板坯连铸机扇形段在线检测技术应用

板坯连铸机扇形段在线检测技术应用
王洪兴赵艳玲
（河北钢铁集团邯宝炼钢厂河北邯郸 056015）
摘要：连铸机扇形段质量好坏直接关系到连铸坯的质量，用辊缝仪对连铸机扇形段辊缝、导辊对弧和二
冷喷淋情况进行在线监测，根据铸坯硫印监测内质情况判断连铸机在线设备状态，利用主控HMI实时监控
系统检测扇形段驱动辊扭矩，综合判断扇形段故障位置，及时更换故障扇形段或对扇形段进行在线调整，提高连铸坯质量。

关键词：连铸扇形段辊缝硫印
APPLICA TION OF MEASUREMENT TECHNIQUE FOR SLAB CONTINOUS CASTING MACHINE
WANG Hongxing ZHAO Yanling
（Hanbao Steel-making Plant of HeBei Iron-steel Group Corp. Hebei Handan 056015）
ABSTRACT The condition of segment influences the quality of slab. We monitor the roll-gap, step error, spray of secondary cooling water online using the roll-gap checker, analyze the quality of the slab inner through the sulphur print inspection, monitor the torque of the pinch rolls by HMI, estimate the fault location of the segment and then exchange them or adjust them to improve the slab quality.
KEY WORDS continuous casting，segment，roll-gap，sulphur print
1 前言
邯宝炼钢厂现有两台2机2流DANIELI直弧形板坯连铸机，2#连铸机于2008年10月17日热负荷试车成功，1#连铸机于2009年2月12日热负荷试车成功，试生产一年多以来，连铸板坯质量总体状况良好，铸坯一次检验合格率为99.18%，综合合格率为99.97%。

但由于备用扇形段数量少、扇形段设备漏水、二冷喷嘴堵塞频繁、扇形段对中不良、辊缝偏差等原因曾一度导致连铸坯出现纵裂、角裂和内质不合等质量问题，通过采用辊缝仪在线检测扇形段状态以及通过硫印片和低倍组织进行内质检测，主控画面监控等手段判定出各流扇形段存在的问题，进而加快扇形段更换速度，提高铸坯质量。

2 辊缝仪检测原理及应用
2.1 辊缝仪检测原理
辊缝仪是电池驱动的，可以自动测量连铸机相关参数的检测设备。

铸机维护人员对测量结果进行分析，可以发现铸机设备存在问题的区域，多功能辊缝仪上的传感器可以对连铸机的辊缝、外弧导辊对弧、导辊旋转、喷雾喷嘴等参数进行检测。

2.1.1 辊缝
辊缝传感器采用机械式线性差分变送器为检测元件，配有防水、防冲击外套，辊缝数值定义为
内弧至外弧导辊之间的最小距离。

多功能辊缝仪的机械式设计可以使其在连铸机内进行检测时，传感器处于平稳的直线的运行状态。

内弧与外弧辊缝传感器检测得到最小的辊缝值时将保存在计算机内存中。

将保存的数据与传感器的校验数据比较，转换成物理距离，从而确定该位置每个传感器被压的准确长度。

每对传感器法兰至法兰的厚度加上一个修正值（用来补偿辊缝仪在铸机内的姿态），得到辊缝值。

将得到的辊缝值与理论的目标辊缝值相比较，并以差值的形式在显示屏上显示出来。

图1 辊缝测量原理图2 导辊对弧检测原理
Fig.1 Theory of roll-gap measurement Fig.2 Theory of step error measurement 通过检测相邻的2个导辊的位置得出导辊位置的错位量。

