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【摘要】介绍了镭目公司RAM型Cs-137钢水液面控制系统在安钢第二炼钢厂1#、2#、3#连铸机上的应用，并结合连铸机的实际情况对该系统进行了优化，为在炼钢厂的推广打下了结实的基础。
【关键词】铯源；液面控制；传感器；连铸机；气动缸
对结晶器钢水液面进行自动控制，是连铸生产的关键技术之一，该系统不仅可连续测量结晶器内钢水液面的高低，并能在线性切换不同钢坯断面时，输出随液面高度不同而产生线性变化的电压或电流信号，继而把信号传递给浇钢拉速，实现自动控制拉速信号，使结晶器内液面高度保持在一定范围内，从而达到稳定拉矫，此一系列的自动控制对于保证连铸机液面控制稳定，恒拉速，提高铸坯质量，保证连铸机的安全生产运行，降低工人劳动强度，提高劳动生产率，提高铸坯生产质量，减少漏钢、溢钢事故的发生，是非常重要的。在现代炼钢节奏不断加快的时代，具有举足轻重的作用。
1.系统构成及工作原理和工艺流程
1.1 系统构成
本系统由二次仪表、接受器和Cs-137及其存放铯源罐组成。
图1 系统原理图
1.2 工作原理
该检测方法是一种放射测量方法，利用放射线穿透物质被吸收的物理原理，产生的检查结果由比例I0/I10关系得出，该比例关系是被待测物料衰减的辐射强度I与未衰减的辐射强度I0之比。辐射强度计算方法根据以下数学方程式：I=I0×exp（-μρd）（μ为物质的总衰减系数），该式表明相应的质量衰减系数条件下，检测结果仅仅依赖于产品密度ρ和检测路径d。
1.3 工艺流程
当大包坐包以后，钢水经大包流入中间包，再由中间包进入各流结晶器，当钢水流经各流结晶器时，由放射源Cs-137发射的γ射线通过水套和铜管射到接受器上，产生电脉冲，电脉冲通过同轴电缆输入到二次仪表，经放大、分析后送主机（参看图2），形成脉冲计数N，N值随结晶器内实际的液面高度成比例变化。因此，可通过N值，计算出液面高度H及与H成线性的电压或电流模拟量，送到二次仪表后面板，用于控制拉矫机的拉速，保持结晶器的钢水液面稳定。控制仪的工作参数可根据现场的实际情况，通过二次仪表前面板上的键盘进行修改。
图2 电路方框图
2.工艺参数
2.1 二次仪表：二次仪表的强大功能在于RAM液位测量系统采用可编程数字化处理技术[1]，可根据客户个性化的应用进行设计；内部有PID运算单元，可提供PID运算后的液位信号并传给工控机，提供拉速信号；检测数据自动线性校正；数字键盘，大屏幕液晶显示器。实现自动刻度，只需在现场操作箱或二次仪表上按下“置空位，置满位”按钮。实现自动化，无需维护人员的任何调节。
2.2 放射源：铯137，它的能量是0.66兆电子伏，此能量足以穿透普通的管子和容器壁。铯137的半衰期为30年。具有良好的穿透性，在采用超灵敏脉冲后，所用铯源活度小，经屏蔽后，放射辐射剂量小[2]。
2.3 传感器：包括晶体、光电倍增管，钱放、高压电路板。采用超大BGO晶体闪烁体计数器为接受体，BGO晶体接受辐射的γ射线在传感器中产生荧光，荧光闪烁次数与辐射强度成正比。晶体与光电倍增管相配合，它们和电子高压板一起将闪烁光转化为电脉冲。采用BGO晶体的独特优势是它对γ射线的超高接受灵敏度，传感器使用寿命长。
主要指标：
①工作温度范围：-20-80℃。
②尺寸：Φ49×300或根据用户需要设计防护等级IP65。
3.系统应用存在的问题及改进措施
