产，但不锈钢连铸的生产和质量控制有一定的难度在一定程度上制约了我国不锈钢连铸坯的生产。

不锈钢冶炼方法有多种如EAF单炼法、与AOD結合的二步法、与转炉顶底复吹及VOD或RH－OB相结合的三步法等，但目前最有优势、应用最广泛的还是EAF＋AOD的二步法在冶炼超低碳不锈钢时，也囿较多采用AOD+VOD的双联脱碳工艺因此，一般常用的工艺流程为：

习惯上我们把EAF＋AOD称为两步法而EAF＋AOD（或转炉顶底复吹）＋VOD称为三步法。

电炉冶炼不锈钢可以选择采用偏心底（EBT）、槽式（Spout）出钢和两种功能都有的双炉壳设计 偏心底炉壳虽然能做到无渣出钢，但在出钢过程很难實施钢渣混冲影响合金的收得率，而且EBT出钢口易被堵塞不锈钢冷钢处理困难。因此在不锈钢母液生产时，电炉一般采用槽式出钢法它在出钢过程钢渣混冲，能有效提高合金收得率但同时也带来一个回磷问题，由于不锈钢的脱磷困难、易回磷这就对废钢和返回料嘚选择使用带来了严格的，对降低配料成本不利

鉴于不锈钢钢种本身的性能特点（钢水粘度较大，易氧化元素较多、传热慢、热膨胀系數大等）其连铸生产的特殊性和难度较大。而且不锈钢品种较多其中不乏含Ti、Nb、Cu、S、W等元素，钢种的裂纹敏感性强、连铸可浇性较差对连铸工艺的参数确定和过程控制要求较高。近几年来随着连铸控制技术和精度的提高，钢水冶炼的纯净度提高90％以上的不锈钢已連铸成功，但是过程的不稳定性仍然存在

不锈钢一般分为铁素体、奥氏体、马氏体和双相不锈钢等几类，严格的说这几类钢种的凝固性能和组织各不相同，浇注性能也并不一致总体来说，不锈钢连铸工艺可以从以下两类着手：以Ni为主含有扩大奥氏体区元素（Ni、Mn、N、C）嘚奥氏体不锈钢； 以Cr为主含有扩大铁素体区元素（Cr、Mo、Si、Nb）的铁素体不锈钢特别还要考虑不锈钢的成份设计的裂纹敏感区，见下图：

由圖中可以看出凝固时新生铁素体对裂纹不敏感，②位置的奥氏体对裂纹敏感、①位置马氏体的淬火裂纹、③位置奥氏体中的相脆性、④位置铁素体的蠕变行为等都对我们的生产凝固工艺提出了挑战

不锈钢方坯连铸，一般供轧制棒材、卷材、线材和不锈钢管坯成材从最終的产品性能来看，对方坯连铸坯的表面质量和内部质量要求极高由于不锈钢品种多，工艺的适应性犹为复杂我们就一些共性的问题莋一下探讨。

单就热膨胀系数而言奥氏体钢的值比碳钢大（500℃时大56%，1000℃时大54%）铁素体钢与碳钢相近。这说明奥氏体钢在结晶器内凝固坯壳会过早收缩更易使坯壳厚度不均匀，容易导致表面凹陷裂纹等缺陷。而且钢水中的易氧化元素的夹杂物被连铸结晶器保护渣吸附後保护渣的性能容易恶化，从而影响坯壳与结晶器铜壁之间的液渣流入形成不均匀渣膜，加剧了传热的不均对铸坯的表面质量产生嚴重的破坏。

以目前的技术装备而言常规连铸机的结晶器振动技术，对连铸坯表面质量造成的直接后果就是产生了振痕振痕是由于结晶器的周期性振动而在铸锭表面产生的间距均匀有一定深度的横向皱折。由于振痕的普遍存在因此在一般情况下，已不将它看成是铸坯嘚表面缺陷或者说振痕是连铸坯的本征缺陷；但是对连铸坯表面振痕的研究，发现伴随着振痕的产生皮下往往有磷、锰等合金元素的顯微正偏析，容易导致铸坯表面产生微小的横向裂纹对后步工序产生不利影响，降低了产品各种物理性能横向断面的均匀性研究表明，振痕是产生表面偏析和裂纹的原因之一

对于普通钢的振痕，通过热轧加热中的氧化振痕一般不会对成品质量造成影响；而不锈钢则鈈同，由于具有高的抗氧化性较深的振痕难以在热轧中完全消除，如果用这种坯料轧制就会在轧材表面产生缺陷。因此不锈钢连铸坯的振痕的修磨率很高，有些厂家的不锈钢连铸坯的修磨率甚至可达100％

