01研究背景當前在鋼鐵加工領域，火焰切割作為一種經濟有效的粗加工方法被大量應用。在現行的連鑄板坯火焰切割方式中，數控火切機所使用的切割參數并不會根據生產工況的改變而自動調整，而切割參數與工況的不匹配容易導致切割面出現塌陷、熔渣等質量問題。由于板坯切割面熔渣的存在，軋制時不僅會加速軋輥的磨損，還會直接造成軋制成品表面出現翹皮等缺陷問題，影響成品的外觀、性能，使生產成本大大提高。因此，如何提高連鑄板坯的火焰切割質量已經成為實際存在且亟需解決的問題。本文針對厚度在180~220mm的連鑄板坯，提出一套智能動態火焰切割方法。該方法以現有的改進智能火焰切割裝置為基礎，針對現行板坯火焰切割方式存在的問題，從火焰切割的原理出發，結合采集到的生產工藝信息，動態調節火焰切割時的相關參數，精細化火焰切割過程。在保證切割順利進行的前提下，改善板坯切割質量，進而提高軋鋼廠的良品率。02研究方法板坯智能動態火焰切割總體設計方案示意圖如圖1所示，方案的總體流程步驟簡述如下：第一步從PLC獲取當前的鋼種與割速等工藝參數信息；第二步根據檢測裝置獲取鑄坯表面溫度分布信息；第三步根據板坯的切割方式與板坯邊緣位置，計算預熱點位置，并將該參數輸入到火切機控制系統中；第四步根據現場工藝參數和檢測數據，規劃切割方案；第五步火切機控制切割槍移動至預熱點位置，打開預熱氧和燃氣。計算機根據預熱時間和板坯邊緣溫度，計算預熱火焰的加熱速率，并利用管路上的電動調節閥和壓力變送器實現對預熱火焰的控制；最后一步開啟切割氧，火切機按照切割速度移動切割槍進行板坯切割。切割過程中，通過改變調節閥開度來實現氣源壓力的動態調整。圖1板坯動態火焰切割總體設計方案示意圖上述方案所需的數據來源主要有3個：其一為現場PLC提供的工藝數據，包括鋼種、割速和板坯規格等；其二為氣體管路上的壓力變送器所提供的氧氣和燃氣的壓力信息；其三為利用紅外測溫相機獲取到的板坯表面溫度場分布、板坯預熱點位置數據，上文第二步所提到的檢測裝置示意圖如圖2所示。圖2檢測裝置及方法示意圖方案中的具體動態調節過程如圖3所示，在獲取準備切割的PLC信號后，根據當前鋼坯的工藝參數以及切割槍對應位置的鑄坯表面溫度，計算預熱火焰的加熱速率，如果滿足設置的最佳切割條件就進行切割，如果不滿足，就按照預設最佳切割條件通過電動調節閥將預熱氧調整至理想狀態。圖3動態火焰切割調節流程圖03研究結果根據板坯智能動態火焰切割設計方案，在福建三鋼生產現場安裝了火焰切割計算機自動控制系統，如圖4所示。圖4火焰切割計算機自動控制系統同時針對火焰切割計算機自動控制系統，結合現場生產的需求，開發搭建了相應的人機交互軟件系統，其軟件界面如圖5所示。圖5智能動態火焰切割人機交互軟件為了驗證智能動態火焰切割效果，針對同一板坯，數控火切機兩把切割槍同時進行切割，對遠側的切割槍進行動態調節，近側切割槍保持原始的切割參數不變，利用鋼廠在產線上已經安裝的熔渣尺寸在線測量系統實時獲取生產過程中兩把切割槍切割后板坯表面形貌，對比兩把切割槍火焰切割后板坯上表面熔渣的生成情況從而驗證智能動態火焰切割效果，并且在對應坯號的板坯下線冷卻后實地采集板坯上表面熔渣的生成情況的照片，再次對比驗證智能動態火焰切割效果，如果切割效果不符合預期，可以人為優化火焰切割算法。圖6(a)為生產現場熔渣尺寸在線測量系統提供的熔渣高度輪廓圖，圖中紫色和藍色的區域表示該區域的熔渣高度較低，整體較為平整；綠色和紅色的區域表示該區域存在上表面熔渣。圖6(b)-(d)為對應實際板坯上表面切割熔渣情況。(a)板坯熔渣高度測量輪廓

(b)板坯上表面熔渣整體情況

(c)未使用動態火焰切割區域

(d)使用動態火焰切割區域圖6板坯上表面熔渣情況對比通過對比，使用動態火焰切割的板坯遠側切割熔渣高度明顯小于未使用動態火焰切割的板坯近側切割熔渣高度，說明該系統能夠明顯改善切割面上緣熔渣的生成。在實際生產現場，板坯智能動態火焰切割方法在2020年12月開始實施，因此對2020年12月開始至2021年11月生產的中厚板頭尾部翹皮率進行了統計，統計結果如下圖7所示。結果表明，板坯動態火焰切割方法實施后，中厚板成品翹皮率從1.6%降低至0.3%以內，總體呈下降趨勢明顯，足以證明板坯智能動態火焰切割方法效果顯著。圖7中厚板頭尾部翹皮率變化情況04研究結論本文以連鑄板坯火焰切割工序為研究對象，根據火焰切割機理及相關切割過程，分析鋼種、板坯溫度和預熱火焰加熱溫度等因素對火焰切割質量的影響，提出了板坯智能動態火焰切割的技術思想。結合現場實際生產工藝需求，開發了一套板坯智能動態火焰切割系統。該系統能夠實時監測板坯上表面溫度、板坯預熱點位置等信息，并結合生產工藝參數，制定滿足不同生產工況下的合理切割方案，實現精細化動態調節火焰切割過程，保證板坯火焰切割質量。板坯智能動態火焰切割系統實用效果顯著。通過對比切割試驗，該系統可以