气动式自动加渣系统在方坯连铸机上的应用

彭高献，王 刚，蔡雅娟

（江苏沙钢集团有限公司，江苏 张家港 215625）

1 前言

连铸结晶器保护渣加渣操作方式和保护渣在结晶器内的厚度，对稳定发挥保护渣作用、控制铸坯质量起到关键作用。目前绝大多数方坯连铸机仍然采取人工加渣或人工辅助加渣方式添加保护渣。一些老式的加渣系统普遍都是将烘渣和加渣两个功能独立分开，浇铸过程中加渣量控制、加渣时间的把握、结晶器内渣层厚度和均匀性等因素是影响保护渣加渣效果的关键环节［1］，需要操作人员凭经验判断或进行人工辅助控制，很难做到保护渣勤加、少加、均匀加的标准化，导致出现加渣不均匀、保护渣过厚结垢以及渣面发红等问题，不利于控制铸坯质量，并影响结晶器铜管使用寿命。

随着我国钢铁工业的发展，连铸自动化水平不断提升，自动加保护渣系统代替人工加渣得到广泛应用［2］。为解保护渣加渣遇到的各种问题，某钢厂断面140 mm×140 mm 六机六流方坯连铸机，应用最新气动式自动加保护渣系统代替人工加渣，系统实现烘烤和加渣一体化自动控制，不仅操作简便、安全可靠、自动化程度高，还大大改善了连铸作业环境、改善保护渣效果，对提高铸坯质量也是很有意义的。

2 气动式自动加渣系统的性能特征

2.1 工作原理

保护渣经人工添加到加渣系统料斗中，由控制器控制步进电机的转速带动计量装置内螺旋杆输送保护渣至保护渣输送管路［3］，通过加渣螺旋杆转速与铸机拉速计算保护渣加入量，由气力输送装置通过输送管路输送保护渣至加渣嘴，再加入结晶器铜管口，通过加渣嘴扩口设计和灵活可调的加渣嘴位置，确保加渣均匀，使加渣自动化。

2.2 设备组成及功能

加渣系统由控制系统、气力输送系统、料斗系统、加渣嘴等4个部分组成（如图1所示）。

图1 系统原理图

控制系统主要由主控制柜和控制器组成，采用西门子S7300 系列PLC 模块，配有通信模块和数字量输入输出模块、模拟量输入输出模块对设备进行控制。通过以太网通讯方式将连铸机的拉速、钢种和断面等工艺信息与电控箱进行连接，实现对不同连铸工艺参数的加渣量的自动调节［4］，并将当前的加渣量做到可视化。

输送系统由气控箱、输送管路、螺旋推进装置等部分组成。为保证输送管路畅通，输送管路长度能短则尽量短，能少拐弯就尽量少拐弯，能拐大弯就不拐小弯；当气控箱压力开关输入气压压力低于设定值时，系统压力报警，将无法启动自动加渣功能，防止输渣管路发生堵渣，接入气控箱气源一般选用0.4～0.7 MPa 的低压氮气或者干燥无杂质的压缩空气。保护渣输送管路通过快换接头和加渣嘴连接，提高加渣嘴拆装灵活性。自带防堵延时吹渣功能，一般在停止加渣后延时吹渣约10 s，继续吹扫管道里的剩余保护渣，防止残留保护渣残留结块堵塞管道。

料斗系统由料斗本体、计量输送装置（如图2所示）、料位传感器、温度控制器等部分组成。根据浇铸平台、结晶器水口和大包平台的位置，合理布置料斗系统设备。每个铸流设置独立的料斗系统，互不干扰。每个料斗上装有温度控制器，通过温控箱上的温度控制器可调整和设置温度，温控器会自动控制料斗内部的加热模块，实现料斗内保护渣烘烤加热和保温。保护渣通过计量输送装置送入保护渣输送管路，然后根据计量输送装置的电机转速和铸机的拉速，实时计算加渣量，从而达到计量保护渣加渣量。料位传感器用于检测料斗内的保护渣存量，当保护渣到达低位报警位置时，说明料斗内的保护渣不多，系统会发出报警信息，提醒操作人员及时补充保护渣。

