影響連鑄板坯寬度命中率的因素與工業(yè)實(shí)踐

趙曉虎，溫巨文，武曉陽，牟海鵬

（唐山不銹鋼有限責(zé)任公司，河北 063105）

0 引言

連鑄板坯寬度的精準(zhǔn)控制是連鑄工序的重點(diǎn)控制指標(biāo)，板坯寬度的波動直接影響著后續(xù)軋機(jī)的軋制，同時也影響著連鑄工序金屬收得率，而鑄坯寬度控制受到結(jié)晶器下口尺寸、鋼種特性、中間包溫度及鑄坯拉速等多種因素的影響。唐山不銹鋼公司隨著客戶要求的不斷升級，對鑄坯寬度的控制精度要求越來越高，目前鑄坯寬度控制精度范圍為20mm，已經(jīng)無法滿足1580軋機(jī)生產(chǎn)的需求。為了滿足客戶的要求，需將連鑄板坯寬度控制尺寸偏差設(shè)定為-5～+10mm范圍內(nèi)。

本文依據(jù)現(xiàn)唐山不銹鋼公司板坯連鑄現(xiàn)場跟蹤統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對影響板坯寬度控制精度的各種因素進(jìn)行了分析探討，為了能夠?qū)迮鲗挾确€(wěn)定地控制在規(guī)定范圍內(nèi)，在分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建了鑄坯寬度預(yù)測模型并進(jìn)行了完善，同時對預(yù)測模型的使用效果進(jìn)行了總結(jié)。

1 鑄坯寬度現(xiàn)狀調(diào)查及影響因素分析

1.1 鑄坯寬度合格命中率現(xiàn)狀

唐山不銹鋼公司現(xiàn)有鋼種控制計劃中，外售鋼種200個，轉(zhuǎn)序鋼種152個，不同鋼種組不同斷面的拉坯速度不同，不同鋼種組的保護(hù)渣、配水表也不同。

對不同鋼種組現(xiàn)場跟蹤，測量不同斷面和拉速條件下的鑄坯寬度，判斷鑄坯寬度是否符合-5～+10mm寬度偏差，若不符合及時調(diào)整結(jié)晶器下口尺寸，使鑄坯寬度滿足目標(biāo)值范圍?，F(xiàn)場鑄坯寬度跟蹤測量，是以3臺連鑄機(jī)鑄坯寬度跟蹤記錄作為數(shù)據(jù)分析依據(jù)，對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)行分鑄機(jī)、分班組、分時期、分?jǐn)嗝?、分鋼種歸納分析。統(tǒng)計數(shù)據(jù)中鑄坯寬度尺寸偏差為-5～+10mm范圍內(nèi)命中率僅為50%。

1.2 鑄坯寬度影響因素分析

板坯寬度與結(jié)晶器上口尺寸設(shè)定、拉速、冷卻制度、中包溫度、鋼種特性存在一定關(guān)聯(lián)性[1]，但最終鑄坯寬度不符合體現(xiàn)在鑄坯結(jié)晶器下口的設(shè)定。對結(jié)晶器下口設(shè)定主要就是收縮系數(shù)的確定，只要收縮系數(shù)設(shè)定的合適，就能夠保證鑄坯寬度在穩(wěn)定的控制范圍內(nèi)。以下就鑄坯寬度影響因素進(jìn)行要因確認(rèn)。

1.2.1 不同生產(chǎn)時期、班組差異性的影響

經(jīng)過對不同生產(chǎn)時期、班組差異性上進(jìn)行寬度不符合率占比分析（見表1），分布占比較為均勻，不是影響鑄坯寬度命中率的主要因素。說明不同生產(chǎn)時間環(huán)境的溫度對鑄坯寬度不是要因，人為操作上的差異性對鑄坯寬度也可能產(chǎn)生影響,從班組差異占比均勻上看，可得出班組差異性是影響鑄坯寬度的非要因。