控制和减少表面缺陷，减少修磨量和修磨率是不锈钢降本增效的關键要做好这方面的工作，主要从结晶器保护渣的选取、振动参数的确定和结晶器铜管锥度的设计（包括结晶器水量控制）等方面着手

连铸保护渣在连续铸钢的保护浇注中具有非常重要的作用，保护渣的性能取决于浇铸中的实际行为目前衡量保护渣的标准还是看它实際使用的效果，对它的性能优化只有一个宏观的取向：即提高铸坯表面质量与浇铸质量 不锈钢保护渣的研制可以说是一个世界性的难题，由于不锈钢中含有许多易氧化元素需要吸收的夹杂物与特钢相比差别较大，保护渣性能的设计与保持对表面质量来说至关重要奥氏體不锈钢线具有膨胀系数大的特点，冷却过程中气隙出现较早容易产生凹陷等表面缺陷。一般的保护渣设计时针对凹陷型和黏附

型的钢種有两类不同的设计凹陷型保护渣的特点是碱度较高（渣液在凝固过程中有析晶现象，渣的粘度曲线有明显的拐点）形成的固态渣膜导熱系数较低以降低传热速度，改善坯壳的凝固状况；黏附型保护渣则通过低熔点、低碱度（易形成玻璃态液相渣膜层）的设计以达到減少摩擦阻力，提高表面质量的目的不锈钢保护渣的设计一般采用的是前一种方案。这里要说明一下由于不锈钢的固、液相线较低，洇此不锈钢保护渣的熔点还是较低的

不锈钢的保护渣耗量一般要大于碳钢的耗量，这一方面是为了形成均匀的渣膜厚度；另一方面由于渣耗量大保护渣的更新速度加快，可以减轻和稀释被吸附的夹杂物对保护渣的污染在整个浇铸过程中，钢水弯月面处形成的液渣层要保持足够的厚度以保证其连续流人铸坯与结晶器之间的气隙从而形成有效渣膜，提高传热效率与均匀度而不锈钢的容易产生表面凹陷嘚特性，更需要形成均匀有效的渣膜在这里保护渣的黏度起了非常重要的作用。

通过一定的推导我们可以得到一个熔渣层厚度与拉速の间的关系图如下：

图中左边红色曲线表示连铸保护渣的熔化速率高于保护渣消耗速率的情况，过了临界点右边蓝色曲线则表示连铸保护渣熔化速率低于最大消耗速率的情况由上所述充分表明，保护渣黏度与对整个生产中的热传导性能有着非常密切的关系在这里，我们仍然要强调的是保证稳定均匀渣膜对连铸坯表面质量的提高大有益处我们设计选用的保护渣就是要针对连铸钢种的具体情况及拉速水平來进行的。所以在现场浇铸性能的评判上渣耗是一个很重要的数据。

在不锈钢的结晶器保护渣里还要注意碳质材料的添加问题。众所周知为了控制保护渣的熔化速度，通常都在保护渣内配入一定量的炭质材料（炭黑或石墨等）但是绝大部分的不锈钢是低碳或超低碳，很容易引起增碳特别在振

4 痕部位容易出现碳的正偏析现象；如果不锈钢表面修磨，一般该种缺陷不会影响下道工序但未经修磨的铸坯进行轧制时，情况就不相同我们曾经检测到如下缺陷，在规格为Φ65的304不锈钢连铸管坯上经穿孔酸洗后发现荒管表面出现螺旋状缺陷，如下图：

电子探针面分析结果表明荒管缺陷区域内的黑色沟槽中聚集C元素，如下图：

无独有偶在一个低碳不锈钢连铸坯横向低倍的試样上，对其中心疏松部位做扫描电镜时也发现了碳质材料的痕迹，如下图：

为此有些要求高的无碳不锈钢保护渣，采用超细微的金屬粉末取代碳质材料用来控制保护渣的熔化速度，所以在保护渣的选择上应多方面的考察和试验，才能找到符合不锈钢各钢种质量要求的保护渣

对振痕的产生机理长期以来一直存在很多理论，如撕裂-愈合机理、机械变形机理、二次弯月面机理、保护渣作用机理等等泹直到今天还没有一个理论能够完整的解释所有的现象。不过有一点目前已达成了共识：即振痕的深度主要与负滑脱时间、负滑脱量有关因此，研究振动参数控制负滑脱时间对连铸坯表面质量的提高有着非常重要的意义

早期，负滑脱时间一般认为在0.5s左右对防止粘连及顺利脱模有利如果超过这个值，就会影响振痕深度过深的振痕会导致铸坯表面横裂纹的产生。但由于目前连铸设备与浇铸水平提高很快铸坯与结晶器的脱模已经不再成为主要矛盾，相反随着连铸坯表面质量要求的提高目前，已有连铸机将负滑脱时间控制在0.1s的水平

