連鑄設備

生產鋼材，鐵、純鐵及鐵合金的工業被稱為鋼鐵工業，鋼鐵工業是一個工業化國家的基礎工業，鋼產量和質量是衡量國家工業水平的指標。連鑄技術的出現及高速發展使得連續鑄鋼的生產具備生產流程短、能源消耗低、鑄造造成本低、生產率率高等特徵。比普通鑄造生產技術優勢明顯且易於自動化。

連鑄技術相對傳統的模鑄技術優勢明顯。由於連鑄工藝產品收得率極高，易於實現工業自動化，勞動強度低等原因迅速獲得普及，但是現今鋼鐵產業日益過剩。時下互聯網技術高速發展，國家推出鋼鐵產業轉型升級及“互聯網+”戰略為克服地理距離障礙和日漸增人力成本，遠程監控生產製造己經被用於實際生產中，逐漸形成社會發展趨勢。

連續鑄造是將金屬融化成液體，然後把液態金屬澆入一套冷凝設備中，在金屬部分冷凝的情況下，從冷凝設備的另一段拉出某特定長度和形狀的鑄造件的製造過程。這是一種主流的鋼鐵成型方法。用於該製造流程的設備我們稱之為連鑄設備或連鑄機 ^[1]  。

連續鑄鋼技術的主要設備主要包括:鋼包、鋼包迴轉台、中間罐、結晶器、二次冷卻及導向裝置、結晶器振動裝置、拉矯機、引錠存放裝置、切割裝置、鑄坯運出裝置等。連鑄技術的生產工藝主要包括以下幾個過程。首先，將開採的鐵礦石放入鍊鋼爐中進行燒結熔融變為液態鋼水，調質除去氮硫磷等工序形成滿足連續鑄造冶煉要求的鋼水，鋼包從高爐裏取出鋼液並置於鋼包迴轉台上，經鋼包迴轉台轉動使得鋼包置於中間包上方澆位;然後，打開鋼包底部滑門開關，將鋼水注入到中間包中，調節鋼水液位和對鋼水做中間包冶金處理:澆鑄開始，調節塞棒控制鋼水按照生產要求流速進入結晶器內，在結晶器內進行鋼液冷卻使得液流形成結殼形成鑄件，經結晶器振動和二次冷卻裝置，使鋼水由外至內逐步形成鑄坯;鑄坯經拉矯機拉出並經二冷短冷卻矯直形成凝固鑄坯;最後，鑄坯經切割裝置切割形成特定長度的鑄件，經過傳送裝置進行批量處理或直接進入連軋環節。經過上述連鑄工藝過程，形成特定形狀和長度的鑄坯。根據工業生產需要，部分鑄坯需經加熱和扎制等工序，調節其組織成分和晶粒大小，使其變成符合特定力學性能要求的鋼材 ^[2]  。

這種先進的鑄造技術因國內外鋼鐵工業的高速發展而在國內外得到普及。它可被應用於生產連續鑄鋼錠、有色金屬錠，連續鑄管等鋼材的生產。和普通鑄造過程相比較，連續鑄造製造過程具有很顯然的優勢如下:

1、根據連續鑄造工業製造的原理優勢可知，在整個製造過程中，熔融的液態金屬被結晶器、二次冷卻設備快速冷卻，形成微觀組織緻密、均勻的鋼材，從微觀組織上提高機械性能。普通模鑄很難保證鑄件上部和下部組織均勻;

2、普通鑄造所必須的冒口在連續鑄造生產時成為非必須選項，保障生產的連續鑄錠質量的均一性。不必像普通鑄鋼那樣軋製時切頭去尾，節約金屬，甚至可以提高鋼材生產的收得率至99%以上;

3、連鑄鑄造原理決定這種製造過程工序更簡單，除去了造型及其它造型準備工序，減小了生產佔用土地面積，降低了勞動強度;

4、機械化和自動化生產模式很容易在連續鑄造生產中推行，大規模的連鑄生產保障產品質量的均衡穩定，直接把連軋生產無縫對接到連鑄生產線的末端組成連鑄連軋生產線。連鑄連軋使得鋼材的生產更為迅捷高效 ^[3]  。

美國人亞瑟(B.Atha)和德國人達勒恩(R.M.Daelen)分別在1866年和1877年提出以水冷、底部敞口固定結晶器為特徵的常規連鑄概念。1840年Sellers在美國申請了連續鑄錠鉛管的專利。1846年第一次出現了應用旋轉雙輥式水冷連鑄機制造出的鉛、錫、玻璃材質薄板，與此同時有人提出移動結晶器和垂直澆注的設計構思。1910-1935年間，連鑄製造方法開始應用於銅和鋁等有色金屬鑄造，變頻和振動結晶器想法被瑞典人皮爾遜提出。值得注意的是德國人Junghans於1933年發明了立式帶振動結晶器的連鑄機並進行銅鋁合金澆鑄取得極大進步，大大的提高了連鑄生產澆鑄速度，為鋼鐵領域應用連鑄生產技術奠定了堅實的發展基礎。

