提高结晶器液面波动控制 小于5mm比例

1、二、项目简介1、项目概况（不超过800字）结晶器液面波动直接影响连铸坯表面质量，随着结晶器液面波动的加剧，铸坯皮下夹渣缺陷产生的机率显著增加，轧后产品表面质量随之恶化。一般来讲，结晶器液面波动大于5mm时生产的铸坯皮下夹渣缺陷明显增加，轻者必须经机清或手工清理方可使用，重者造成铸坯判废。另外液面波动大还可能造成铸坯纵裂漏钢、夹渣漏钢等恶性生产事故。2014年以来，邯宝公司炼钢厂随着品种钢产量的增加，结晶器液面波动大的情况时有发生。据统计，平均每月结晶器液面波动大的炉次约120多炉，涉及铸坯约32400吨，这些铸坯必须精整处理才能使用，给生产组织、炼钢成本和合同兑现均带来很大影响。该项目实施主要

2、从结晶器液面波动的影响因素入手，分析产生液面波动大的原因，采取相应措施，从而实现结晶器液面的稳定控制，提高了铸坯的实物质量。针对炼钢工艺原因引起的液面波动，我们主要从中包吹氩制度的优化、提高钢水纯净度、生产准备时改进对中包塞棒机构的检查方法、铸坯二次冷却的保证及调整等方面进行了攻关，并建立了不同原因引起的液面波动指导曲线和措施及处置方法，给指导现场生产，减少液面波动的产生起到了非常重要作用。针对设备原因引起的液面波动，我们逐步分析结晶器液面波动曲线，根据曲线来分析判断设备哪儿出了问题，并根据不同设备特点，通过改善现场工作环境、修改控制线路路径、完善控制程序、更换有问题的设备等方面入手，消除由于

3、设备原因引起的波动，程序消缺保证现场设备安全可靠运行。该项目实施后，不仅提高了铸坯的表面质量，而且对炼钢稳定生产起到了积极作用。年可创效1552.0618万元。另外提高了液面波动控制水平，不仅给公司生产节省了成本，而且对客户合同交货率得到了提高，更重要的是客户对邯钢品牌的信誉得到了较大提升，为邯钢飞速发展奠定基础。结晶器液面稳定控制的同时，超低碳钢生产的可浇性也得到了明显提高，基本实现连续浇注6炉不更换SEN水口，为节约成本、汽车板合同的按时兑现和进一步为汽车钢生产上量打下坚实基础。 2、详细科学技术内容2.1 我厂结晶器液位检测原理VUHZ 电磁结晶器液位检测器用于测量连铸机结晶器内钢水的液

4、位。由激磁线圈产生的电磁场会在钢水及周围的导电元件内形成涡流。涡流电磁场的分布取决于结晶器内的钢水位。电磁场会在感应线圈内产生电压，感应的电压通过前置放大器放大，随后由评估装置控制的微处理器进行处理。由于磁场范围宽，传感器测量“整体”钢水液位，它的输出信号对月牙面局部波动不敏感。 2.2 塞棒机构功能描述塞棒是用于控制中间包到结晶器的钢水流量，其动作由液压缸控制；在液压缸故障时也可用手柄操作。在预热位塞棒传动装置被安在中包车上。通过电磁传感器测量结晶器液面，然后通过计算控制塞棒的开度，从而达到控制液面的目的。塞棒和液面检测示意图如图1：图1 塞棒和液面检测2.3 项目的立项背景2013年以来，

5、邯宝公司炼钢厂随着品种钢产量的增加，结晶器液面波动时有发生，经统计，平均每月结晶器液面波动次数120多炉的钢水生产出铸坯必须经过处理才能使用，其中设备原因如塞棒传感器、液位传感器、扇形段位置传感器等造成的液面波动占40%；工艺原因如水口堵塞、吹氩不当、钢水成分等造成的液面波动占60%。有时液面波动过大时造成连铸事故停浇每月2次左右，给厂的生产组织和成本带来很大冲击。国内与邯宝炼钢厂同类型连铸机的厂家大约有7-8家，它们厂的结晶器液面波动大多控制在3mm以内，其中包括超低碳钢生产；而邯宝炼钢厂结晶器液面波动大多控制在5mm以内就有些困难，尤其是低碳合金钢、超低碳钢生产时液面波动较大。 进入201

