許建飛，王利雙，張杰

(1.華北理工大學(xué) 出版管理中心，河北 唐山 063210；2.唐山師范學(xué)院 物理系，河北 唐山 063000；3. 唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063610)

0引言

隨著連鑄技術(shù)的不斷發(fā)展，高效連鑄技術(shù)已成為連鑄技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向，受到世界各大鋼鐵生產(chǎn)企業(yè)、工程公司及設(shè)備制造商的高度重視[1]，而高效連鑄技術(shù)的發(fā)展，不僅要求高品質(zhì)的連鑄坯，還要求較高的拉速，高拉速連鑄會(huì)引發(fā)更加復(fù)雜的結(jié)晶器傳熱、摩擦和潤滑等問題，會(huì)導(dǎo)致粘結(jié)性漏鋼事故大大增加[2]。而漏鋼事故的發(fā)生會(huì)影響生產(chǎn)順行，對結(jié)晶器等鑄機(jī)設(shè)備造成損害。進(jìn)而嚴(yán)重影響作業(yè)穩(wěn)定性、鑄坯質(zhì)量、人身安全及設(shè)備壽命[3,4]。因此，提高漏鋼預(yù)報(bào)水平，減少鑄坯粘結(jié)，從源頭上控制粘結(jié)漏鋼的發(fā)生，對穩(wěn)定生產(chǎn)節(jié)奏、提高生產(chǎn)效率和改善鑄坯質(zhì)量具有重大意義[5]。

1 結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)

1.1 漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)

漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，是一種可以通過分析分布在結(jié)晶器壁上的熱電偶采集到的溫度變化，得知坯殼破裂處及其擴(kuò)展，從而檢測出漏鋼趨勢并進(jìn)行報(bào)警的設(shè)備。漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)主要由兩部分組成：檢測系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。檢測系統(tǒng)包括熱電偶矩陣、熱電偶模塊、總線通信網(wǎng)絡(luò)、PLC等，主要負(fù)責(zé)采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)(溫度、拉速、液位等)；控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)分析處理單元、操作箱、PLC等，主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，輸出分析結(jié)果，并通過控制拉速達(dá)到消除漏鋼隱患的目的。唐山中厚板材有限公司具有3臺(tái)直弧形板坯連鑄機(jī)，如表1所示為現(xiàn)場連鑄機(jī)主要工藝參數(shù)，其漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)如圖1所示為中冶京誠公司結(jié)晶器專家漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

表1 連鑄機(jī)主要設(shè)備工藝參數(shù)

圖1 漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)

1.2 粘結(jié)漏鋼產(chǎn)生原因及過程

由于保護(hù)渣潤滑效果不佳、使用不當(dāng)或結(jié)晶器液面波動(dòng)異常造成保護(hù)渣流動(dòng)性能差, 導(dǎo)致結(jié)晶器內(nèi)部初生坯殼與銅板形成局部粘結(jié)點(diǎn) ,在拉矯力作用下,粘結(jié)點(diǎn)處初生坯殼被拉斷粘結(jié)在結(jié)晶器銅板上, 當(dāng)拉斷的坯殼到達(dá)結(jié)晶器下口處仍無法焊合 ,即將發(fā)生粘結(jié)漏鋼。