图2 计量组件结构示意图

加渣嘴安放在各流的结晶器平板上，由快速接头、磁力安装支架、可调节式出渣嘴等部分组成。加渣嘴通过磁力安装支架吸附固定在结晶器平板上，出渣嘴呈扁形扩口，可根据需要调节上下、左右加渣角度，从而确保保护渣覆盖到整个结晶器液面。

2.3 技术参数

系统适用含粉尘较少的颗粒渣、中空渣，单流料斗存渣量约20 kg（约3 h用渣量），温度控制上限为80 ℃，最大加渣速度500 g/min，出渣量2～5 g/r，加渣量时间计量精度5%，加渣气源压力0.3～0.7 MPa，吹渣延时时间0～15 s。

2.4 技术特点

采用具有防扬尘的间断加渣模式，与传统的边加渣边吹气的加渣系统不同，间断加渣模式先启动螺旋计量组件，计量出来的保护渣顺着加渣管路一路向下落到管路。当管路内堆积的保护渣达到设定值后，再进行短时间吹气。管路内的保护渣在短时间内被吹出，完成加渣动作，对持续加渣以及现场风机吹风等影响而造成的保护渣扬尘有较大改善。

系统集成了保护渣烘烤、温控、计量等功能，不再采用独立保护渣烘箱，减少烘箱至加渣系统的人工倒运。通过温度控制器控制料斗烘烤温度，使浇铸过程中保护渣能恒定保持在工艺要求的温度；通过螺旋计量组件自动计算与拉速匹配的加渣量，精准控制实时加渣量和加渣速度，实现铸机浇铸过程中加保护渣的量化控制。

自动加渣系统CPU 和触摸屏配置与连铸机主CPU采用同一个网段，能与连铸机进行数据交换和通讯。抓取连铸机相应的PLC 地址和对应每流拉速的DB 地址，根据工艺生产参数以及加渣系数的设置，实现不同钢种加渣量的自动调整。

3 常见加渣故障排除与维护

实际加渣量和理论加渣量偏差大。查看电控箱内每转对应加渣量参数是否设置正确，当几个流的理论加渣量调节一致，但实际出渣量差别很大时，拆开螺旋推进计量组件的端盖查看螺旋轴的转速是否一致。如转速不一致则是程序、驱动器设置出现故障。如螺旋轴转速一样，检查料斗下端连接螺旋推进计量组件的滑板开关是否都是完全打开。如滑板开关是完全打开，则可以判定是料斗内或者螺旋槽内有保护渣结块，清理掉结块保护渣即可解决故障。

加渣量大小不可调节，加渣不均匀。当拆开螺旋推进计量组件的端盖，查看保护渣是否随着螺旋轴的推进掉入保护渣输送管路，如无保护渣掉入输送管路，则是料斗内或者螺旋槽内有保护渣结块，清理掉结块保护渣即可解决故障。如有保护渣被螺旋轴推出掉入输送管路，检查螺旋轴的转速是否随着加渣量大小的调节发生改变，如加渣量大小调节改变，转速不变，则是程序或电器出现故障。当出现加渣不均匀的现象，检查加渣嘴的喷嘴是否损坏，气压大小是否正常。

气动式自动加渣系统是智能控制设备，设备长时间不使用时，需要把料斗内剩余未用完的保护渣泄出，避免保护渣在料斗内受潮结块，影响下次使用。可根据生产计划适量往料斗内加入保护渣，尽量在停浇时用完料斗内的保护渣或尽可能少剩余保护渣［5］。每次停浇时，把料斗下端连接螺旋推进计量组件的滑板开关关闭，避免保护渣落入螺旋轴的螺旋槽内结块影响下次使用。

4 结语

通过方坯连铸机使用气动式自动加渣系统，使浇铸过程中加保护渣更加规范化，大大减轻了浇注作业人员的劳动强度，成为稳定铸坯质量的有力保障。同时，系统的防扬尘加渣设计更加符合钢铁行业绿色环保的发展趋势，有助于提高企业竞争力。