王楊

（敬業(yè)營口中板有限責(zé)任公司）

摘要：板坯連鑄機附屬的切割設(shè)備，直接與連鑄坯成材率以及鋼鐵料消耗掛鉤，以營口中板4#連鑄機2023-2024年某時段鑄坯生產(chǎn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在保證連續(xù)切割功能正常投運的前提下，通過對設(shè)備原有功能優(yōu)化、改善檢維修方案等手段，提升了鑄坯切割效果，降低了設(shè)備故障發(fā)生機率，在當(dāng)前鋼鐵行業(yè)背景下，為降本及提質(zhì)工作開拓了設(shè)備維護管理新思路。

關(guān)鍵詞：連鑄坯；切割設(shè)備；功能優(yōu)化；改善檢維修方案；降本及提質(zhì)

0  前言

現(xiàn)代板坯連鑄機設(shè)備技術(shù)日趨成熟，隨著冶金行業(yè)的日趨發(fā)展，如何在現(xiàn)有設(shè)備裝機條件下實現(xiàn)經(jīng)濟運行，是冶金設(shè)備攻關(guān)改善的方向之一。切割系統(tǒng)作為煉鋼板坯連鑄機生產(chǎn)工序的重要組成部分，按工作原理分為火焰切割和剪切機兩種類型，因為設(shè)備原因引發(fā)的鑄坯切斜、長短尺，結(jié)疤等問題時有發(fā)生，工藝為保證定尺精準(zhǔn)，被迫加尺切割，降低工作效率、增加了煉鋼成本。

本文通過對火焰切割設(shè)備實際應(yīng)用中出現(xiàn)的各類問題分析、討論了通過設(shè)備精度調(diào)整，開展改良改善等工作，以達到減少切割加尺量，最終實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本的目的。

1  火焰切割設(shè)備工作原理和主要參數(shù)

1.1  火焰切割是板坯連鑄機的后道工序之一，負責(zé)把矯直后的連鑄熱坯按生產(chǎn)工藝需求切割成所需的固定長度，切割過程在高溫連續(xù)生產(chǎn)狀態(tài)下連續(xù)不間斷進行。

以某煉鋼廠4#板坯連鑄機火焰切割為例，如圖1所示，火焰切割機主要構(gòu)成分為以下幾個部分：切割車大車結(jié)構(gòu)框架、大車行走傳東系統(tǒng)、割槍小車、壓下機構(gòu)、?；b配、介質(zhì)管路及閥門、拖鏈、切割車防熱裝置、走行控制系統(tǒng)、能源介質(zhì)控制系統(tǒng)等。生產(chǎn)過程中，車體通過切割機自帶的壓下機構(gòu)與熱態(tài)下的鑄坯相連后實現(xiàn)同步運行，同時位于大車架兩側(cè)的切割小車攜帶切割槍，在車體上通過電機減速驅(qū)動，在鑄機拉坯過程中實現(xiàn)對熱坯的切割作業(yè)。

該鋼廠4#連鑄機火焰切割機的主要參數(shù)如下：

切割鑄坯尺寸：厚250/300mm、寬1600-2100mm、長2400-4800mm

鑄坯溫度：≥600℃

切割機裝機數(shù)量：4臺   割嘴數(shù)：2個/臺

切割介質(zhì)：丙烷（熱值92 MJ/Nm3，壓力>0.35 MPa）

切割渣?；簢娝?，壓力

切割車行程：11100mm

軌道中心距：5400mm

大車運行速度：2.5-20.0m/min

割槍運行速度：快速3000mm/min  正常切割100-500mm/min（可調(diào)）

割槍小車最大行程：2500mm

2.火焰切割主要異常類型及原因分析

板坯連鑄機切割系統(tǒng)設(shè)備結(jié)構(gòu)相對簡單，但能導(dǎo)致設(shè)備影響生產(chǎn)穩(wěn)定運行的點位相對較多，設(shè)備主要運行精度涉及到三個方面：鑄坯切斜≤15mm，切割弧形≤10mm，切割長度偏差≤15mm。以上數(shù)據(jù)理論上愈趨近于零，證明設(shè)備精度越高，帶來的生產(chǎn)成本越低。反之一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，造成設(shè)備精度指標(biāo)偏差增加，對生產(chǎn)成本和產(chǎn)品質(zhì)量會帶來極大影響。