圖2 粘結(jié)漏鋼過程

圖2所示為粘結(jié)漏鋼產(chǎn)生過程：

(1)粘在結(jié)晶器銅板上的坯殼(A)與向下拉的坯殼(B)被撕開一個(gè)裂縫。

(2)緊接著鋼水流入坯殼(A)和(B)之間的裂縫并形成新的坯殼(C), 這時(shí)坯殼外表面形成皺紋狀痕跡(D)。

(3)由于結(jié)晶器振動(dòng), 新形成的薄坯殼再次被拉斷,然后再次形成薄坯殼 。

(4)隨著每次振動(dòng) ,重復(fù)(2)和(3)的過程, 同時(shí)被拉斷的部位因拉坯而向下運(yùn)動(dòng) 。

(5)被拉斷部位拉出結(jié)晶器下口時(shí)就發(fā)生漏鋼[6]。

2 漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)現(xiàn)狀

表2所示為2018年上半年漏鋼預(yù)報(bào)報(bào)警情況。由表2可知，由于結(jié)晶器位于連鑄工藝一冷區(qū)，包含水蒸汽、高溫和振動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境，導(dǎo)致漏鋼預(yù)報(bào)測溫?zé)犭娕歼M(jìn)水，影響測量精度，造成漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)頻繁誤報(bào)警。鑄機(jī)停車降速，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)奏順行；而停車降速使得鑄坯產(chǎn)生大量重接接痕，造成大量的質(zhì)量問題。圖3所示為漏鋼預(yù)報(bào)誤報(bào)警畫面。

表2 2018年報(bào)警情況

圖3 漏鋼預(yù)報(bào)誤報(bào)警畫面

3 現(xiàn)場情況分析及改進(jìn)

澆次結(jié)束后，重點(diǎn)檢查結(jié)晶器及其內(nèi)部測溫元器件設(shè)備情況。

3.1 結(jié)晶器銅板

如圖4所示，澆次拉下結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶器銅板由于鑄坯潤滑不良和與鑄坯摩擦等原因造成其厚度變薄，有低于標(biāo)準(zhǔn)厚度40 mm現(xiàn)象，影響鑄坯在結(jié)晶器內(nèi)部均勻冷卻和傳熱，嚴(yán)重增加了鑄坯粘結(jié)及漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)誤報(bào)警的可能性。而當(dāng)過鋼量超過620爐時(shí)，銅板磨損情況尤為嚴(yán)重，造成鑄坯粘結(jié)及漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)誤報(bào)警的情況加劇。

圖4 銅板磨損情況

3.2 測溫?zé)犭娕?/h3>

由于結(jié)晶器處于高溫、水蒸氣和振動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境，拆檢下線結(jié)晶器發(fā)現(xiàn)，部分測溫?zé)犭娕紡椈纱嬖谑КF(xiàn)象，導(dǎo)致測溫偶頭不能充分接觸銅板水箱，影響測溫精度；由于備件供應(yīng)問題，上線結(jié)晶器存在不同品牌混裝、搭接現(xiàn)象，個(gè)別品牌熱電偶無屏蔽層，無法屏蔽周圍高溫及振動(dòng)的影響，造成測溫信號(hào)失真，影響測量精度，而搭接方式造成熱電偶接觸不良，使得測量的溫度波動(dòng)，造成信號(hào)傳導(dǎo)衰減甚至直接導(dǎo)致測溫信號(hào)失靈；現(xiàn)場測溫偶頭插針多為鍍銀材質(zhì)，其固定卡扣由于質(zhì)量問題，容易造成測溫偶頭插針?biāo)蓜?dòng)，導(dǎo)致整體測量溫度偏低；由于防護(hù)效果不佳，造成測溫?zé)犭娕贾虚g轉(zhuǎn)換插頭及插頭箱受到高溫水蒸氣腐蝕生銹，影響熱電偶測量精度。

圖5 測溫電偶偶頭

3.3 保護(hù)渣和振動(dòng)

作為結(jié)晶器銅板和鑄坯之間的潤滑物質(zhì)，具有潤滑鑄坯、保溫、吸收非金屬夾雜的作用。合理的振動(dòng)參數(shù)有利于保護(hù)渣向結(jié)晶器壁和鑄坯之間縫隙均勻滲透，可顯著改善結(jié)晶器內(nèi)壁的潤滑效果，減輕鑄坯表面振痕深度，減少拉裂拉漏并提高鑄坯表面質(zhì)量[7,8]。而鑄坯坯殼的粘結(jié)是從彎月面處開始的，由于結(jié)晶器液面波動(dòng)過大或保護(hù)渣熔化效果不佳等原因?qū)е屡鳉ず徒Y(jié)晶器銅板之間潤滑不良，而導(dǎo)致鑄坯初生坯殼所受拉應(yīng)力超過其極限時(shí)，就容易被拉裂，從而產(chǎn)生粘結(jié)現(xiàn)象，在結(jié)晶器振動(dòng)脫模和拉坯應(yīng)力作用下，粘結(jié)點(diǎn)處坯殼在振動(dòng)系統(tǒng)作用下不斷重復(fù)進(jìn)行撕裂和焊合，并在拉矯力作用下不斷向下移動(dòng)。當(dāng)粘結(jié)點(diǎn)到達(dá)結(jié)晶器下口時(shí)，其坯殼厚度抵擋不住鑄坯內(nèi)部鋼水靜壓力作用，即出現(xiàn)破裂導(dǎo)致漏鋼。

