氣動式自動加渣系統在方坯連鑄機上的應用

彭高獻，王 剛，蔡雅娟

（江蘇沙鋼集團有限公司，江蘇 張家港 215625）

1 前言

連鑄結晶器保護渣加渣操作方式和保護渣在結晶器內的厚度，對穩定發揮保護渣作用、控制鑄坯質量起到關鍵作用。目前絕大多數方坯連鑄機仍然采取人工加渣或人工輔助加渣方式添加保護渣。一些老式的加渣系統普遍都是將烘渣和加渣兩個功能獨立分開，澆鑄過程中加渣量控制、加渣時間的把握、結晶器內渣層厚度和均勻性等因素是影響保護渣加渣效果的關鍵環節［1］，需要操作人員憑經驗判斷或進行人工輔助控制，很難做到保護渣勤加、少加、均勻加的標準化，導致出現加渣不均勻、保護渣過厚結垢以及渣面發紅等問題，不利于控制鑄坯質量，并影響結晶器銅管使用壽命。

隨著我國鋼鐵工業的發展，連鑄自動化水平不斷提升，自動加保護渣系統代替人工加渣得到廣泛應用［2］。為解保護渣加渣遇到的各種問題，某鋼廠斷面140 mm×140 mm 六機六流方坯連鑄機，應用最新氣動式自動加保護渣系統代替人工加渣，系統實現烘烤和加渣一體化自動控制，不僅操作簡便、安全可靠、自動化程度高，還大大改善了連鑄作業環境、改善保護渣效果，對提高鑄坯質量也是很有意義的。

2 氣動式自動加渣系統的性能特征

2.1 工作原理

保護渣經人工添加到加渣系統料斗中，由控制器控制步進電機的轉速帶動計量裝置內螺旋桿輸送保護渣至保護渣輸送管路［3］，通過加渣螺旋桿轉速與鑄機拉速計算保護渣加入量，由氣力輸送裝置通過輸送管路輸送保護渣至加渣嘴，再加入結晶器銅管口，通過加渣嘴擴口設計和靈活可調的加渣嘴位置，確保加渣均勻，使加渣自動化。

2.2 設備組成及功能

加渣系統由控制系統、氣力輸送系統、料斗系統、加渣嘴等4個部分組成（如圖1所示）。

圖1 系統原理圖

控制系統主要由主控制柜和控制器組成，采用西門子S7300 系列PLC 模塊，配有通信模塊和數字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊對設備進行控制。通過以太網通訊方式將連鑄機的拉速、鋼種和斷面等工藝信息與電控箱進行連接，實現對不同連鑄工藝參數的加渣量的自動調節［4］，并將當前的加渣量做到可視化。

輸送系統由氣控箱、輸送管路、螺旋推進裝置等部分組成。為保證輸送管路暢通，輸送管路長度能短則盡量短，能少拐彎就盡量少拐彎，能拐大彎就不拐小彎；當氣控箱壓力開關輸入氣壓壓力低于設定值時，系統壓力報警，將無法啟動自動加渣功能，防止輸渣管路發生堵渣，接入氣控箱氣源一般選用0.4～0.7 MPa 的低壓氮氣或者干燥無雜質的壓縮空氣。保護渣輸送管路通過快換接頭和加渣嘴連接，提高加渣嘴拆裝靈活性。自帶防堵延時吹渣功能，一般在停止加渣后延時吹渣約10 s，繼續吹掃管道里的剩余保護渣，防止殘留保護渣殘留結塊堵塞管道。

料斗系統由料斗本體、計量輸送裝置（如圖2所示）、料位傳感器、溫度控制器等部分組成。根據澆鑄平臺、結晶器水口和大包平臺的位置，合理布置料斗系統設備。每個鑄流設置獨立的料斗系統，互不干擾。每個料斗上裝有溫度控制器，通過溫控箱上的溫度控制器可調整和設置溫度，溫控器會自動控制料斗內部的加熱模塊，實現料斗內保護渣烘烤加熱和保溫。保護渣通過計量輸送裝置送入保護渣輸送管路，然后根據計量輸送裝置的電機轉速和鑄機的拉速，實時計算加渣量，從而達到計量保護渣加渣量。料位傳感器用于檢測料斗內的保護渣存量，當保護渣到達低位報警位置時，說明料斗內的保護渣不多，系統會發出報警信息，提醒操作人員及時補充保護渣。

