氢氧切割技术在板坯连铸中的实践及应用

丁 剑，王 迅，苏小明

（首钢京唐公司，河北唐山 063200）

0 引言

板坯切割在板坯连铸的众多工序中属于相对简单的一个工序，连铸切割装置的方式、设备的可靠性及其性能等是提高炼钢连铸切割生产效率的重要因素，同时也是影响板坯切割断面质量的重要因素，一旦切割车出现故障，轻则造成铸机降速，重则造成铸机断浇。在能源消耗及环保要求日益提高的今天，切割质量在不同程度上影响切割速度和切割的能源消耗，同时对环境造成一定程度的污染。

1 目前连铸机切割装置存在的问题

1.1 高压焦炉煤气杂质多、故障多

目前，切割车采用传统的切割工艺，用高压焦炉煤气做燃气，通过预热后再进行切割[1]。由于高压焦炉煤气存在焦油、杂质析出等问题，易造成管道、切割及控制元件局部堵塞（图1），特别是在压力、流速发生变化的过滤器、电磁阀、回火器等部位尤其明显，管道、切割及控制元件局部堵塞导致切割故障率高、备件投入高、设备维护工作量大。维护人员在处理故障时处于高温区域，人员作业环境差。如果故障处理不及时容易造成连铸机降低拉速浇铸，严重时甚至导致连铸机铸流断流。

图1 附着焦油

1.2 切割断面质量差

使用高压焦炉煤气切割板坯，钢坯切割面挂渣严重，切割过程中形成的Fe+C 合金不易清理，增加了毛刺机的维护成本，影响下道工序的使用。切割系统堵塞会导致切割火焰异常，造成板坯底部切割端面与内弧、外弧面交角出现圆弧角，融化的钢水无法有效去除形成毛刺，或造成切割断面出现凹坑（图2）。凹坑部位无法有效除磷，打号容易脱落，影响板坯跟踪及断面质量。

1.3 焦炉煤气切割造成资源浪费及安全风险

煤气杂质过多造成的切割火焰异常会造成板坯割缝超差造成浪费，或者无法将板坯切透时只能采用在线人工切割。此位置处于热辐射造成的高温区域，同时也是煤气区域，容易出现烫伤、高温灼伤、中暑、煤气中毒等情况，同时还需要岗位人员手工进行称量比对，实际操作难度大。

1.4 焦炉煤气燃烧产生的气体对环境造成污染

焦炉煤气中能够污染环境的成分比较多，不属于清洁能源。

2 新工艺氢氧切割技术在板坯连铸中的应用

图2 凹坑、毛刺

国内首台氢氧发生器于1998 年问世，为成都发动机集团公司（420 厂）与陕西华秦公司共同研制开发。氢氧混合气作为清洁能源，燃烧后无任何有害气体，现场切割烟尘相对石油类气体切割烟尘极小，具有热值高、切割效率高、割缝小、断面平整不易挂渣等优点。板坯氢氧切割技术主要由氢氧发生器、储水器、氢氧气管路、控制系统及切割枪组成；氢氧发生器由补水系统、电解槽、控制系统、电源组成，原理如图3 所示。氢氧发生器生产过程中只消耗水和电，成本低廉，环保效果好。

2.1 氢氧气切割经济高效

水在电解过程中，仅产生氢气和氧气，氢氧体积比例为2:1，氢氧混合气体点燃后产生的氢氧火焰可快速达到2800 ℃，且氢的燃烧速度快，是天然气燃烧速度的7 倍[2]，可以大大加快板坯切割速度，提高铸机的生产能力。其火焰穿透力强，对板坯切割的割缝小，割缝能够控制在3～5 mm，钢的损失小。

2.2 氢氧切割技术安全可靠

氢氧切割技术采用水封、压力检测、三针报警、自动连锁控制、多级安全限压、防回火装置、氢气、氧气含量监测、报警装置及氢氧发生站采用防爆风机强制通风等一系列的安全控制手段，其产出的气体不存在存储问题，可根据用户使用需求随时启停，不存在气体存储、消除存储和运输的风险。产生的气体压力低，仅为0.09 MPa，管路采用DN20 管路，不属于压力管道范畴。氢氧混合气体无毒无味，密度远低于空气，可以快速消散在空气中[3]，消除人身中毒的伤害隐患。

2.3 设备运行稳定可靠、维护工作量小

板坯氢氧切割技术采用每把切割枪单独由一台氢氧发生器供应氢氧气，单台氢氧气出现故障后，容易查找问题，且互不影响。氢氧发生器本身设备简单、运行稳定，基本属于免维护设备，维护工作量小、难度小，大大降低维护单位的维护人力。

3 氢氧切割技术在板坯连铸应用的效果

氢氧切割技术提高了切割燃烧气的清洁性，从根源上避免煤气堵塞造成的系列故障，保障了切割设备的稳定运行，消除了切割故障对生产的影响。投入使用后，尚未发生一起切不透、降速、非计划停浇现象，避免了切不断后需要人为切割带来的安全不稳定因素。使用新技术降低了板坯割缝损耗，减少了板坯损耗。对比14 组切割后的板坯数据，氢氧气切割与焦炉煤气切割的割缝对比见表1。

氢氧切割技术投用后，同时降低了板坯切割断面的毛刺几率。取用一个月毛刺板坯数量进行对比，氢氧气切割与焦炉煤气切割板坯断面毛刺块数对比见表2。

图3 氢氧发生器工作原理

表1 氢氧气切割与焦炉煤气切割割缝对比 mm

表2 氢氧气切割与焦炉煤气切割板坯断面毛刺块数对比

4 结语

经过割缝对比，氢氧切割的割缝明显小于焦炉煤气的割缝，大大降低了板坯的切割损耗。相较焦炉煤气切割技术，氢氧切割造成板坯毛刺的几率大大减少，降低了板坯断面毛刺对打号机的影响，提升了板坯断面质量。同时，氢氧气切割燃烧生成水，对环境无污染，属于清洁能源，满足国家的环保要求。经过实践检验，氢氧气切割技术在板坯连铸中的应用是可行的。