板坯粘結(jié)報(bào)警原因與預(yù)防措施

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(guò)分析粘結(jié)漏鋼實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了一種識(shí)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(kāi)發(fā)的漏鋼報(bào)警系統(tǒng)對(duì)鑄機(jī)近5年來(lái)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(duì)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(guò)熱度、斷面、澆注狀態(tài)等方面，并有針對(duì)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(jiǎn)介與生產(chǎn)現(xiàn)狀

1.1 鑄機(jī)簡(jiǎn)介

唐山不銹鋼煉鋼廠(chǎng)板坯連鑄結(jié)晶器為長(zhǎng)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(cè)方式為電磁渦流傳感器。

1.2 生產(chǎn)現(xiàn)狀分析

利用新開(kāi)發(fā)的漏鋼報(bào)警系統(tǒng)對(duì)2號(hào)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(guò)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(xiàn)、PI曲線(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)記錄確定的所有粘結(jié)漏鋼情況，匯總了2號(hào)鑄機(jī)近五年來(lái)粘結(jié)漏鋼情況表，如圖1所示。

圖1 2號(hào)鑄機(jī)近五年的粘結(jié)及漏鋼情況

通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析可以看出，近5年來(lái)共發(fā)生粘結(jié)34次，相對(duì)來(lái)說(shuō)集中在夏季。主要影響因素有鋼種、保護(hù)渣、過(guò)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(lái)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(duì)困難，潤(rùn)滑較差，屬于較容易發(fā)生粘結(jié)的鋼種。因2017年對(duì)低碳鋼保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化，增強(qiáng)了保護(hù)渣的潤(rùn)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(guò)程中的線(xiàn)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(rùn)滑，因此相對(duì)不易發(fā)生粘結(jié)。近5年來(lái)包晶鋼發(fā)生了5次粘結(jié)報(bào)警，澆注過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)±15 mm的周期性液面波動(dòng)。由此可見(jiàn)，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(lái)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(wèn)題所在。檢查現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，中碳鋼澆注過(guò)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(duì)保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化研究。

2.2 過(guò)熱度的影響

澆注溫度過(guò)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(guò)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(zhǎng)。

分析發(fā)現(xiàn)，正常澆鑄時(shí)過(guò)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(guò)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(hào)機(jī)產(chǎn)品情況與粘結(jié)情況對(duì)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(hào)機(jī)產(chǎn)品情況與粘結(jié)情況對(duì)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(guò)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(duì)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(lái)選擇合適的保護(hù)渣，并且要預(yù)防渣圈過(guò)大、保護(hù)渣結(jié)塊等不良現(xiàn)象的出現(xiàn)；要定期測(cè)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(rùn)滑效果，減少板坯粘結(jié)，特對(duì)包晶鋼和中碳鋼保護(hù)渣進(jìn)行優(yōu)化。尤其是對(duì)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(rùn)滑效果得到改善，幾乎無(wú)渣條、無(wú)結(jié)塊現(xiàn)象，能夠滿(mǎn)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(guò)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(guò)程中，結(jié)晶器液面經(jīng)常呈現(xiàn)出固定周期和波長(zhǎng)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(guò)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(rùn)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?xún)?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(lái)實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器液面的穩(wěn)定。因此，生產(chǎn)過(guò)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)蛩伲看握{(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(guò)熱度控制

較低的過(guò)熱度會(huì)使保護(hù)渣得不到充足的熱量熔化；較高的過(guò)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(guò)熱度可有效減少粘結(jié)的發(fā)生。

為保證合適的鋼水過(guò)熱度，需對(duì)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(guò)程中溫度起伏過(guò)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(guò)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(guò)程溫度損失。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化控制后，中包鋼水過(guò)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(duì)較大。對(duì)于較寬斷面鑄坯來(lái)說(shuō)，窄面收縮后傳向鑄坯寬面中心的力矩更大，相對(duì)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(duì)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(duì)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(guò)程中不應(yīng)解除漏鋼報(bào)警系統(tǒng)，對(duì)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(shí)能力上進(jìn)行優(yōu)化。為此，唐山不銹鋼公司開(kāi)發(fā)了一種識(shí)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(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，依賴(lài)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(duì)非穩(wěn)態(tài)澆注條件下的過(guò)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(rùn)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(guò)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(yǔ)

唐山不銹鋼公司通過(guò)對(duì)影響粘結(jié)漏鋼因素進(jìn)行的優(yōu)化和改善，配合新開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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?xún)?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(kāi)發(fā)了一種識(shí)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(kāi)發(fā)的機(jī)器學(xué)習(xí)漏鋼預(yù)報(bào)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)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。