提高结晶器液面波动控制 小于5mm比例

二、项目简介图1 塞棒和液面检测2.3 项目的立项背景2013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，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2014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、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壁四周形成均匀的氩气膜，以防止或减少夹杂物在水口壁附着，进而减少水口径的缩小和堵塞。

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围；另一方面还要用装有肥皂泡水的喷水壶对整个上水口壁进行检查，要求上水口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 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围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%。

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：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（fast 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；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外泄现象及时更换处理。