由於负滑脱时间对振痕的深度影响较大，为减小振痕的深度减少负滑脱时间是一行之有效的方法，在传统连铸过程中结晶器振动的模式為正弦振动模式，为减小负滑脱时间只有通过高频小幅振动的方式来实现。但在高频小幅振动条件下将会在一定程度上减少保护渣的消耗，影响保护渣的流入与渣膜的均匀形成破坏了初生坯壳和结晶器壁的润滑，从而增加了表面裂纹甚至拉漏的可能因此应用高频小幅振动减少负滑脱时间的措施虽然有效，但仍然存在一定的隐患应用上受到限制。

而在非正弦振动条件下不改变频率，也能达到减小負滑脱时间的目的这种情况下，与正弦振动模式相比它的正滑移时间更长，振痕的深度也相应地降低目前的液压振动控制设备，已荿为实现非正弦振动的保证

多次现场试验测定证明，采用了非正弦振动方式后结晶器保护渣的渣耗量并没有因为负滑脱时间的降低而丅降，反而略微有所上升这在一定程度上证明了保护渣的液渣基本上是在正滑脱期内流入的机理（目前世界上一直存在有正、负滑脱时間流入的两派争论，前者以韩国浦项为代表后者以S.Takauchi为代表）。而随着拉速、As值的提高保护渣的耗量有降低的趋势，因此选取连铸

6 保护渣要以连铸机正常工艺的拉速范围为依据

至于振动频率的选择，按照流体力学理论液体表面波动存在一个本征频率，它与材料本身、斷面、深度、液体表面张力等因素相关相关领域（有色金属）的研究表明，如果实际振频接近系统固有频率时容易产生共振，此时渣膜通道最大拉坯阻力最小，铸坯表面最光滑虽然这个工作不见连续铸钢领域报道，但对我们选择合适的振动参数又多了一个考虑方向

3.2. 连铸坯内部质量

不锈钢的内部质量很大程度上取决于钢种的特性，钢的凝固行为在一定程度上决定了连铸坯内部的铸态组织根据加藤等人的研究结果，根据含镍不锈钢的Cr/Ni当量比在铸坯凝固过程中发生如下相变反应：

一般可以按Cr/Ni当量比1.5为界，初晶分别为δ相和γ相。初晶相的差别对于微观偏析的程度有着影响因为溶质元素在δ相的扩散速度约为在γ相中的100倍。所以初晶为γ相时，一般存在明显的微观偏析。微观偏析，特别是P、S的偏析和聚集，对铸坯裂纹的形成存在着很大的隐患。

因此铸坯的低倍组织与铸坯凝固时的铸态组织存在着一定嘚区别，有时很难复原分析；对于上列第4种单相组织相变做金相的微观分析还比较容易。不同的不锈钢钢种表现出不同的宏观组织特性比较典型的方坯低倍组织如下：

a)铁素体不锈钢的低倍组织

b) 奥氏体不锈钢的低倍组织

c)双相不锈钢的低倍组织

针对不锈钢方坯的质量要求，甴于各种钢种的差异较大这里就不详细分析了。但通常用来控制提高内部质量铸态组织要求的是电磁搅拌和二冷控制

3.2.1．电磁搅拌对铸坯质量的影响

对于不锈钢，电磁搅拌选用的参数与特钢相比变化还是比较大的 下式表示在钢水中产生感应电流与该处磁场作用产生电磁仂的大小可用下式表示：

???????f?J?B??(E???B)?B

?上式中：J 为电流密度；

? 为磁场和钢水相对运动速度速度； ?B 为磁感应强度；

9 ?E 为电场强度。

通过上式我们可以认为在相同磁场条件下，电磁力的作用取决于材料的电导率水平通常不锈钢的电导率略小于特钢，但相差并不大而对于一般的金属当其温度大于760℃时以及液态的钢水通常都是不导磁的，这方面特钢和不锈钢的特点是一致的

试验证奣，作用于铸坯中心液相的磁感应强度B不锈钢反而要比特钢强一些这可能是由于不锈钢的合金含量高，液芯的粘度较大运动时产生的阻力也大；其次，由于不锈钢导热率低凝固时，其柱状晶生长倾向大大地高于一般的特钢，因此如果我们为了达到相同的电磁搅拌效果，一般说来对于不锈钢无论是M-MES或F-MES工作电流的设定应高一些。

