氫氧切割技術(shù)在板坯連鑄中的實(shí)踐及應(yīng)用

丁 劍，王 迅，蘇小明

（首鋼京唐公司，河北唐山 063200）

0 引言

板坯切割在板坯連鑄的眾多工序中屬于相對(duì)簡(jiǎn)單的一個(gè)工序，連鑄切割裝置的方式、設(shè)備的可靠性及其性能等是提高煉鋼連鑄切割生產(chǎn)效率的重要因素，同時(shí)也是影響板坯切割斷面質(zhì)量的重要因素，一旦切割車(chē)出現(xiàn)故障，輕則造成鑄機(jī)降速，重則造成鑄機(jī)斷澆。在能源消耗及環(huán)保要求日益提高的今天，切割質(zhì)量在不同程度上影響切割速度和切割的能源消耗，同時(shí)對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染。

1 目前連鑄機(jī)切割裝置存在的問(wèn)題

1.1 高壓焦?fàn)t煤氣雜質(zhì)多、故障多

目前，切割車(chē)采用傳統(tǒng)的切割工藝，用高壓焦?fàn)t煤氣做燃?xì)猓ㄟ^(guò)預(yù)熱后再進(jìn)行切割[1]。由于高壓焦?fàn)t煤氣存在焦油、雜質(zhì)析出等問(wèn)題，易造成管道、切割及控制元件局部堵塞（圖1），特別是在壓力、流速發(fā)生變化的過(guò)濾器、電磁閥、回火器等部位尤其明顯，管道、切割及控制元件局部堵塞導(dǎo)致切割故障率高、備件投入高、設(shè)備維護(hù)工作量大。維護(hù)人員在處理故障時(shí)處于高溫區(qū)域，人員作業(yè)環(huán)境差。如果故障處理不及時(shí)容易造成連鑄機(jī)降低拉速澆鑄，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致連鑄機(jī)鑄流斷流。

圖1 附著焦油

1.2 切割斷面質(zhì)量差

使用高壓焦?fàn)t煤氣切割板坯，鋼坯切割面掛渣嚴(yán)重，切割過(guò)程中形成的Fe+C 合金不易清理，增加了毛刺機(jī)的維護(hù)成本，影響下道工序的使用。切割系統(tǒng)堵塞會(huì)導(dǎo)致切割火焰異常，造成板坯底部切割端面與內(nèi)弧、外弧面交角出現(xiàn)圓弧角，融化的鋼水無(wú)法有效去除形成毛刺，或造成切割斷面出現(xiàn)凹坑（圖2）。凹坑部位無(wú)法有效除磷，打號(hào)容易脫落，影響板坯跟蹤及斷面質(zhì)量。

1.3 焦?fàn)t煤氣切割造成資源浪費(fèi)及安全風(fēng)險(xiǎn)

煤氣雜質(zhì)過(guò)多造成的切割火焰異常會(huì)造成板坯割縫超差造成浪費(fèi)，或者無(wú)法將板坯切透時(shí)只能采用在線人工切割。此位置處于熱輻射造成的高溫區(qū)域，同時(shí)也是煤氣區(qū)域，容易出現(xiàn)燙傷、高溫灼傷、中暑、煤氣中毒等情況，同時(shí)還需要崗位人員手工進(jìn)行稱量比對(duì)，實(shí)際操作難度大。

1.4 焦?fàn)t煤氣燃燒產(chǎn)生的氣體對(duì)環(huán)境造成污染

焦?fàn)t煤氣中能夠污染環(huán)境的成分比較多，不屬于清潔能源。

2 新工藝氫氧切割技術(shù)在板坯連鑄中的應(yīng)用

圖2 凹坑、毛刺

國(guó)內(nèi)首臺(tái)氫氧發(fā)生器于1998 年問(wèn)世，為成都發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司（420 廠）與陜西華秦公司共同研制開(kāi)發(fā)。氫氧混合氣作為清潔能源，燃燒后無(wú)任何有害氣體，現(xiàn)場(chǎng)切割煙塵相對(duì)石油類氣體切割煙塵極小，具有熱值高、切割效率高、割縫小、斷面平整不易掛渣等優(yōu)點(diǎn)。板坯氫氧切割技術(shù)主要由氫氧發(fā)生器、儲(chǔ)水器、氫氧氣管路、控制系統(tǒng)及切割槍組成；氫氧發(fā)生器由補(bǔ)水系統(tǒng)、電解槽、控制系統(tǒng)、電源組成，原理如圖3 所示。氫氧發(fā)生器生產(chǎn)過(guò)程中只消耗水和電，成本低廉，環(huán)保效果好。

