多斷面方坯連鑄機鋼坯自動切割技術(shù)研究與應(yīng)用

李克勤

摘 要：多斷面方坯連鑄機鋼坯自動切割技術(shù)是重慶鋼鐵集團公司的專利發(fā)明之一（專利號：200610054561）。該技術(shù)簡單、可靠，在重鋼七廠1#和5#連鑄機上已使用多年，為企業(yè)創(chuàng)造了一定的經(jīng)濟效益，在鋼鐵冶金企業(yè)方坯和圓坯連鑄機方面極具推廣價值。因此，簡要介紹了應(yīng)用多斷面方坯連鑄機鋼坯自動切割技術(shù)的難點及其解決方案。

關(guān)鍵詞：連鑄機；鋼坯；自動切割技術(shù)；切割槍

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.123

對于多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯的切割，鋼鐵冶金企業(yè)煉鋼廠通常運用開關(guān)來檢測不同斷面鋼坯的預(yù)熱點、割斷點和切割槍極限等。由于檢測開關(guān)的數(shù)量較多，加之其在高溫環(huán)境下的故障率較高，導(dǎo)致自動切割不易實現(xiàn)，一般采用人工切割的方式。在人工切割過程中，操作工需頻繁扳動操作臺上的各種按鈕和轉(zhuǎn)換開關(guān)，勞動強度大，極易產(chǎn)生疲勞，進而出現(xiàn)誤操作，影響鋼坯定尺精度，造成金屬收得率低。此外，在人工切割時，預(yù)熱氧始終處于開啟狀態(tài)，能源浪費嚴重；一般情況下，方坯連鑄機由4～6流鑄機組成，每流需要由1名切割操作工。但隨著產(chǎn)量的增加和拉速的提高，采用人工切割的方式已無法滿足生產(chǎn)需要。

1 改造前的狀況

重鋼七廠以往采用人工切割的方式，存在的主要問題有以下3點。

1.1 勞動強度大

由于拉速和鋼坯定尺的不同，每名切割工每班要切割146～218支鋼坯，進行1 752～2 616次操作，工作強度大，極易產(chǎn)生疲勞，進而出現(xiàn)誤操作；切割槍反回時，如果忘記關(guān)閉切割氧，則會劃傷鑄坯表面，造成鑄坯表面質(zhì)量缺陷。

1.2 能源浪費嚴重

關(guān)斷切割氧與預(yù)熱氧的順序、時機有關(guān)，如果工人操作失誤，造成切割槍熄火，則極易引發(fā)生產(chǎn)中斷。因此，在人工切割時，預(yù)熱氧和天燃氣通常一直開啟，而切割等待時間只占切割周期的50%，能源浪費嚴重。

1.3 勞動生產(chǎn)率低

重鋼七廠1#連鑄機為5機5流方坯連鑄機，改造前，每流需要1名切割操作工操作，工作方式為“四班三運轉(zhuǎn)”，即設(shè)4個班，每班7個人（含班長1人、復(fù)尺兼事故切割工1人、切割操作工5人），共計28人。在產(chǎn)量一定的前提下，人數(shù)越多，則勞動生產(chǎn)率越低。

2 技術(shù)難點和解決方案

檢測點越多，自動切割越難實現(xiàn)，因此，盡量減少檢測點是項目研究的關(guān)鍵。經(jīng)現(xiàn)場勘察、與切割工深入探討、查閱相關(guān)圖紙和資料，制定了以下解決方案。

2.1 鑄坯預(yù)熱點檢測

在切割鑄坯前，必須使切割槍火焰準確停留在鑄坯邊緣數(shù)秒，以預(yù)熱鑄坯邊緣，否則，會導(dǎo)致鋼坯無法被割斷，造成鋼渣噴濺。1#連鑄機包括150 mm×150 mm和210 mm×150 mm兩種斷面，由于鑄坯冷卻不均勻，鋼坯預(yù)熱點常發(fā)生偏移，導(dǎo)致其位置不固定。

為了解決上述問題，設(shè)計加裝了切割槍預(yù)熱點調(diào)節(jié)連桿，可在收到定尺信號后使抱夾立即通電，2 s后槍離合通電。槍離合通電前，切割槍處于自由狀態(tài)，抱夾通過連桿將切割槍帶至鑄坯邊緣，預(yù)熱點可通過螺桿調(diào)節(jié)，使預(yù)熱位置準確無誤，具體如圖1所示。

2.2 鑄坯割斷檢測

重鋼七廠1#連鑄機的鑄坯在寬度上分為150 mm和210 mm兩個規(guī)格。如果采用傳統(tǒng)方式（開關(guān)）檢測，則開關(guān)數(shù)量較多、工作環(huán)境溫度較高、維護量較大，自動切割難以實現(xiàn)。經(jīng)研究決定，采用延時控制替代開關(guān)檢測。因此，在程序上選擇和判斷了斷面，并將切割槍的走行速度信號輸入計算機，每個斷面各對應(yīng)一個切割延時算式：

