连铸生产装备自动智能化升级探讨_吴国文.pdf

综述DOI:10.16683/J.CNKI.ISSN1674-0971.2022.4050前言随着国家对环保要求越来越严格，冶金企业要积极主动适应这种变化和要求，具体到企业就是要做好清洁化生产、自动智能化的装备升级。智能化是钢铁行业未来发展的趋势，对提升企业的技术水平，运营效率和管理能力有着不可替代的作用1。钢铁企业连铸生产线是重要的生产工序2，作者根据多年的现场实践经验提出了几点关于冶金行业连铸智能化改造的发展方向。1目前冶金行业的现场清洁化现状冶金行业的工序操作平台（炼钢、精炼、连铸）普遍呈现出高温、粉尘、噪声、固体废物等特征，这种环境的长期存在无法达到连铸智能化的要求，主要包含两方面原因：一是影响自动化仪表、传感器的运行精度；二是操作人员受环境的影响很难按照标准化生产的要求规范操作设备、维护设备，久而久之连铸自动化、智能化的诸多功能将难以保持。因此连铸清洁化生产是智能化的前提，清洁生产要做到的工作主要有以下几个方面。1.1 连铸原辅材料连铸工序材料众多，影响清洁生产的主要有钢包、中间包、长水口、保温盖耐火材料、生产过程加入钢包和中间包中的覆盖剂和保护渣。这些材料连铸生产装备自动智能化升级探讨吴国文罗小云（江阴兴澄特种钢铁有限公司特板炼钢分厂，江苏 江阴 214429）摘 要：随着国家对环保要求越来越严格，冶金企业需面临清洁、自动智能化的装备升级来满足国家、行业对企业环保的要求。本文作者根据多年的现场实践经验和冶金企业连铸生产线现状，从连铸工序流程（钢包、中包、结晶器、连铸设备和软硬件）等方面提出实现连铸清洁化、自动智能化装备升级的具体事项。关键词：连铸；清洁生产；自动化；智能化中图分类号：TH122;文献标志码：B文章编号：1674-0971（2022）-004-07Discussion on automatic and intelligent upgrading ofcontinuous casting production equipmentWu Guowen,Luo Xiaoyun（Special Plate Steelmaking Branch of Jiangyin Xingcheng Special Steel Co.,Ltd.,Jiangyin 214429,Jiangsu,China）Abstract:With the increasingly stringent national requirements for environmental protection,metallurgicalenterprises need to face clean,automatic and intelligent equipment upgrading to meet the national and industrial re-quirements for environmental protection.Based on many years of field practice experience and the current situationof continuous casting production line in metallurgical enterprises,the author of this paper puts forward specific sug-gestions for realizing the cleaning of continuous casting and automatic+intelligent upgrading of the equipmentfrom the aspects of continuous casting process flow(ladle,tundish,mold,continuous casting equipment,softwareand hardware).Keywords:continuous casting,clean production,automation,intelligence收件日期：2022-06-15作者简介：吴国文（1972-），男，高级工程师，1996年湖南工业大学毕业，从事特殊钢冶炼和连铸的生产工艺、质量研究工作。