用安装在对弧板上，并与相邻导辊的上表面紧密接触的倾斜角传感器来检测导辊对弧情况。

记录下与相邻两个辊子的倾斜角。

对相邻3导辊间倾斜角度进行数学转换，给出实际位置与理论导辊位置的偏差量。

2.1.3 导辊旋转
导辊旋转率是导辊在AB间总旋转长度与AB弧长之间的比。

导辊旋转率可以由旋转角度的信号计算出来。

多功能辊缝仪在引锭链的驱动下以恒定的速度在连铸机内部运行，传感器导轮表面也以相同的速度在铸机内运行。

如果铸机导辊能够自由旋转，由于它与辊缝仪速度相同，因此导辊和辊缝仪传感器导轮的速度差为零，辊缝仪上的传感器的导轮就不会转动。

如果连铸机导辊旋转不灵活，其速度将降低，辊缝仪传感器导轮和铸机导辊间就产生速度差，导致旋转传感器导轮旋转。

图3 导辊旋转检测原理
Fig.3 Theory of roll rotation measurement
2.1.4 分节辊情况
两个辊缝传感器分别对应于分节导辊的A、B位置，多功能辊缝仪将测量在A、B位置的辊缝情况，并计算辊缝值的偏差。

在导辊处于良好的状态下，所以辊缝传感器在同一导辊上所获得的辊缝测量数据应该一样。

如果导辊状况不良，在导辊发生磨损的区域的辊缝数值将偏大，在分节辊的状况下，导辊轴承的损坏可以被最靠近损坏的轴承位置的传感器检测出来。

2.1.5喷雾喷嘴
在喷雾检测传感器通过喷雾喷嘴下方时，传感器输出变化的电压信号，并被计算机记录下来。

所记录的电压与喷雾检测传感器所受到的喷雾水冲击压力成正比。

在传感器到达喷嘴的正下方时传感器输出信号最强，然后又逐渐减弱。

如果要比较不同测量之间测量结果，那么每次检测时必须设
定同样的喷嘴喷雾参数。

如果每次检测所设定的喷雾参数不一样，那么在同一板坯内和辊子间的比较还是有效的，但不同测量次数之间的比较就无法进行。

该结果只是给出了当前的喷雾的情况，并不能精确的给出喷雾水的量。

2.2 辊缝检测技术在生产实践中应用
自投产以来，两台连铸机四个流共进行穿辊缝作业110次，收集了在线扇形段的大量数据，技术人员对数据进行分析，根据扇形段辊缝偏差值、外弧线偏差值、辊子转动情况、二冷喷嘴出水情况等信息，判断出在线扇形段状态，指导维修人员更换扇形段、进行对弧作业、扇形段开口度调节、喷嘴清理更换等，保证在线扇形段具有良好的工作状态，保证连铸坯质量。

图4 辊缝检测趋势图
Fig.4 Trend chart of the roll-gap
3 铸坯硫印内质检测
每个浇次每流在某块铸坯端部切取一段制作成硫印试样，经铣磨床对铸坯断面进行加工后，在加工面上进行酸蚀，可以检测出中心偏析、中心疏松、中间裂纹、角裂纹、三角区裂纹、气泡和夹杂等内部缺陷。

铸坯内部缺陷的产生除钢水成分、温度、夹杂物含量以及连铸浇注工艺影响因素以外，连铸机扇形段状态好坏也起着至关重要的作用。

扇形段外弧线偏差超过±0.5mm，辊缝值偏差超过±0.5mm，冷却不均等都会使铸坯变形量增大，从而导致部分区域机械应力集中，产生中间裂纹；二冷喷嘴堵塞，铸坯冷却不均匀，一部分区域铸坯回温过快，另一部分区域由于冷却强度大柱状晶生长过快，产生搭桥现象，阻止了钢液补充，形成中心线裂纹；三角区裂纹产生的主要原因是冷却不均、变形量大、应力集中导致柱状晶开裂形成。