表1 不同生產(chǎn)時期、班組因素對鑄坯寬度不符合率占比

1.2.2 結(jié)晶器下口尺寸設(shè)定影響

對寬度跟蹤記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)透視分析。將鑄坯寬度不符合位置劃分四種情況，即鑄坯頭部寬、尾部寬、頭部窄和尾部窄，四種情況鑄坯寬度不符合位置占比圖如1所示。由圖1分析結(jié)果可以看出：鑄坯寬度偏大主要發(fā)生在正常坯，而且頭部偏大和尾部偏大呈1:1模型，因此可見是結(jié)晶器下口尺寸偏大所致，即設(shè)定的收縮系數(shù)偏大；鑄坯頭部寬度偏小主要集中在頭坯，頭坯頭部寬度偏小和尾部比例不是1:1，頭坯呈楔形；鑄坯尾部寬度偏小數(shù)據(jù)均勻分布，鑄坯頭部寬度偏小和尾部比例非1:1。非穩(wěn)態(tài)連鑄拉速低、冷卻強(qiáng)度大、收縮量大，而從四種情況鑄坯寬度不符合位置占比情況看，穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)鑄坯寬度合格命中率影響主要因素是結(jié)晶器下口尺寸的設(shè)定。

圖1 鑄坯寬度不符合位置占比

不同斷面正常鑄坯寬度偏大偏小統(tǒng)計結(jié)果如圖2所示。由圖2數(shù)據(jù)分析結(jié)果可以看出：鑄坯頭尾寬度偏大集中在寬度1.1m以上斷面，因此，需調(diào)小1.1m以上斷面結(jié)晶器下口尺寸設(shè)定值；鑄坯頭尾寬度偏小集中在寬度1.1m以下斷面，需調(diào)大1.1m以下斷面結(jié)晶器下口尺寸設(shè)定值。從不同斷面鑄坯對寬度影響的情況看，可以得出結(jié)晶器下口尺寸設(shè)定是影響鑄坯寬度的要因。

圖2 不同斷面鑄坯寬度偏大偏小統(tǒng)計

1.2.3 鋼種特性的影響

對于不同鋼種，兩相區(qū)的強(qiáng)度和塑性存在著很大的差異，例如C和N含量較高的鋼種，在澆鑄過程中，板坯寬度的延展性低，在鋼水靜壓力的作用下板坯從結(jié)晶器下口拉出會有一個寬展的過程，寬展度受鋼種特性影響。對3臺連鑄機(jī)鑄坯寬度跟蹤記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示寬度偏差受鋼種因素的影響較大，其中偏差較大鋼種主要為低碳鋼和超低碳鋼（見表2）。由此可見，鋼種特性是影響鑄坯寬度的要因。

表2 不同鋼種鑄坯寬度偏差占比

1.2.4 中包過熱度的影響

對3臺連鑄機(jī)中包過熱度分析，分析穩(wěn)定和非穩(wěn)定澆鑄狀況下的中包溫度符合率，從數(shù)據(jù)分析結(jié)果中顯示中包溫度合格率都在90%以上（如圖3），在一定過熱度范圍下鑄坯寬度的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，不是影響鑄坯寬度的主要因素。

圖3 不同澆鑄狀態(tài)下中包溫度合格率統(tǒng)計

1.2.5 拉速的影響

對相同鋼種不同拉速下的正常坯寬度偏差進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)分析，從數(shù)據(jù)結(jié)果可看出，相同鋼種正常坯寬度偏差符合率在不同拉速下相差較大（見圖4），由此可得出拉速是影響寬度的主要因素。

圖4 不同拉速下正常坯寬度偏差符合率

1.2.6 冷卻制度的影響

3臺連鑄機(jī)二冷配水為動態(tài)配水，主要隨鑄坯拉速的變化相應(yīng)的水量和壓力發(fā)生變化。在冷卻制度確定的條件下，鑄坯寬度的控制在冷卻水水量、結(jié)晶器進(jìn)水溫度和二冷水溫度均符合要求情況下可以不考慮冷卻制度的影響。3臺鑄機(jī)在連鑄二次冷卻狀態(tài)在線預(yù)測和管理軟件（如圖5）支撐下，可保證二冷水的冷卻效果，避免噴嘴堵塞和跑水影響鑄坯寬度。

圖5 連鑄二次冷卻狀態(tài)在線預(yù)測和管理軟件

2 控制板坯寬度的措施

通過以上鑄坯寬度影響因素的分析，確定影響鑄坯寬度的主要因素有結(jié)晶器下口尺寸、鋼種特性和鑄機(jī)拉速，三個變量因素最終都體現(xiàn)在收縮系數(shù)的調(diào)整和設(shè)定。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)對鑄坯寬度的控制，對此三個要因變量建立數(shù)學(xué)模型來預(yù)測鑄坯寬度，在不同工藝條件下使鑄坯寬度實(shí)際值達(dá)到的目標(biāo)寬度范圍要求[2]。

