張燕平，張玉秀，高 宇

（1.河鋼集團(tuán)唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 063105；2.河北省鍍錫基板技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 063105；3.河鋼集團(tuán)鋼研總院，河北 050023）

0 引言

隨著高效連鑄技術(shù)的發(fā)展，結(jié)晶器熱負(fù)荷顯著增加，漏鋼事故的發(fā)生概率大幅提高，不僅影響連鑄機(jī)的生產(chǎn)運(yùn)行效率，而且還會(huì)損壞連鑄設(shè)備[1]?；诖?，唐山不銹鋼公司通過分析粘結(jié)漏鋼實(shí)測數(shù)據(jù)，建立了一種識別結(jié)晶器粘結(jié)的新邏輯判斷模型，改善了原漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的性能[2]，形成了新的高性能實(shí)時(shí)有效的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)。

為減少粘結(jié)的發(fā)生幾率，利用新開發(fā)的漏鋼報(bào)警系統(tǒng)對鑄機(jī)近5年來的熱電偶數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，并自動(dòng)進(jìn)行粘結(jié)報(bào)警記錄。本文對引起板坯粘結(jié)報(bào)警的因素進(jìn)行了梳理，確定了其主要影響因素為鋼種、保護(hù)渣、過熱度、斷面、澆注狀態(tài)等方面，并有針對性的提出預(yù)防改進(jìn)措施。配合新的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)和強(qiáng)化崗位標(biāo)準(zhǔn)化操作，實(shí)現(xiàn)了減少漏鋼提高連鑄機(jī)運(yùn)行效率的目的。

1 鑄機(jī)情況簡介與生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 鑄機(jī)簡介

唐山不銹鋼煉鋼廠板坯連鑄結(jié)晶器為長900 mm的組合式直結(jié)晶器，所生產(chǎn)板坯的斷面為200 mm×（800～1 600）mm，拉速為0.80～1.80 m/min，結(jié)晶器振動(dòng)形式為液壓振動(dòng)，振動(dòng)方式為正弦振動(dòng)，結(jié)晶器液位檢測方式為電磁渦流傳感器。

1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

利用新開發(fā)的漏鋼報(bào)警系統(tǒng)對2號連鑄機(jī)近五年的結(jié)晶器熱電偶數(shù)據(jù)進(jìn)行回放，并自動(dòng)進(jìn)行粘結(jié)報(bào)警記錄，為確保不漏過粘結(jié)報(bào)警，漏鋼報(bào)警系統(tǒng)的靈敏度調(diào)整到最高。將所有的報(bào)警記錄進(jìn)行人工分析，結(jié)合報(bào)警時(shí)的熱電偶曲線、PI曲線和現(xiàn)場記錄確定的所有粘結(jié)漏鋼情況，匯總了2號鑄機(jī)近五年來粘結(jié)漏鋼情況表，如圖1所示。

圖1 2號鑄機(jī)近五年的粘結(jié)及漏鋼情況

通過統(tǒng)計(jì)分析可以看出，近5年來共發(fā)生粘結(jié)34次，相對來說集中在夏季。主要影響因素有鋼種、保護(hù)渣、過熱度、斷面、澆注狀態(tài)等。

2 粘結(jié)影響因素

2.1 鋼種的影響

（1）低碳鋼：由圖1可以看出，近5年來低碳鋼發(fā)生了7次粘結(jié)報(bào)警，主要集中在2017年以前，之后僅發(fā)生一次粘結(jié)報(bào)警。由于低碳鋼凝固收縮較低，保護(hù)渣流入相對困難，潤滑較差，屬于較容易發(fā)生粘結(jié)的鋼種。因2017年對低碳鋼保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)了保護(hù)渣的潤滑效果，之后粘結(jié)報(bào)警發(fā)生較少。

（2）包晶鋼：由于包晶鋼在凝固過程中的線收縮很大，使得液態(tài)保護(hù)渣有充足的空間流入，保證了凝固坯殼與結(jié)晶器之間的良好潤滑，因此相對不易發(fā)生粘結(jié)。近5年來包晶鋼發(fā)生了5次粘結(jié)報(bào)警，澆注過程中均發(fā)現(xiàn)±15 mm的周期性液面波動(dòng)。由此可見，包晶鋼雖然保護(hù)渣流入充分，但是嚴(yán)重的液面周期波動(dòng)會(huì)造成保護(hù)渣填充不均勻及凝固坯殼周期性減薄，可能是包晶鋼發(fā)生粘結(jié)的主要原因。

（3）中碳鋼：近5年來中碳鋼發(fā)生了22次粘結(jié)報(bào)警，占總體65%，是結(jié)晶器粘結(jié)發(fā)生的主要問題所在。檢查現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，中碳鋼澆注過程中結(jié)晶器邊部液渣層厚度明顯較薄，主要是由于結(jié)晶器邊部鋼液溫度低而導(dǎo)致渣熔化速度變慢所致。當(dāng)液渣的不均勻性達(dá)到一定程度時(shí)，便會(huì)因影響液渣的流入而發(fā)生粘結(jié)，因此需要對保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.2 過熱度的影響

