減少板坯連鑄過程粘結報警分析研究

許建飛，王利雙，張杰

(1.華北理工大學 出版管理中心，河北 唐山 063210；2.唐山師范學院 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

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

1 結晶器漏鋼預報

1.1 漏鋼預報系統(tǒng)

漏鋼預報系統(tǒng)，是一種可以通過分析分布在結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展，從而檢測出漏鋼趨勢并進行報警的設備。漏鋼預報系統(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、PLC等，主要負責采集實時數(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，主要負責對數(shù)據(jù)進行分析，輸出分析結果，并通過控制拉速達到消除漏鋼隱患的目的。唐山中厚板材有限公司具有3臺直弧形板坯連鑄機，如表1所示為現(xiàn)場連鑄機主要工藝參數(shù)，其漏鋼預報系統(tǒng)如圖1所示為中冶京誠公司結晶器專家漏鋼預報系統(tǒng)。

表1 連鑄機主要設備工藝參數(shù)

圖1 漏鋼預報系統(tǒng)

1.2 粘結漏鋼產(chǎn)生原因及過程

由于保護渣潤滑效果不佳、使用不當或結晶器液面波動異常造成保護渣流動性能差, 導致結晶器內部初生坯殼與銅板形成局部粘結點 ,在拉矯力作用下,粘結點處初生坯殼被拉斷粘結在結晶器銅板上, 當拉斷的坯殼到達結晶器下口處仍無法焊合 ,即將發(fā)生粘結漏鋼。

圖2 粘結漏鋼過程

圖2所示為粘結漏鋼產(chǎn)生過程：

(1)粘在結晶器銅板上的坯殼(A)與向下拉的坯殼(B)被撕開一個裂縫。

(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), 這時坯殼外表面形成皺紋狀痕跡(D)。

(3)由于結晶器振動, 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 ,重復(2)和(3)的過程, 同時被拉斷的部位因拉坯而向下運動 。

(5)被拉斷部位拉出結晶器下口時就發(fā)生漏鋼[6]。

2 漏鋼預報系統(tǒng)現(xiàn)狀

表2所示為2018年上半年漏鋼預報報警情況。由表2可知，由于結晶器位于連鑄工藝一冷區(qū)，包含水蒸汽、高溫和振動等復雜環(huán)境，導致漏鋼預報測溫熱電偶進水，影響測量精度，造成漏鋼預報系統(tǒng)頻繁誤報警。鑄機停車降速，嚴重影響生產(chǎn)節(jié)奏順行；而停車降速使得鑄坯產(chǎn)生大量重接接痕，造成大量的質量問題。圖3所示為漏鋼預報誤報警畫面。

表2 2018年報警情況

圖3 漏鋼預報誤報警畫面

3 現(xiàn)場情況分析及改進

澆次結束后，重點檢查結晶器及其內部測溫元器件設備情況。

3.1 結晶器銅板

如圖4所示，澆次拉下結束后，發(fā)現(xiàn)結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，有低于標準厚度40 mm現(xiàn)象，影響鑄坯在結晶器內部均勻冷卻和傳熱，嚴重增加了鑄坯粘結及漏鋼預報系統(tǒng)誤報警的可能性。而當過鋼量超過620爐時，銅板磨損情況尤為嚴重，造成鑄坯粘結及漏鋼預報系統(tǒng)誤報警的情況加劇。

圖4 銅板磨損情況

3.2 測溫熱電偶

由于結晶器處于高溫、水蒸氣和振動等復雜環(huán)境，拆檢下線結晶器發(fā)現(xiàn)，部分測溫熱電偶彈簧存在失效現(xiàn)象，導致測溫偶頭不能充分接觸銅板水箱，影響測溫精度；由于備件供應問題，上線結晶器存在不同品牌混裝、搭接現(xiàn)象，個別品牌熱電偶無屏蔽層，無法屏蔽周圍高溫及振動的影響，造成測溫信號失真，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，造成信號傳導衰減甚至直接導致測溫信號失靈；現(xiàn)場測溫偶頭插針多為鍍銀材質，其固定卡扣由于質量問題，容易造成測溫偶頭插針松動，導致整體測量溫度偏低；由于防護效果不佳，造成測溫熱電偶中間轉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 保護渣和振動

作為結晶器銅板和鑄坯之間的潤滑物質，具有潤滑鑄坯、保溫、吸收非金屬夾雜的作用。合理的振動參數(shù)有利于保護渣向結晶器壁和鑄坯之間縫隙均勻滲透，可顯著改善結晶器內壁的潤滑效果，減輕鑄坯表面振痕深度，減少拉裂拉漏并提高鑄坯表面質量[7,8]。而鑄坯坯殼的粘結是從彎月面處開始的，由于結晶器液面波動過大或保護渣熔化效果不佳等原因導致坯殼和結晶器銅板之間潤滑不良，而導致鑄坯初生坯殼所受拉應力超過其極限時，就容易被拉裂，從而產(chǎn)生粘結現(xiàn)象，在結晶器振動脫模和拉坯應力作用下，粘結點處坯殼在振動系統(tǒng)作用下不斷重復進行撕裂和焊合，并在拉矯力作用下不斷向下移動。當粘結點到達結晶器下口時，其坯殼厚度抵擋不住鑄坯內部鋼水靜壓力作用，即出現(xiàn)破裂導致漏鋼。

3.4 改進措施

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

(2)如圖5所示規(guī)范上線結晶器測溫熱電偶，將測溫熱電偶統(tǒng)一為同一廠家，嚴禁對熱電偶接線進行搭接、混接影響其測溫精度；

(3)如圖6將測溫熱電偶轉換插頭插針更換為與熱電偶絲相同的鎳鉻“鍍金”材質，以提高其耐腐蝕能力和接受信號強度能力；

(4)如圖7所示將漏鋼預報與電腦連接的測溫插頭插線盒轉移至結晶器蓋板外，排除高溫水汽及振動等復雜環(huán)境對信號接受的影響，并對插線盒內部通冷卻風如圖8所示，保證其干燥整潔的環(huán)境；

圖6 熱電偶轉換插頭插針

(5)將測溫熱電偶在銅板中的插入深度由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)范安裝工人標準化操作，提高現(xiàn)場元器件安裝精度；

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

圖7 測溫插頭接線盒 圖8 插線盒內部情況

項目拉速/(m·min-1)斷面/mm振頻/min-1振幅/mm保護渣消耗/(kg·t-1)0.85280*1 800112.874.00.62原振動參數(shù)和保護渣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調整后參數(shù)和保護渣0.95250*2 100116.553.950.611.05250*1 800117.454.050.601.60200*1 260122.44.600.50

4 結論

通過對漏鋼預報相關元器件設備、現(xiàn)場工藝參數(shù)優(yōu)化及規(guī)范標準化操作，鑄坯粘結及漏鋼預報誤報警情況大大減少，運行2個月以來，漏鋼預報誤報警率降低了20%，降低了現(xiàn)場因誤報警產(chǎn)生的廢品量，提高了鑄坯質量，并在很大程度上提高了生產(chǎn)節(jié)奏順行情況。