一、研究的背景与问题

连铸浇钢生产是把高温钢水由液态转化为合格铸坯的一个生产过程。国内外的冶金钢铁企业中，连铸浇钢生产由于其工艺流程的复杂性，现场都必须保证24小时有现场操作工人在机旁操作来实现连续的生产作业，导致还远远不能实现连铸浇钢操作的无人化。浇钢生产过程中间使用的各种原辅料多，由此带来浇钢生产现场对操作工人人体的高温、粉尘、噪音等诸多职业危害，浇钢岗位也定义为高温粉尘职业危害岗位。连铸生产追求的目标是稳定、高效、低成本，而通过提升自动化控制水平和人工智能技术的运用是实现其目标的有效手段。目前连铸浇钢生产过程中的中间包开浇、浇注异常识别和处置、在线更换水口等都需要人工在线24小时操作。人工操作控制不仅劳动效率低、劳动强度大，且操作水平的参差不齐和其它不可预见的因素，导致了连铸生产质量的波动甚至生产事故发生。传统钢厂连铸浇钢操作在室外作业时间占80%以上，平均每台双流铸机需要15人，操作室集中度差。

在连铸浇铸操作现场，自动加渣机成功代替了人工加渣，结晶器专家系统的上线也能及时预报连铸的漏钢等恶性生产事件。所以当前的连铸浇钢操作岗位，涉及到浇钢工人需要在现场操作的主要工艺内容为连铸新中包开浇、浇注异常状况的及时识别和正确处置，渣线和氩气人工调节、更换浸入式水口等。人员不能离开操作现场，主要是以上操作都需要在机旁完成，特别是浇注过程中发生异常情况时，需要人员及时、正确处置来避免事故扩大化。而浇注过程中的结晶器异常情况错综复杂，导致迟迟不能实现自动处置功能，这也成为制约连铸实现无人浇钢的关键控制点。目前行业内的无人浇钢技术，还都是集中在设备的投入和一些工艺模型的优化开发当中，比如自动加渣机机器人和动态二冷配水模型，动态轻压下模型的实现等。对于如何结合浇钢操作经验，实现无人浇钢或者让传统的浇钢工人远离高温粉尘的结晶器旁操作环境，都还没有成功的技术和应用实例。

二、解决问题的总体思路与技术方案

1.总体思路

要实现连铸浇钢现场的无人浇钢，让操作工人远离浇钢现场，就必须解决连铸生产过程中的中间包开浇、浇注异常识别和处置、浸入式水口渣线调节，水口更换等关键作业和异常作业的自动化浇钢技术实现的的问题。其中最关键的问题就是连铸正常浇注过程中发生异常不能自动识别和处置，这是浇钢工人迟迟不能撤离高温，粉尘、噪音污染的结晶器周围的原因，也是制约实现无人浇钢的关键所在。

1、更换水口异常点自动识别技术研发

针对连铸更换水口异常点的识别和连铸浇注现场的异常状况，重点研发了更换水口异常点识别技术。研发的一种采用前期模型预算更换水口的长度点结合后期利用系统精确自动识别更换水口异常点的方法，能准确控制换水口的点在板坯前端或者后端，准确找到更换水口造成的板坯异常点，通过后续的切割优化，让异常点准确停位在板坯的头部或者尾部，通过下线的清理，大幅度降低板坯质量缺陷，减少板坯切割浪费。

2、连铸自动语音播报系统和自动开浇工艺技术研发

基于目前国内现状的普遍采用人工开浇操作工艺，存在人工操作隐患大、开浇漏钢事故偏多，开浇头坯质量缺陷高以及需要人工语音播报等状况，重点研发了连铸自动语音播报系统和自动开浇工艺技术。同步研究开发的中间包自动开浇技术，解决了塞棒首次打开过大过小造成的溢钢和钢流不足的隐患。下图为自动开浇过程的各个关键参数设置图和自动语音播报信号网络图。