通過對板坯連鑄機（斷面250-350mm）連續(xù)3個月切割造成加尺的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析（如下圖所示）：

通過上表可以看出，當(dāng)切割設(shè)備精度無法保障時，對生產(chǎn)經(jīng)營造成的浪費是巨大的。為改善因設(shè)備原因造成的生產(chǎn)工藝影響。通過以問題為導(dǎo)向進行摸索分析，總結(jié)歸納出以下3種現(xiàn)象，10種主要成因會對切割系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來較多干擾，并提供對應(yīng)的改善措施：

2.1鑄坯切斜造成加尺：

切割作業(yè)是2臺切割槍通過切割小車橫移帶動，自相對方向進行切坯作業(yè)，完成一次切割后，兩根割槍在升降機構(gòu)帶動下抬起，回到等待點做下一次切割準(zhǔn)備工作。同時在運行過程中根據(jù)火焰燃燒情況，割槍高度可做到實時升降調(diào)節(jié)。

當(dāng)割槍運行過程中出現(xiàn)槍體異常晃動、槍體不在一個中心線或水平線、槍體與熱坯走行不同步或槍體垂直度出現(xiàn)偏差等問題時，會出現(xiàn)切割面錯齒、切割面弧形、切割面傾斜等現(xiàn)象，均屬于鑄坯切斜問題（如圖所示），為彌補鑄坯尺寸缺陷需要進行補尺作業(yè)，造成鋼鐵料異常損失。

為改善此類問題產(chǎn)生的加尺影響，應(yīng)利用點檢和日常檢定修做好如下工作：

（1） 解決機構(gòu)卡滯問題：

當(dāng)切割進行中，切割系統(tǒng)各機構(gòu)出現(xiàn)異?？D現(xiàn)象時，問題會直接反饋在被切割的鑄坯表面，造成切割質(zhì)量影響。

應(yīng)定期對切割系統(tǒng)車輪組件、軌道、齒條、導(dǎo)輪進行檢查清理，對驅(qū)動車體走行的減速機齒輪齒條嚙合精度確認，排除異物影響、部件轉(zhuǎn)動不靈活以及嚙合面磨損超差產(chǎn)生的運行問題，消除切割期間走行系統(tǒng)卡滯帶來的切割波動。

其中，介質(zhì)供給拖鏈的狀態(tài)引發(fā)卡滯問題的情況較為特殊，主要原因為拖鏈機構(gòu)屬于從動裝置，布置在切割車單側(cè)，在經(jīng)過長期運行后，從動機構(gòu)會出現(xiàn)形變等影響平穩(wěn)運行的問題。

當(dāng)在其他點位問題排查結(jié)束后仍有卡滯時，該點位需要做重點確認，一方面要對拖鏈固定點的合理位置進行重新核準(zhǔn)，可以通過放松拖鏈后，觀察切割車行走最佳的狀態(tài)部位來確定合理的拖鏈固定點。另一方面也要考慮減少拖鏈負載，可以通過優(yōu)化拖鏈管道內(nèi)的路由（達到走行平穩(wěn)、各管路之間無干涉的目的）、在滿足介質(zhì)流量壓力供給的條件下適當(dāng)減小管路配型、以及取消無用管路等手段來實現(xiàn)。

（2） 解決跑偏問題：

當(dāng)切割機大車走行或割槍小車走行過程中出現(xiàn)車體跑偏情況時，問題會直接反饋在被切割的鑄坯表面，產(chǎn)生切斜情況。

首先應(yīng)定期測量調(diào)整導(dǎo)軌平行度，消除車體走行跑偏帶來的切割波動。另一種情況是切割設(shè)備無異常，但熱坯在走行輥道上出現(xiàn)異常跑偏情況，也能導(dǎo)致鑄坯切斜問題發(fā)生。此類問題主要成因在切割輥道(含移動滾到)輥面不平或局部區(qū)域輥道輥子轉(zhuǎn)動不靈活，造成輸送熱坯期間，鑄坯兩側(cè)受到的驅(qū)動力不一致所致。通過定期注油，檢查更換輥子、軸承，利用停機對輥道進行抄平調(diào)整，可以得到有效改善。