3.4 改進(jìn)措施

(1)上線前對結(jié)晶器銅板厚度及表面鍍層情況進(jìn)行檢查確認(rèn)，上線結(jié)晶器4塊銅板厚度差不得超過2 mm，過鋼量超過620爐的銅板嚴(yán)禁上線，對于銅板厚度小于40 mm的結(jié)晶器，其對應(yīng)結(jié)晶器水量下調(diào)5%；

(2)如圖5所示規(guī)范上線結(jié)晶器測溫?zé)犭娕迹瑢y溫?zé)犭娕冀y(tǒng)一為同一廠家，嚴(yán)禁對熱電偶接線進(jìn)行搭接、混接影響其測溫精度；

(3)如圖6將測溫?zé)犭娕嫁D(zhuǎn)換插頭插針更換為與熱電偶絲相同的鎳鉻“鍍金”材質(zhì)，以提高其耐腐蝕能力和接受信號(hào)強(qiáng)度能力；

(4)如圖7所示將漏鋼預(yù)報(bào)與電腦連接的測溫插頭插線盒轉(zhuǎn)移至結(jié)晶器蓋板外，排除高溫水汽及振動(dòng)等復(fù)雜環(huán)境對信號(hào)接受的影響，并對插線盒內(nèi)部通冷卻風(fēng)如圖8所示，保證其干燥整潔的環(huán)境；

圖6 熱電偶轉(zhuǎn)換插頭插針

(5)將測溫?zé)犭娕荚阢~板中的插入深度由18 mm增加至23 mm，保證測溫偶頭與水箱充分接觸，提高測溫偶頭靈敏度；

(6)規(guī)范安裝工人標(biāo)準(zhǔn)化操作，提高現(xiàn)場元器件安裝精度；

(7)如表3所示優(yōu)化現(xiàn)場結(jié)晶器非正弦振動(dòng)參數(shù)和保護(hù)渣指標(biāo)，增加了保護(hù)渣消耗，改善結(jié)晶器與坯殼之間潤滑效果。

圖7 測溫插頭接線盒 圖8 插線盒內(nèi)部情況

項(xiàng)目拉速/(m·min-1)斷面/mm振頻/min-1振幅/mm保護(hù)渣消耗/(kg·t-1)0.85280*1 800112.874.00.62原振動(dòng)參數(shù)和保護(hù)渣0.95250*2 100121.624.00.581.05250*1 800130.374.00.551.60200*1 260178.504.00.470.85280*1 800115.653.850.66調(diào)整后參數(shù)和保護(hù)渣0.95250*2 100116.553.950.611.05250*1 800117.454.050.601.60200*1 260122.44.600.50

4 結(jié)論

通過對漏鋼預(yù)報(bào)相關(guān)元器件設(shè)備、現(xiàn)場工藝參數(shù)優(yōu)化及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化操作，鑄坯粘結(jié)及漏鋼預(yù)報(bào)誤報(bào)警情況大大減少，運(yùn)行2個(gè)月以來，漏鋼預(yù)報(bào)誤報(bào)警率降低了20%，降低了現(xiàn)場因誤報(bào)警產(chǎn)生的廢品量，提高了鑄坯質(zhì)量，并在很大程度上提高了生產(chǎn)節(jié)奏順行情況。