于永川

(中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,河北石家莊050021)

大圓坯緩冷能力與工藝布置的研究

于永川

(中鋼石家莊工程設(shè)計(jì)研究院有限公司,河北石家莊050021)

討論了大圓坯連鑄緩冷鋼種的緩冷時(shí)間和緩冷坑能力,利用坯庫存放場(chǎng)地進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì),在圓坯物流發(fā)運(yùn)上實(shí)現(xiàn)有效緩沖,實(shí)現(xiàn)了大圓坯的品種鋼生產(chǎn)能力的提高,保證了一定時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)流程的連續(xù)生產(chǎn),圓坯緩冷能力的提高為生產(chǎn)高質(zhì)量鑄坯提供了保障。

大圓坯;緩沖;緩冷;工藝布置

1 引言

隨著鑄坯品種鋼比例不斷提升,為滿足大圓坯的質(zhì)量需要,對(duì)現(xiàn)有車間內(nèi)鑄坯存放區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,根據(jù)不同斷面和鋼種,在有限的車間廠房內(nèi)對(duì)圓坯存放的堆垛位、緩冷箱和緩冷坑的數(shù)量進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),適應(yīng)品種鋼比例提高對(duì)鑄坯質(zhì)量的需要,對(duì)緩冷能力與工藝布置進(jìn)行分析,達(dá)到滿足產(chǎn)能最大化,提高熱裝溫度和倒運(yùn)效率的目的[1]。

2 緩冷時(shí)間和緩冷能力

2.1 緩冷方式

緩冷是指比自然冷卻速度慢的冷卻,目的在于:(1)防止某些鋼材(如軸承鋼、合金工具鋼)產(chǎn)生白點(diǎn);(2)避免某些應(yīng)力敏感性強(qiáng)的鋼材(如高速工具鋼、馬氏體不銹鋼等)空冷時(shí)因熱應(yīng)力與組織應(yīng)力而產(chǎn)生裂紋;(3)避免空冷時(shí)鋼材(如彈簧鋼)表面出現(xiàn)馬氏體及表面硬度超標(biāo)準(zhǔn)。

大圓坯的存放按照鋼種和斷面的不同分為堆垛、緩冷箱和緩冷坑三種方式。

堆垛采用一字型或十字型交叉堆垛方式,在每層鑄坯兩側(cè)放置防滑墊塊,最小定尺6m的圓坯每個(gè)垛位最高原則上不超過2.5m,每個(gè)垛位存放約500t,垛位之間安全距離至少1.5m。

緩冷箱作為沒有加熱設(shè)備的鋼板制成臨時(shí)存放的箱子,方便以后拆除和移動(dòng)。尺寸12 000mm(長)×8 600mm(寬)×2 800mm (高),箱四壁及箱蓋厚度160mm,四壁及箱蓋用耐火纖維填充,底部用沙子和石棉填充。最大容量為1 000t[2]。

緩冷坑是在廠房內(nèi)挖一地坑,坑四周設(shè)計(jì)帶燒嘴裝置和溫度測(cè)量儀,能精確控制鑄坯緩冷溫度,坑的一側(cè)設(shè)置樓梯便于人員檢修,緩冷蓋采用電動(dòng)平移式坑蓋,使鑄坯由天車吊入坑中到蓋密封的全過程在1min內(nèi)完成,比傳統(tǒng)天車吊緩冷蓋時(shí)間大大縮短,順利實(shí)現(xiàn)了鑄坯的快速進(jìn)坑和出坑的工藝要求。在車間場(chǎng)地受限時(shí),一般由天車人工吊緩冷蓋,每個(gè)緩冷坑一般有2～3個(gè)緩冷蓋拼合而成。

熱態(tài)鑄坯入緩冷坑在700℃以上采用夾坯鉗入坑,考慮安全性每次只夾一根鑄坯,在多流同時(shí)生產(chǎn)時(shí)生產(chǎn)小斷面鑄坯時(shí)入爐節(jié)奏受到一定的限制。入坑溫度在500～700℃采用夾坯鉗或高溫電磁鐵,后者可同時(shí)把多根圓坯放入坑中,具有效率高的特點(diǎn)。每層圓坯之間留有間隙方便夾鉗取放坯子,在緩冷時(shí)間滿足出坑要求時(shí),電磁吊可同時(shí)吸出多根鑄坯出坑,遠(yuǎn)高于夾坯鉗的作業(yè)率,再通過過跨電平車或過跨輥道運(yùn)輸。