（3） 解決車體變形問題：

因切割車的車體在高溫狀態(tài)下連續(xù)作業(yè)，或在使用過程中發(fā)生冷卻水流量壓力不足、異常斷水、沖擊碰撞等原因，會造成車體出現(xiàn)熱應(yīng)力變形或塑性變形。當(dāng)車體發(fā)生形變后，會在走行期間帶動切割機產(chǎn)生不規(guī)則位移，產(chǎn)生鑄坯切割異常問題。

需要定期對車體進行檢查、矯正工作（以某廠4#機為例：應(yīng)定期復(fù)核車體精度，保障車輪對角線偏差≤1mm，兩側(cè)間距≤1mm。保證車輪走行方向中心線和鑄流中心線平行度≤1mm指標(biāo)），當(dāng)發(fā)現(xiàn)車體輕微變形跡象，可以通過補償形變量（加減墊片組等方式）或在車體變形點位增加少量配重進行矯正，作為一種臨時手段，改善車體變形帶來的切割異常。

同時，可以制定檢查標(biāo)準(zhǔn)，通過定期測量（一般2-3年需進行一次系統(tǒng)檢測）及時發(fā)現(xiàn)變形趨勢，當(dāng)變形量無法通過在線調(diào)整進行糾正時，可利用大中修將車體下線，進行系統(tǒng)性矯正，解決因車體變形造成的切斜問題。

這里額外需要說明的是，因不同企業(yè)提供的冷卻水水質(zhì)存在差異，在設(shè)備運行過程中，車體冷卻板會隨著運行時間增加，產(chǎn)生結(jié)垢情況，應(yīng)定期觀測冷卻水的工作狀態(tài)（檢測手段可以通過計量設(shè)備或人工檢測回水溫度、流量，判定冷卻效果），當(dāng)發(fā)現(xiàn)波動時，通過停機檢查確認車體結(jié)垢是否超標(biāo)。對已出現(xiàn)了影響換熱效果的情況，可采取對車本體及管路開箱進行酸洗除銹，閉路冷卻改為開路冷卻等手段，解決因冷卻效果不佳帶來的車體熱變形問題。

（4） 解決割槍不共線問題：

鑄坯切割期間，割槍通過夾持器與車體連接，通過齒條、減速電機驅(qū)動行走，在運行過程中因防松緊固不到位、走行導(dǎo)輪磨損超標(biāo)、切割瘤引發(fā)的外力刮碰等原因，造成割槍在垂直或走行方向出現(xiàn)偏移或晃動，導(dǎo)致切出的鋼坯錯口或出現(xiàn)不規(guī)則切割面（如圖所示），此類情況較為普遍。

在處理此類問題的時候，除了利用定修做好必要的防松緊固、磨損超差部件更換及潤滑等工作外，在日常維護中也要做好崗位操作和設(shè)備維護之間的有機結(jié)合。因槍嘴及槍體屬于常耗備件，每一次的更換工作過程生產(chǎn)設(shè)備都要對切割槍的位置進行試車確認，通過往返空試車，及時調(diào)整偏差，保障兩槍槍線一致。

同時切割系統(tǒng)投入運行后，崗位人員也要定期做好動態(tài)點檢工作，及時發(fā)現(xiàn)、解決異常問題。

（5） 校正中心線偏差

當(dāng)切割車傳動部件及輸送輥道設(shè)備未見異常，但切割后的鋼坯仍存在規(guī)律性切斜的現(xiàn)象時，需要對車體中心線與鑄流中心線偏差情況采用水準(zhǔn)儀進行確認，排查中心線偏差問題。

以某廠四號板坯連鑄機為例，各部偏差標(biāo)準(zhǔn)要求：火焰切割機走行方向的中心線和鑄流中心線平行度≤1mm、軌道平行度≤1mm、兩軌道跨距平行度≤1.5mm、標(biāo)高偏差≤0.5mm。

因火切機軌道中心線是根據(jù)鑄機建設(shè)時預(yù)留的鑄流中心線相吻合，當(dāng)以上偏差大于標(biāo)準(zhǔn)值時，會出現(xiàn)因中心線偏差造成的設(shè)備之間相對位移出現(xiàn)變化，產(chǎn)生切斜等切割問題。

可以利用檢定修對切割車軌道系統(tǒng)進行調(diào)整確認，當(dāng)軌道或車輪組磨損超標(biāo)，需要通過更換部件，恢復(fù)中心線偏差問題。

