結(jié)晶器渦流液位計-常見問題與故障處理
就結(jié)晶器渦流液位檢控系統(tǒng)較放射源液位檢測更易出現(xiàn)波動, 從而導(dǎo)致質(zhì)量缺陷的現(xiàn)象, 從渦流液位檢控系統(tǒng)的組成和工作原理著手, 對渦流系統(tǒng)日常運行中的常見故障進(jìn)行分析診斷, 并提出解決對策。
結(jié)晶器液位控制系統(tǒng), 是現(xiàn)代高效連鑄機(jī)必不可少的設(shè)備。常見的幾種液位測量方法中, 電渦流液位計以其檢測精準(zhǔn)、不受保護(hù)渣影響、不需要放射源諸多繁瑣復(fù)雜的安全管理、人員防護(hù)等優(yōu)點, 得到了用戶的普遍歡迎[1]。
1、渦流液位計的組成：
電渦流液位計根據(jù)安裝方式主要分2種:懸掛 (外置) 式、嵌入 (內(nèi)置) 式。這里主要介紹懸掛式電渦流液位計, 它主要由渦流傳感器、懸掛式機(jī)械臂、信號處理二次儀表以及各單元之間的連接電纜、附屬的標(biāo)定裝置等組成。受電渦流工作原理的限制, 渦流液位計對結(jié)晶器內(nèi)鋼水液位的檢測范圍一般在0~100 mm (0~100%) [2]。
標(biāo)定裝置是用來對渦流液位計進(jìn)行快速標(biāo)定的, 經(jīng)過標(biāo)定的渦流系統(tǒng)才能將鋼水液位準(zhǔn)確檢測出來并送至塞棒PLC控制使用。而一個可以自動、快速、準(zhǔn)確地完成這一任務(wù)的標(biāo)定裝置, 對渦流系統(tǒng)的維護(hù)是非常有利的[3,4,5]。
2、渦流液位控制系統(tǒng)組成：
主要由渦流液位檢測、PLC控制和電動缸執(zhí)行機(jī)構(gòu)3大核心部分構(gòu)成, 其中任何一個部分工作異常都會導(dǎo)致液位檢控系統(tǒng)失穩(wěn), 且導(dǎo)致的情況往往會比較嚴(yán)重。另外, 系統(tǒng)外的一些因素, 如拉矯機(jī)、引錠桿、鋼水流動性、結(jié)瘤沖刷等, 也會對液位檢控系統(tǒng)造成擾動沖擊, 造成液面波動。
從本質(zhì)上說, 結(jié)晶器液面波動就是進(jìn)出結(jié)晶器的鋼水量沒有達(dá)到平衡, 即進(jìn)入結(jié)晶器的鋼水量≠離開結(jié)晶器的鋼水量。前者取決于塞棒開度、鋼水流動性等;后者則主要由拉速決定。無論哪種波動, 只要抓住波動的本質(zhì), 結(jié)合設(shè)備、生產(chǎn)的特點, 就不難從繁多的現(xiàn)象中, 找到波動產(chǎn)生的原因, 進(jìn)而找到解決辦法。
圖1 懸掛式渦流液位計結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of suspended eddy-current level meter
圖2 渦流液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of eddy-current level control system
3、常見故障分析：
下面介紹幾種常見的液面波動 (見圖3) 。
3.1、波動1：
曲線特征:平穩(wěn)的液位曲線突然有單個上升的尖刺脈沖, 脈沖持續(xù)時間很短, 嚴(yán)重時脈沖間會產(chǎn)生疊加;此時如轉(zhuǎn)手動控制, 會看到液位曲線有明顯的尖刺, 實際液位不可能如此。
分析:強(qiáng)電磁干擾竄入系統(tǒng)。
對策: (1) 由于渦流傳感器的輸出信號很弱, 在經(jīng)電纜傳輸?shù)蕉蝺x表環(huán)節(jié), 如保護(hù)不好, 外界強(qiáng)電磁干擾信號就很容易進(jìn)來。因此對這部分連接電纜的電磁屏蔽要求較高:可以使用同軸或?qū)Ｓ脦帘坞p絞線電纜;且必須全程金屬管屏蔽, 不得有電纜直接裸露。
(2) 對渦流二次儀表的接地。建議不要和可能有較大泄漏電流的地連在一起, 應(yīng)接儀表地。
(3) 對渦流二次儀表周邊的大功率用電設(shè)備 (如結(jié)晶器電磁攪拌) , 嚴(yán)格按規(guī)范接地;生產(chǎn)間隙安排對渦流液位計做電磁攪拌沖擊實驗, 看大功率用電設(shè)備啟停對結(jié)晶器檢控系統(tǒng)是否存在影響。