6、4年5月份以来，两台连铸机多次出现结晶器液面波动大的状况，为此邯宝炼钢厂于2014年6月批准实施了连铸机结晶器液位波动攻关课题。2.4技术方案的制定针对存在的诸多疑难问题，我们逐项提出了解决方案。1）针对炼钢工艺原因引起的液位波动，我们主要从中包吹氩制度的优化、钢水纯净度的提高、生产准备时对中包塞棒机构的检查方法的改进、铸坯的二次冷却的保证及调整等方面进行了攻关，并建立了不同原因引起的液面波动指导曲线和措施及处置方法，给指导现场生产，减少液面波动的产生起到了非常重要作用。2) 针对由于设备原因引起的液位波动，我们逐步分析结晶器液面波动曲线，根据曲线分析来判断哪个设备出现了问题，并根据设备的不同

7、特点，通过改善现场工作环境、修改控制线路路径、完善控制程序、加强操作培训、更换有问题的设备等方面入手，消除由于设备原因引起的波动，程序消缺保证现场设备安全可靠运行。2.5具体实施过程2.5.1 工艺方面着手，降低液面波动1、吹氩对液面波动的影响原理： 塞棒吹氩使氩气泡进入SEN内部钢流，可调整水口内钢水的流动状态和流速，减少了Al2O3在水口内壁的聚集，避免水口堵塞造成塞棒上涨，减少了大型夹杂物的生成；上水口吹氩使上水口内壁形成的氩气膜，防止钢水中的Al2O3夹杂在上水口附着；SEN滑板间氩气流形成的环形密封，隔绝了钢流与空气中氧的接触；同时，氩气泡不仅能有效改变结晶器内的流场，促使夹杂物上浮

8、，进一步净化钢水，而且还可改善液面稳定性。该类波动主要针对超低碳钢。吹氩不当引起的液面波动如图2：图2 吹氩不当引起的间歇性液面波动情况措施及处置方法：1）改进氩气连接密封方法首先确保气源充足，无漏气：开启氩气气源，把阀门开启最大并确认压力表有压力显示，检查氩气管路末端气流充足，用装有肥皂水的喷水壶检查SEN机构上水口、机构氩封，确保无漏气；检查中间氩气管路和塞棒氩气管路，确保无漏气。喷水壶检测管路是否漏气如图3：图3 喷水壶检查管路是否漏气2）检测中包上水口的透气性在浇注过程中，中包上水口透气性的好坏直接影响到中包上水口的吹氩效果，中包上水口吹氩是为了在水口内壁四周形成均匀的氩气膜，以防止或

9、减少夹杂物在水口内壁附着，进而减少水口内径的缩小和堵塞。一旦上水口发生堵塞，塞棒控流就会发生波动，造成结晶器液面波动增大。在中包上水口上线前，采用离线上水口透气检测装置对中包上水口透气性进行检查，对于中包上水口透气性检测良好（一方面要求检测装置背压在0.1-0.6 bar范围；另一方面还要用装有肥皂泡水的喷水壶对整个上水口内壁进行检查，要求上水口内壁四周气泡弥散均匀）的才能上线安装。离线上水口透气检测装置如图4：图4 离线上水口透气检测装置该装置原理是通过一根软管把检测装置与上水口连接且密封好接头，将机构压块与上水口石墨圈对中并压紧，气体管路总压设定为2bar，将气体管路打开，流量控制在10

10、L/min，然后观察背压表，若检测装置的背压显示在0.1-0.6 bar范围内则属上水口透气性良好。中包上水口离线检测透气性效果见图5：图5 离线上水口透气检测装置查出内壁透气良好3）塞棒和上水口的吹氩量调整影响塞棒和上水口吹氩量调节的因素较多，比如钢水过热度，钢水纯净度，拉速变化、断面等等。原来仅给操作工提供一个氩气量调节范围，实践证明该方法可操作性差，液面波动控制仍不理想。经现场多次实践跟踪，现发明了一种根据观察结晶器液面最佳的活动状态来调节氩气量，最佳结晶器液面活动状态为：在SEN水口两侧约200-300mm位置及结晶器窄边部位，对称的出现“鱼吐泡”似的氩气泡为好（具体效果如图6）；参考

