王西林,田 進(jìn),劉俊平,李紅軍,孟征兵

(1.中國(guó)重型機(jī)械研究院有限公司,陜西 西安 710032;2.華菱漣源鋼鐵有限公司,湖南 婁底 417009)

1 前言

華菱漣源鋼鐵有限公司新建 250 mm×2 150 mm板坯連鑄機(jī)于 2009年 9月 1日一次熱試成功,隨著 3 200 m3高爐和 2 250熱連軋項(xiàng)目的相繼投產(chǎn),該連鑄機(jī)也逐漸進(jìn)入正常生產(chǎn)。該連鑄機(jī)是華菱漣鋼產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整轉(zhuǎn)爐改造工程重點(diǎn)項(xiàng)目之一,該鑄機(jī)投產(chǎn)后主要生產(chǎn)汽車板、取向和無(wú)取向硅鋼、管線鋼、容器鋼、船板鋼等。

該連鑄機(jī)由中國(guó)重型機(jī)械研究院技術(shù)總負(fù)責(zé),成套設(shè)備立足于國(guó)內(nèi)制造,采用成熟、可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的國(guó)際先進(jìn)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備,產(chǎn)品質(zhì)量、各項(xiàng)消耗指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

2 連鑄機(jī)基本技術(shù)參數(shù) (表 1)

表 1 連鑄機(jī)基本技術(shù)參數(shù)

3 連鑄機(jī)主要技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)該連鑄機(jī)生產(chǎn)的主要鋼種、鑄坯規(guī)格和生產(chǎn)能力,為了提高連鑄坯內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量,提高連鑄機(jī)作業(yè)率,保證連鑄機(jī)可靠性生產(chǎn)和生產(chǎn)管理,提高設(shè)備使用壽命、減少設(shè)備維修和降低生產(chǎn)成本,提高金屬收得率,這臺(tái)連鑄機(jī)的設(shè)計(jì)采用了諸多關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 鋼包傾動(dòng)技術(shù)

為提高鋼水收得率,在鋼包澆注末期由液壓缸驅(qū)動(dòng)使鋼包傾動(dòng)角度 0°～3°,將鋼包內(nèi)殘留鋼水減少到最少。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)的大包回轉(zhuǎn)臺(tái)首次采用了該技術(shù)。

3.2 鋼水下渣檢測(cè)技術(shù)

采用振動(dòng)式下渣檢測(cè)技術(shù),防止鋼包渣進(jìn)入到中間罐內(nèi)污染鋼水,提高了鋼水的純凈度和鋼水收得率;避免水口堵塞,提高了中間罐連澆爐數(shù)。

3.3 實(shí)現(xiàn)全程無(wú)氧化澆鑄

氧化潔凈度是優(yōu)質(zhì)鋼最重要的一個(gè)指標(biāo)。有害夾雜物形成的主要原因是非常小的夾雜物在紊流區(qū)凝結(jié),這表現(xiàn)為鋼水從大包到中間包、中間包再到結(jié)晶器傳輸過(guò)程中鋼水的二次氧化。為此,采用全程無(wú)氧化保護(hù)澆鑄,如多功能連桿式大包回轉(zhuǎn)臺(tái),帶有大包加蓋功能;大包與中間包之間設(shè)有長(zhǎng)水口,由液壓驅(qū)動(dòng)的鋼包水口操作手進(jìn)行長(zhǎng)水口的操作;中包與結(jié)晶器之間設(shè)有浸入式水口;長(zhǎng)水口、浸入式水口均由氬氣密封;中間包內(nèi)鋼液嚴(yán)格覆蓋保護(hù);結(jié)晶器采用自動(dòng)加渣。

3.4 大容量中間罐

采用了大容量中間罐,其正常液面高度1 200 mm,容量 70 t,溢流液面高度 1 300 mm,容量 80 t。鋼水在中間罐內(nèi)的停留時(shí)間大于10 min,從而使鋼水的夾雜物能充分上浮。

3.5 水口快換機(jī)構(gòu)

采用水口快換機(jī)構(gòu)更換浸入式水口,實(shí)現(xiàn)單臺(tái)中間罐的多爐連澆。多次快速更換浸入式水口,使中間罐耐材與水口壽命得到最佳匹配。