（6） 槍體與熱坯走行不同步

切割過程中，車體是通過切割機自帶的壓下機構(gòu)與熱態(tài)下的鑄坯相連后實現(xiàn)同步運行，當(dāng)壓下機構(gòu)發(fā)生壓緊力不足的情況時，會出現(xiàn)打滑情況，造成切割面弧形。

此類情況的發(fā)生多數(shù)由于壓下氣缸內(nèi)泄、壓下壓頭受熱變形嚴(yán)重、壓下驅(qū)動的氣動件出現(xiàn)卡滯等因素造成，通過采取定期的檢查、維護，可以有效解決此類問題的發(fā)生。

  2.2檢測系統(tǒng)異常造成加尺：

板坯連鑄切割定尺的精度和穩(wěn)定性在連鑄生產(chǎn)是非常重要的一個環(huán)節(jié)，它直接影響連鑄坯的成材率和生產(chǎn)效益，按生產(chǎn)斷面250*2000鋼坯、執(zhí)行三倍尺切割進行效益計算，當(dāng)切割定尺精度每提高5mm時，每塊坯子可減少割損=0.25*2*0.005*3*7.8=0.0585噸，每天單條產(chǎn)線可提高產(chǎn)量約0.0585*140=8.19噸，所以提高定尺的穩(wěn)定性具有重要意義。為改善此類問題產(chǎn)生的加尺影響，應(yīng)利用點檢和日常檢定修做好如下工作：

（1） 優(yōu)化測量方式提高定尺精準(zhǔn)性

目前板坯實現(xiàn)定尺切割主要有兩種測量方式：接觸式和非接觸式。接觸式一般采用測量輥摩擦熱坯進行計量的方式，由于需要與高溫的鑄坯直接接觸，它的故障率相對較高，長期工作后由于測量輥的變形和磨損，其連續(xù)性保證切割定尺精度能力相對較差。非接觸式主要采用紅外攝像機、激光器遠程監(jiān)控鑄坯運行狀態(tài)，通過圖像處理算法，準(zhǔn)確找到坯頭位置，這種方式可以較好的保證板坯定尺切割的精度和穩(wěn)定性，已在國內(nèi)鋼鐵企業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前大多數(shù)的定尺系統(tǒng)采用的紅外攝像機還是模擬式的，傳輸?shù)氖悄M量視頻信號，它的分辨率較低，抗電磁等干擾能力較弱（例如冬季生產(chǎn)時輥道區(qū)域產(chǎn)生水蒸汽會造成信號干擾等）。此類問題可通過定尺檢測系統(tǒng)由數(shù)字量系統(tǒng)替代模擬量系統(tǒng)來實施改造，以提高檢測精度，該手段已在部分鋼廠得到應(yīng)用并取得顯著效果。

（2）改良切割車走行精度提升定尺精準(zhǔn)性

多數(shù)板坯連鑄機切割車使用普通變頻電機調(diào)速運行，通過齒輪式接觸來檢測大車走形位置，通過接近開關(guān)進行停止控制，此形式定位精度誤差較大。同時國內(nèi)火焰切割車制造廠家設(shè)備加工制造后的設(shè)備自身裝配精度就存在±20mm的偏差，考慮安裝偏差等綜合影響，實際火焰切割走行系統(tǒng)上線后的綜合精度誤差至少在±20-30mm以上，這也制約了定尺精度和穩(wěn)定性的進一步提高。

因切割車進行定位切割主要依靠編碼器來實現(xiàn)，由于編碼器走行輪與切割車齒條屬于機械咬合走位，實際應(yīng)用中經(jīng)常出現(xiàn)因咬合不好導(dǎo)致編碼器傳輸數(shù)據(jù)失真，造成切割尺寸出現(xiàn)較大偏差的情況。

通過采取雙編碼器糾偏方式提高走行精度準(zhǔn)確率，增加了對車體原點的定期檢測校驗、并通過對大車編碼器機構(gòu)齒輪齒條上的油泥雜物徹底清理，加油潤滑，調(diào)整齒輪跟齒條的嚙合精度，調(diào)整彈簧壓緊力等手段，實現(xiàn)了此類問題的最終改善。