式（1）中：t為切割時間；w為鑄坯斷面寬度；σ為保險量；v為切割槍速度。

為了方便操作工調(diào)整切割時間，制作了切割延時顯示畫面，并在鑄機主控畫面上增設(shè)了自動切割按鈕，可顯示切割延時時間調(diào)整子畫面，操作工可根據(jù)切割延時畫面上顯示的圖像實時調(diào)整每一流的切割時間。

2.3 提高原點檢測的可靠性

1#連鑄機有前、后兩個原點，分別切割長、短定尺。改造前，原點檢測采用接近開關(guān)水平方向的檢測方式，檢測距離短。由于切割車軌道在高溫環(huán)境中會發(fā)生形變，導(dǎo)致切割車在運行過程中水平方向的竄動較明顯，進而在切割車退回原點時常撞壞接近開關(guān)，最終造成原點檢測信號不可靠、開關(guān)需要頻繁更換。

經(jīng)選型對比，決定采用行程開關(guān)，改水平方向檢測為垂直方向檢測，以避開切割車水平方向的竄動；熱輻射強度與開關(guān)與熱輻射源的距離的平方成反比，因此，升高了開關(guān)安裝位置，使其遠離了高溫鋼坯，改善了安裝環(huán)境，且檢測開關(guān)的價格僅為以往的1/4，而使用壽命卻在以往的10倍以上；對碰尺進行了改造，設(shè)計、加工、安裝了彈性碰尺，并將原點碰尺改為了可轉(zhuǎn)動的碰尺，實現(xiàn)了長、短定尺的快速轉(zhuǎn)換和可靠檢測。

2.4 自動定尺系統(tǒng)的干擾問題

1#連鑄機定尺檢測采用攝像定尺的方式，在短定尺切割時，自動定尺系統(tǒng)會受到切割火花的干擾，進而導(dǎo)致啟動自動切割程序誤啟動。為了解決上述難題，將原點檢測信號作為了抱夾動作的連鎖條件，從而解決了來自自動定尺系統(tǒng)的干擾問題。

3 改造后的效果

采用本設(shè)計可解決高溫環(huán)境下多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯預(yù)熱點和割斷點檢測中的技術(shù)難題，并利用計算機（或PLC）控制系統(tǒng)實現(xiàn)了多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯的自動切割。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計具有以下優(yōu)點。

3.1 高可靠性，低維護量

多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯自動切割技術(shù)提高了連鑄機的自動化水平，大幅減輕了工人勞動強度，減少了操作工的數(shù)量（只需少量人員監(jiān)護，不需要操作），實現(xiàn)了減員增效（每班由7人減為2人）；本系統(tǒng)具有極少的檢測點和極高的可靠性，基本上可做到免維護。改造前、后每流檢測點的對比如表1所示。

3.2 可實現(xiàn)對能源介質(zhì)的自動控制

采用本設(shè)計后，切割完畢后可及時關(guān)閉切割氧、預(yù)熱氧和切割天燃氣電磁閥，僅保留長明火，節(jié)能效果較好；由于采用了程序控制，杜絕了生產(chǎn)過程中的切割槍熄火現(xiàn)象。2002年重鋼1#和2#連鑄機切割氧耗統(tǒng)計如表2所示，2002年重鋼1#和2#連鑄機切割氧耗走勢如圖2所示。

4 結(jié)束語

采用多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯自動切割技術(shù)后，在高溫區(qū)每流僅使用1個原點檢測，因此，系統(tǒng)具有較高的可靠性，解決了鑄坯自動切割中鑄坯預(yù)熱點檢測、鑄坯割斷檢測、原點檢測、斷面轉(zhuǎn)換等方面的問題，以及自動定尺系統(tǒng)的干擾等技術(shù)難題。此外，利用計算機可實現(xiàn)多斷面方坯（矩形坯、圓坯）切割的全過程自動控制。

自2002-06-11在重鋼煉鋼廠1#連鑄機上應(yīng)用該技術(shù)后，實現(xiàn)了減員增效，大幅度降低了操作人員的勞動強度，并通過對預(yù)熱氧和天然氣的自動控制實現(xiàn)了節(jié)能降耗。2004-03，該成果再次在重鋼七廠5#連鑄機上得到了應(yīng)用，在沒有增加切割操作工的情況下，完成了2臺方坯鑄機的切割任務(wù)。因此，采用該技術(shù)的經(jīng)濟效益、社會效益較大，在冶金行業(yè)具有較高的推廣應(yīng)用價值。

〔編輯：張思楠〕