浸入式水口的瞬時(shí)更換 (1.5 s內(nèi)完成新舊水口的更換),使?jié)茶T不斷流。

浸入式水口快速更換時(shí)中間罐無(wú)需升降,既簡(jiǎn)化了操作工藝,又穩(wěn)定了結(jié)晶器液面。

快換機(jī)構(gòu)的氬氣供給回路可防止鋼水的二次氧化。

快換機(jī)構(gòu)的事故盲板在發(fā)生澆鑄事故時(shí)瞬間切斷鋼流。

3.6 自動(dòng)加渣技術(shù)

加渣裝置為緊湊式可移動(dòng)裝置,該裝置以恒定喂料速度將結(jié)晶器保護(hù)渣送入結(jié)晶器。采用自動(dòng)加渣裝置避免了人工加渣的不均勻性,改善了操作工的工作環(huán)境。

3.7 結(jié)晶器專家系統(tǒng) (漏鋼預(yù)報(bào))

該系統(tǒng)主要包括拉漏預(yù)報(bào)、溫度監(jiān)控、熱通量監(jiān)控等功能,采用該系統(tǒng)有利于安全生產(chǎn)。

3.8 結(jié)晶器液面控制

彎月面波動(dòng)不僅造成諸如漏鋼等生產(chǎn)上的問(wèn)題,還嚴(yán)重影響鑄坯質(zhì)量。當(dāng)彎月面波動(dòng)加劇時(shí),板坯表面非金屬夾雜物增加,導(dǎo)致板坯表面缺陷加重。

采用渦流式傳感器檢測(cè)結(jié)晶器內(nèi)鋼水液面位置,并與塞棒裝置構(gòu)成閉環(huán)的結(jié)晶器液面控制系統(tǒng),將液面波動(dòng)控制在 ±2 mm以內(nèi)。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)工藝條件進(jìn)行仿真測(cè)試,建立了自動(dòng)開澆模型,實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開澆功能。

3.9 結(jié)晶器液壓振動(dòng)裝置

結(jié)晶器液壓振動(dòng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)頻率和振幅的最佳組合,再加上最合適的振動(dòng)波型和偏斜率,可用于所有的澆鑄條件和生產(chǎn)鋼種。

液壓非正弦振動(dòng)可在線調(diào)節(jié)振動(dòng)參數(shù),如振動(dòng)頻率、振幅、偏斜率。選擇適當(dāng)?shù)膮?shù)可減小負(fù)滑動(dòng)時(shí)間,使振痕變淺,并可增加正滑動(dòng)時(shí)間,增加保護(hù)渣消耗量,改善潤(rùn)滑。

液壓非正弦振動(dòng)可在最佳負(fù)滑動(dòng)時(shí)間和正滑動(dòng)時(shí)間的情況下降低振動(dòng)頻率,提高設(shè)備的使用壽命和穩(wěn)定性。

液壓非正弦振動(dòng)適用于不同鋼種,通過(guò)選擇優(yōu)化的控制模型及參數(shù),獲得良好的鑄坯質(zhì)量。

3.10 結(jié)晶器在線調(diào)寬

為滿足產(chǎn)品寬度變化,適應(yīng)市場(chǎng)的要求,該鑄機(jī)設(shè)計(jì)的結(jié)晶器寬度調(diào)整系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)離線寬度調(diào)節(jié)、澆鑄過(guò)程中在線寬度調(diào)節(jié)、拉坯速度和冷卻系統(tǒng)連續(xù)監(jiān)視、在線寬度和錐度調(diào)節(jié),以補(bǔ)償拉坯速度變化對(duì)冷態(tài)鑄坯寬度的影響。

調(diào)寬驅(qū)動(dòng)采用伺服電機(jī),冷態(tài)調(diào)節(jié)速度 0～150 mm/min(單側(cè));熱態(tài)調(diào)節(jié)速度 0～35 mm/min(單側(cè))。熱態(tài)調(diào)節(jié)速度與鋼種、鑄坯斷面、澆鑄速度等因素有關(guān)。減小寬度時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程為用上部驅(qū)動(dòng)減小錐度、寬度和錐度連續(xù)調(diào)節(jié)、用下部驅(qū)動(dòng)調(diào)整錐度。增大寬度時(shí)調(diào)節(jié)過(guò)程為用上部驅(qū)動(dòng)增大錐度、寬度和錐度連續(xù)調(diào)節(jié)、用下部驅(qū)動(dòng)調(diào)整錐度。

