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1、板坯结晶器保护渣自动加渣技术的探讨发布者：李殿明茅洪祥 发布时间： 2007-5-25 21:20:00 内容摘要 比较了三种板坯自动加渣方式的优缺点，介绍了国外目前应用的两种新型自动加 渣技术，探讨了自动加渣技术开发的方向。 正文 文字大小： 大 中 小 1前言 板坯连铸机由于断面宽， 作业复杂， 现场设备安装紧凑，空间狭小等原因，自动 加渣技术发展较慢。 目前日本和欧美大多数板坯连铸机应用了自动加渣技术，而 我国尚未普及应用此项技术， 大都采用手动加渣方式加入保护渣。 所谓手动加渣， 就是用一个推渣的扒子和钩子，不断的向结晶器内补加保护渣，补加保护渣的厚 度不超过 50 ，以 3540 为
2、宜，此外加保护渣时要体现三个特点：“ 勤加、 少加、均匀加 ” ，即每次加渣间隔时间不要过长，做到勤加，每次加入量要少， 但必须均匀的加到结晶器内液面上。采用手工操作难于将如此小量的保护渣均衡 加入以保持保护渣稳定的状态条件。间断加渣与连续加渣对渣层厚度影响见图 1。人工加保护渣时，往往出现渣量不均匀现象，不但造成浪费，而且不利于质 量的提高。板坯连铸机常见的质量缺陷表面纵裂纹及表面夹渣以及粘结漏钢事 故，都与保护渣的应用有关，见图2。 自动加渣技术可以保持恒定的保护渣流量，能使结晶器中的保护渣保持稳定状 态，因此可以降低质量缺陷，减少人工操作失误，减少事故，增加产量，减少浪 费；同时提高连铸
3、机自动化程度，降低工人劳动强度， 改善操作环境， 减少安全 事故； 采用自动加渣技术必须满足以下条件: (1)使用过程中能保持保护渣的物理状态,不使其破碎； (2)能保持结晶器中渣层的均匀分布； (3)可操作性强，维护简单方便，维修成本低； 图 2 保护渣与连铸工艺的关系 自动加渣设备对正常连铸操作不造成影响，如快换中间包、 快换水口、 漏钢报 警操作时不得影响操作。 环境友好，改善操作环境，保护操作者健康。 2、各类自动加渣技术比较 国外从上世纪七十年代末开始研发自动加渣设备，应用的主要有气动法、 机械法 和重力法加渣技术。 21 重力式加渣器 重力式加渣器是利用地球重力作用将保护渣加入结晶
4、器的装置。对重力式加渣器 的基本要求是： 应具有足够的高度，以便保护渣能流人连铸结晶器。 对于每一种型号的保护渣，应配置大型保护渣供料斗。 应采用刚性输送管线，以保持必要的布料角度。在重力条件下,要确保保护渣 在输送管道中的流动性 ,确定输入管的最佳角度十分重要，如图3 所示。在某厂 试验条件下得到的输入管最佳角度为60 。试验证实 ,为了保证输入角大于45 ， 在系统中必须安装一个可移动的中间料斗。为了满足不同的连铸条件(诸如铸坯宽度和保护渣的物理特性),每一个结晶器都安装了4 个输入管 ,为控制结晶器中 钢液面上保护渣的厚度， 在保护渣输入管的末端安装了加料器；为调节结晶器中 保护渣层的最
5、佳厚度 ,安装了平衡锤进行调节。 重力式加渣器的优点是结构简单，但同时在设计上存在诸多问题： 不能布置在离结晶器较近的地方。 连铸机布置或结晶器设计不允许留有必要的垂直空间以满足保护渣流动角的 要求。 刚性输料 ,管线不利于工人操作并对人身安全造成危害。 保护渣料仓通常需用人工或吊车装料，这就使保护渣散装料袋和自动加保护渣 的优点丧失贻尽。 22 机械式加渣器 典型的机械式式加渣器（图4）由螺旋输料器完成。这种加渣方法料流速率控制 精确，通常由多个部件， 即由多根移动加料管组成， 以便在向板坯连铸结晶器供 料时能实现多点布料，使结晶器保护渣在结晶器内分布均匀。由于受螺旋输送 机构长度的限制，这