40-50年代，首台實驗用鋼液澆注連鑄機由德國人容漢斯(Junghans)設計建成。隨後相繼在美國、英國等國建成了中間性試驗連鑄機。與此同時英國人提出“負滑脱”概解決了高速澆鑄坯殼與結晶器粘結的問題。連續鑄造技術處在工業試驗層次，這些連鑄設備主要安裝應用於特殊鋼生產廠。整個50年代，連續鑄鋼年產量約為115萬連鑄比僅0.34%左右，連續鑄鋼技術整體處於工業入門階段。

60年代，連續鑄造技術開始大規模應用於鋼鐵製造廠，連鑄機行業最具革命性意義’的是弧形鑄機的誕生。這個突破是由德國曼內斯曼公司通過把弧形結晶器連鑄機的設想付諸工業性試驗而獲得。從全球範圍來講，截止上世紀60年代末，連續鑄機總數接近200台，連續鑄鋼的年產量超過2600萬t，連鑄設備總生產能力可達5000萬t 。

70年代，連續鑄造技術經歷了兩次全球性能源危機，能源緊張的巨大壓力給連續鑄造行業帶來了巨大的發展契機，推動了連鑄設備逐漸開始普及。從世界範圍看，連續鑄鋼產量佔鑄鋼總產量比例己超過60%，年產量將近2億t，連續鑄鋼年產量超過1970-年的8倍之多。

80-90年代，連續鑄造技術作為一種成熟的冶金鑄造技術被世界各國所採用，各個鋼鐵生產商也普遍建立了完善的教育、培訓和生產維護制度;在生產工藝方面，鋼包冶金工藝得到不斷的完善使得連鑄生產控制更加簡捷，結晶器自動調寬技術出現增加了鑄坯製造柔性，流式結晶器液麪控制、漏鋼預報、中間包等離子加熱等技術的湧現進一步提高了連續鑄鋼鑄坯質量和生產的自動化。90年代，連續鑄造技術又掀起了一場新的變革，許多新的連鑄技術被先後提出，部分已處於開發試生產階段。

進入21世紀後，連鑄製造工藝和連鑄設備都取得了很大飛躍。結晶器的改進，電磁攪拌技術的出現使得連鑄生產獲得質地更均勻的鑄坯;電磁製動技術的應用，薄板坯連鑄，近終形連鑄的出現減少了產品生產流程降低了生產成本，中間包冶金，保護渣技術等方面採用新技術快速獲得高質量、高強度鋼材，提高連鑄生產率，降低生產成本。

我國連鑄技術研究起步發展也比較早，中國己經成為鋼鐵生產大國。我國連鑄技術的發展從上世紀50年代開始，最典型的代表包括:重工業部鋼鐵綜合研究設計製造的圓坯半連鑄試驗裝置;上海鋼鐵建成一台用於生產方坯的高架立式連鑄機;唐山鋼鐵廠設計製造並建成中國第一台應用於工業生產的立式連鑄機。

60年代後，我國發展的連鑄機以立式連鑄機為主，整體上連鑄生產率還很低，而弧形連鑄技術的開發和使用則進入快速發展階段。整個70年代，我國連鑄生產技術水平因此遠遠落後於國外生產水平，我國連鑄的發展一度出現了落後和停滯。

80年代初期我國分別從西德施羅德引入了生產板坯的弧形連鑄機和用於生產小方坯的連鑄機設備。這些連鑄設備和連鑄技術的引進和消化吸收使得我國連鑄技術的水平得到了提升，促進了我國連鑄技術的發展和創新，有力的推動了我國連鑄技術的發展和進步。

90年代初，我國凌源鋼廠生產了中國第一台用於生產方坯的連鑄機，值得注意的是該連鑄機的設計和生產採用了將近20項先進技術，性能優良具有國際先進水平實現連鑄機第一次實現完全國產化。自90年代中期，“九五”重點攻關課題-連鑄機高效化改造課題的提出揭開了高效化連鑄改造的序幕。高效化連鑄改造突破性進展最早由廣鋼集團與連鑄技術國家工程研究中心合作取得，經改造後的鑄機可生產無缺陷率在90%以上，鑄機作業率達85%以上，拉坯速度最高可達3 .7 m/min 。90年代末，我國連鑄機的發展進入高產出世界其中包括首都鋼廠順利的做到把小方坯連鑄機的拉坯速度提高到5 m/min以上，產量提高30%以上。