3.11 動(dòng)態(tài)二冷控制

板坯連鑄機(jī)二次冷卻水動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制是連鑄核心技術(shù)之一。經(jīng)過(guò)二次冷卻的鑄坯易出現(xiàn)表面缺陷和內(nèi)部缺陷,表面缺陷通常起源于結(jié)晶器,內(nèi)部缺陷主要是二冷區(qū)的不均勻冷卻造成的。二次冷卻局部過(guò)冷產(chǎn)生縱向凹陷而導(dǎo)致表面縱向裂紋;二次冷卻的水量過(guò)大或角部水量過(guò)大易造成表面、角部橫向裂紋;鑄坯在凝固過(guò)程中過(guò)冷或不均勻二次冷卻產(chǎn)生的熱應(yīng)力作用在樹枝晶較弱的部位而產(chǎn)生中間裂紋;二次冷卻過(guò)激易造成中心星狀裂紋;二次冷卻不均勻,使柱狀晶生成不規(guī)則,產(chǎn)生“搭橋”而導(dǎo)致中心偏析與中心疏松。二次冷卻水動(dòng)態(tài)自動(dòng)控制對(duì)提高板坯內(nèi)部和表面質(zhì)量尤為重要。

該連鑄機(jī)二冷采用氣水霧化二次冷卻,動(dòng)態(tài)控制。二冷區(qū)分為 11個(gè)冷卻區(qū),34個(gè)冷卻回路,其中 4個(gè)冷卻區(qū)設(shè)有 3幅切和 2幅切回路控制,以適應(yīng)澆鑄不同寬度斷面鑄坯。

在考慮實(shí)際水流量、鑄速、鋼種和過(guò)熱度的情況下,跟蹤鑄坯,在線實(shí)時(shí)計(jì)算鑄流的溫度分布情況。

根據(jù)溫度分布和所選擇的冷卻策略,計(jì)算并調(diào)整各個(gè)冷卻回路的動(dòng)態(tài)冷卻水量設(shè)定值,即表面溫度控制 (在各個(gè)冷卻區(qū)規(guī)定的表面溫度)。

3.12 動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)

中心偏析與疏松是傳統(tǒng)連鑄坯的主要缺陷之一,可引起鋼材的一系列質(zhì)量問(wèn)題。采用動(dòng)態(tài)輕壓下技術(shù)就是在凝固末端給鑄坯進(jìn)行輕微壓下,以補(bǔ)償富集偏析元素所致鋼液凝固時(shí)的體積收縮,防止該處鋼液的流動(dòng),從而減少或消除鑄坯的中心偏析與疏松。

本連鑄機(jī)采用動(dòng)態(tài)輕壓下,即在生產(chǎn)過(guò)程中隨著澆注條件的變化而變化的壓下方式。

本連鑄機(jī)共有 16個(gè)扇形段,輕壓下區(qū)域?yàn)?～16段,所有扇形段的夾緊液壓缸上配置有一個(gè)線性傳感器,所有扇形段都設(shè)有夾緊控制裝置和遠(yuǎn)程調(diào)輥縫控制裝置,可實(shí)現(xiàn)位置控制、壓力控制和同步移動(dòng)控制。

輕壓下時(shí)壓下率為 0.6～1.2 mm/m,壓下量為 2.5～7 mm。

3.13 二冷區(qū)電磁攪拌技術(shù)

二冷區(qū)電磁攪拌主要是抑制柱狀晶發(fā)展,提高等軸晶率,減少偏析等鑄坯內(nèi)部缺陷。

本連鑄機(jī)電磁攪拌采用輥式行波磁場(chǎng)型 (電磁攪拌輥),即將感應(yīng)器做成長(zhǎng)軸形,安裝在外形大小與連鑄機(jī)常規(guī)支承輥相近的非磁性特殊輥套內(nèi),工作時(shí)輥套隨著鑄坯移動(dòng)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。采用對(duì)輥式高磁場(chǎng)電磁攪拌輥使中心電磁推力可達(dá)到磁極插入式電磁攪拌器的標(biāo)準(zhǔn)。