圖2 計量組件結構示意圖

加渣嘴安放在各流的結晶器平板上，由快速接頭、磁力安裝支架、可調節式出渣嘴等部分組成。加渣嘴通過磁力安裝支架吸附固定在結晶器平板上，出渣嘴呈扁形擴口，可根據需要調節上下、左右加渣角度，從而確保保護渣覆蓋到整個結晶器液面。

2.3 技術參數

系統適用含粉塵較少的顆粒渣、中空渣，單流料斗存渣量約20 kg（約3 h用渣量），溫度控制上限為80 ℃，最大加渣速度500 g/min，出渣量2～5 g/r，加渣量時間計量精度5%，加渣氣源壓力0.3～0.7 MPa，吹渣延時時間0～15 s。

2.4 技術特點

采用具有防揚塵的間斷加渣模式，與傳統的邊加渣邊吹氣的加渣系統不同，間斷加渣模式先啟動螺旋計量組件，計量出來的保護渣順著加渣管路一路向下落到管路。當管路內堆積的保護渣達到設定值后，再進行短時間吹氣。管路內的保護渣在短時間內被吹出，完成加渣動作，對持續加渣以及現場風機吹風等影響而造成的保護渣揚塵有較大改善。

系統集成了保護渣烘烤、溫控、計量等功能，不再采用獨立保護渣烘箱，減少烘箱至加渣系統的人工倒運。通過溫度控制器控制料斗烘烤溫度，使澆鑄過程中保護渣能恒定保持在工藝要求的溫度；通過螺旋計量組件自動計算與拉速匹配的加渣量，精準控制實時加渣量和加渣速度，實現鑄機澆鑄過程中加保護渣的量化控制。

自動加渣系統CPU 和觸摸屏配置與連鑄機主CPU采用同一個網段，能與連鑄機進行數據交換和通訊。抓取連鑄機相應的PLC 地址和對應每流拉速的DB 地址，根據工藝生產參數以及加渣系數的設置，實現不同鋼種加渣量的自動調整。

3 常見加渣故障排除與維護

實際加渣量和理論加渣量偏差大。查看電控箱內每轉對應加渣量參數是否設置正確，當幾個流的理論加渣量調節一致，但實際出渣量差別很大時，拆開螺旋推進計量組件的端蓋查看螺旋軸的轉速是否一致。如轉速不一致則是程序、驅動器設置出現故障。如螺旋軸轉速一樣，檢查料斗下端連接螺旋推進計量組件的滑板開關是否都是完全打開。如滑板開關是完全打開，則可以判定是料斗內或者螺旋槽內有保護渣結塊，清理掉結塊保護渣即可解決故障。

加渣量大小不可調節，加渣不均勻。當拆開螺旋推進計量組件的端蓋，查看保護渣是否隨著螺旋軸的推進掉入保護渣輸送管路，如無保護渣掉入輸送管路，則是料斗內或者螺旋槽內有保護渣結塊，清理掉結塊保護渣即可解決故障。如有保護渣被螺旋軸推出掉入輸送管路，檢查螺旋軸的轉速是否隨著加渣量大小的調節發生改變，如加渣量大小調節改變，轉速不變，則是程序或電器出現故障。當出現加渣不均勻的現象，檢查加渣嘴的噴嘴是否損壞，氣壓大小是否正常。

氣動式自動加渣系統是智能控制設備，設備長時間不使用時，需要把料斗內剩余未用完的保護渣泄出，避免保護渣在料斗內受潮結塊，影響下次使用。可根據生產計劃適量往料斗內加入保護渣，盡量在停澆時用完料斗內的保護渣或盡可能少剩余保護渣［5］。每次停澆時，把料斗下端連接螺旋推進計量組件的滑板開關關閉，避免保護渣落入螺旋軸的螺旋槽內結塊影響下次使用。

4 結語

通過方坯連鑄機使用氣動式自動加渣系統，使澆鑄過程中加保護渣更加規范化，大大減輕了澆注作業人員的勞動強度，成為穩定鑄坯質量的有力保障。同時，系統的防揚塵加渣設計更加符合鋼鐵行業綠色環保的發展趨勢，有助于提高企業競爭力。