馬鞍山鋼鐵設計研究院在21世紀初開發了組合式弧形引錠杆拉坯、引錠杆存放裝置、雙輥摩擦驅動等連鑄新技術，並首次成功將新技術應用於錫鋼集團三機三流合金鋼方坯連鑄生產中，在全國範圍內引起連鑄設備設計、製造業廣泛關注。我國己經成功構建一套可生產鋼種多樣、齊全、成熟的連鑄工業製造體系。為止我國連鑄比達到99.8%，己基本實現了全連鑄鋼鐵生產 ^[1]  。

隨着當前我國互聯網技術的高速發展，中國網絡的發展速度超過了世界上任何一個國家，互聯網、物聯網行業空前繁榮，遠程控制和服務業也初露崢嶸。遠程控制這一塊的趨勢是一一先進的現代控制技術和圖形技術慢慢融入遠程控制軟硬件系統中，遠程控制正朝着簡單易用，實用便利、鏈接無縫、高質保真、高性價比等方向發展，迅速融入了我們的生活。監控技術信息傳輸方式由傳統的模擬信息傳輸快速發展到數字化、網絡化、信息化傳輸。以Internet技術，TCP/IP協議和WWW規範為基礎的遠程監控系統逐漸發展為遠程監控的主流趨勢。這類監控設備以軟件架構為主要特徵，使用者可以依據自己的身份權限和角色訪問服務器，獲取與自己權限相對應的監控和管理內容，排除超出權限操作導致監控錯誤情形發生。就情況來看，由於ARM類單片機在的高速發展，遠程監控開發朝着以嵌入式系統為硬件架構基礎的方向發展。嵌入式結構具備體積小、結構簡單，尤其是隨着智慧型手機的高速發展，嵌入式硬軟件系統具在處理器性能、本地化處理能力及互聯網遠程服務接入的獨立實現方面都取得了極大的提高，在監控系統中引入嵌入式結構硬軟件極大的拓展了遠程監控的範圍和遠程監控的質量。只有把監控技術和最新科技緊密的結合起來用新技術促進監控技術的發展才能更加便捷的實現遠程監控，滿足新條件下對實時性要求更苛刻的挑戰。因此在監控技術發展的道路上必須實時瞭解新技術動態，把最好最新的技術更快更好地應用到遠程監控系統中來以滿足人們的多樣化需求 ^[2]  。

在連續鑄造製造設備上實現遠程監控是一個比較複雜的過程。經過對遠程控制方案進行了大量的遴選和調研，確定並設計出一套可應用於連鑄設備的嵌入式遠程控制系統;進行了包括硬件系統和配套軟件系統最優化選取、搭建和研究，構建一套基於ARM平台的GPRS遠程監控系統;依據連鑄設備生產現場生產要求進行了連鑄設備生產線WinCC組態監控界面設計和網頁遠程監控界面設計;搭建了用於支撐遠程控制控制數的控制參數數據庫，構建了實現底層設備與WEB控制頁面之間數據交換的驅動層，並對連鑄設備監控系統性能從準確性、快速性和穩定性方面進行測試和分析，基本實現連鑄設備遠程無線監控遠程控制參數的瀏覽、查詢、修改、程序的遠程上下載功能要求。在研究和設計過程中取得了一些科研成果如下:

(1)對連鑄設備生產控制系統進行研究，分析控制設備硬件結構連接拓撲特徵，依據生產現場數據協議，連鑄生產現場和設計要求和監控內容，提出了遠程監控系統的總體設計方案。

(2)研究了連鑄設備遠程監控系統功能總體設計，依次研究並進行了控制系統硬軟件搭建積累了豐富的實際動手經驗，提高了系統整體設計能力，掌握了監控數據的處理，Web服務器設計實現，建立控制數據庫和CGI與SQLite交互的實現方法。

(4)研究了WinCC和Web連鑄設備監控界面的設計包括參數界面，動態圖形界面，趨勢界面和報警界面，建立了控制參數關係模型，控制參數數據表，驅動層進而建立了參數控制數據庫，詳細研究了初始化模塊，數據連接模塊和信息採集模塊的工作原理和運行過程。

(5)公司和學校工控中心之間搭建該遠程控制系統，並對系統進行可行性、穩定性、快速性、準確性測試分析，通過分別對比本地控制、遠程WinCC控制和網頁控制結果證實該設計基本滿足控制要求具備遠程實現連鑄設備控制需求 ^[3]  。