2.2 緩冷設(shè)計(jì)原則

為保證連鑄生產(chǎn)與緩冷物流的暢通與順行,煉鋼—連鑄生產(chǎn)流程中的物流調(diào)控應(yīng)遵循以下原則[3]:

(1)緩冷能力與連澆爐數(shù)匹配原則

生產(chǎn)組織按照訂單集中生產(chǎn)需緩冷的鋼種時(shí),一個(gè)澆次中有多次中間包快換,為避免混鋼裝入,要求緩冷坑數(shù)量與需緩冷鋼種數(shù)量一一對(duì)應(yīng),便于生產(chǎn)調(diào)度和現(xiàn)場(chǎng)管理,因此,緩冷坑和緩冷箱的緩沖能力略大于每個(gè)澆次最大產(chǎn)能。

(2)入爐等待時(shí)間最小原則

鑄坯的堆垛、緩冷箱或緩冷坑的運(yùn)輸時(shí)間受到天車噸位和鑄坯溫度的影響,在坯庫空間有限情況下,利用過跨電平車或熱送輥道將鑄坯轉(zhuǎn)運(yùn)到其它存放跨,起到緩沖單一跨內(nèi)天車能力的不足的作用,通過2～3個(gè)跨內(nèi)設(shè)置緩冷裝置來均衡鑄坯倒運(yùn)的壓力,提高緩冷工序的“柔性時(shí)間”,加速鑄坯周轉(zhuǎn),減少鑄坯運(yùn)輸過程中的溫降,保證緩冷溫度。

(3)按鋼種分類緩冷原則

在保證鑄坯質(zhì)量的基礎(chǔ)上,結(jié)合現(xiàn)有存放場(chǎng)地和車輛運(yùn)輸通道,對(duì)堆垛垛位、緩冷箱和緩冷坑的數(shù)量按照產(chǎn)品大綱和訂單進(jìn)行統(tǒng)一考慮,實(shí)現(xiàn)連鑄連澆的最大生產(chǎn)爐數(shù),任何相鄰兩個(gè)澆次的間隔不會(huì)由于鑄坯存放倒運(yùn)造成連鑄的停頓。綜合考慮爐機(jī)匹配、中間包壽命、設(shè)備檢修計(jì)劃等約束條件,優(yōu)先安排緩冷坑和緩冷箱的生產(chǎn),快換爐次間盡量安排只需堆垛緩冷的鋼種生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)合理的緩冷方式的組合。

(4)緩冷場(chǎng)地外移的原則

擴(kuò)展連鑄坯庫車間臨近跨存放鑄坯,通過多部過跨電平車或熱送輥道、汽車短倒至相鄰跨起到解決單一存放跨能力不足的問題,保證物流的有效銜接,避免追求單一連鑄機(jī)的最大連澆爐數(shù),而影響其它鑄機(jī)的連續(xù)生產(chǎn)。統(tǒng)一考慮各臺(tái)連鑄機(jī)盡可能最大連澆、物流運(yùn)行合理,目的是保持物流在整個(gè)連鑄工序內(nèi)的平衡,均衡各臺(tái)連鑄機(jī)的緩冷和堆放空間。

2.3 鋼種緩冷溫度與緩冷時(shí)間(見表1)

2.4 緩冷能力與布置方式

按照最小斷面?300mm和最長定尺9m進(jìn)行考慮,每包鋼水平均68t,連澆爐數(shù)14爐,平均澆注周期32min,每日最大產(chǎn)能分別生產(chǎn)一個(gè)澆次、兩個(gè)澆次和三個(gè)澆次和最長澆次快換的鋼種均不一樣,中包耐材使用壽命平均9h快換一次,最高快換4次合計(jì)連續(xù)生產(chǎn)4 500t鑄坯,結(jié)合鋼種緩冷時(shí)間,考慮最大日產(chǎn)能和小時(shí)產(chǎn)能的生產(chǎn)節(jié)奏與天車吊運(yùn)節(jié)奏的合理組合。在連鑄出坯跨坯庫有兩臺(tái)32t天車,32t/10t天車吊運(yùn)?300圓坯一個(gè)來回時(shí)間278s,而冷床周期出坯子平均55s一根,平均5min從緩冷坑吸取?300圓坯定尺長6m的2根,總重6.6t,小時(shí)能力在160t,兩部天車同時(shí)交替作業(yè),按照相互制約50%考慮,圓坯出坑能力240t/h見表2。