对于方坯而言电磁搅拌的目的在于减少铸坯的中心疏松和偏析。而对含N、S等不锈钢而言结晶器电磁搅拌消除皮下气孔及皮下夹杂的作用也是显而易见的。

3.2.2 二冷控制的影响

二冷控制应该结合各种钢种的热物性参数而定我们如果做差热分析钢种热物性，就会发现奥氏体的高温相变热流变化比较平缓，相对高温的热裂不敏感而马氏体的有兩个明显的热变流峰（谷）值，在对应的温度区间热裂倾向强烈。一般来说如果仅以二冷比水量比较，不锈钢的比水量要低于普碳钢而且马氏体比水量应

应该指出的是在二冷控制这个环节，过热度和拉速的匹配更为重要对应于每个钢种的传热特性曲线，我们更因注偅各区水量的分配比例例如对于马氏体钢来说，为了保证铸坯内部的质量必须采用低过热度低拉速的工艺，在弱冷条件下可以适当加大上部和下部的水量分配比例，因为在高温下的马氏体强度较好

目前，随着连铸设备和控制精度的提高大多数不锈钢品种的连铸生產已经能够实现。但是由于用户产品质量要求的提升每个不锈钢的性能或多或少存在着一些差异，因此在不锈钢的连铸生产中，管理鍺必须认真地了解和认识各

10 不锈钢种的特性和存在的差异合理的制定连铸工艺制度，并结合质量要求对各种参数实施控制；其中首先應该严格设计和控制不锈钢的目标成分，减少成分的波动范围这样才能够保证连铸坯凝固铸态组织的稳定，以保证连铸坯的性能和质量

动态轻压下技术在攀钢板坯连铸中的应用

来源：物资采购网 采编 时间：2007年9月10日14时36分

攀枝花钢铁集团公司为了改善产品结构、增强市场竞爭能力和提高经济效益，新建了一套现代化的高效单流板坯连铸机设计年产板坯100万t，生产的板坯供给1450mm热轧板厂随着轻压下技术在改善鑄坯内部质量方面的显著效果被越来越多的应用实践所证明，该技术己被世界各国的钢铁生产厂家广泛采用故在新建连铸机中采用了新嘚动态轻压下控制技术。

通过在连铸坯液芯末端附近施加压力产生一定的压下量来补偿铸坯的凝固收缩量。这一方面可消除或减少铸坯收缩形成的内部空隙防止晶间富集溶质的钢液向铸坯中心横向流动；另一方面轻压下所产生的挤压作用还可以促使液芯中心富集溶质的鋼液沿拉坯方向反向流动，使溶质元素在钢液中重新分配从而使铸坯的凝固组织更加均匀致密，达到改善中心偏析和减少中心疏松的目嘚

控制系统组成如图1所示。

一级自动化系统完成现场数据采集、过程回路控制、电气设备顺序控制、设备运转操作监视及报警等基本控淛功能二级自动化系统包括过程计算机系统和工艺技术工作站TWS。过程控制计算机系统完成生产计划、操作指导、数据计算、物流跟踪等過程控制功能

TWS为浇铸过程控制提供特殊的工艺模型，并为操作员访问模型提供接口同时现场设备可以通过TWS获得所需的数据。TWS可以实时、独立或离线工作进行数据分析。在TWS上运行的模型是DANIELI公司开发的专用软件主要有液芯控制和凝固模型(LPC)、漏钢预报模型和动态软压下模型LPC模型能根据钢种、浇铸温度、拉速等变化因素在线计算铸坯的凝固末端位置。

轻压下的主控系统是一台西门了57-400PLC下挂5个远程1/O(ET200)，从站均通過IM153主站相连；PLC通过CP443-1与以太网相连现场设备包括电磁阀、伺服阀、压力传感器、位置传感器等人机界面HMI主要用于设备和过程监控，过程设萣功能使用InTouch软件组态生成画面。

动态轻压下功能使用一套铸流扇形段辊控制板坯的压缩主要控制14个扇形段(0~13段)的开口度。这些扇形段的配备如下：0~6#扇形段的每个段配备一套液压缸维修时打开扇形段。7~13#扇形段的每个段配备一套液压辊来控制辊缝控制开口度的目的是减少板坯的厚度而达到改善板坯内部和表面质量，包括轻压下技术是将板坯里液体部分的轴向凝固结构抑制住朝等轴晶结构发展。扇形段0~6#和7~13#嘚开/关速度均为10mm/s全行程时间均为25s。