11、塞棒氩气量控制在9-14L/min，上水口氩气量控制在5-10L/min。该状况下的结晶器液面波动为3mm左右（图7）；如果氩气流量过大，不仅会造成液面翻腾较严重（图8），而且还会使结晶器液面波动超过5mm（图9）；轻者造成卷渣，重者造成事故停浇。 图6 理想吹氩效果 图7 理想吹氩对应的液面波动（3mm) 图8 塞棒氩气流量过大 图9塞棒氩气流量大对应的液面波动（5mm）4）中包吹氩装置的改进中间包机械吹氩装置改为自动吹氩装置，具体改进前后的中包吹氩装置如图10、11所示： 图10 机械吹氩装置 图11.自动吹氩装置中包吹氩装置的原理：中包机械吹氩装置完全是通过人工调节，且该装置不具有根据管

12、路阻力来自动调节备压的功能，这样凭人工调节稳定性差。尤其是生产汽车钢过程中，难免会有降拉速或钢水差异大的时候，此时吹氩量及背压都需要及时调节，否则中包水口会很快堵塞，从而造成结晶器液面波动较大。中包自动吹氩装置是操作工只根据液面调整好气流量即可，该系统可根据管路阻力来自动调节备压使其达到良好的吹氩效果，当水口稍有堵塞时，吹氩管路阻力变大，系统会自动加大背压值，及时冲掉稍有的夹杂；并且还可根据备压值来判断管路是否堵塞和漏气，检测比较方便精确。自2013年 1#连铸机中包机械吹氩装置改进为中包自动吹氩装置后，与2#机中包机械吹氩装置相比，使用效果明显，结晶器液面波动5mm的比率减少了约29%。2、

13、中间包覆盖剂结壳引起的液面波动原理：中间包覆盖剂结壳后，会使塞棒和融化的中包覆盖剂粘合在一起，当塞棒根据液面情况自动动态调整开度时因粘合导致塞棒无法正常调整或调整时阻力大，调整不灵活，造成液面忽上忽下，从而导致液面波动增大。该类波动多数发生在连铸机的奇数流，因奇数流存在溢流槽位置，与大气直接接触，造成奇数流塞棒位置中包覆盖剂表面温度低，覆盖剂表面易结壳。覆盖剂结壳引起的塞棒和液面波动曲线如图12、13所示: 图12 覆盖剂结壳时塞棒波动曲线情况 图13 覆盖剂结壳对应的液面波动情况措施及处置方法：参考塞棒波动曲线形式，对此类波动大包工用铁棍把塞棒周围覆盖剂结壳捅破并在此加点覆盖剂。另外针对覆盖

14、剂易结壳的钢种如超低碳钢、车轮钢和大梁钢等情况现采用“在开浇前把中间包溢流槽口用耐火石棉毡挡住”的方法来减少覆盖剂结壳，但该石棉毡不要固定，便于排渣或事故时易取出。具体方法见图14： 改进前 改进后图14 中包溢流槽口改进前后照片3、塞棒机构问题引起的液面波动原理：塞棒机构上固定横梁的螺栓松动、顶紧销轴的螺栓松动或顶不上、塞棒机构固定在中间包上的螺栓松动和固定塞棒液压缸的下卡槽机构的螺栓松动等某一种情况的出现都会造成塞棒机构工作异常，从而导致塞棒控流不稳，引起液面波动大。对应塞棒及液面波动的曲线如15、16所示： 图15 塞棒曲线波动情况 图16 对应液面波动情况措施及处置方法：1）开浇前确认

15、塞棒机构固定横梁的螺栓是否紧固，如有松动将其紧固。如果松动会导致横梁上下摆动形成间隙，造成控流不精确引起液面波动。2）开浇前确认塞棒机构固定在中间包上的四个固定螺栓有无松动，如有将其紧固。如果此处松动会引起机构整体晃动，会导致控流不精准引起液面波动。3）开浇前确认顶紧塞棒控制液压缸螺栓是否顶紧，如没有顶紧将其顶紧到塞棒液压缸装配横梁上。若螺栓松用扳子拧紧保证顶住销轴；若销轴细螺栓够不到销轴需加垫片顶住销轴方可；否则会引起塞棒液压缸晃动，导致控流不稳。4）开浇前确认固定塞棒液压缸的下卡槽机构的螺栓是否松动。如有松动将其上紧，否则会导致液压缸下部不稳有间隙出现控流不精准，导致液面波动大。4、塞棒头