表1 不同鋼種緩冷溫度與緩冷時(shí)間

表2 32t/10t天車?300mm圓坯吊運(yùn)周期

從安全性上設(shè)計(jì),緩冷坑深度不超過-3m,坑沿高出地面+0.7m。緩冷坑寬度6.7m,長度10m,坑標(biāo)高-3m,坑沿+0.7m,四周和地面必須防水?？觾?nèi)地面鋪設(shè)20mm厚鋼板,防止圓坯壓壞地面?？颖谒闹鼙仨毞雷?墻體依次為鋼筋混凝土、耐火墻、200mm×200mm鋼坯(整體豎向焊接)或者彈簧板。蓋板為小弧形的鋼蓋,每個(gè)緩冷坑設(shè)置3個(gè)長6.7m寬3.4m的鋼板蓋,四邊設(shè)有吊耳。對(duì)角線上設(shè)直爬梯,便于平時(shí)檢修和人員意外墜落入坑時(shí)逃生使用,見圖1和圖2。

每日5個(gè)流同時(shí)生產(chǎn)最高小時(shí)產(chǎn)能200t,如果全部是需要緩冷的鋼種,入坑時(shí)間在36h,每次倒運(yùn)鑄坯時(shí)間在8h,按照4 000t對(duì)緩冷坑進(jìn)行設(shè)計(jì),基本滿足每天生產(chǎn)緩冷需要。為了保證緩冷時(shí)間最長并且必須在緩冷坑或緩冷箱的鋼種生產(chǎn)需要,緩冷能力略大于連鑄能力,按照9h中包快換,假設(shè)每次中包快換的鋼種均不一樣,44h內(nèi)至少保證5個(gè)鋼種的緩冷,設(shè)置至少5個(gè)緩冷坑?？紤]現(xiàn)有連鑄出坯跨的坯庫和臨近跨的車間場(chǎng)地,可以分別設(shè)置3個(gè)和2個(gè)緩冷坑。不需要緩冷的鋼種直接通過過跨電平車運(yùn)輸?shù)酵鈳旒写娣?布置圖見圖3和圖4所示。

表3 緩冷坑的緩冷能力計(jì)算

圖3 出坯跨、與原料跨和外庫布置圖

圖4 圓坯存放和發(fā)運(yùn)的外庫布置圖

3 結(jié)論

緩冷坑在配合特鋼大圓坯連鑄投產(chǎn)使用后,對(duì)提升高端品種鋼的生產(chǎn)起到柔性緩沖作用,對(duì)不用緩冷的鋼種及時(shí)通過過跨電平車運(yùn)輸?shù)酵鈳旒写娣?在一個(gè)澆次間穿插只需堆垛緩冷的鋼種可以有效緩解天車作業(yè)的壓力,在廠房車間空間緊張的情況下,可以建設(shè)緩冷箱便于靈活根據(jù)不同季節(jié)和生產(chǎn)情況移動(dòng)緩冷存放位置,能有效地彌補(bǔ)廠房內(nèi)緩冷坑數(shù)量的不足,使得品種銜接與鑄坯存放效率大大提高,保證了連鑄生產(chǎn)的穩(wěn)定性和均衡性。總之,緩冷坑效果最好,車間場(chǎng)地具備條件時(shí),優(yōu)先安排

使用,緩冷坑和緩冷箱以及堆垛緩冷的能力要大于連鑄生產(chǎn)能力。合理有效的工藝布置不僅可以大大降低生產(chǎn)運(yùn)行成本,而且對(duì)于優(yōu)化生產(chǎn)流程具有重要的意義。

[1] 凌遵峰.天鋼煉鋼廠年產(chǎn)400萬噸鋼物流時(shí)序研究[J].天津冶金,2006(1):45-49.

[2] 閆觀海.耐火纖維折疊塊在緩冷坑爐蓋上的應(yīng)用[J].包鋼科技,1998(02):7-8.

[3] 何臘梅,鄭忠,高小強(qiáng),等.攀鋼煉鋼生產(chǎn)物流仿真分析[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2004,27(5): 57-60.

The Productive Capacity of Round Cast Billets With Large Section and Process Arrangement in Slow Cooling Condition

YU Yong-chuan

(Sinosteel Shijiazhuang Engineering Design and Research Institute Co.Ltd,Shijiazhuang 050021 Hebei,China)

In this paper,it discussed the buffer time and capacity of slow cooling pit about round bloom,integrated plan and design using present bloom storage yard.It achieved effective buffer about round bloom delivery,realize the improvement of production ability of quality round bloom,guarantee continuous production of process flow in due time,therefore,the enforcement of slow cooling capacity laid the basis of high quality round bloom.

round bloom,buffer,slow cooling,process layout

1001-5108(2016)04-0021-05

TF777

A

于永川,工程師,主要從事煉鋼、連鑄工藝設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)開發(fā)工作。