宽板坯连铸机的特点与铸坯质量控制

２０１８年第１期　南钢科技与管理　３１　

浅谈１＃板坯连铸机铸坯质量影响因素和控制措施　

陈新平钱志友　

（第一炼钢厂）　

摘　要：通过连铸坯低倍腐蚀评估铸坯中心偏析、中心疏松等铸坯内部缺陷，反馈铸坯内部质量。从铸机辊　

缝、动态轻压下、喷嘴、钢水过热度、化学成分等方面研究铸坯内部质量的影响因素和控制措施。工艺优化后连　

铸低倍合格率上升８．１７个百分点，提高了ｌ＃连铸机的内部质量。　关键词：板坯内部质量低倍腐蚀动态轻压下辊缝　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　Ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｓｌａｂ　Ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｎ　

Ｓｌａｂ　Ｃａｓｔｅｒ　Ｎｏ．１　－　

Ｃｈｅｎ　Ｘｉｎｐｉｎｇ　Ｑｉａｎ　Ｚｈｉｙｏｕ　（Ｓｔｅｅｌ－ｍａｋｉｎｇ　Ｐｌａｎｔ　Ｎｏ．１）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｍａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌａｂｓ　ｉｓ　ｒｅｆｌｅｃｔｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌａｂｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｅｅ￣ｅｒ　ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｅｎｔｅｒ　ｐｏｒｏｓｉｔｙ　ｂｙ　ｍａｃｍ　ｅｔｃｈｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｆ　ｓｌａｂ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ　ｉｎ　ｖａｒｉｏｕｓ　ａｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒｏｌｌ　ｇａｐ，ｄｙｎａｍｉｃ　ｓｏｆｔ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，ｓｐｒａｙ　ｎｏｚｚｌｅｓ，ｏｖｅｒｈｅａｔ　ｏｆ　ｍｏｌｔｅｎ　ｓｔｅｅｌ　ａｎｄ　ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｃｏｍ—　ｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｆｉｅｄ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ｍａｃｒｏ　ｅｔｃｈｉｎｇ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　８．１７　ｐｅｒｃｅｎｔ　ａｆｔｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ．ｔｈｕｓ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｑｕａｌｉ－　ｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｌａｂｓ　ｉｎ　Ｓｌａｂ　Ｃａｓｔｅｒ　Ｎｏ．１　ｗａｓ　ｉｍｐｍｖｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｉｍｅｍａｌ　Ｑｕａｌｉ￣ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｌａｂｓ，Ｍａｃｒｏ　Ｅｔｃｈｉｎｇ，Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｓｏｆｔ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ，Ｒｏｌｌ　Ｇａｐ　

107科学技术Science and technology板坯连铸机二次冷却水量对铸坯质量的影响与控制措施闫 彪（河北钢铁集团 唐钢信息自动化部，河北 唐山 063000）摘 要：随着世界科技不断进步，现代化企业越来越重视工业自动化的发展，在重型钢铁冶金企业里，自动化设备不仅能有效减低人工劳动强度，更能够在过程控制中达到更精准，更平稳，更迅速的级别，使产品生产的质量和效率远远超过传统的生产方式，但是，先进的设备控制过程也相对复杂，稳定高效的运行，是带来生产效益的必要条件。自动化设备主要由硬件和软件两部分组成，质量可靠的硬件和完善高效的算法，是生产平稳进行和质量品控的可靠保障。关键词：工业自动化；钢铁冶金企业；自动化设备中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2019）05-0107-2

收稿日期：2019-05作者简介：闫彪，男，生于1980年，天津人，本科，冶金自动化工程师，研究方向：电气自动化。在现代大型钢铁企业里，生产环节主要包含炼焦，炼铁，炼钢，连铸，轧钢。其中连铸环节的作用就是通过结晶器、扇形段拉矫机等设备，使1600℃左右的高温液态钢水，冷却凝固成为固态的板坯，以供轧机轧制。其中结晶器的作用是先生成表面坯壳，而板坯壳内的液心则需要在扇形段拉矫机的二次冷却水下进行逐渐冷却凝固。