6、种加渣装置必须设置在结晶器近旁，通常设置在结晶器盖上。 操作人员需用手工装填小料仓，同时不允许使用散装保护渣。 这种保护渣加渣器 的安装位置使结晶器周围空间更加拥挤。 在实际操作中它们往往会产生下述问题: (1)弯头和管道磨损； (2)保护渣堵塞管道； (3)易发生机械和电器故障； (4)保护渣的粉碎率高。 不仅如此 ,还因在生产过程中螺旋给料器不停地旋转,且围绕结晶器涡流液面仪运 动而干扰结晶器液面的自动控制。 23 浓相气动加渣器 用于添加结晶器保护渣的浓相气动加渣器（图5），其粉状保护渣是用氮气作为 载流气体经流化床输入结晶器中。为了避免粉状保护渣对环境造成污染,改善工 作环境以及使保护
7、渣成份更趋均匀而逐渐推广使用颗粒状保护渣,然而因颗粒状 保护渣比粉状保护渣有较高的空隙比,使保护渣颗粒间的缝隙变大,由此难于形成 流态化层 ,显然不能理想地控制输入结晶器的渣量。 相对于其他保护渣加渣装置而言，该装置料仓和管线系统结构复杂，致使造价居 高不下。同时，为了维持这种加渣装置正常操作，其维修工作也相当繁杂。 3、新型自动加渣器1 新型自动加渣器 1 设计原则是：造价低廉、可靠性高、经久耐用、换料简单、能 使用散装料袋降低用废率以及方便用户等。 新型自动加渣器 1 主要由两部分组成： 保护渣提升部分和保护渣添加部分。保护 渣提升部分选用了工业真空系统， 它能将浇铸平台上散装料袋中的保护
8、渣提升到 添加料用的高架位置上。 该真空系统是根据设备布置紧凑、结晶器保护渣开关方 便而选用的。在操作期间的任一给定时间，真空系统内都保持少量的保护渣料， 并且可以快速进行放料作业。该系统采用气动， 装备有自洁式过滤器， 不含运动 部件，故运行十分可靠、 洁净。由于设计紧凑， 因此那些因空间限制不能安装大 料仓的地方却可以安装该真空装置。为了将结晶器保护渣输送到小型中间储料 仓，可按调定的时间周期将开关置于真空模式位置上即可。在真空系统中采用了 料位探针以确保保护渣的供应，当需要时， 只需开启真空系统即可实现供料。采用限制料流通过面积的方法对恒定料流速率进行调整。调整作业可由操作者在结 晶器附
9、近的工位上完成。 为了将保护渣在稀相状态下添加到结晶器中，新加渣装置输送管线采用了重力与 气动相结合的输送方式。这样就避免了纯重力型供料时所需要的垂直角度要求。 同时由于采用了单点悬挂软管， 操作者能很方便地将保护渣供料管线放置到保护 渣添加位置，需要时拆除亦很方便。 操作者可以通过安装在悬架操作台上的触垫式按钮随意控制保护渣供料速率。通 过调整氩气流量可将保护渣均布到结晶器内钢水面上，所需氩气用量视结晶器宽 度而定。为保证保护渣覆盖结晶器液面，结晶器越宽， 氩气流量越大。 渣层厚度 测定结果表明， 采用手工添加保护渣， 渣层厚度起伏变化较大； 采用加渣器自动 加渣，渣层厚度起伏变化较小， 目
10、前尚未发现因使用结晶器保护渣加渣器对连铸 坯质量造成的负面影响。 4 新型自动加渣器 2 新型自动加渣器 2 采用了激光闭环控制技术。结晶器保护渣在浇注过程中消耗 时，由闭环控制系统检测保护渣厚度厚度，调节电动气泵给料泵的给出量，保护 渣厚度偏差通过结晶器表面上的激光检测器检测结晶器液位变化得到。保护渣厚 度的计算由一个 PC 控制器执行，采用一种算法，保持设定的厚度。闭环系统由 控制系统和测量系统组成（见图7），温度计提供辅助数据。 4.1 控制系统 控制系统是一种硬件和软件的结合，与给料器的激光测量系统同步工作。一个紧 凑布置、额定功率触摸面板式PC 作为主要处理器和操作界面，同时输入/输
