基本介紹
簡介,塞棒控制系統簡介,導致塞棒控制失效的原因,原因分析,塞棒緊固失效結論,改造方案,總結,
簡介
塞棒(stopper)是裝在盛鋼桶內靠升降位移控制水口開閉及鋼水流量的耐火材料棒，又稱陶塞桿。它由棒芯、袖磚和塞頭磚組成。棒芯通常由直徑為30～60mm的普碳鋼圓鋼加工而成，上端靠螺栓與升降機構的橫臂聯結，下端靠螺紋或銷釘與塞頭磚連線，中間套袖磚。塞棒須仔細砌築，並經48h以上的烘烤乾燥後使用，以避免耐火材料炸裂造成漏鋼事故。
塞棒控制系統簡介
塞棒機構由電動執行機構、鉗臂、塞棒以及一套液位檢測及控制系統所組成。電動執行機構安裝在中間包上，通過鉗臂將塞棒和電動執行機構聯為一體。塞棒由包裹著耐火材料的鋼管所組成，同中間包水口座磚相配合，塞棒在電動執行機構的帶動下做上下直線運動，通過改變塞棒與中間包水口磚的開口度，從而來改變鋼水的流量。
液位控制檢測及控制以鈷60 為放射源，對結晶器內鋼水的液位檢測，當檢測到液位偏高時，電動執行機構下降，帶動鉗臂和塞棒下降，通過減少塞棒和水口磚的縫隙來減少鋼流，反之，當檢測到液位偏低時，電動執行機構上升，帶動鉗臂和塞棒上升，通過增加塞棒和水口磚的縫隙來提高鋼流，通過檢測、反饋、執行來保證結晶器內的鋼水液位。
同時，在中間包水口下方，設定緊急閘刀，當檢測到液位突然升高時，通過對預設值的對比，系統判斷為鋼水溢流，自動對中間包水口進行閘斷，以確保全全。
導致塞棒控制失效的原因
導致塞棒控制失效的原因有多種，可分為工藝類和設備類，工藝類的原因主要有塞棒的侵蝕、中間包浸入水口絮流、保護渣的影響、鋼水成分。而檢測系統、電動執行機構、塞棒和鉗臂緊固連線失效等設備原因也均可能導致鋼流失控。事後，通過對控制系統以及液位檢測系統的複查以及上機模擬實驗發現該兩套系統各項數據指標均符合要求，可以排除該兩套系統導致事故發生的可能性。
發生故障的塞棒在檢查中發現塞棒和鉗臂有鬆動現象，同時通過對生產現場監控視頻的回放，發現在出現鋼流失控的前一刻，出現了塞棒滑移的影像，由此可以判斷塞棒和鉗臂連線鬆動是導致事故的直接原因。同時，在對緊急閘刀進行檢查時發現閘刀運動了一半行程，刀刃前部被熔化。
原因分析
塞棒緊固失效是導致事故的直接原因。而出現塞棒緊固失效的可能性有以下幾點：
（1）操作工在安裝塞棒時，未有效對塞棒進行緊固，施加的預緊力不夠，導致在使用段時間後出現鬆動。
（2）由於塞棒、鉗臂安裝在中間包上，中間包內盛放鋼水達到1 500 ℃，受熱輻射作用，塞棒和鉗臂產生變形，由於兩者的變形量不同，導致出現鬆動。
（3）由於處於高溫環境，止動墊圈回火，彈性失效，起不到止動功效。
（4）由於高溫烘烤，鉗臂的鉗口發生變形，鉗臂表面與墊圈配合不平，導致螺母鬆動。
（5）高溫氧化，鉗臂表面出現氧化層，當氧化層剝落後，出現鬆動。
根據功能說明書，緊急閘刀的設計功能是在緊急情況下對中間包水口進行閘斷，利用閘刀本體來對鋼水進行封堵，而事故中，緊急閘刀並未對中間包鋼水進行有效封堵。為此，特向原設計單位進行諮詢，得到答覆是其所設計的緊急閘刀正常工作的前提條件是塞棒首先要落入中間包水口磚內進行封堵，而不是通過閘刀本體直接進行封堵。功能說明書中所述封堵的鋼水是指從塞棒和水口座磚配合間隙中流出的鋼水，對於大流量的鋼水，並不在其設計考慮之內。
塞棒緊固失效結論
當塞棒在電動執行機構的牽引下不斷做上下運動，加之中間包鋼水內的流動，使得塞棒和螺母出現鬆動，導致塞棒從蟹鉗中滑脫。由於塞棒滑脫，塞棒頂部完全與中間包內水口座磚分離，塞棒無法對水口座磚進行封堵，使得鋼水大流量流出。當檢測裝置發現液位偏高時，電動執行機構下降，但由於塞棒已脫離正常工作位置，故無法減少鋼水流量。此時，在控制系統的自動計算下，緊急閘刀自動工作，對中間包水口進行閘斷作業。由於緊急閘刀無法應對大流量鋼水，導致刀刃前部被熔化，而由於閘刀刀刃前部被熔化，熔化的閘刀堵塞了其工作軌道，使其無法前進來實現對鋼水的封堵。