图1 板坯连铸机二次冷却水量过程1 连铸机二次冷却水的冷却过程概述二次冷却水是通过在扇形段内弧和外弧均匀分布的喷淋水嘴，与高压气体混合后喷射在红热铸坯表面，再通过铸坯外壳逐渐传导内部液心，以达到整个铸坯冷却凝固的目的。根据生产工艺要求，不同的钢种对应不同的冷却程序，即冷却水表，扇形段从上到下的每个区域对水量大小也有严格要求，并且随着铸坯拉速的改变，水量也会自动根据实时拉速，进行相应的调整。这个调整过程的控制，是一个闭环的控制，通过流量传感器采集到的水量信号，以模拟量传回PLC输入模板，比较与设定水量的大小，从而判定水阀的开度，再通过输出模板将模拟信号传到现场的气动控制阀门。2 二次冷却水量波动对铸坯质量的影响高温液态钢水在凝固成型的过程中，冷却强度的的控制，是这个环节的关键，过快的冷却速度，会导致铸坯提前变硬，给扇形段的矫直带来困难，并且给拉矫电机带来过大负载，严重时可能损害设备；而冷却强度不够时，铸坯外壳不能及时散热，导致铸坯表面又薄又软，在内部液态钢水的垂直压力下，可能引起铸坯的局部变形，并且由于扇形段的反复挤压，内部钢水间断性的回涌到结晶器，造成结晶器内钢水液面的波动，严重时影响拉坯速度，甚至引起漏钢事故。冷却水阀门调节的频率和每一次开度调整的比例，直接影响了冷却水量的稳定性，而二次冷却水的不稳定，也会导致铸坯质量出现问题，铸坯外型出现“鼓肚”，“台阶”还有“梯形”等等状况。所以说，二次冷却水自动调节设备的平稳运行，是连铸车间生产铸坯质量的关键所在。3 连铸机二次冷却水量保持稳定的措施冶金钢铁企业里，连铸机生产线的扇形段中二次冷却水流量调节的准确性与稳定性，不仅仅影响着企业生产节奏运行的稳定性，更影响着连铸板坯工艺的质量。而且随着提产量提拉速的常态化，对钢水液面稳定性的要求也在不断加大。在2018年一年当中，由于二次冷却水的稳性问题，不仅多次影响了产品质量，更会造成生产损失。所以我们要对1700连铸生产线冷却水量进行必要性的整改措施和维护。前面提到，冷却水阀门调节的频率和每一次开度调整的比例，直接影响了冷却水量的稳定性。将我单位1700连铸机的冷却水流量采样曲线录入FDA数据采集系统监控系统，采用FDA数据采集系统对传感器状态实时监控，对冷却水阀门开度和流量通过PID调节的比例系数和调节时间进行分析。 图2 PID调节的比例系数和调节时间通过图的观察，我们就可以发现比例系数的设定和调节时间的取值，跟二次冷却水阀门的开度有着密切的关系，倘若调节时间设定偏大，则二冷水阀门响应的速度就会变迟缓，水量调节科学技术Science and technology的速度难以跟上拉坯速度的变化；倘若调节时间偏小，则二冷水阀门响应的速度过于敏感，导致水流量的波动，时大时小。比例系数的设置，同样会导致水量变化的延迟或是敏感，所以调节时间和比例系数的配合是水量稳定的关键。图3 实时采集水量波动的异常曲线值图4 实时采集水量波动的正常曲线值通过两组图的观察，我们发现正常时检测到的曲线采样应是小范围波动的稳定调节，而不是大范围的起伏波动曲线。除了在控制界面进行的比例系数与调节时间的设置，我们还要定周期检查气动调节阀门内的开度执行器，利用设备的检修时间对相应的二次冷却水阀门内的执行器进行零点位置标定，消除零点漂移，校准阀门开度反馈信号，以确保在生产时处于良好的反馈状态。通过对主控界面中的比例系数和调节时间进行若干微调，在不同的模拟拉速下进行测试，得到既能水量及时调节，又能使水量随拉速保持平稳调整的数据值。