Email:wu-。特钢技术Special Steel Technology第28卷 总第113期2022年第4期Vol.28（113）2022.No.4在使用和回收过程中都将影响环境，必须科学合理处置，才能保证连铸清洁化生产。1.1.1影响钢包清洁的因素和解决措施钢包外壳粘附的钢渣在温度降低过程中粉化脱落，坠落在连铸浇注平台上，甚至坠入中包和结晶器内影响清洁生产。可使用相应清理装置及时清除粘附钢渣，抽真空过程利用钢液面可视系统和氩气自动控制系统防止钢渣溢出以及严格的考核管理机制等措施来解决。钢包在浇注过程中和吹扫长水口过程有烟尘从包内和水口内散出，需要采用钢包加盖和烟气回收系统来解决。钢包浇注结束回渣过程也要产生大量的烟尘和固体废物，需要制作烟气回收系统密闭罩和应用残余钢渣利用选分技术进行无害化处理、回收利用资源。1.1.2影响连铸中包清洁化生产的因素和解决措施连铸中包包衬砌筑过程需要将粉状料加溶剂混合搅拌成涂料，运到包内人工操作砌包，此过程加料粉尘四处飘散、涂料散乱影响环境和包衬质量，此问题需要借鉴罐装水泥车的做法，加料过程密闭自动化、涂料传输过程管道化、砌包涂抹过程模具化；中包盖上有塞棒孔、烘烤烧嘴和加料孔，浇注过程烟尘放散量不多，但是在连铸开浇时会有烟尘放出、向包内添加的袋装覆盖剂和保护渣不能完全进入包内而堆在包盖上面，为此需要设计简易可动的开浇密封加料装置辅助完成加料和密封保护浇注工作，防止烟尘大量排放、保证盖板表面清洁；中包浇注结束倾倒余钢余渣过程会产生大量的烟尘和固体废物，需要在加烟气回收系统密闭罩内操作，对残余钢渣利用选分技术进行无害化处理、回收利用资源。1.1.3 铸坯切割对清洁化生产的影响铸坯在火焰切割过程会产生大量的烟尘和固体废物，需要在配置的烟气回收系统密闭罩内操作，对回收粉尘进行无害化处理、回收利用资源。1.1.4影响连铸结晶器清洁生产的因素浇注过程结晶器内钢液面需添加保护渣覆盖，由于向结晶器内添加的粉状保护渣不能完全进入结晶器内，部分保护渣堆在振动台盖板上，少量保护渣通过缝隙落入二冷室，这些因素会影响环境。解决措施：一方面结晶器自动加渣，能够检测保护渣厚度、自动调节加渣速度，利用定量加渣装置将保护渣从料仓散布到结晶器内3；另一方面振动台盖板四周密封好，二冷室以及铸坯运行辊道有渣皮可能堆积的地方设置气或水冲装置将保护渣、渣皮集中到固定区域进行分选、无害化处理，回收利用资源。1.1.5 连铸装备的升级改造和布局规划连铸机由许多自动机械化水平很高的电器系统、液压系统、水冷系统、机械系统、控制系统、气割烘烤系统构成，众多设备立体交叉地布置在有限的连铸空间内，应当有很高水平的集成规划设计，但是由于先天设计的不足以及持续不断的改造维修，目前连铸装备的工业布局存在许多不合理的地方，比如电器控制线缆没有集线防护，结晶器和扇形段需要吊装、费时费力、安装精度低，液压系统管路漏油、阀体标识模糊，结晶器和二冷室检查操作困难，浇钢平台布局杂乱，冲渣排水系统堵塞频繁，铸坯冷床和辊道操作安全性低，结晶器、扇形段、中包和原辅材料摆放没有足够空间和合理规划等。上述问题与行业特点、传统思想和发展速度有关，连铸的自动智能化改造应当借鉴轨道交通、高铁、视频实时传播这些经验，与设备制造和设计部门密切合作，转变观念、利用新技术、采用新材料，升级改造设备缺陷、科学合理设备布局，实现冶金连铸工序自动智能化。