改造方案
導致塞棒緊固失效有五種可能性，而這五種可能性在日常設備維護、點檢、管理中可以通過提高操作工的責任心、及時更換損壞的鉗臂、墊圈等措施來予以防範，但又由於均需要人的操作來實現，而人又具備許多不可控制因素，因此無法完全做到徹底防範，因此最佳的對策是通過設備改進來確保塞棒不會鬆動，或者出現鬆動但不能從蟹鉗中脫離。
1 塞棒安裝現有結構分析
塞棒安裝現有結構：塞棒由包裹著耐火材料的鋼管所組成，鋼管尾部為螺紋段。鉗臂為開有缺口的長槽，塞棒尾部安裝在鉗臂的長槽內，通過上下兩對螺母對其夾緊，同時上螺母各配有一個止動墊圈來實現鎖緊。
塞棒從鉗臂中滑落是由於鉗臂設計為帶缺口的長槽設計，如果設計成單個圓孔，即使螺母鬆動也不會產生塞棒滑脫的現象。而鉗臂設計為帶缺口的長槽，這是由塞棒結構、安裝特點所決定的，這是因為塞棒由包裹著耐火材料的鋼管所組成，中間包水口座磚也為耐火材料砌築而成，由於兩者均為耐火材料，無法像金屬件製作的非常精準，需要安裝後進行現場
調整，因此鉗臂必須製作成長槽，為塞棒的位置調整提供足夠的距離空間。同時，處於塞棒安裝順序以及安全考慮，鉗臂上的長槽必須設定成開口狀。
國內外連鑄機塞棒機構上的鉗臂均為帶缺口的長槽設計，差異只在部分為直通行長槽，有些為“L”型長槽。相對直通行長槽，“L”型長槽帶有直角彎，通過直角彎的設計來阻擋塞棒的滑脫，但還是存在滑脫的可能性。
2 改造方案
綜合考慮設備安裝的安全性、操作方便性、以及最少改造投資，設計一種新型的塞棒安裝結構，確保塞棒安裝牢靠，不易發生鬆動，以及一旦發生鬆動的情況下儘量減少偏移量，完整的技術方案如下。
首先，鉗臂的槽口設定仍為開口型，以滿足塞棒在安裝過程中的位置需要。同時，相對於直通行長槽，“L”型長槽比較可靠，故參照國內外現用的結構，改原有直通行長槽為L”型長槽。
但由於“L”型長槽帶有直角彎，在正對長槽的方向，雖然可以通過直角彎的阻擋塞棒在長槽放下的滑脫，但如果塞棒滑動至長槽底部後，還是存在向側向運動的空間，滑脫事故依然存在可能性。為此，對原有的平墊圈（壓板）進行改進，以求徹底消除滑脫的可能性。
原有的平墊圈的設計為環形墊圈，其設計目的用於調整鉗臂表面的不平度以及增加摩擦接觸面積。而本次改進中將墊圈作為實現消除塞棒滑脫的主要構件，改進後的新型墊圈呈“凸台狀”，凸台的寬度等於墊圈通孔的直徑，凸台的高度為鉗臂厚度的一半。
凸台型墊圈的工作原理：改進前，設有兩個平墊圈，分別位於鉗臂的上表面和下表面。而改進後的塞棒安裝設定一個凸台型墊圈和一個平墊圈，凸台型墊圈安裝在鉗臂上方，凸台型墊圈的凸台嵌入鉗臂的長槽中，鉗臂下方的平墊圈位置及安裝方式保持不變。
當上下螺母擰緊後完成塞棒的緊固，在通過每個螺母的鎖緊螺母進行鎖緊。如果出現鬆動，發生塞棒滑動，塞棒將帶著凸台墊圈一起移動。由於“L”型長槽的寬度等於塞棒的直徑，在沒有凸台墊圈設計之前，塞棒可以順利通過長槽的直角彎。
3 效果
通過採用現有的“L”型長槽結構以及自主創造的凸台墊圈兩項技術的同時使用，從結構上實現了塞棒不會從鉗臂中脫落的功能保證，同時通過管理制度的完善以及對制度的嚴格執行，以及在點檢、操作對設備的正確維護下，自設備改造以來，未發生過一起事故，確保了生產安全正常使用，效果明顯。
總結
改造實施完成後，經過將近一年的運行，塞棒安裝穩固，未發生一起塞棒脫落事故降低，實現了預定目標，有效保證了設備安全、簡化操作的要求要求，為生產順行奠定了良好的基礎。同時在設備改造中成功套用了自主創新技術，取得良好的經濟效益和社會效益。