因控制信号到现场传输距离较长，现场电路环境复杂，相对微弱的水量调节信号，因各种干扰导致水阀动作的误差较大，所以采取信号抗干扰措施，屏蔽现场电磁干扰，对传输信号线进行全面的防护，并且定期检查模拟量输入输出模块的端子接头是否有松动迹象，观察接线触点氧化情况，利用设备的检修维护时间进行认真仔细的处理。通过对我单位1700连铸机二次冷却水自动化设备控制系统的调整和维护，并将水量采样曲线完整录入FDA进行实时监测，采样周期精确到20ms，提高了水量曲线采样检测精准度，根据采样趋势的变化曲线在检修时进行调整，配合易损件的定期更换，以及定期对二次冷却水阀门的执行器进行定位调整，使我单位1700连铸机二次冷却水量的稳定性得到了有效的提升，因此铸坯产品的工艺和质量有了更好的控制与提高。（上接106页）4.2 分解槽温度控制分解槽内溶液的温度是影响氢氧化铝的粒度变化的主要性因素之一，因而分解温度的控制是至关重要的，更是最直接有效的控制措施，生产上一般采用初温度60℃~65℃，末温度48℃~53℃，分解时间45小时~60小时，利用宽流道板式换热器进行中间降温10℃~13℃。根据不同的控制条件，掌握分解首槽和分解出料槽的温度及和各中间分解槽的降温梯度。控制分解槽的温度方式经过实践证明对控制产品的粒度和提高分解率都有很大的好处。分解槽温度控制有一定的原则和规律，首先要保持分解槽首槽的温度控制的较高，逐级降温时分解初期的降温速度可适当快些而后期则要尽量慢，后期温度放慢不仅有利于提高分解率又能够减缓氢氧化铝粒度过细的变化趋势。4.3 确保良好的分级效果分级效果的好坏将直接影响到氢氧化铝的分解率和粒度的质量，是确保粒度质量合格的关键环节之一，因而加强分级机的操作确保最佳的分级效果能够很好的满足分解工序对产品质量和产量的要求。操作中如果出现氢氧化铝粒度变细的情况可以通过提高进料压力、降低进料料浆的固含同提高进料料浆的温度的方式提高分级效果也可以实现较为良好的粒度分级效果。4.4 根据粒度分布调整首槽固含正常生产情况下，分解槽首槽的固含一般控制在700g/L~800󰀃g/L左右，这一指标适合于砂状氧化铝的生产，在溶液中加入晶种能够使溶液反应越过晶核形成阶段从而加速溶液的分解，这样控制也有利于制取颗粒直径较粗的氧化铝产品。出现粒度粗化时要及时向焙烧工序的平盘出料降低溶液的固含以避免溶液中成核数量突然升高；出现粒度细化时如果溶液固含较低则需要根据生产情况适当提高溶液的固含。4.5 保证分解系统的液量平衡系统液量的稳定对晶种分解工序的每个生产指标都十分重要。每次停车检修，分解工序作为控制全厂液量平衡最重要工序，系统液量一般会有较大波动。如何最大程度减少影响，及时采取相应预防控制措施就很有必要。比如，在停车之前，将分解首槽温度适当提高2℃~5℃，保证末槽温度及中间各种分槽温度不至于大幅度降低。5 结语分解工序的控制条件和生产过程较为关键，而一段法工艺生产氧化铝，氢氧化铝颗粒会出现周期性波动。虽然这问题有较为成熟的理论基础但仍需生产企业根据各自的生产工艺特点予以更深入的研究，通过生产上采取的调控措施达到延长粒度细化波动周期和降低氢氧化铝粒度波动变化的幅度是完全可以做到的，控制氢氧化铝粒度指标，首先要尽量保证整个生产系统相对稳定。在兼顾分解率和分解槽单位产能同时，优先采取通过调控分解温度及强化分级机操作来调控粒度；其次当氢氧化铝粗颗粒明显增多时和固含低于600g/L󰀃时要适时调整首槽、中槽、末槽固含；当分解时间成为影响粒度主要因素时，可以撤空和并入分解槽来调整分解时间。