澆注溫度過高則會(huì)導(dǎo)致所凝固的坯殼變薄，鑄坯與銅板之間的摩擦力會(huì)在保護(hù)渣及鋼水兩者的靜壓力作用下增大，從而發(fā)生坯殼粘結(jié)[3]。合理的過熱度，不但有利于結(jié)晶器銅板的傳熱，而且也有助于凝固坯殼的生長。

分析發(fā)現(xiàn)，正常澆鑄時(shí)過熱度區(qū)間為15～25℃。發(fā)生的34次粘結(jié)報(bào)警中，其中低于該溫度區(qū)間的3次，高于該溫度區(qū)間的23次，過熱度不合適時(shí)發(fā)生的粘結(jié)共占比76.5%。

2.3 斷面尺寸的影響

近5年的粘結(jié)報(bào)警按照斷面分：≤1 000 mm為1次，1 000～1 300 mm為32次，≥1 300 mm為1次。表1為2號機(jī)產(chǎn)品情況與粘結(jié)情況對比。由表1可以看出，1 000～1 300 mm斷面粘結(jié)幾率明顯增大。

表1 2號機(jī)產(chǎn)品情況與粘結(jié)情況對比

2.4 非穩(wěn)態(tài)澆注的影響

在34次報(bào)警中，非穩(wěn)定澆鑄狀態(tài)共發(fā)生粘結(jié)報(bào)警23次，占比67.6%。其中，換中包時(shí)報(bào)警13次，拉速調(diào)整時(shí)4次，大包交接時(shí)3次，液面波動(dòng)大時(shí)2次（不含操作造成的液面波動(dòng)），過熱度低時(shí)1次。主要是由于非穩(wěn)定的澆鑄狀態(tài)破壞了渣膜的均勻流入，使粘結(jié)發(fā)生的幾率顯著增大。

3 預(yù)防措施實(shí)施

3.1 保護(hù)渣性能優(yōu)化

連鑄保護(hù)渣性能的好壞對保證連鑄工藝的順行和提高鑄坯質(zhì)量起著極其重要的作用，被視為連鑄關(guān)鍵技術(shù)之一[4]。實(shí)際生產(chǎn)中，要根據(jù)鋼種來選擇合適的保護(hù)渣，并且要預(yù)防渣圈過大、保護(hù)渣結(jié)塊等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)；要定期測算渣耗，提高保護(hù)渣吸收夾雜后的穩(wěn)定性[5]。

為改善保護(hù)渣的傳熱和潤滑效果，減少板坯粘結(jié)，特對包晶鋼和中碳鋼保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化。尤其是對易發(fā)生包晶反應(yīng)的裂紋敏感性鋼種，在原保護(hù)渣的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低保護(hù)渣的粘度、提高保護(hù)渣的堿度并適量增加渣中MnO含量，優(yōu)化后的保護(hù)渣渣耗明顯升高，潤滑效果得到改善，幾乎無渣條、無結(jié)塊現(xiàn)象，能夠滿足生產(chǎn)使用要求。由圖2可以看出，優(yōu)化后的保護(hù)渣摩擦力顯著降低，這主要得益于保護(hù)渣耗量增加和粘度降低，使得結(jié)晶器液位控制更穩(wěn)定，未再發(fā)生過結(jié)晶器液面周期性波動(dòng)。

圖2 包晶鋼優(yōu)化前后摩擦力變化

3.2 液面波動(dòng)控制

包晶鋼生產(chǎn)過程中，結(jié)晶器液面經(jīng)常呈現(xiàn)出固定周期和波長的劇烈波動(dòng)，而結(jié)晶器液面劇烈波動(dòng)會(huì)使彎月面越過渣圈，造成液渣流入通道堵塞[6，7]，由于液渣不能順利流入結(jié)晶器與鑄坯坯殼之間，降低了保護(hù)渣的潤滑作用，嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)坯殼與結(jié)晶器粘結(jié)，從而發(fā)生漏鋼事故。

為降低包晶鋼的結(jié)晶器液面周期性波動(dòng)，澆注包晶鋼時(shí)要全程使用結(jié)晶器液位塞棒自動(dòng)控制裝置，使結(jié)晶器液位控制更加穩(wěn)定，控制范圍在±3 mm以內(nèi)。若是鋼水流動(dòng)性不好，出現(xiàn)結(jié)晶器液位波動(dòng)較大時(shí)，可以采取降低拉速，塞棒采用手動(dòng)控制的方法來實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器液面的穩(wěn)定。因此，生產(chǎn)過程中要保證窄范圍的澆鑄溫度控制，實(shí)現(xiàn)拉速穩(wěn)定控制。如需要提升或降低拉速，操作要?jiǎng)蛩?，每次調(diào)速后要穩(wěn)定停留一定時(shí)間后再調(diào)速。

3.3 精準(zhǔn)過熱度控制

較低的過熱度會(huì)使保護(hù)渣得不到充足的熱量熔化；較高的過熱度會(huì)使初生坯殼薄弱，坯殼在鋼水靜壓力下易貼近結(jié)晶器銅板，造成粘結(jié)。因此合適的過熱度可有效減少粘結(jié)的發(fā)生。