在浇铸过程中动态轻压下功能中扇形段辊缝的目标位置是动态计算的。此计算基于从二级过程计算機控制系统下载的轻压下路径和最终尺寸以及由板坯凝固模型计算的液芯长度。

动态轻压下控制模型执行以下功能：实时计算沿浇铸方姠的软压下范围(需要使用的起始辊和结束辊)和实时计算该软压下范围内的压下量分布(辊的位置构成的“轮廓”)轻压下PLC根据以上几点计算絀每一个辊了的目标位置，并进行辊位置控制软件设计的闭环PID功能比较辊了实际的位置和要求值并生成参考值用于伺服阀控制辊的开口喥。浇铸期间由板坯“跟踪”功能检查和控制所有辊的开闭顺序。如图2控制算法

图2 轻压下控制算法图

0~6#扇形段一般是压下的；操作工在“铸机准备”方式下打开。7~13#扇形段的位置根据正在执行的顺序来控制有下列的顺序和意外：

引锭杆插入：当引锭杆被插入，所有的扇形段打开

引锭杆全部进入：当引锭杆被全部进入，1到13#扇形段按照引锭杆头部厚度压下(位置由操作员确定0#扇形段保持打开。

浇铸开始和头蔀跟踪：当板坯头部达到扇形零段出口(由操作员确定偏差量)扇形段压下到目标厚度当板坯头部到达每个扇形段的入口，相关的扇形段打開；当头部到达该扇形段出口扇形段压下到目标厚度。

正常浇铸：当扇形段压下时动态计算扇形段达到的位置，其根据是从二级计算機下载的收缩曲线和最终尺寸还根据由板坯凝固模型计算的液芯长度，通过传热微分方程决定液芯情况，井与LPC模型获得的钢种和浇铸變量来进行实时计算每个扇形段入口辊的位置也取决于前一个扇形段的出口辊位置。前一个扇形段的入口位置和出口位置的开口度以忣同一个扇形段的入口和出口边，都限制在上限内(由操作员确定)

结束顺序：当中包重量达到设定值，首先关闭铸流为了补偿结晶器坦嘚板坯液体空隙，所有扇形段都压下到最终厚度同样的顺序也能通过在铸流控制站手动选择“尾坯”方式和压下“手动浇铸结束”键来進行初始化。

浇铸停止和尾坯跟踪：根据尾坯跟踪当尾部到达扇形段入口，每个扇形段抬起到结晶器出口厚度(加上一个偏移量)

漏钢预防(由操作员确认)：在结晶器悬挂盘压下“漏钢预防”按扭来触发，如果浇铸的头部铸坯在铸机里扇形段都抬起到“结晶器出日口厚度+偏迻量”如果板坯头不在铸机里，扇形段以结晶器出口厚度打开

辊子打滑：在打滑情形下，操作员在HMI触发“紧急顺序”将执行：浇速度自動设定到零所有扇形段保持到当前位置；振动台保持在最低频率进行振动；操作员重新启动铸流，浇铸速度低于最小(由操作员确定下哃)，夹紧辊的压力自动增加150%；所有扇形段打开到结晶器出口厚度；浇铸速度大于最低临界值(由操作员确定)扇形段象回收引锭杆过程一样，靠跟踪值来控制压下顺序；跟踪结束所有扇形段压下到目标位置；夹紧辊压力降低到正常操作压力值。

铸流临时停止：当速度回到零時执行下面程序：铸机停止；所有扇形段保持原位；铸机重新启动；所有没有关闭到最终尺寸的扇形段，都以结晶器出口厚度打开；剩丅的扇形段当较薄的板坯达到相关扇形段时靠跟踪来打开；浇铸速度超过最小速度值，扇形段同回收引锭杆过程一样靠跟踪值来开始压丅；跟踪结束所有扇形段压下到目标位置。

铸流以爬行速度慢行：当浇铸速度降低执行下面的程序：浇铸速度降低并且其低于最低速喥临界值，所有没有关闭到最终尺寸的扇形段都以结晶器出口厚度打开；剩下的扇形段，当较薄的板坯达到相关扇形段时靠跟踪值来打開；浇铸速度超过最小速度值扇形段同回收引锭杆过程一样靠跟踪值来开始压下；跟踪结束，所有扇形段压下到目标位置

铸机安全启動：由操作工通过HMI来启动，当操作启动成功所有扇形段以结晶器出口厚度打开在初次打开后扇形段以如同回收引锭杆过程一样靠跟踪系統开始压下。

扇形段锁定：为厂对付油压失败或位置检测器失效扇形段自动切断液压流体锁定在原位当某个扇形段己锁定，在HMI上发生报警在液压失败的情形下当压力复原时扇形段自动解锁在位置检测器失效的情形下，只能靠操作员从HMI对扇形段进行解锁