2.3切割瘤造成加尺

連鑄坯的在線切割一般采用火焰切割的方式，通過燃氣、助燃氧氣來融化金屬，切割氧吹走融化金屬的方式完成切割作業(yè)，但是在鑄坯切割的過程中，鑄坯切割斷面上下邊緣會形成切割瘤，除了帶來的割損損失外，當(dāng)切割瘤未得到有效去除的前提下進行鑄坯軋制作業(yè)時，切割瘤會被壓入鑄坯內(nèi)部，造成鑄坯表面破損、內(nèi)部異物夾雜、產(chǎn)生結(jié)疤等質(zhì)量缺陷。

為了規(guī)避切割瘤清理不凈造成質(zhì)量影響，通常會在連鑄切割后增加去毛刺專用的設(shè)備設(shè)施，來改善鑄坯表面質(zhì)量，為后道的軋制工序創(chuàng)造好條件。

但毛刺機一般處理的是鑄坯下表面切割瘤，對熱坯上表面產(chǎn)生的切割瘤沒有去除的手段，同時去毛刺機根據(jù)維護情況不同，在去凈率方面也有一定波動。當(dāng)熱坯通過去毛刺后，仍有去不凈問題時，往往會采取讓尺切割或離線進行人工清理等手段控制發(fā)生量，從而造成了成本的增加。所以，提如何高切割的效果，是從切割瘤產(chǎn)生的源頭來改善是從根本上有效控制切割瘤生成的原因，為改善此類問題產(chǎn)生的加尺影響，應(yīng)做好如下工作：

（1） 優(yōu)化切割工藝參數(shù)

混氣切割方式可通過優(yōu)化切割燃氣壓力、流量等工藝參數(shù)信息進行改善，其中氧氣壓力至關(guān)重要，如壓力過低，鐵的氧化反應(yīng)不充分，會造成熔渣的流動性變差進而引發(fā)切割瘤發(fā)生。氧氣壓力過高后會造成切割斷面尺寸加劇，發(fā)生“過燒”現(xiàn)象，同時會將大量熔渣吹入切割斷面下方生成切割瘤。需要通過板坯規(guī)格、材質(zhì)等因素對參數(shù)進行微調(diào)確認。

預(yù)熱火焰的強度合理性也會影響切割效果，主要原因是預(yù)熱溫度不足或過熱，也會在實際切割過程中帶來因燃燒不充分或過燒產(chǎn)生的切割瘤，通過實際經(jīng)驗摸索，中性火焰普遍適用于普鋼生產(chǎn)。

（2） 合理選型與維護：

割嘴的選型及維護對切割瘤的控制也是主要影響因素，割嘴的選型不合理、異常磨損、堵塞等情況都會改變氧氣流的生成形狀和噴射速度，進而造成切割斷面不平，切割瘤生成等問題發(fā)生，應(yīng)從割嘴選型（注：割嘴型號與切割速度不匹配會造成切割不穩(wěn)定，增加切割瘤生成機率）、上線前的外觀檢查、安裝期間的精準(zhǔn)定位、使用過程中的噴孔定期檢查清透等方面，結(jié)合點檢維護的手段進行問題改善。

同時，鑄坯材質(zhì)不同時，生成切割瘤的機理和控制措施也會與上述管控方式存在一定差異，如生產(chǎn)含鈮鋼期間，一旦生成切割瘤，因鋼種材質(zhì)的特殊性，通過常規(guī)的調(diào)整火焰切割參數(shù)、毛刺機狀態(tài)調(diào)整等手段很難對其進行徹底清除。針對此類特殊情況，除采取上述的管控措施外，也可通過對火焰切割設(shè)備常規(guī)燒嘴進行超音速割嘴替代工作，或采取氫氧切割改造替代常規(guī)切割等手段，對其進行有針對性的改善。

4.結(jié)束語

本文從理論出發(fā)，結(jié)合實踐經(jīng)驗，通過對連鑄機火焰切割設(shè)備引發(fā)的生產(chǎn)工藝異常進行分析，制定了有針對性的改良改善措施，在實際應(yīng)用中實現(xiàn)了降低了設(shè)備故障發(fā)生機率，同時提高了生產(chǎn)作業(yè)效率并顯著的降低了生產(chǎn)經(jīng)營成本。

參考資料：張志勇《淺析火焰切割機在連鑄中的使用及改造》