2009年1月—2010年2月铸坯内质C类偏析比例见图5。

图5 2009年1月—2010年2月铸坯C类偏析比例
Fig.5 Trend chart of the inner quality from 2009.01 to 2010.02
2009年6月份，由于能源中心提供的设备水和二冷水水质差，导致扇形段辊子冷却不均，变形
量大，加之密封形式不好，扇形段出现大面积漏水现象，同时二冷喷嘴堵塞严重，铸坯冷却不均；由于备用扇形段数量不足，无法及时对在线扇形段进行更换，导致出现28.5%的B类偏析，为了提高连铸坯质量，增加了穿辊缝操作次数，及时了解在线扇形段状况，加大线外扇形段维修力量，在原有定修模型基础上增加了日修次数，加快了扇形段更换速度，同时对辊缝值偏差大的扇形段重新进行标定，在线清理堵塞喷嘴，经过两个月的持续改进，铸坯内质得到了改善。

2009年12月，随着环境温度的降低，扇形段漏水和二冷不均对铸坯质量的影响明显加大，铸坯内质C类比例下降到了投产以来的最低点，同时铸坯开始出现角部裂纹，并有少量铸坯产生了中间裂纹和三角区裂纹。

根据中间裂纹产生的位置，由凝固定律D=K×t1/2 （1）
得L= V Z×t=（1/K2）×D2×V Z（2）
式中：L--浇注长度（m）；D--凝固厚度（mm）；V Z --浇注速度（m/min）； K---凝固系数（mm/min1/2）。

图6 中间裂纹位置
Fig.6 Postion of the middle crack
推定缺陷辊子位置方法：
例如：D=60，K=26，V Z =1.4
由（2）式计算裂纹发生部位距结晶器弯月面的距离；
L=（1/K2）×D2×V Z=（1/262）×602×1.4=7.5（m）
根据辊列布置图可以查出7.5m处的辊子为28#辊，对该辊所在扇形段即2段进行更换。

2010年1月份，利用1#转炉炉役大修机会，两台连铸机分别进行了6-7天时间检修，更换了部分漏水严重的扇形段，并对在线扇形段进行了对弧作业，调整了部分外弧线和辊缝值，并对二冷喷嘴进行了清理，连铸机状态又一次得到了改善，铸坯质量得到了提升。

4 HMI实时监测
在连铸主控室内安装有4台监控计算机，分别对连铸一级系统和二级系统进行监控。

一级监控画面可以监控到钢水情况、平台设备情况、扇形段开口度、驱动辊扭矩、一冷、二冷水量、压力、温度、连铸浇注工艺各项参数，以及连铸机各辅助设备运行情况等。

通过在线监测扇形段开口度，可以判断出扇形段液压系统、机械和电气方面是否存在问题，可以及时对故障扇形段进行检查、维护；根据驱动辊扭矩大小，可以判定扇形段驱动装置是否出现故障、导辊旋转是否异常、扇形段内是否存在积渣现象等，及时处理驱动故障，清理积渣可以有效防止产生滞坯现象，保证生产顺行和连铸坯质量；通过观察一冷、二冷水量水压变化，判断结晶器和各二冷回路堵塞情况，发现结晶器水或关键回路二冷水堵塞严重时，及时采取停浇处理，避免发生漏钢等严重生产事故以及铸坯质量缺陷，堵塞不严重时利用浇次间隔时间进行清理，防止连铸机状况进一步恶化。

5 连铸机状况在线检测取得效果
由于扇形段工作一段时间后，总会出现辊缝偏差、对中不良、导辊磨损等现象，定期在线检测
扇形段工作状态非常重要。

使用辊缝仪在线检测扇形段辊缝、导辊对弧、旋转情况，结合硫印内质判断导辊故障位置，HMI监控扇形段驱动辊扭矩，现场检查扇形段漏水情况，综合制定扇形段更换计划50余次，累计更换扇形段258台次，在线标定扇形段300余台次，清理更换二冷喷嘴若干个，有效提高了在线扇形段的工作状态，保证了连铸坯质量，取得了2009年连铸坯一次检验合格率99.18%，综合合格率99.97%，内质C类偏析比例80%的好成绩。

6 结语
连铸扇形段功能在线综合检测在邯宝炼钢厂两台连铸机上取得了良好效果，我们将进一步扩大检测范围，提高连铸机整体工作状态，最终保证生产顺行和产品质量。