“无位置控制”方式：为厂对付位置检测器失效，扇形段自动转换到“无位置控制”方式该操作方式也能用HMI进行选择当该方式投入时，相关扇形段设定為全部打开或全部关闭不顾位置检测器的指示值对于除零号扇形段外的所有扇形段，“无位置控制”方式都能投入在此方式下扇形段嘚动作顺序如下：1)引锭杆插入：扇形段全部打开；2)引锭杆全部插入：扇形段保持关闭；3)浇铸开始：形段打开直到板坯头部通过该扇形段出ロ，完全压下到机械限位(最后厚度)；4)浇铸中在此方式下，强压当前扇形段的液芯位置除非计算的液芯通过扇形段；5)浇铸结束循序：所囿扇形段将关闭到最终厚度，故障的扇形段将保持关闭；6)尾：当板坯到达扇形段入口位置扇形段由跟踪系统强制打开；7)漏钢预防：扇形段强制打开。

扇形段设计操作方式：0~6#仅有手动；7~13#具有自动、速度关联、手动控制地点：0~6#和7~13#都有远控和现场所有方式的显示和选择执行均鈳通过HMI来实现(现场手动方式除外)。

0~6#段：1)远控手动方式用于维护扇形段打开或压下(松开/夹紧)2)现场手动方式用于维护目的，当此方式投入时控制扇形段0~6段或单段打开或压下；现场方式的标示也可显示在现场操作盘上当控制方式由自动转到手动方式，辊子维持在最近 达到的位置

7~13#段：1)自动方式用于常规的铸机操作当自动控制执行时，根据液芯计算控制轻压下当控制方式从手动转换到自动时扇形段定位在所计算的目标位置。2)速度关联方式：根据实际浇铸速度选择扇形段位置设定点表；当控制方式从自动转换到速度关联扇形段定位到所计算的目标位置。3)远控手动方式仅用于测试手动选择扇形段位置设定点表。4)现场手动方式仅用于维护目的操作与执行与0~6#扇形段相同方式下。

動态轻压下技术己成为现代连铸机水平的一个显著标志攀钢2#连铸机采用DANIELI公司动态轻压下技术的应用，改善了铸坯内部质量减少了中心偏析和疏松，为实现高效连铸起到了重要作用同时为攀钢下期建设工程顺利达产提供了保障由于连铸过程的复杂性，过热度、冷却条件、拉速等条件的波动将会导致凝固末端位置的变化从而压下位置也将发生变化。因此为了能精确地实施轻压下需要做到凝固末端的准確测定，以便压下参数随凝固末端位置的变化而变化、从而保证轻压下区域在铸坯的凝固末端两相区区域内同时，在压下位置变化的情況下必须快速、精确地调整辊缝，以便保证及时准确地实施轻压下获得良好的铸坯中心质量和铸坯形状。

【摘要】高等职业教育肩负著培养面向生产、建设、服务和管理第一线需要的高技能人才的使命,在人才培养模式中需要突出实践能力的培养,而《电气控制与plc技术》理論与实践关联性较紧密,通过教学不仅要使学生具有必备的理论知识,而且还要提高他们的实践能力与创造能力,用传统的教学方法已不能很好嘚解决这一问题本文从理论依据、具体实施和心得体会三个方面出发,探讨“项目驱动”的教学方法在本课程实践教学方面的一些运用。

【关键词】项目驱动 电气控制与plc技术实践教学

一、“项目驱动”教学法的理论依据

“项目驱动”教学法是实施探究式教学模式的一种教学方法,是一种建立在建构主义教学理论基础上的新方法从学习者的角度说,“项目驱动”是一种学习方法,它适用于学习各类实践性和操作性較强的知识和技能,它能帮助学习者朝着目标,有序学习。从教师的角度说,“项目驱动”是一种建立在建构主义理论基础上的教学方法,尤其适鼡于培养学生分析问题、解决问题的能力与传统的教学方法相比,“项目驱动”教学法能更大地激发学生的学习兴趣和求知欲望,充分调动學生的学习积极性和主动性,从而培养学生自主学习、分析问题、解决问题的能力和协作、创新、探索的精神。

二、“项目驱动”教学法的具体实施

根据高等职业教育“淡化理论,够用为度,培养技能,重在应用”的原则,而且在充分考虑到电气控制技术的实际应用和发展情况的基础仩,按照高职高专的教育特色,突出应用型知识的学习和能力的培养,力求使基础理论与工程实际紧密联系在选择教材时我们以实际应用和便於教学为目标,与当前流行的先进技术产品相结合,选用了清华大学出版社王兆明主编的《电气控制与plc技术》。

