李克勤

摘 要：多断面方坯连铸机钢坯自动切割技术是重庆钢铁集团公司的专利发明之一（专利号：200610054561）。该技术简单、可靠，在重钢七厂1#和5#连铸机上已使用多年，为企业创造了一定的经济效益，在钢铁冶金企业方坯和圆坯连铸机方面极具推广价值。因此，简要介绍了应用多断面方坯连铸机钢坯自动切割技术的难点及其解决方案。

关键词：连铸机；钢坯；自动切割技术；切割枪

中图分类号：TP273 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.123

对于多断面方坯（矩形坯、圆坯）连铸机钢坯的切割，钢铁冶金企业炼钢厂通常运用开关来检测不同断面钢坯的预热点、割断点和切割枪极限等。由于检测开关的数量较多，加之其在高温环境下的故障率较高，导致自动切割不易实现，一般采用人工切割的方式。在人工切割过程中，操作工需频繁扳动操作台上的各种按钮和转换开关，劳动强度大，极易产生疲劳，进而出现误操作，影响钢坯定尺精度，造成金属收得率低。此外，在人工切割时，预热氧始终处于开启状态，能源浪费严重；一般情况下，方坯连铸机由4～6流铸机组成，每流需要由1名切割操作工。但随着产量的增加和拉速的提高，采用人工切割的方式已无法满足生产需要。

1 改造前的状况

重钢七厂以往采用人工切割的方式，存在的主要问题有以下3点。

1.1 劳动强度大

由于拉速和钢坯定尺的不同，每名切割工每班要切割146～218支钢坯，进行1 752～2 616次操作，工作强度大，极易产生疲劳，进而出现误操作；切割枪反回时，如果忘记关闭切割氧，则会划伤铸坯表面，造成铸坯表面质量缺陷。

1.2 能源浪费严重

关断切割氧与预热氧的顺序、时机有关，如果工人操作失误，造成切割枪熄火，则极易引发生产中断。因此，在人工切割时，预热氧和天燃气通常一直开启，而切割等待时间只占切割周期的50%，能源浪费严重。

1.3 劳动生产率低

重钢七厂1#连铸机为5机5流方坯连铸机，改造前，每流需要1名切割操作工操作，工作方式为“四班三运转”，即设4个班，每班7个人（含班长1人、复尺兼事故切割工1人、切割操作工5人），共计28人。在产量一定的前提下，人数越多，则劳动生产率越低。

2 技术难点和解决方案

检测点越多，自动切割越难实现，因此，尽量减少检测点是项目研究的关键。经现场勘察、与切割工深入探讨、查阅相关图纸和资料，制定了以下解决方案。

2.1 铸坯预热点检测

在切割铸坯前，必须使切割枪火焰准确停留在铸坯边缘数秒，以预热铸坯边缘，否则，会导致钢坯无法被割断，造成钢渣喷溅。1#连铸机包括150 mm×150 mm和210 mm×150 mm两种断面，由于铸坯冷却不均匀，钢坯预热点常发生偏移，导致其位置不固定。

为了解决上述问题，设计加装了切割枪预热点调节连杆，可在收到定尺信号后使抱夹立即通电，2 s后枪离合通电。枪离合通电前，切割枪处于自由状态，抱夹通过连杆将切割枪带至铸坯边缘，预热点可通过螺杆调节，使预热位置准确无误，具体如图1所示。

2.2 铸坯割断检测

重钢七厂1#连铸机的铸坯在宽度上分为150 mm和210 mm两个规格。如果采用传统方式（开关）检测，则开关数量较多、工作环境温度较高、维护量较大，自动切割难以实现。经研究决定，采用延时控制替代开关检测。因此，在程序上选择和判断了断面，并将切割枪的走行速度信号输入计算机，每个断面各对应一个切割延时算式：

式（1）中：t为切割时间；w为铸坯断面宽度；σ为保险量；v为切割枪速度。

为了方便操作工调整切割时间，制作了切割延时显示画面，并在铸机主控画面上增设了自动切割按钮，可显示切割延时时间调整子画面，操作工可根据切割延时画面上显示的图像实时调整每一流的切割时间。

2.3 提高原点检测的可靠性

1#连铸机有前、后两个原点，分别切割长、短定尺。改造前，原点检测采用接近开关水平方向的检测方式，检测距离短。由于切割车轨道在高温环境中会发生形变，导致切割车在运行过程中水平方向的窜动较明显，进而在切割车退回原点时常撞坏接近开关，最终造成原点检测信号不可靠、开关需要频繁更换。

经选型对比，决定采用行程开关，改水平方向检测为垂直方向检测，以避开切割车水平方向的窜动；热辐射强度与开关与热辐射源的距离的平方成反比，因此，升高了开关安装位置，使其远离了高温钢坯，改善了安装环境，且检测开关的价格仅为以往的1/4，而使用寿命却在以往的10倍以上；对碰尺进行了改造，设计、加工、安装了弹性碰尺，并将原点碰尺改为了可转动的碰尺，实现了长、短定尺的快速转换和可靠检测。

2.4 自动定尺系统的干扰问题

1#连铸机定尺检测采用摄像定尺的方式，在短定尺切割时，自动定尺系统会受到切割火花的干扰，进而导致启动自动切割程序误启动。为了解决上述难题，将原点检测信号作为了抱夹动作的连锁条件，从而解决了来自自动定尺系统的干扰问题。

3 改造后的效果

采用本设计可解决高温环境下多断面方坯（矩形坯、圆坯）连铸机钢坯预热点和割断点检测中的技术难题，并利用计算机（或PLC）控制系统实现了多断面方坯（矩形坯、圆坯）连铸机钢坯的自动切割。与现有技术相比，本设计具有以下优点。

3.1 高可靠性，低维护量

多断面方坯（矩形坯、圆坯）连铸机钢坯自动切割技术提高了连铸机的自动化水平，大幅减轻了工人劳动强度，减少了操作工的数量（只需少量人员监护，不需要操作），实现了减员增效（每班由7人减为2人）；本系统具有极少的检测点和极高的可靠性，基本上可做到免维护。改造前、后每流检测点的对比如表1所示。

3.2 可实现对能源介质的自动控制

采用本设计后，切割完毕后可及时关闭切割氧、预热氧和切割天燃气电磁阀，仅保留长明火，节能效果较好；由于采用了程序控制，杜绝了生产过程中的切割枪熄火现象。2002年重钢1#和2#连铸机切割氧耗统计如表2所示，2002年重钢1#和2#连铸机切割氧耗走势如图2所示。

4 结束语

采用多断面方坯（矩形坯、圆坯）连铸机钢坯自动切割技术后，在高温区每流仅使用1个原点检测，因此，系统具有较高的可靠性，解决了铸坯自动切割中铸坯预热点检测、铸坯割断检测、原点检测、断面转换等方面的问题，以及自动定尺系统的干扰等技术难题。此外，利用计算机可实现多断面方坯（矩形坯、圆坯）切割的全过程自动控制。

自2002-06-11在重钢炼钢厂1#连铸机上应用该技术后，实现了减员增效，大幅度降低了操作人员的劳动强度，并通过对预热氧和天然气的自动控制实现了节能降耗。2004-03，该成果再次在重钢七厂5#连铸机上得到了应用，在没有增加切割操作工的情况下，完成了2台方坯铸机的切割任务。因此，采用该技术的经济效益、社会效益较大，在冶金行业具有较高的推广应用价值。

〔编辑：张思楠〕