16、侵蚀严重引起的液面波动原理：塞棒头出气孔侵蚀严重会使塞棒出气孔明显增大，导致塞棒吹出的氩气流股增大，冲击力变大，改变了钢水的流动状态，造成结晶器液面波动大。塞棒头侵蚀严重引起的液面波动曲线及正常塞棒头对应的液面波动曲线如图17、18所示：图17 1流塞棒头侵蚀严重时造成的塞棒和液面波动大的曲线图18 2流塞棒头侵蚀正常时的塞棒和液面波动曲线停浇后检查拔出1流塞棒发现，1流塞棒头侵蚀严重，透气孔侵蚀的像鸡蛋那么大。具体情况见图19、20。 停浇后1流塞棒头侵蚀严重照片 正常塞棒头照片图19 停浇后3流塞棒头侵蚀情况 图20 新塞棒头原始状况该类液面波动主要是因塞棒头侵蚀严重所致。措施及处置方法：

17、1）浇铸过程中先降速处理，继续观察有无好转。2）考虑关闭塞棒氩气，拆掉塞棒氩气连接管将塞棒连接螺栓周围和氩气孔用耐火泥密封严。3）若以上两个措施均无效，班组提前安排中包快换操作或停浇。5、铸坯鼓肚引起的液面波动原理：铸坯鼓肚造成液面波动主要是因为在铸坯未完全凝固前，某个或某些扇形段辊面的偏差大而导致铸坯中的液芯不能均匀受力而造成波动。铸坯鼓肚造成的液面波动一般比较有规律，波形较均匀。 铸坯鼓肚引起的液面波动及塞棒曲线如图21、22所示:图21铸坯鼓肚引起的液面波动情况（红线）图22 铸坯鼓肚对应的塞棒波动情况（红线）措施及处置方法：1）首先采取连铸机降低拉速，降速后观察液面波动情况，若液面波动

18、范围仍大于4mm，则采取第2个措施。2）降速后液面波动仍不正常时，主控增加1-8回路的二冷水量，增加幅度10%-20%之间，使铸坯冷却加快，增加坯壳强度，从而缓解液面波动。6、钢水原因引起的液面波动原理：多数情况是因钢水中夹杂物（尤其是Al2O3夹杂）过多，在浇铸过程中，随着浇铸时间的推进，夹杂物不断在上水口和SEN的内壁上以及塞棒头上附着，造成中包上水口或中包SEN的堵塞，当中包水口堵塞至拉速与通钢量不匹配时，塞棒就要开始上涨，时而堵塞，时而冲掉，反反复复造成液面波动；当水口堵塞到拉速与通钢量严重不匹配时，塞棒涨停。此类波动多出现在超低碳钢或不喂钙线的钢种中。钢水原因引起的液面波动及塞棒曲线

19、如图23所示：图23 钢水原因引起液面波动大的曲线情况从上图可见塞棒上涨严重，在更换SEN后，液面波动平稳，由换水口前的6-8mm变为小于4mm。措施及处置方法：1）首先采取连铸降速处理，若降速无效果，立即更换SEN水口。若更换中包SEN水口后仍无效果，则因中包上水口堵塞所致，要求班组安排中包快换或组织停浇。2）提高钢水洁净度（尤其是减少钢中Al2O3的含量 ）：转炉终点氧保证在900ppm以下；精炼钢水净吹时间保证不低于6min；从精炼出站至开浇钢水静置时间不低于30min。7、塞棒积渣掉块引起的液面波动原理：塞棒积渣掉块主要是因为钢中夹杂物多、中包吨位低或大包下渣造成在浇铸过程中，这些夹杂