(4) 如在生產(chǎn)過程中突然出現(xiàn)檢測異常, 作為應(yīng)急處理可嘗試更換渦流電纜、傳感器等設(shè)備。
3.2、波動2：
曲線特征:塞棒開度起起落落, 拉澆過程中伴隨鋼水沖刷, 瞬時塞棒位置有臺階狀下降。
分析:主要由鋼水特性導(dǎo)致, 持續(xù)發(fā)生結(jié)瘤、沖刷。這是生產(chǎn)過程引起的波動, 控制系統(tǒng)對它只能削弱, 僅靠液位系統(tǒng)難以徹底根除。
對策:從煉鋼到連鑄, 優(yōu)化生產(chǎn)過程控制, 提高鋼水質(zhì)量;另外, 可結(jié)合塞棒吹氬等手段, 減輕結(jié)瘤影響;對結(jié)瘤嚴(yán)重的, 必要時人工干預(yù), 避免事故發(fā)生。
3.3、波動3：
曲線特征:液位有規(guī)律的波浪狀持續(xù)波動, 幅度、周期較穩(wěn)定, 類似正弦波;嚴(yán)重時波動會發(fā)散, 幅度越來越大, 直至失控。
分析:如果不是連鑄機(jī)輥列引起的液面周期性波動, 問題多出在執(zhí)行部分, 如塞棒機(jī)構(gòu)偏緊、運動有間隙等。
對策:塞棒機(jī)構(gòu)離線準(zhǔn)備時重點檢查機(jī)構(gòu)動作是否輕松自如;電動缸安裝是否豎直、緊固;尤其機(jī)構(gòu)、橫臂、塞棒的連接不能有間隙。
如果是持續(xù)波動且無明顯規(guī)律的, 則可能渦流傳感器 (含機(jī)械手內(nèi)部電纜) 有問題。生產(chǎn)應(yīng)急處理時可嘗試更換渦流傳感器后部電纜;如無效再更換機(jī)械手、渦流探頭。
3.4、波動4：
現(xiàn)象:連鑄冷啟動拉澆, 帶著引錠桿時波動較大, 脫完引錠后正常。
分析:此種情況多為使用柔性引錠桿導(dǎo)致, 由于引錠桿關(guān)節(jié)節(jié)距與輥列輥距的不匹配, 或因引錠桿關(guān)節(jié)之間存在間隙, 因此會造成額外的波動。
對策:對柔性引錠桿, 做好維護(hù)保養(yǎng), 控制好關(guān)節(jié)間隙。
圖3 不同類型波動圖Fig.3 Different types of fluctuathon
(a) 波動1和2; (b) 波動3和4。
3.5、綜合分析：
從以上幾種情況可以知道:渦流液位計的穩(wěn)定可靠是整個液位系統(tǒng)正常工作的前提。由于渦流傳感器輸出信號較弱, 如果后續(xù)傳輸環(huán)節(jié)電磁屏蔽、接地等防護(hù)措施不到位, 干擾就很容易進(jìn)入系統(tǒng);而這些干擾信號很難用常規(guī)儀器發(fā)現(xiàn), 導(dǎo)致故障排查缺乏有效手段, 容易被動。因此建議在渦流儀表日常維護(hù)中, 做好以下幾點:
(1) 渦流液位計要模塊化, 無論傳感器、機(jī)械手, 還是電纜、二次儀表, 都要能快速更換, 這點在應(yīng)急處理時尤為關(guān)鍵。
(2) 在生產(chǎn)間隙, 組織進(jìn)行渦流檢測的電磁攪拌沖擊測試:對標(biāo)定好的渦流液位計, 將標(biāo)定板放在常用液位的位置, 保持靜止不動, 通過開啟、關(guān)閉電磁攪拌設(shè)備, 比較渦流檢測曲線前后的變化。一般來說啟停瞬時, 液位變化不超過2mm;電磁攪拌持續(xù)工作時, 液位波動不超過0.5mm, 是可以接受的。
圖4 改進(jìn)后波動Fig.4 Fluctuathon after improving
(3) 對生產(chǎn)過程中突發(fā)的持續(xù)波動, 如一時難以判斷, 可短時轉(zhuǎn)手動控制, 分別保持液位平穩(wěn)、高液位和低液位三種情況, 對比電腦上相應(yīng)的液位曲線是否與之吻合, 可快速對渦流檢測有個初步判斷。
4、結(jié)論：
(1) 結(jié)晶器液位波動, 涉及到設(shè)備、生產(chǎn)工藝等多個專業(yè), 任何一個環(huán)節(jié)的問題都有可能導(dǎo)致液位不穩(wěn);
(2) 對于結(jié)晶器渦流檢控系統(tǒng)來說, 渦流檢測的穩(wěn)定是位的。
(3) 只要維護(hù)好渦流檢測系統(tǒng), 精心設(shè)計、高標(biāo)準(zhǔn)施工, 嚴(yán)格做好電磁屏蔽、接地保護(hù), 生產(chǎn)、設(shè)備多管齊下, 是可以做到渦流系統(tǒng)長期使用的穩(wěn)定可靠的。