3、无人浇钢核心技术-浇注异常自动处置工艺技术模型研发上线

在实现了自动开浇和生产过程中的语音自动播报技术以后，已经初步具备了浇钢工人不用在现场继续24小时值守的条件。但是从实际运行情况来看，现场浇钢工人还是坚持在浇钢现场值守，不愿意撤离到监控中心里面去。其主要原因就是在浇注过程中如果发生断流、溢钢、漏钢等生产事故时，如果人员不在现场值守，则无法及时发现和迅速有效的处置，这样势必将给连铸生产带来更大的损失甚至造成无法估量的损失。为此，通过以往的事故处理经验，反查了连铸区域近5年的历史事故数据，开发者提出了以结晶器液位波动速率和铸机拉速比值来进行连铸浇注异常状况判断的工艺技术理论，开发了连铸浇注异常自动处置工艺技术模型，从而实现了结晶器内异常的智能判断和自动处置。该技术方案经过不断调整，离线跟踪和28次的模拟测试，最终在2017年3月份成功上线应用到梅钢二连铸。该技术填补了国内外智能化无人浇钢技术的空白。梅钢使用该技术后，连铸异常事故误判率为0，系统正常投用率为大于95%，由于消除了浇钢现场实现无人值守的重要制约因素，现场的自动化水平得到大幅度提高，人员劳动效率也提高了8%。下图为梅钢浇铸异常自动处置模型画面好连铸无人生产画面。

4、连铸浸入式水口自动更换和渣线自动调节工艺技术研发

以连铸浇注异常自动处置技术模型为核心的无人浇钢技术上线运用后，同时开发了连铸浸入式水口在线自动更换技术和渣线自动调节跟踪技术。利用该技术自动更换水口以来，水口更换成功率实现了100%，换水口后机构渗钢出现次数为0次。水口渣线自动控制技术运用后，解决了以往渣线控制技术的渣线位置测量不准确，没依据过热度变化动态调整渣线位置从而导致的连铸坯缺陷发生率上升的隐患，同时也保证了同一渣线刻度的使用时间，提高了浸入式水口的使用寿命。浸入式水口的平均使用时间也增加了1.8小时，降成本和质量改善效果显著。下图为自动更换水口逻辑判断图和采用自动换水口前后的液位波动图。

三、主要创新性成果

1.提出了以结晶器液位波动速率和铸机拉速比值来进行连铸浇注异常状况判断的工艺技术理论。首创了以“一种防止连铸结晶器溢钢的自动控制方法 、一种连铸断流事故智能判断处置方法和基于液位自动控制的连铸漏钢事故自动处置方法”3项发明专利为核心的浇铸异常自动处置工艺技术模型，解决了连铸结晶器工况发生异常，生产无人值守时无法及时有效处置巨大事故隐患的行业性难题，填补了国内外无人浇钢技术空白。

2.攻克了连铸开浇过程中需要人工开浇和人工语音播报工艺参数的关键操作技术，形成了以“基于液位自动控制的板坯连铸塞棒控流自动开浇工艺”以及“一种连铸开浇生产自动语音系统”两个发明专利为核心的的连铸自动开浇先进工艺技术。

3.通过对在线浸入式水口渣线自动控制技术、在线一键式自动更换水口技术、更换水口后的异常点精确自动定位技术等三项关键技术攻关，发明了“精确定位连铸坯上因换水口造成的异常点的方法”和“一种基于液位自动控制的在线自动更换浸入式水口方法”以及“一种基于钢水过热度的浸入式水口渣线自动控制方法”3项发明专利技术，形成了具有独立知识产权的实现了无人浇钢情况下的水口渣线自动控制和水口自动更换技术。

四、应用情况与效果

在一线技术工人的不断创新实践下，本成果突破了浇钢工必须在高温、粉尘和噪音等恶劣环境的室外作业的传统浇钢模式，开发了以浇注异常自动处置工艺模型为核心的连铸无人浇钢技术并在生产现场推广应用，在国内外首创连铸无人浇钢。无人浇钢技术包括浇铸异常自动处置工艺模型、自动开浇、自动语音播报、渣线自动调节、在线自动更换水口等关键核心技术。自主研发的浇注异常自动处置工艺技术模型，提出了以结晶器液位波动速率和铸机拉速比值来进行连铸浇注异常状况判断的工艺技术理论，从根本上解决了连铸浇钢生产现场无人值守情况下浇注状况出现异常无法实现自动处置的行业难题，填补总体了国内外无人浇钢的技术空白。

本成果累计产生专利8项，技术秘密2项，发表论文1篇。项目从梅钢3#机开始研发，后续通过不断改进完善，目前已经在梅钢2#3#4#连铸机成功应用。应用后，实现劳动效率提升8%，年降本2055.38万元。项目核心"浇注异常自动处置技术模型"技术也被宝武研究院认可,2019开已经在宝钢其余三大基地和重庆钢铁厂推广。梅钢无人浇钢技术上线后，2017年10月，泰科钢铁杂志专项报道，在国内连铸行业引起巨大反响。国内大型钢铁企业等先后来参观并借鉴梅钢做法进行了本企业连铸的升级改造，该成果荣获2021年冶金科技进步奖一等奖。

下表是相关工艺技术对比参照表。

信息来源：上海梅山钢铁股份有限公司梅钢炼钢厂