20、物附着在塞棒头上，在塞棒头粘合的夹杂物少时未能及时冲掉，当塞棒头粘合的东西聚集大到一定程度就被冲下来，造成液面波动。一般情况下，此类波动主要是钢水中夹杂多和塞棒吹氩不当造成。塞棒积渣掉块引起的液面波动曲线入图24所示:图24 8月31日19点1流塞棒头积渣后掉渣液位波动放大图在生产过程中塞棒头积渣后掉渣液位波动，比较明显，而且往往此类情况在自动情况下系统均能很快调整过来。措施：精炼保证净吹时间不低于6分钟；对于超低碳钢生产，钢水静置时间不低于30分钟,连铸塞棒吹氩量控制在8-14L/min。2.5.2 设备方面着手，降低液面波动分析液位波动曲线，判断引起波动的原因数据分析曲线又称FDA（fas

21、t data analysis ）系统，是由连铸机供货外方达涅利公司开发的一套事故分析软件，该软件可将一些重要控制变量通过程序设定采集周期保存在记录文件里，当出现一些设备、生产异常状况时，可以在线或离线分析相关数据，从而判断事故发生的原因。1、液位信号正常没有波动时的图片见图25：图25 正常调整图片 其中蓝色为结晶器液位信号，红色为塞棒传感器信号，从上图可以看出液位和塞棒位置信号均很平滑，没有大的波动。2、塞棒传感器信号跳变时的情况图26 7月3日1流塞棒传感器跳变图27 8月23日1流塞棒传感器坏图26、27是塞棒传感器信号跳变时液面波动曲线，即塞棒传感器信号有很明显的跳变情况，没有变化趋

22、势，是一个直上直下的信号变化，若为此情况，一般可判断塞棒传感器信号异常，塞棒传感器或相关线路有问题。措施：1) 修改塞棒传感器信号线路、控制信号线路路径，降低周围环境对其造成的干扰；2) 利用每次定修机会（每半月至少一次），测试线路绝缘、接地状况；3) 动力电缆（例如：来自电气传动装置）与传感器电缆之间不要交叉。通过上述措施整改后，塞棒传感器故障率已经由原来的5次/月，降到现在故障率每月不到1次。3、液位传感器信号跳变 图28 液位传感器信号跳变时的液面波动曲线。措施：1) 修改液位传感器信号线路路径，降低周围环境对其造成的干扰；2) 利用每次定修机会（每半月至少一次），测试线路绝缘、接地状况

23、；3) 动力电缆（例如：来自电气传动装置）与传感器电缆之间不要交叉；4) 满足技术要求（成分、温度、温度压力变化）足够流量的冷却水；5) 不要在感应线圈周围使用带磁性的工具，也不要让钢水飞溅到感应线圈附近；6) 良好的传感器机械条件：没有松动的螺钉，有干净的连接器，绝缘衬垫片上没有钢碎屑，以及电缆护套没有损坏。通过上述措施整改后，液位传感器故障率已经由原来的1-2次/月，降到现在故障率每月不到1次4、异物干扰、液压执行机构引起的液位信号波动图29 8月24日3流干扰造成液面波动以上图可以看出，液位信号突然发生跳变（但不同于直上直下变化），塞棒位置也发生相应调整，判断应该是干扰信号造成，比如液位

24、传感器附近金属物（捞渣动作等）引起。这种情况系统很快就能调整过来。措施：1) 保证线路屏蔽、信号正常；2) 与工艺人员积极沟通，使其在捞渣动作时做好防护，减少对液位传感器信号的影响；3) 满足技术要求（成分、温度、温度压力变化）足够流量的冷却水；4) 不要在感应线圈周围使用带磁性的工具，也不要让钢水飞溅到感应线圈附近；5) 良好的传感器机械条件：没有松动的螺钉，有干净的连接器，绝缘衬垫片上没有钢碎屑，以及电缆护套没有损坏；6) 液压每周一次对油品进行检查，保证纳斯5级以上，另外对塞棒液压缸进行检查，发现缸头松动或存在内外泄现象及时更换处理。5、扇形段位置传感器信号跳变引起的液位波动见图30.图

25、30 3流6段右入传感器读数跳变产生的液位波动 在弧形段某一传感器信号跳变时，如果显示位置大于实际目标位置，那么这个段的这侧液压缸将逐步增大压力使其达到目标位置，同理在检测位置小于实际目标位置时，这侧液压缸将很快降低关闭压力使其抬起到目标位置，位置信号的跳变，造成压力迅速升降，从而扇形段某侧抬起、落下动作频繁，弧形段坯子内部没有完全凝固，继而造成板坯鼓肚情况，引发滞坯、液位波动、停浇等一系列恶性事故。 措施：1) 针对此类情况，积极完善控制程序，在某侧扇形段传感器读数跳变时，通知主控人员屏蔽此传感器或通过控制程序判定位置跳变时自动屏蔽此传感器信号，使其关闭压力按照对应一侧关闭压力工作，避免由于