2.1 鑄坯寬度預(yù)測模型的構(gòu)建

根據(jù)現(xiàn)場跟蹤記錄的數(shù)據(jù)，計算出低碳鋼和低碳合金鋼、超低碳和超低碳合金鋼種組在不同斷面和拉速條件下的收縮系數(shù)，并建立數(shù)據(jù)庫，通過對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和條件判定，實(shí)現(xiàn)鑄坯寬度的預(yù)測。圖6為用于低碳鋼、低碳合金鋼、超低碳和超低碳合金鋼種組鑄坯寬度預(yù)測數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建。

圖6 低碳鋼和低碳合金鋼鑄坯寬度預(yù)測數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

2.2 鑄坯寬度預(yù)測模型的優(yōu)化完善

因板坯寬度和定尺測量，需要現(xiàn)場人員通過盒尺或板尺測量，測量精度較低，人工測量時存在熱坯熾烤不安全隱患和健康傷害，容易出現(xiàn)安全和質(zhì)量事故。因此，根據(jù)鑄坯的寬度和長度精度要求和現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)計出一種鑄坯寬度與長度在線實(shí)時測量系統(tǒng)與方法，通過控制輥道系統(tǒng)，可在不同時期進(jìn)入測量狀態(tài)，并且及時采集現(xiàn)場儀表的檢測信息，最終處理計算出鑄坯寬度和長度信息。再根據(jù)計算出的信息數(shù)據(jù)對寬度預(yù)測模型的進(jìn)行現(xiàn)場跟蹤驗(yàn)證，并修正參數(shù)，得到優(yōu)化后的模型，并通過數(shù)據(jù)回歸計算寬度預(yù)測的符合性，通過回歸驗(yàn)證綜合修正收縮系數(shù)參數(shù)設(shè)定值。最終建立連鑄坯寬度預(yù)測模型（見圖7）。

圖7 連鑄坯寬度預(yù)測模型

2.3 鑄坯寬度預(yù)測模型的使用規(guī)則

為了保證寬度預(yù)測模型的準(zhǔn)確性，滿足鑄坯目標(biāo)寬度范圍，提升鑄坯寬度合格命中率，對澆鑄過程穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，建立以下使用規(guī)則（見表3），對模型使用條件進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定。

表3 寬度預(yù)測模型使用規(guī)則

3 使用效果

連鑄坯寬度預(yù)測模型推廣使用后，鑄坯寬度控制精度范圍為15mm，所有鋼種組寬度合格命中率為85.7%，其中所有的低碳鋼和低碳合金鋼、超低碳和超低碳合金鋼種鑄坯寬度由原來-5mm～+15mm控制范圍提升到-5mm～+10mm控制范圍，鑄坯寬度的合格命中率由原來的50%提升至92%。經(jīng)統(tǒng)計鑄，坯寬度標(biāo)準(zhǔn)下限占比2%，寬度偏差在+5mm～+10mm,占比10%，鑄坯寬度尺寸偏差平均縮小4mm，既提升了下道工序的滿意度，同時提升了連鑄金屬收得率。

4 結(jié)語

按照生產(chǎn)組織要求，為滿足下道工序使用要求，防止鑄坯寬度過寬或過窄給軋鋼工序帶來不利影響，必須要提高連鑄板坯寬度控制精度及合格命中率。影響連鑄板坯寬度的因素較多，這就需要我們從機(jī)理上進(jìn)行綜合分析，找到影響鑄坯寬度的主要因素，進(jìn)行相應(yīng)的控制。經(jīng)過3年時間的數(shù)據(jù)積累、統(tǒng)計分析和實(shí)踐運(yùn)用，可得出以下結(jié)論：

（1）在中包過熱度和冷卻制度作為穩(wěn)定保證范圍內(nèi)的大前提下，連鑄工藝影響鑄坯寬度的主要因素有以下三個方面，即結(jié)晶器下口尺寸、鋼種特性和鑄坯拉速。

（2）對于鑄坯寬度受三個變量控制，因不可能避免其他參數(shù)的波動，無法制定單一變量控制規(guī)則，所以，可建立三個變量的回歸數(shù)據(jù)模型，通過建立三個變量相應(yīng)的模型，最終實(shí)現(xiàn)鑄坯寬度的預(yù)測和控制。