為保證合適的鋼水過熱度，需對煉鋼全流程進(jìn)行溫度控制。精煉處理完的鋼水要保證溫度的穩(wěn)定性，避免澆注過程中溫度起伏過大，要提高中包溫度的穩(wěn)定控制。主要措施如下：

（1）優(yōu)化轉(zhuǎn)爐造渣，減少停吹后攪拌時(shí)間，控制好轉(zhuǎn)爐吹煉結(jié)束至出鋼過程溫降；

（2）優(yōu)化RH合金化工藝，縮短RH真空處理時(shí)間，提升RH氣體流量，縮短循環(huán)周期，提高全流程的熱周轉(zhuǎn)效率；

（3）鋼包、中間包等試驗(yàn)新型保溫材料，提高盛鋼保溫效果；

（4）提高并穩(wěn)定連鑄拉速，減少過程溫度損失。

經(jīng)過優(yōu)化控制后，中包鋼水過熱溫度在15～25℃的合格率達(dá)到99%以上水平，有效提高了中包溫度的穩(wěn)定性，減少了因溫度異常造成的粘結(jié)漏鋼。

3.4 冷卻控制

從機(jī)理分析，結(jié)晶器內(nèi)窄面，尤其是角部二維傳熱，使角部冷卻強(qiáng)度相對較大。對于較寬斷面鑄坯來說，窄面收縮后傳向鑄坯寬面中心的力矩更大，相對薄弱的寬面中心坯殼在該力矩和鋼水靜壓力的作用下更加貼向于結(jié)晶器銅板，使保護(hù)渣流入不充分，導(dǎo)致粘結(jié)傾向增大。因此，為提高鋼液的凝固均勻性，對結(jié)晶器冷卻水水量進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)降低結(jié)晶器冷卻水量，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器弱冷冷卻模式。

3.5 非穩(wěn)定澆鑄狀態(tài)漏鋼報(bào)警系統(tǒng)的使用

在非穩(wěn)定澆鑄狀態(tài)下，結(jié)晶器熱電偶溫度波動(dòng)較大，相對誤報(bào)粘結(jié)幾率較高，但是同樣發(fā)生粘結(jié)的可能性也急劇升高。因此，在換水口等操作過程中不應(yīng)解除漏鋼報(bào)警系統(tǒng)，對于非穩(wěn)態(tài)頻繁誤報(bào)警，要從漏鋼報(bào)警系統(tǒng)本身的辨識能力上進(jìn)行優(yōu)化。為此，唐山不銹鋼公司開發(fā)了一種識別粘結(jié)的新邏輯判斷模型，改善了漏鋼預(yù)報(bào)模型的性能，保證不漏報(bào)。另外以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等人工智能算法為基礎(chǔ)開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，依賴于大量準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)，使漏鋼預(yù)報(bào)準(zhǔn)確性逐漸提升。

同時(shí)，對非穩(wěn)態(tài)澆注條件下的過熱度、拉速、保護(hù)渣等易造成粘結(jié)漏鋼的影響因素進(jìn)行關(guān)注；要重點(diǎn)關(guān)注保護(hù)渣的均勻添加、粗大渣條的剔除、液渣層厚度等影響潤滑效果的因素；關(guān)注鋼水氧化情況，防止保護(hù)渣變性。操作上要防止過快的拉速變化，確保保護(hù)渣供給的連續(xù)和均勻性，減少粘結(jié)漏鋼事故發(fā)生。

4 結(jié)語

唐山不銹鋼公司通過對影響粘結(jié)漏鋼因素進(jìn)行的優(yōu)化和改善，配合新開發(fā)的高性能實(shí)時(shí)有效的結(jié)晶器漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，外加崗位標(biāo)準(zhǔn)化操作水平的提升，2020年公司未再發(fā)生粘結(jié)漏鋼事故，保證了連鑄機(jī)的穩(wěn)定高效運(yùn)行，取得了顯著的成效和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（1）通過優(yōu)化轉(zhuǎn)爐造渣，減少停吹后攪拌時(shí)間，縮短RH真空處理時(shí)間，采用新型保溫材料等措施，中包鋼水過熱溫度在15～25℃的合格率達(dá)到99%以上，有效提高了中包溫度的穩(wěn)定性，減少了因溫度異常造成的粘結(jié)漏鋼。

（2）生產(chǎn)過程中全程使用結(jié)晶器液位塞棒自動(dòng)控制系統(tǒng)，將波動(dòng)控制在±3 mm以內(nèi)，并盡可能穩(wěn)定拉速，有利于減少粘結(jié)漏鋼發(fā)生幾率。

（3）開發(fā)了一種識別粘結(jié)的新邏輯判斷模型，改善了漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的性能，保證了漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性；另外應(yīng)用以神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等人工智能算法為基礎(chǔ)開發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，通過對大量準(zhǔn)確的歷史數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，使漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)的準(zhǔn)確性逐漸提升。