26、传感器信号跳变，从而扇形段频繁打开、关闭动作引起液位信号不稳定、坯子鼓肚情况发生以至于造成突然停浇恶性事故；2) 与工艺人员沟通在传感器报故障时，如果此传感器在弧形段区域且正处于生产状态，不允许复位操作；3) 如果凝固末端正处于有故障传感器的扇形段，降低拉速使凝固末端前移，使轻压下位置随之向前，降低板坯内质不合格率。6、滞坯引起的液面波动原理:短时间内滞坯造成液面上涨，因此塞棒同时要关闭，然后铸坯一走又造成塞棒开度打开，瞬间使液面下降，反复后就出现了结晶器液面波动大的情况。滞坯引起的液面波动大图片如图31： 图31 滞坯引起的液面波动大的情况措施及处置方法：1)当短时间内滞坯造成液面波动大时，

27、首先采取连铸机降速处理。2)浇次间对扇形段的漏水情况进行检查，对于漏水严重的段要及时更换或处理。3)浇次间检查扇形段、驱动辊状况，对有问题的驱动辊（驱动辊打齿、驱动辊断裂等情况）如果浇次时间紧来不及处理再开浇时将此驱动辊甩开；对于扇形段辊缝异常及时标定，来不及标定且此段不在弧形区域，在下浇次开浇时将此段抬起，对于驱动辊不转、扇形段辊缝变化的必须及时更换。尤其是8段前的辊子。7、投运电磁制动系统后的液位波动情况电磁制动系统原理：1#连铸机两个流装备了瑞典ABB公司制造的电磁制动设备。采用的是两个磁场单独控制的内置式电磁制动设备。特点是两个磁场单独控制，最大程度减小穿入深度和优化弯月面流动。尽可能

28、减小钢流的穿入深度，促进夹杂物上浮到弯月面，提高铸坯的内部质量。投运电磁制动时液位波动见图32、33：图32 9月17日2流液位波动（刚倒包开浇同1流一样）增加补偿系统后的液位波动图片图33 9月4日凌晨2流刚开浇液位波动措施：1)与电磁制动厂家、液位传感器厂家沟通来我厂安装补偿系统；2)与连铸机外方沟通，增加主体控制程序与电磁制动系统接口，确保补偿系统正常投运，降低电磁制动系统投运对液位信号的干扰。2.6项目总体实施效果1）经采取以上攻关措施后，结晶器液面波动大的炉次比例由原来的9.63%降低至3.47%，液面波动大的炉次比例减少了6.16%。效果如下图所示：2）对于超低碳钢生产来说，采取以

29、上攻关措施后，因结晶器液面波动大更换SEN水口比例由攻关前的16.67%减少至6.67%，更换水口比例减少了10%。效果如下图所示：3、关键技术及创新点（1）动态轻压下对结晶器液面波动的影响，体现在对扇形段传感器故障时产生的液面波动的控制；（2）中包吹氩对结晶器液面波动的影响，体现在中包吹氩装置的改进和建立结晶器液面活动的最佳状态并参考其状态来调节中包吹氩量；（3）中包覆盖剂结壳对结晶器液面波动的影响；（4）增加电磁制动的补偿系统，减少了结晶器的液面波动精度。4、保密要点5、经济、社会效益情况表 单位：元万元项目总投资经济效益总额 栏 目年 份新增产值新增利税创收外汇增收（节支）总额累 计表中所列效益额的计算依据及社会效益说明1.直接经济效益1）减少了液面波动，汽车钢生产时更换SEN水口可节省成本：邯宝炼钢厂2013年汽车钢产量约36万吨，平均每6炉一个浇次，每炉按260吨计算，根据以往生产实际情况，更换中包水口比例由攻关前16.67%降低到6.67%，更换水口比例减少了10%。 同时更换SEN时降级的铸