結晶器渦流液位計-常見問題與故障處理
就結晶器渦流液位檢控系統較放射源液位檢測更易出現波動, 從而導致質量缺陷的現象, 從渦流液位檢控系統的組成和工作原理著手, 對渦流系統日常運行中的常見故障進行分析診斷, 并提出解決對策。
結晶器液位控制系統, 是現代高效連鑄機必不可少的設備。常見的幾種液位測量方法中, 電渦流液位計以其檢測精準、不受保護渣影響、不需要放射源諸多繁瑣復雜的安全管理、人員防護等優點, 得到了用戶的普遍歡迎[1]。
1、渦流液位計的組成：
電渦流液位計根據安裝方式主要分2種:懸掛 (外置) 式、嵌入 (內置) 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、附屬的標定裝置等組成。受電渦流工作原理的限制, 渦流液位計對結晶器內鋼水液位的檢測范圍一般在0~100 mm (0~100%) [2]。
標定裝置是用來對渦流液位計進行快速標定的, 經過標定的渦流系統才能將鋼水液位準確檢測出來并送至塞棒PLC控制使用。而一個可以自動、快速、準確地完成這一任務的標定裝置, 對渦流系統的維護是非常有利的[3,4,5]。
2、渦流液位控制系統組成：
主要由渦流液位檢測、PLC控制和電動缸執行機構3大核心部分構成, 其中任何一個部分工作異常都會導致液位檢控系統失穩, 且導致的情況往往會比較嚴重。另外, 系統外的一些因素, 如拉矯機、引錠桿、鋼水流動性、結瘤沖刷等, 也會對液位檢控系統造成擾動沖擊, 造成液面波動。
從本質上說, 結晶器液面波動就是進出結晶器的鋼水量沒有達到平衡, 即進入結晶器的鋼水量≠離開結晶器的鋼水量。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, 結合設備、生產的特點, 就不難從繁多的現象中, 找到波動產生的原因, 進而找到解決辦法。
圖1 懸掛式渦流液位計結構圖Fig.1 Structure diagram of suspended eddy-current level meter
圖2 渦流液位控制系統結構圖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:平穩的液位曲線突然有單個上升的尖刺脈沖, 脈沖持續時間很短, 嚴重時脈沖間會產生疊加;此時如轉手動控制, 會看到液位曲線有明顯的尖刺, 實際液位不可能如此。
分析:強電磁干擾竄入系統。
對策: (1) 由于渦流傳感器的輸出信號很弱, 在經電纜傳輸到二次儀表環節, 如保護不好, 外界強電磁干擾信號就很容易進來。因此對這部分連接電纜的電磁屏蔽要求較高:可以使用同軸或專用帶屏蔽雙絞線電纜;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, 應接儀表地。
(3) 對渦流二次儀表周邊的大功率用電設備 (如結晶器電磁攪拌) , 嚴格按規范接地;生產間隙安排對渦流液位計做電磁攪拌沖擊實驗, 看大功率用電設備啟停對結晶器檢控系統是否存在影響。
(4) 如在生產過程中突然出現檢測異常, 作為應急處理可嘗試更換渦流電纜、傳感器等設備。
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:主要由鋼水特性導致, 持續發生結瘤、沖刷。這是生產過程引起的波動, 控制系統對它只能削弱, 僅靠液位系統難以徹底根除。
對策:從煉鋼到連鑄, 優化生產過程控制, 提高鋼水質量;另外, 可結合塞棒吹氬等手段, 減輕結瘤影響;對結瘤嚴重的, 必要時人工干預, 避免事故發生。
3.3、波動3：
曲線特征:液位有規律的波浪狀持續波動, 幅度、周期較穩定, 類似正弦波;嚴重時波動會發散, 幅度越來越大, 直至失控。
分析:如果不是連鑄機輥列引起的液面周期性波動, 問題多出在執行部分, 如塞棒機構偏緊、運動有間隙等。
對策:塞棒機構離線準備時重點檢查機構動作是否輕松自如;電動缸安裝是否豎直、緊固;尤其機構、橫臂、塞棒的連接不能有間隙。
如果是持續波動且無明顯規律的, 則可能渦流傳感器 (含機械手內部電纜) 有問題。生產應急處理時可嘗試更換渦流傳感器后部電纜;如無效再更換機械手、渦流探頭。
3.4、波動4：
現象: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致, 由于引錠桿關節節距與輥列輥距的不匹配, 或因引錠桿關節之間存在間隙, 因此會造成額外的波動。
對策:對柔性引錠桿, 做好維護保養, 控制好關節間隙。
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:渦流液位計的穩定可靠是整個液位系統正常工作的前提。由于渦流傳感器輸出信號較弱, 如果后續傳輸環節電磁屏蔽、接地等防護措施不到位, 干擾就很容易進入系統;而這些干擾信號很難用常規儀器發現, 導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中, 做好以下幾點:
(1) 渦流液位計要模塊化, 無論傳感器、機械手, 還是電纜、二次儀表, 都要能快速更換, 這點在應急處理時尤為關鍵。
(2) 在生產間隙, 組織進行渦流檢測的電磁攪拌沖擊測試:對標定好的渦流液位計, 將標定板放在常用液位的位置, 保持靜止不動, 通過開啟、關閉電磁攪拌設備, 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;電磁攪拌持續工作時, 液位波動不超過0.5mm, 是可以接受的。
圖4 改進后波動Fig.4 Fluctuathon after improving
(3) 對生產過程中突發的持續波動, 如一時難以判斷, 可短時轉手動控制, 分別保持液位平穩、高液位和低液位三種情況, 對比電腦上相應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、結論：
(1) 結晶器液位波動, 涉及到設備、生產工藝等多個專業, 任何一個環節的問題都有可能導致液位不穩;
(2) 對于結晶器渦流檢控系統來說, 渦流檢測的穩定是位的。
(3) 只要維護好渦流檢測系統, 精心設計、高標準施工, 嚴格做好電磁屏蔽、接地保護, 生產、設備多管齊下, 是可以做到渦流系統長期使用的穩定可靠的。