氫氧切割技術在板坯連鑄中的實踐及應用

丁 劍，王 迅，蘇小明

（首鋼京唐公司，河北唐山 063200）

0 引言

板坯切割在板坯連鑄的眾多工序中屬于相對簡單的一個工序，連鑄切割裝置的方式、設備的可靠性及其性能等是提高煉鋼連鑄切割生產效率的重要因素，同時也是影響板坯切割斷面質量的重要因素，一旦切割車出現故障，輕則造成鑄機降速，重則造成鑄機斷澆。在能源消耗及環保要求日益提高的今天，切割質量在不同程度上影響切割速度和切割的能源消耗，同時對環境造成一定程度的污染。

1 目前連鑄機切割裝置存在的問題

1.1 高壓焦爐煤氣雜質多、故障多

目前，切割車采用傳統的切割工藝，用高壓焦爐煤氣做燃氣，通過預熱后再進行切割[1]。由于高壓焦爐煤氣存在焦油、雜質析出等問題，易造成管道、切割及控制元件局部堵塞（圖1），特別是在壓力、流速發生變化的過濾器、電磁閥、回火器等部位尤其明顯，管道、切割及控制元件局部堵塞導致切割故障率高、備件投入高、設備維護工作量大。維護人員在處理故障時處于高溫區域，人員作業環境差。如果故障處理不及時容易造成連鑄機降低拉速澆鑄，嚴重時甚至導致連鑄機鑄流斷流。

圖1 附著焦油

1.2 切割斷面質量差

使用高壓焦爐煤氣切割板坯，鋼坯切割面掛渣嚴重，切割過程中形成的Fe+C 合金不易清理，增加了毛刺機的維護成本，影響下道工序的使用。切割系統堵塞會導致切割火焰異常，造成板坯底部切割端面與內弧、外弧面交角出現圓弧角，融化的鋼水無法有效去除形成毛刺，或造成切割斷面出現凹坑（圖2）。凹坑部位無法有效除磷，打號容易脫落，影響板坯跟蹤及斷面質量。

1.3 焦爐煤氣切割造成資源浪費及安全風險

煤氣雜質過多造成的切割火焰異常會造成板坯割縫超差造成浪費，或者無法將板坯切透時只能采用在線人工切割。此位置處于熱輻射造成的高溫區域，同時也是煤氣區域，容易出現燙傷、高溫灼傷、中暑、煤氣中毒等情況，同時還需要崗位人員手工進行稱量比對，實際操作難度大。

1.4 焦爐煤氣燃燒產生的氣體對環境造成污染

焦爐煤氣中能夠污染環境的成分比較多，不屬于清潔能源。

2 新工藝氫氧切割技術在板坯連鑄中的應用

圖2 凹坑、毛刺

國內首臺氫氧發生器于1998 年問世，為成都發動機集團公司（420 廠）與陜西華秦公司共同研制開發。氫氧混合氣作為清潔能源，燃燒后無任何有害氣體，現場切割煙塵相對石油類氣體切割煙塵極小，具有熱值高、切割效率高、割縫小、斷面平整不易掛渣等優點。板坯氫氧切割技術主要由氫氧發生器、儲水器、氫氧氣管路、控制系統及切割槍組成；氫氧發生器由補水系統、電解槽、控制系統、電源組成，原理如圖3 所示。氫氧發生器生產過程中只消耗水和電，成本低廉，環保效果好。

2.1 氫氧氣切割經濟高效

水在電解過程中，僅產生氫氣和氧氣，氫氧體積比例為2:1，氫氧混合氣體點燃后產生的氫氧火焰可快速達到2800 ℃，且氫的燃燒速度快，是天然氣燃燒速度的7 倍[2]，可以大大加快板坯切割速度，提高鑄機的生產能力。其火焰穿透力強，對板坯切割的割縫小，割縫能夠控制在3～5 mm，鋼的損失小。

2.2 氫氧切割技術安全可靠

氫氧切割技術采用水封、壓力檢測、三針報警、自動連鎖控制、多級安全限壓、防回火裝置、氫氣、氧氣含量監測、報警裝置及氫氧發生站采用防爆風機強制通風等一系列的安全控制手段，其產出的氣體不存在存儲問題，可根據用戶使用需求隨時啟停，不存在氣體存儲、消除存儲和運輸的風險。產生的氣體壓力低，僅為0.09 MPa，管路采用DN20 管路，不屬于壓力管道范疇。氫氧混合氣體無毒無味，密度遠低于空氣，可以快速消散在空氣中[3]，消除人身中毒的傷害隱患。

2.3 設備運行穩定可靠、維護工作量小

板坯氫氧切割技術采用每把切割槍單獨由一臺氫氧發生器供應氫氧氣，單臺氫氧氣出現故障后，容易查找問題，且互不影響。氫氧發生器本身設備簡單、運行穩定，基本屬于免維護設備，維護工作量小、難度小，大大降低維護單位的維護人力。

3 氫氧切割技術在板坯連鑄應用的效果

氫氧切割技術提高了切割燃燒氣的清潔性，從根源上避免煤氣堵塞造成的系列故障，保障了切割設備的穩定運行，消除了切割故障對生產的影響。投入使用后，尚未發生一起切不透、降速、非計劃停澆現象，避免了切不斷后需要人為切割帶來的安全不穩定因素。使用新技術降低了板坯割縫損耗，減少了板坯損耗。對比14 組切割后的板坯數據，氫氧氣切割與焦爐煤氣切割的割縫對比見表1。

氫氧切割技術投用后，同時降低了板坯切割斷面的毛刺幾率。取用一個月毛刺板坯數量進行對比，氫氧氣切割與焦爐煤氣切割板坯斷面毛刺塊數對比見表2。

圖3 氫氧發生器工作原理

表1 氫氧氣切割與焦爐煤氣切割割縫對比 mm

表2 氫氧氣切割與焦爐煤氣切割板坯斷面毛刺塊數對比

4 結語

經過割縫對比，氫氧切割的割縫明顯小于焦爐煤氣的割縫，大大降低了板坯的切割損耗。相較焦爐煤氣切割技術，氫氧切割造成板坯毛刺的幾率大大減少，降低了板坯斷面毛刺對打號機的影響，提升了板坯斷面質量。同時，氫氧氣切割燃燒生成水，對環境無污染，屬于清潔能源，滿足國家的環保要求。經過實踐檢驗，氫氧氣切割技術在板坯連鑄中的應用是可行的。