2连铸工序自动智能化升级改造2.1 自动化分析连铸生产已经普遍具备的自动化技术和操作有：结晶器液面自动控制技术，具有放射性和控制精度不高的缺点，需要研究提高磁浮法或热电偶法特钢技术第28卷第4期图1 钢包加盖和烟气回收系统Fig.1 Laddle capping and gas recycle system 2的检测精度，维护保养好塞棒机械系统、提高其运行精度，最终才能对目前的同位素检测装置进行升级改造；二冷水流量和拉速自动控制系统，但存在喷到铸坯上的实际水流量与设定水流量不一致时没有应变反应机制的缺陷；结晶器事故冷却水自动补给系统；结晶器振动和拉速自动控制系统；结晶器保护渣自动添加装置；铸坯自动切割系统。连铸生产需要完善或增加的自动化技术和操作有：自动开浇技术，这一技术尚需设备运行精度和中包清洁程度的保证，并且还要根据钢种、过热度、中包烘烤情况、水口结构、结晶器液面条件摸索并设计多种开浇模式，以提高自动开浇成功率；中包自动烘烤技术，根据以往烘烤经验和数据设计控制燃气流量和烘烤时间的控制系统，实现自动烘烤，配合保温检测装置可行性会更好；安装铸坯表面检测自动成像系统，对铸坯表面出现的裂纹、双浇、凹陷、划伤等异常缺陷进行警示，便于分选不良铸坯，提高产品质量和生产效率；设置中包液面控制系统，以稳定中包液面，减少溢钢和卷渣发生，但同时要保证钢包水口的安全运行。2.2智能化分析实现连铸生产线的智能化是实现智慧炼钢的基础4。连铸生产很早以前就有专家判定系统的设计和应用，但是能够良好运行是行业工作者长久的梦想和实践，因为专家判定系统需要庞大的数据库和软硬件支持，判定结果很难准确反映产品的实际质量水平，钢种繁多的特钢连铸生产应用起来更加困难，不能实现良好的智能化功能，应当还是机械化、自动化的判定水平，许多系统由于缺乏专业人员的维护，其运行和判定功能已经丧失；对于这一问题，可以将人工经验和自动化技术结合起来进行产品智能化判定，具体就是将由于生产异常需要报废、降级改判、单独管理的铸坯通过人工干预控制系统，在电脑画面上把拉浇铸坯转换成不同颜色，铸坯自动切割系统根据铸坯颜色信息准确切割铸坯，然后再分析切割下来的铸坯质量水平，完善和丰富质量判定准则，形成简单实用的专家判定手册，指导现场员工快速、实时的干预控制系统，准确隔离不良铸坯产品。类似上述案例，连铸可以开发使用的智能化技术还有：安装二冷水实际流量和冷却效果自动检测装置，可以是铸坯表面实时测温系统、也可以是二冷气雾冷却录像监控系统，当检测信息产生趋势性偏差时，技术和操作人员就需要检查和处理冷却系统发生的异常问题，杜绝出现批量产品质量问题；机器人结晶器保护渣自动加渣系统，能够监测结晶器内渣面各部位保护渣厚度，调节加渣机流量和安装位置，实现保护渣自动均匀添加，稳定铸坯内外部质量。红坯表面检测自动成像系统，能够生成图像记录，指导技术和操作人员形成对铸坯表面裂纹、振痕、双浇、凹陷、划伤等异常缺陷的认知水平，实现快速、准确、实时分选不良铸坯的目标，提高产品质量和生产效率；在线铸坯厚度检测系统，形成厚度变化曲线，防止产生异常偏差，影响轻压下工艺的正常进行，保证铸坯实物质量水平稳定。以上部分项目不具有自动化特点、但却具有智能化的特征。3结 论（1）对于新建连铸生产线和有空间改造条件的铸机，实现智能化生产就应借鉴现代机场或大型商超模式，利用新技术、新材料，升级改造连铸装备，集成系统设计铸机电器、液压、水冷、机械、控制、气割烘烤等系统，做到各功能区空间布局科学合理，本质上保证连铸工序自动智能生产。（2）对于改造条件有限的铸机要按照以人为本的理念，改善工作环境、实施5S管理和5M控制，把工人从繁重无效的劳动中解放出来，将原有自动检测控制系统与人的智能潜力有机结合，实现连铸生产安全稳定精准、产品质量保证有力。（3）连铸自动智能生产的最终目标是实现安全、高效、环保、成本质量可控的高质量生产，为国家、地方环保做出企业应有的贡献。参考文献1 杨昌霖.高效连铸相关工艺模型及智能控制系统研发J.陕西：重型机械，2021，8（3）：26-33.2 何冰，米进周，王旭英，等.连铸生产线智能化方向的初步探究J重型机械，2017（5）：1-5.3 周俊，徐海宁，钱志友，等.基于自适应控制的连铸自动加保护渣机器人