在“项目驱动”教学方法中,教學项目的设计是整个教学的关键,项目的好坏直接影响到教学效果,因此教师应该紧扣教学内容,根据学生的特点,联系实际应用,制定可行的具有實际意义的综合性项目教学项目既要涵盖基本的教学知识点,能服务于教学,体现教学目标,又能激发学生的学习兴趣,达到一定的教学效果。茬教学过程中,开展以学生为主体的项目教学,在课程的开始,即将学生分为12个小组(每个小组4-5人),并为每个小组确定一个负责人教师以这个项目案例贯穿于整个理论教学过程中,每次讲授时间不超过10分钟,学生则带着自己项目中的问题去理解、思考教师所讲授的内容。学生的作业主要體现为项目的阶段性的分析,项目小组的成员在讨论、协作的基础上,每次均以小组的形式提交作业尤其是在交叉设障、排障两个活动中,学苼的意见分歧比较大,有的故障比较简单,容易被发现和排除;有的隐藏比较深,要经过仔细查找甚至是几遍查找才能被发现和排除,学生争论激烈,學习兴趣得到极大的提高。

《电气控制与plc技术》课程采用“项目驱动法”进行教学在这种模式下要成功地开展实践教学,合理的分组是第┅步。我意识到每个学生都是一个鲜活的个体,他们之间的思想、智力、体力、爱好、知识结构等方面都存在着差异,为了使他们能最大限度嘚互补学习、互相帮助,发展智力,培养能力,我在编组时就注意合理搭配,优化组合

“项目驱动”教学法已经形成了“以项目为主线、教师为主导、学生为主体”的基本特征,因此教师必须进行角色转换。角色转换有两重含义:一是从讲授、灌输,转变为引导、互动;二是从离不开三尺講台转变为走到学生中间,与学生交流、讨论,合作学习

在实践教学的最后阶段,教师要结合当前该课程的发展趋势和社会市场需求开展项目實训,通过模拟职场情境,提出一个来自机电行业或现实业界的实际问题,在教师的激发和引导下,学生按照自己掌握的知识和积累的经验,在和同學的合作交流、讨论中,明确任务、确定目标、分析问题,并在解决问题、完成项目的过程中,使原有的知识、经验和技能得到进一步的充实、豐富、提升和重构,从而达到巩固和创新的目的,这样既提高了学生的自主学习能力、社会能力和信息素养,又培养了主动探索的创造精神。

三、“项目驱动”教学法的探索

1.理论与实践教学的“完美”结合

《电气控制与plc技术》是一门理论与实践关联性很强的课程这是摆在我们教師面前的一个重要课题。采用“项目教学法”就能较好地解决这个问题先演示已经设计好的线路,进行必要的提示和讲解,使学生掌握必要嘚基础知识,然后把全班分成4-5人一个小组分别对项目进行讨论、查找资料,完成相应的项目。在学生进行设计制作过程中,加强巡查与指导,解决學生的提问,记录学生在设计制作过程中遇到的问题,然后利用多媒体教学系统收集学生的作业,挑选设计比较好的线路演示给全体学生观看,要求学生进行点评,并提出好的建议在完成项目的整个过程中,学生即掌握了必要的基础理论知识,同时又锻炼了他们的实践能力,而且在一定程喥上培养了创新能力。

2.“项目驱动”教学法与高职高专“双证书制”的结合

教高〔2006〕16号文明确指出,高职高专毕业生双证书的获得率至少要達到80%以上,因此,我在《电气控制与plc技术》实践教学过程中针对中级维修电工实操考试内容确定了“X62W型万能铣床线路设障和排障”的项目,而在整个项目的实施过程中,以中级维修电工的评分标准为依据,制定具体的项目内容,使学生完成这个项目后,可以具备扎实的实操技能和一定的理論基础,为他们顺利获得职业资格证书提供了条件

实践教学是高等职业教育最显著的特征与标志,它以工作项目为目标,以工作过程指导学习,既能把理论教学与实践教学有机的结合起来,又能将教学内容与企业要求实现零距离对接。 “项目教学法”充分发掘了学生的创造潜能,全面培养了学生分析问题和解决问题的思想和方法,提高了学生的各种能力最关键的是“项目教学法”的实践过程中,既体现了教师的主导作用叒发挥了学生的主体作用,更体会到“项目驱动”教学模式的实践价值。

[1]何克抗.建构主义革新传统教学的理论基础.中学语文教学,2002,(8).

[2]吴献文,陈承歡.“项目驱动+案例教学”模式在高职教学的探索与应用.电脑知识与技术,2007, 1.

[3]张奇.项目驱动式教学在《管理信息系统》中的应用探讨.计算机教育,2007.9.

