多斷面方坯連鑄機鋼坯自動切割技術研究與應用

李克勤

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

關鍵詞：連鑄機；鋼坯；自動切割技術；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，鋼鐵冶金企業煉鋼廠通常運用開關來檢測不同斷面鋼坯的預熱點、割斷點和切割槍極限等。由于檢測開關的數量較多，加之其在高溫環境下的故障率較高，導致自動切割不易實現，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換開關，勞動強度大，極易產生疲勞，進而出現誤操作，影響鋼坯定尺精度，造成金屬收得率低。此外，在人工切割時，預熱氧始終處于開啟狀態，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，極易產生疲勞，進而出現誤操作；切割槍反回時，如果忘記關閉切割氧，則會劃傷鑄坯表面，造成鑄坯表面質量缺陷。

1.2 能源浪費嚴重

關斷切割氧與預熱氧的順序、時機有關，如果工人操作失誤，造成切割槍熄火，則極易引發生產中斷。因此，在人工切割時，預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”，即設4個班，每班7個人（含班長1人、復尺兼事故切割工1人、切割操作工5人），共計28人。在產量一定的前提下，人數越多，則勞動生產率越低。

2 技術難點和解決方案

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

2.1 鑄坯預熱點檢測

在切割鑄坯前，必須使切割槍火焰準確停留在鑄坯邊緣數秒，以預熱鑄坯邊緣，否則，會導致鋼坯無法被割斷，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，鋼坯預熱點常發生偏移，導致其位置不固定。

為了解決上述問題，設計加裝了切割槍預熱點調節連桿，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，抱夾通過連桿將切割槍帶至鑄坯邊緣，預熱點可通過螺桿調節，使預熱位置準確無誤，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兩個規格。如果采用傳統方式（開關）檢測，則開關數量較多、工作環境溫度較高、維護量較大，自動切割難以實現。經研究決定，采用延時控制替代開關檢測。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了自動切割按鈕，可顯示切割延時時間調整子畫面，操作工可根據切割延時畫面上顯示的圖像實時調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境中會發生形變，導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，最終造成原點檢測信號不可靠、開關需要頻繁更換。

經選型對比，決定采用行程開關，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；熱輻射強度與開關與熱輻射源的距離的平方成反比，因此，升高了開關安裝位置，使其遠離了高溫鋼坯，改善了安裝環境，且檢測開關的價格僅為以往的1/4，而使用壽命卻在以往的10倍以上；對碰尺進行了改造，設計、加工、安裝了彈性碰尺，并將原點碰尺改為了可轉動的碰尺，實現了長、短定尺的快速轉換和可靠檢測。

2.4 自動定尺系統的干擾問題

1#連鑄機定尺檢測采用攝像定尺的方式，在短定尺切割時，自動定尺系統會受到切割火花的干擾，進而導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的干擾問題。

3 改造后的效果

采用本設計可解決高溫環境下多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯預熱點和割斷點檢測中的技術難題，并利用計算機（或PLC）控制系統實現了多斷面方坯（矩形坯、圓坯）連鑄機鋼坯的自動切割。與現有技術相比，本設計具有以下優點。

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，減少了操作工的數量（只需少量人員監護，不需要操作），實現了減員增效（每班由7人減為2人）；本系統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 可實現對能源介質的自動控制

采用本設計后，切割完畢后可及時關閉切割氧、預熱氧和切割天燃氣電磁閥，僅保留長明火，節能效果較好；由于采用了程序控制，杜絕了生產過程中的切割槍熄火現象。2002年重鋼1#和2#連鑄機切割氧耗統計如表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后，在高溫區每流僅使用1個原點檢測，因此，系統具有較高的可靠性，解決了鑄坯自動切割中鑄坯預熱點檢測、鑄坯割斷檢測、原點檢測、斷面轉換等方面的問題，以及自動定尺系統的干擾等技術難題。此外，利用計算機可實現多斷面方坯（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#連鑄機上應用該技術后，實現了減員增效，大幅度降低了操作人員的勞動強度，并通過對預熱氧和天然氣的自動控制實現了節能降耗。2004-03，該成果再次在重鋼七廠5#連鑄機上得到了應用，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。因此，采用該技術的經濟效益、社會效益較大，在冶金行業具有較高的推廣應用價值。

〔編輯：張思楠〕