板坯连铸机漏钢原因分析及控制措施

1.操作不当：

操作人员操作不规范或经验不足，如操作时间过长、操作不准确等，容易导致板坯连铸机漏钢。为了避免操作不当导致漏钢，应加强操作人员培训，提高他们的技术水平和操作经验，严格遵循操作规程，并进行必要的考核和监督。

2.连铸结晶器破损：

连铸结晶器是冷却板坯的关键部件，如果结晶器破损，冷却水可能会直接进入铸坯中，导致漏钢。为了避免这种情况，应定期对结晶器进行检查和维修，及时发现并更换破损的部件。

3.气孔：

气孔是指铸坯内部存在的空隙，通常由于钢水中的氢气无法完全逸出而形成。气孔会影响铸坯的质量，导致漏钢。为了减少气孔，可以采取以下措施：

（1）控制钢水的合金成分，控制钢水中的氢含量。

（2）在铸造过程中加入除氧剂，提高钢水中的溶解氧含量，减少气体生成。

（3）合理设计结晶器，使气泡易于从铸坯中升出。

4.结晶器堵塞： 连铸结晶器内部可能会堵塞，导致冷却水无法均匀地冷却铸坯，造成漏钢。为了避免结晶器堵塞，应定期对结晶器进行清洗和维修，保证结晶器内部的冷却水流通畅。

5.铸坯温度过高：

铸坯温度过高会导致铸坯内部产生过多的气体，增加气孔的形成，从而引起漏钢。为了控制铸坯温度，可以在连铸过程中控制冷却水的流量和温度，以达到合理的冷却效果；同时，在连铸过程中加强温度监控，及时调整连铸速度和冷却水的冷却效果。

6.铸模破损：

铸模破损会导致铸坯内部形成孔洞和裂缝，导致漏钢。为了避免铸模破损，应定期进行铸模的检查和维修，及时更换破损的部件。

7.其他原因：

除了以上几点外，板坯连铸机漏钢还可能受到其他因素的影响，如连铸设备的老化、设备维护不当等。为了确保连铸机的正常运行和减少漏钢，应加强设备的维护保养，定期进行设备的检修和更换关键部件。

综上所述，要控制板坯连铸机漏钢，需要从操作规范、设备维护、冷却控制等多个方面着手，以保证连铸过程的正常进行和铸坯质量的提高。只有在整个生产过程中严格按照操作规程进行操作，定期维护检修设备，并加强钢水质量控制，才能有效控制和减少板坯连铸机漏钢的发生。

23.什么是连铸坯的质量问题?

最终钢材产品的质量取决于连铸坯的质量。所谓连铸坯的质量是指得到合格钢材产品所允许的铸坯缺陷的严重程度。

我们关心的是，哪些连铸坯的质量问题可以通过电磁搅拌来解决，这就一定会涉及质量问题产生的原因。

24.铸坯质量问题主要有哪些?

(1)铸坯的纯净度(夹杂物数量、形态、分布等)；

(2)铸坯的表面缺陷(裂纹、夹渣、气孔等)；

(3)铸坯内部缺陷(裂纹、偏析、夹杂、疏松和缩孔等)。

铸坯的纯净度主要取决于钢水进入结晶器之前的处理过程，即在浇注前把钢水搞“干净”些；同时浇铸时要控制工艺，不让夹杂物随钢水下行。

铸坯纯净度的控制是从熔炼开始(电炉、转炉)到炉外精炼、中间包冶金、保护浇注以及电磁搅拌工艺的全过程控制。

铸坯的表面缺陷主要取决于钢水在结晶器内的凝固过程，它与结晶器内坯壳的形成过程、结晶器液面波动、浸入式水口设计、保护渣性能等因素有关。必须控制影响表面质量的各参数在目标值以内，从而生产无缺陷的铸坯，这是热送和直接轧制的前提。

铸坯的内部缺陷包括内部裂纹、疏松与缩孔，主要取决于在二次冷却区铸坯冷却过程和铸坯支撑系统。合理的二次冷却水分布，支承辊的对中，防止铸坯鼓肚等是提高铸坯内部质量的前提。

铸坯内部元素偏析，是与全过程有关的。

因此，为了获得良好的铸坯质量，可以根据钢种和产品的不同要求，在连铸的不同阶段，如钢包、中间包、结晶器和二冷区采用不同的工艺技术(包括电磁搅拌)，对铸坯质量进行有效的控制。

25.连铸坯中非金属夹杂物有哪些类型?

连铸坯中非金属夹杂物，按其生成方式可分为内生夹杂和外来夹杂。

内生夹杂，主要是指出钢时，加铁合金的脱氧产物和浇注过程中钢水和空气的二次氧化产物，如铝的氧化物。

外来夹杂，主要是冶炼和浇铸过程中带入的夹杂物，如钢包、中间包耐火材料的浸蚀物，卷入的包渣和保护渣、水口被冲刷的残留物等。