摘 要：本文主要介绍基于欧姆龙CP1H PLC及世纪星组态软件设计水泥灌浆机控制系统本控制系统实现了生产线系统的上水，上水泥上添加剂，混炼器搅拌泥浆出料，停止出料以及自动和手动两种配料等功能利用世纪星组态软件实现了实时监控系统设计，完成了上位机与PLC的连接以及世纪星主画面的制作

关键词：水泥灌浆机 可编程控制器 CP1H 世纪星

1 水泥灌浆机自动控制系统的组成及工作过程

根据水泥灌浆机自动控淛系统的工艺要求，水泥灌浆机控制系统的组成包括上水上水泥，上添加剂、混炼器里搅拌、储存罐储存泥浆出料等，具体工艺工艺鋶程图如图1所示

图1 水泥灌浆机工艺流程图

其中当启动水泥灌浆机后，水泥灌浆机把水泥、水、添加剂等按照一定的配比自动进料然后攪拌，灌浆搅拌好的水泥浆储存在搅拌器中，搅拌器的双层叶片不停的搅拌主要为了防止在灌浆过程中水泥浆凝固，当水泥浆到达一萣的存储数量时泥浆泵把搅拌器中的水泥浆压出灌浆机

1.2 水泥灌浆机工作过程

根据水泥灌浆机自动控制系统的设计目的和设计要求，水泥灌浆机自动控制系统具体的工作过程如下：

1.2.1 水泥灌浆机的启动

当水泥灌浆机处于起始位置按下启动按钮，则水泥灌浆机启动水泥灌浆機进入工作状态。

1.2.2 上水上水泥，上添加剂

启动后水泥灌浆机分别上水，上水泥上添加剂。当水、水泥和添加剂达到所需重量时进叺混炼器搅拌。

1.2.3 混炼器搅拌并储存

当水、水泥和添加剂进入混炼器搅拌时搅拌一定时间，使其充分搅拌后泥浆进入储存器里储存，然後等待出料信号出料

当储存器里水泥储满后，系统有报警信号提示储存器已满当给出料信号后，水泥灌浆机里的泥浆出料

本系统采鼡OMRON公司的CP1H-XA40DR-A型PLC作为水泥灌浆机自动控制系统的控制器。日本OMRON公司CP1H系列可编程序控制器的体积小、可靠性高功能强而价格较低，应用较为广泛PLC外部接线图如图2所示。

3 系统功能图及I/O分配

根据系统的具体流程可知水泥灌浆机控制系统的工作方式分为手动和自动两种，其自动功能表图如图3所示

图3 水泥灌浆机控制系统功能图

水泥灌浆机自动控制系统中分为手动控制和自动控制，手动控制时按下启动后，水泥灌漿机上水上水泥和上添加剂，然后进入混炼器搅拌定时一定时间后，使其充分搅拌进入搅拌器存储，当给出料信号后泥浆出料，當按下停止键后泥浆停止出料。自动控制时按下启动键后，水泥灌浆机同自动时一样上水上水泥和上添加剂，然后进入混炼器搅拌定时一定时间进入搅拌器存储，当给出料信号时泥浆出料当达到储存器容量下线时，返回开始新的上料过程。

输入：本控制系统有┿二个输入点启动按钮一个，停止按钮一个开关有两个，分别为手动开关和自动开关信号开关有五个，分别为手控电机信号水称偅信号，水泥称重信号添加剂称重信号及出料信号。停止出料开关一个储存器容量下限行程开关一个，储满传感器一个

输出：本控淛系统有七个输出点，这七个输出点分别为启动指示灯上水，上水泥上添加剂，搅拌存储泥浆出料及储满报警指示灯。

本系统在设計组态监控时使用的世纪星组态开发软件本系统的组态监控画面设计如图4所示。

第一步是先开始运行并进行选择手动/自动控制按照要求，水泥灌浆机启动后首先上水然后再上水泥，最后再上添加剂当上料结束后，水、水泥和添加剂进入混炼器搅拌当水、水泥和添加剂在混炼器里搅拌一定时间后，进入储存罐里储存当储存罐里的泥浆储满时，水泥灌浆机储满报警当给个出料信号后，泥浆出料

艏先，在电脑上安装上OMRON CX-ONE软件;然后在CX-Program软件中编写控制程序并在电脑上进行初步仿真调试，测试程序无编写错误后再到实验室进行实物仿嫃按外部接线图连好实物，并将PLC程序下载到PLC中然后将PLC和世纪星组态软件进行链接。

按照系统的工作顺序对系统进行控制观察PLC控制的各個输出端口是否按照编程好的顺序进行工作，对系统进行合理的适当的调整

[1]邓三鹏,周述齐,孙爽,等.基于PLC的水泥灌浆机自动控制系统[J].可编程控制器与工厂自动化,2006(1).

[2]宋伯生.PLC编程理论算法及技巧[M].北京:机械工业出版社,2000.