（1）我厂采用的是120mm的小方坯拉矫系统，断面小，拉速变化范围大，注流冲击力大，导致结晶器液面波动大，易造成假液位，从而导致瞬时拉速存在一定的误差；敞开浇铸和保护浇铸交替使用，测控范围大，要求系统反映灵敏，快速，调节及时，稳定，振荡要小，拉速变化达到最小。
（2）我厂2#连铸机目前采用大锥度长寿命高效结晶器，钢水液面控制在距离钢管上口250-60mm的范围内，随钢管过钢量的提高逐步上移，必须克服水套隔板以上空间有限的不利条件，并且达到稳定控制。
（3）脉冲计数N与液面高H成正比，要保持钢水液面稳定，保持恒拉速，N值显得尤为重要，但要进行一次刻度，大约3小时左右，时间过长，易影响生产，经过长时间的摸索与研究，2#机总结出了一套不用模拟坯刻度，直接往二次仪表内输入N0-N10的参数，这样就达到了既节约了时间又保证生产顺行的要求。
（4）由于各种原因，致使液面不稳定，波动大，拉速不稳，因此，必须加强刻度的精度。
（5）接受器防水雾气不好，必须加强各联接口的密封和防护措施。
（6）容易出现电缆接头进水，探头进水，电缆接触不良，光电倍增管和晶体接触不良，很可能出现有计数，但计数波动很大的现象，处理的方法就是重接电缆用防水胶布包好，探头换密封圈，旋紧。重装晶体和光电倍增管，在晶体和光电倍增管之间加硅脂。
（7）钢水的流动性，对钢水的液面自动控制而造成的波动也存在一定的影响；一般来说，含AL多，且温度相对低的钢种，流动性不好，此时使用液面自动控制的话，波动相对来说，就会变大，严重的甚至出现无法继续使用自控系统或出现漏钢；同样的，如果钢水流动性特好，温度过高，此时，因钢水进入结晶器后，翻滚的厉害，如果液面控制系统反应速度慢的话，波动也会变大，严重的出现溢钢。
（8）放射源的衰减：因为钢水液面的自动控制系统，是根据接受放射源的大小来判断实际液位的高低和液位波动的大小的；一般来说，相对液位的放射源强度越大，反映出来的液面波动越真实，控制精度越高；同样，受到放射源本身的干扰越低。
（9）放射源的安装方式，稳定与否：放射源安装要求稳定不动，如果在浇钢过程中出现松动，那么就直接会导致自动控制的大幅度波动。
（10）连铸的机械设备条件：拉矫机的不连贯性，会对液面的自动控制稳定性造成一定的影响。
（11）放射源采用铯137同位素，尽管其用量非常小，只有几十毫居，且封装两层不锈钢层，但是，由于其放射性的特点，安全起见，我厂采取了有效措施，即快、远、屏蔽。快，即尽可能的快速安装。远，即尽可能的远离铯源。屏蔽，即采用好的屏蔽措施。一般检修情况下，我厂采用存入铅罐的保护措施。
（12）在铯源的安装及保管方面，我厂采用专人安装，专人保管，设立安装，保管登记卡。在遇到检修，更换结晶器，需要拆卸铯源时，必须把铯源存放在对应流的铅罐中，然后再放入专用铁箱内并上锁。避免丢失，造成不必要的人身伤害和环境污染。
4.结束语
在我厂投入此项技术前，完全依靠工人人工控制液面，液面波动引起坯壳厚度不均匀，影响铸坯质量，容易产生振痕加深；出现卷渣；于波动幅度大，引起拉速变化，影响二冷水流量，导致冷却不均匀等质量问题，甚至会发生漏钢事故，在我厂1#、2#、3#连铸机引用铯源型钢水液面控制系统后，不但质量问题得以解决，同时也减轻了工人的劳动强度，为适应快节奏的炼钢生产，打下了坚实的基础。
参考文献
[1]齐蓉.可编程计算机控制器高级技术[M].西安:西北工业大学出版社,2002.53-55.