3.14 質(zhì)量判斷模型

質(zhì)量判斷模型是板坯生產(chǎn)過(guò)程中的鑄坯質(zhì)量自動(dòng)檢查系統(tǒng),采用質(zhì)量判斷模型可向冶金技術(shù)人員和生產(chǎn)操作者提供在線生產(chǎn)操作信息;跟蹤并存儲(chǔ)生產(chǎn)過(guò)程中與質(zhì)量有關(guān)的工藝參數(shù);檢查和報(bào)告實(shí)際生產(chǎn)條件和計(jì)劃生產(chǎn)操作的各個(gè)偏差;如果需要對(duì)某些板坯進(jìn)行檢查,提出建議。

3.15 輥縫自動(dòng)測(cè)量

板坯連鑄機(jī)外弧的對(duì)弧偏差和輥?zhàn)娱_口度(輥縫)偏差是鑄坯在二冷區(qū)產(chǎn)生輥?zhàn)渝e(cuò)位應(yīng)變及鑄坯尺寸偏差的主要原因之一。輥?zhàn)拥耐＾D(zhuǎn)不僅造成輥?zhàn)拥哪p,而且影響鑄坯的表面質(zhì)量,增大了拉坯阻力。

該鑄機(jī)采用輥縫自動(dòng)測(cè)量,以檢測(cè)外弧的對(duì)弧精度、輥縫精度及輥?zhàn)拥霓D(zhuǎn)動(dòng)情況。采用自動(dòng)測(cè)量既減少了人工測(cè)量操作造成的誤差,又提高了鑄機(jī)的作業(yè)率。

3.16 板坯切割優(yōu)化

板坯切割優(yōu)化的目的在于最大可能的減少鋼坯量的損失,提高鑄機(jī)的金屬收得率,提高切割機(jī)的生產(chǎn)率,在澆鑄末期或更換中間罐時(shí)給操作員提供有關(guān)鑄坯預(yù)切割長(zhǎng)度的信息。

該連鑄機(jī)板坯切割優(yōu)化系統(tǒng)主要包括最佳切割計(jì)算模型、紅外檢測(cè)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、參數(shù)輸入系統(tǒng)及參數(shù)顯示裝置。

3.17 去毛刺機(jī)

為提高鑄坯表面質(zhì)量,減少板坯輸送輥道的磨損及提高軋材的金屬收得率,在該鑄機(jī)切割機(jī)后設(shè)有去毛刺機(jī)。

該鑄機(jī)采用錘刀式去毛刺機(jī),去毛刺率≥95%。

3.18 在線自動(dòng)打號(hào)機(jī)

在線自動(dòng)打號(hào)機(jī)用來(lái)在板坯上噴印標(biāo)識(shí)符號(hào)。該鑄機(jī)選用電弧鋁絲噴號(hào)機(jī)專用設(shè)備,噴印機(jī)接近板坯,去除板坯表面的氧化鐵皮,然后把計(jì)算機(jī)或操作員預(yù)先設(shè)定的數(shù)字/字母代碼噴印到板坯上。這種噴印機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,標(biāo)識(shí)清晰、不脫落,可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的可追溯性,質(zhì)量的可跟蹤性,防止發(fā)生混坯事故。

噴印標(biāo)識(shí)符號(hào)可調(diào)整 (50～150 mm),噴印周期 <60 s。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于對(duì)該連鑄機(jī)的精心設(shè)計(jì)以及諸多關(guān)鍵連鑄技術(shù)的應(yīng)用,優(yōu)良的設(shè)備制造質(zhì)量,精確的安裝和調(diào)試,完善的生產(chǎn)組織管理,保證該鑄機(jī)投產(chǎn)后澆鑄出優(yōu)質(zhì)合格的鑄坯。該鑄機(jī)必將為華菱漣源鋼鐵有限公司產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1] 蔡開科.連鑄結(jié)晶器 [M].北京:冶金工業(yè)出版社,2008.