11、出 模块与激光和给料器的PC 控制器连接。控制系统可以实现自动和手动操作。 手动模式下， 由操作员输入给料器的设定流量，通过观察保护渣厚度变化调节给 料量。拉速提高时， 消耗量，通过选择合适的泵压来提高泵的输出量。手动模式 主要用于非稳态浇注状态， 操作者可随时根据随时变化的保护渣消耗量调整给料 系统的给料量。 当系统切换到自动模式， 该处理器采集激光和结晶器液面控制系统的信息，自动 计算给料保持稳定的设定渣层厚度。 以自动方式启用后， 控制回路代替人工加渣， 使保护渣保持合理的渣层结构. 为求简便，有三个画面供操作,查看操作结果、操作内容、历史趋势和诊断报告。 操作画面的给料泵可以选择手动和
12、自动，保护渣厚度的设定输入。 这个画面还可 显示一些关键操作参数， 如给料泵输出流量、 保护渣厚度和储料箱的重量。历史 画面显示系统的性能执行情况，如保护渣设定厚度与实际厚度的对比。诊断画面 是专业技术人员用来查看激光系统、L2 级系统和输入 /输出模块的通讯统计。 4.2 测量系统 光学测距传感器用来记录到结晶器保护渣面的距离。通过这个信号以及结晶器液 位的信 号来计算保护渣厚度。 实践证明，激光测量系统能够在结晶器附近各种环境条件 下工作 ,如高温蒸汽、烟雾、火焰等，能够执行连续测量任务。为了减少环境的 潜在破坏，激光传感器密封在一个保护套里，并考虑了合适的角度对准结晶器表 面，激光传感器
13、装在伸缩臂里可移动。温度计作为测量系统的一部分，用来收集 结晶器的辅助信息进行分析。 该温度计不参与控制， 不同渣层厚度的结晶器保护 渣表面温度测量对比见图8。激光闭环控制自动加渣技术经受住了现场应用考验，测量数据准确，控制精度高， 设备可靠，完全可以实现自动加渣，对于提高连铸坯质量，减轻工人劳动强度， 实现自动浇注具有重要意义。 5板坯自动加渣技术的探讨 保护渣干燥烘烤，尤其我国南方地区和北方的夏季，多雨带来空气湿度增加， 很难保证保护渣的水分符合要求。因此自动加渣设备考虑干燥烘烤装置很有必 要。 与拉速自动联锁， 拉速提高时一般消耗量呈降低趋势；漏钢报警时一般采取自 动降速程序，需要人工参
14、与，需要 自动加渣机器人： 路同浚 1996 年报道了哈尔滨工业大学研制的三自由度自动 加渣机器人的思路，但未见应用报道；SIEMENS-VAI 公司提出了开发包含安装 钢包长水口、 清洗长水口、 中间包测温、 取样、快速更换浸入水口和自动加保护 渣多项任务于一身的自动化机器人的设想。笔者认为， 连铸作业中， 钢包、中间 包和结晶器操作分属不同的单元，就目前的饿技术而言， 自动加渣机器人的功能 太多，短时间内开发难度较大， 而在结晶器单元操作内，开发包含自动加渣、渣 层厚度测量、 渣耗量计算、 快换水口操作等作业的自动加渣机器人在不久的将来 还是可以实现的。 6结语 当前我国连铸技术蓬勃发展，而自动加渣技术相对落后， 从提高连铸坯质量， 减 少漏钢事故， 提高连铸机生产率和自动化程度等方面考虑，自动加渣技术的应用 是必要的。 而板坯连铸机由于其工艺、 设备的复杂性， 自动加渣器的设计选型需 要充分论证，慎重选择。