【关键词】铯源；液面控制；传感器；连铸机；气动缸
对结晶器钢水液面进行自动控制，是连铸生产的关键技术之一，该系统不仅可连续测量结晶器内钢水液面的高低，并能在线性切换不同钢坯断面时，输出随液面高度不同而产生线性变化的电压或电流信号，继而把信号传递给浇钢拉速，实现自动控制拉速信号，使结晶器内液面高度保持在一定范围内，从而达到稳定拉矫，此一系列的自动控制对于保证连铸机液面控制稳定，恒拉速，提高铸坯质量，保证连铸机的安全生产运行，降低工人劳动强度，提高劳动生产率，提高铸坯生产质量，减少漏钢、溢钢事故的发生，是非常重要的。在现代炼钢节奏不断加快的时代，具有举足轻重的作用。
1.系统构成及工作原理和工艺流程
1.1 系统构成
本系统由二次仪表、接受器和Cs-137及其存放铯源罐组成。
图1 系统原理图
1.2 工作原理
该检测方法是一种放射测量方法，利用放射线穿透物质被吸收的物理原理，产生的检查结果由比例I0/I10关系得出，该比例关系是被待测物料衰减的辐射强度I与未衰减的辐射强度I0之比。辐射强度计算方法根据以下数学方程式：I=I0×exp（-μρd）（μ为物质的总衰减系数），该式表明相应的质量衰减系数条件下，检测结果仅仅依赖于产品密度ρ和检测路径d。
1.3 工艺流程
当大包坐包以后，钢水经大包流入中间包，再由中间包进入各流结晶器，当钢水流经各流结晶器时，由放射源Cs-137发射的γ射线通过水套和铜管射到接受器上，产生电脉冲，电脉冲通过同轴电缆输入到二次仪表，经放大、分析后送主机（参看图2），形成脉冲计数N，N值随结晶器内实际的液面高度成比例变化。因此，可通过N值，计算出液面高度H及与H成线性的电压或电流模拟量，送到二次仪表后面板，用于控制拉矫机的拉速，保持结晶器的钢水液面稳定。控制仪的工作参数可根据现场的实际情况，通过二次仪表前面板上的键盘进行修改。
图2 电路方框图
2.工艺参数
2.1 二次仪表：二次仪表的强大功能在于RAM液位测量系统采用可编程数字化处理技术[1]，可根据客户个性化的应用进行设计；内部有PID运算单元，可提供PID运算后的液位信号并传给工控机，提供拉速信号；检测数据自动线性校正；数字键盘，大屏幕液晶显示器。实现自动刻度，只需在现场操作箱或二次仪表上按下“置空位，置满位”按钮。实现自动化，无需维护人员的任何调节。
2.2 放射源：铯137，它的能量是0.66兆电子伏，此能量足以穿透普通的管子和容器壁。铯137的半衰期为30年。具有良好的穿透性，在采用超灵敏脉冲后，所用铯源活度小，经屏蔽后，放射辐射剂量小[2]。
2.3 传感器：包括晶体、光电倍增管，钱放、高压电路板。采用超大BGO晶体闪烁体计数器为接受体，BGO晶体接受辐射的γ射线在传感器中产生荧光，荧光闪烁次数与辐射强度成正比。晶体与光电倍增管相配合，它们和电子高压板一起将闪烁光转化为电脉冲。采用BGO晶体的独特优势是它对γ射线的超高接受灵敏度，传感器使用寿命长。
主要指标：
①工作温度范围：-20-80℃。
②尺寸：Φ49×300或根据用户需要设计防护等级IP65。
3.系统应用存在的问题及改进措施
（1）我厂采用的是120mm的小方坯拉矫系统，断面小，拉速变化范围大，注流冲击力大，导致结晶器液面波动大，易造成假液位，从而导致瞬时拉速存在一定的误差；敞开浇铸和保护浇铸交替使用，测控范围大，要求系统反映灵敏，快速，调节及时，稳定，振荡要小，拉速变化达到最小。