2.1 氫氧氣切割經(jīng)濟(jì)高效

水在電解過(guò)程中，僅產(chǎn)生氫氣和氧氣，氫氧體積比例為2:1，氫氧混合氣體點(diǎn)燃后產(chǎn)生的氫氧火焰可快速達(dá)到2800 ℃，且氫的燃燒速度快，是天然氣燃燒速度的7 倍[2]，可以大大加快板坯切割速度，提高鑄機(jī)的生產(chǎn)能力。其火焰穿透力強(qiáng)，對(duì)板坯切割的割縫小，割縫能夠控制在3～5 mm，鋼的損失小。

2.2 氫氧切割技術(shù)安全可靠

氫氧切割技術(shù)采用水封、壓力檢測(cè)、三針報(bào)警、自動(dòng)連鎖控制、多級(jí)安全限壓、防回火裝置、氫氣、氧氣含量監(jiān)測(cè)、報(bào)警裝置及氫氧發(fā)生站采用防爆風(fēng)機(jī)強(qiáng)制通風(fēng)等一系列的安全控制手段，其產(chǎn)出的氣體不存在存儲(chǔ)問(wèn)題，可根據(jù)用戶使用需求隨時(shí)啟停，不存在氣體存儲(chǔ)、消除存儲(chǔ)和運(yùn)輸?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)。產(chǎn)生的氣體壓力低，僅為0.09 MPa，管路采用DN20 管路，不屬于壓力管道范疇。氫氧混合氣體無(wú)毒無(wú)味，密度遠(yuǎn)低于空氣，可以快速消散在空氣中[3]，消除人身中毒的傷害隱患。

2.3 設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠、維護(hù)工作量小

板坯氫氧切割技術(shù)采用每把切割槍單獨(dú)由一臺(tái)氫氧發(fā)生器供應(yīng)氫氧氣，單臺(tái)氫氧氣出現(xiàn)故障后，容易查找問(wèn)題，且互不影響。氫氧發(fā)生器本身設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定，基本屬于免維護(hù)設(shè)備，維護(hù)工作量小、難度小，大大降低維護(hù)單位的維護(hù)人力。

3 氫氧切割技術(shù)在板坯連鑄應(yīng)用的效果

氫氧切割技術(shù)提高了切割燃燒氣的清潔性，從根源上避免煤氣堵塞造成的系列故障，保障了切割設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，消除了切割故障對(duì)生產(chǎn)的影響。投入使用后，尚未發(fā)生一起切不透、降速、非計(jì)劃停澆現(xiàn)象，避免了切不斷后需要人為切割帶來(lái)的安全不穩(wěn)定因素。使用新技術(shù)降低了板坯割縫損耗，減少了板坯損耗。對(duì)比14 組切割后的板坯數(shù)據(jù)，氫氧氣切割與焦?fàn)t煤氣切割的割縫對(duì)比見(jiàn)表1。

氫氧切割技術(shù)投用后，同時(shí)降低了板坯切割斷面的毛刺幾率。取用一個(gè)月毛刺板坯數(shù)量進(jìn)行對(duì)比，氫氧氣切割與焦?fàn)t煤氣切割板坯斷面毛刺塊數(shù)對(duì)比見(jiàn)表2。

圖3 氫氧發(fā)生器工作原理

表1 氫氧氣切割與焦?fàn)t煤氣切割割縫對(duì)比 mm

表2 氫氧氣切割與焦?fàn)t煤氣切割板坯斷面毛刺塊數(shù)對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)割縫對(duì)比，氫氧切割的割縫明顯小于焦?fàn)t煤氣的割縫，大大降低了板坯的切割損耗。相較焦?fàn)t煤氣切割技術(shù)，氫氧切割造成板坯毛刺的幾率大大減少，降低了板坯斷面毛刺對(duì)打號(hào)機(jī)的影響，提升了板坯斷面質(zhì)量。同時(shí)，氫氧氣切割燃燒生成水，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，屬于清潔能源，滿足國(guó)家的環(huán)保要求。經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)，氫氧氣切割技術(shù)在板坯連鑄中的應(yīng)用是可行的。