（2）我厂2#连铸机目前采用大锥度长寿命高效结晶器，钢水液面控制在距离钢管上口250-60mm的范围内，随钢管过钢量的提高逐步上移，必须克服水套隔板以上空间有限的不利条件，并且达到稳定控制。
（3）脉冲计数N与液面高H成正比，要保持钢水液面稳定，保持恒拉速，N值显得尤为重要，但要进行一次刻度，大约3小时左右，时间过长，易影响生产，经过长时间的摸索与研究，2#机总结出了一套不用模拟坯刻度，直接往二次仪表内输入N0-N10的参数，这样就达到了既节约了时间又保证生产顺行的要求。
（4）由于各种原因，致使液面不稳定，波动大，拉速不稳，因此，必须加强刻度的精度。
（5）接受器防水雾气不好，必须加强各联接口的密封和防护措施。
（6）容易出现电缆接头进水，探头进水，电缆接触不良，光电倍增管和晶体接触不良，很可能出现有计数，但计数波动很大的现象，处理的方法就是重接电缆用防水胶布包好，探头换密封圈，旋紧。重装晶体和光电倍增管，在晶体和光电倍增管之间加硅脂。
（7）钢水的流动性，对钢水的液面自动控制而造成的波动也存在一定的影响；一般来说，含AL多，且温度相对低的钢种，流动性不好，此时使用液面自动控制的话，波动相对来说，就会变大，严重的甚至出现无法继续使用自控系统或出现漏钢；同样的，如果钢水流动性特好，温度过高，此时，因钢水进入结晶器后，翻滚的厉害，如果液面控制系统反应速度慢的话，波动也会变大，严重的出现溢钢。
（8）放射源的衰减：因为钢水液面的自动控制系统，是根据接受放射源的大小来判断实际液位的高低和液位波动的大小的；一般来说，相对液位的放射源强度越大，反映出来的液面波动越真实，控制精度越高；同样，受到放射源本身的干扰越低。
（9）放射源的安装方式，稳定与否：放射源安装要求稳定不动，如果在浇钢过程中出现松动，那么就直接会导致自动控制的大幅度波动。
（10）连铸的机械设备条件：拉矫机的不连贯性，会对液面的自动控制稳定性造成一定的影响。
（11）放射源采用铯137同位素，尽管其用量非常小，只有几十毫居，且封装两层不锈钢层，但是，由于其放射性的特点，安全起见，我厂采取了有效措施，即快、远、屏蔽。快，即尽可能的快速安装。远，即尽可能的远离铯源。屏蔽，即采用好的屏蔽措施。一般检修情况下，我厂采用存入铅罐的保护措施。
（12）在铯源的安装及保管方面，我厂采用专人安装，专人保管，设立安装，保管登记卡。在遇到检修，更换结晶器，需要拆卸铯源时，必须把铯源存放在对应流的铅罐中，然后再放入专用铁箱内并上锁。避免丢失，造成不必要的人身伤害和环境污染。
4.结束语
在我厂投入此项技术前，完全依靠工人人工控制液面，液面波动引起坯壳厚度不均匀，影响铸坯质量，容易产生振痕加深；出现卷渣；于波动幅度大，引起拉速变化，影响二冷水流量，导致冷却不均匀等质量问题，甚至会发生漏钢事故，在我厂1#、2#、3#连铸机引用铯源型钢水液面控制系统后，不但质量问题得以解决，同时也减轻了工人的劳动强度，为适应快节奏的炼钢生产，打下了坚实的基础。
参考文献
[1]齐蓉.可编程计算机控制器高级技术[M].西安:西北工业大学出版社,2002.53-55.