劉 瑜

（寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900）

引言

國(guó)內(nèi)某鋼廠板坯連鑄機(jī)上一次改造于2005 年，隨著十幾年的生產(chǎn)，連鑄主線及公輔的設(shè)備已經(jīng)有嚴(yán)重的老化現(xiàn)象，設(shè)備開始出現(xiàn)不同程度變形，存在維護(hù)難度大、維護(hù)周期長(zhǎng)、設(shè)備精度降低等問題，逐漸不能滿足連鑄穩(wěn)定運(yùn)行的要求，引起鑄坯質(zhì)量不穩(wěn)定，鑄坯裂紋等缺陷的增多，總體質(zhì)量開始下滑[1-2]。該連鑄機(jī)以生產(chǎn)高等級(jí)汽車面板為主，這些鋼種表面及內(nèi)部質(zhì)量要求高，并且市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高，目前連鑄機(jī)的裝備水平已相對(duì)落后，限制了品種的提升。

1 存在的問題

1.1 板坯質(zhì)量問題

改造前的連鑄機(jī)由于設(shè)備老化、精度不夠等，在生產(chǎn)品種鋼時(shí)，產(chǎn)品質(zhì)量存在諸多問題，主要表現(xiàn)有三個(gè)方面。

（1）夾雜（渣）、氣泡缺陷。該連鑄機(jī)最突出的表面質(zhì)量問題是夾雜（渣）、氣泡缺陷，主要出現(xiàn)在板坯的上表皮下和板坯側(cè)面位置。

（2）中心裂紋問題。該連鑄機(jī)澆鑄的板坯易發(fā)生中心裂紋，嚴(yán)重制約了汽車板產(chǎn)品的合同交付。

（3）低碳微合金鋼、包晶鋼、中碳鋼角橫裂。該連鑄機(jī)原生產(chǎn)的鋼種包含了低碳微合金鋼、包晶鋼、中碳鋼，在生產(chǎn)這類鋼種時(shí)，板坯經(jīng)常會(huì)發(fā)生角裂的情況。為避免這類鋼種的判廢或降級(jí)，目前在生產(chǎn)低碳微合金鋼、包晶鋼、中碳鋼等鋼種時(shí)，采用下線后手工清理的處理方式。但是手工清理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，平均清理一塊有缺陷的板坯需要0.5 h，嚴(yán)重影響鋼廠的整體物流。

1.2 裝備相對(duì)落后且噴嘴容易堵塞

該連鑄機(jī)改造前的裝備水平還停留在十多年前，隨著改造后輥列設(shè)計(jì)、扇形段結(jié)構(gòu)形式的改變，二冷水、氣，二冷分區(qū)均發(fā)生改變。二冷水、氣的管線需要進(jìn)行更新升級(jí)，管線布局也需要進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

由于連鑄濁循環(huán)為開路循環(huán)，在經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)、維修后，濁循環(huán)水中含有一定的懸浮物質(zhì)。同時(shí)，二冷壓縮空氣中也含有一定量的油脂和水分。而且，由于原噴嘴孔徑較小，經(jīng)常發(fā)生噴嘴堵塞的情況，造成冷卻不均勻，影響板坯質(zhì)量。因此過濾系統(tǒng)也需要進(jìn)行升級(jí)[3-4]。

合理高效的連鑄機(jī)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，不僅可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也能提高設(shè)備壽命。

1.3 工程改造施工時(shí)間短

本連鑄機(jī)改造項(xiàng)目的主線及配套公輔設(shè)施的施工計(jì)劃為59天，而之前類似工程的改造周期為89天，對(duì)于施工內(nèi)容來說，時(shí)間短、難度高，要求冷卻系統(tǒng)的配管在施工前要做大量的預(yù)制工作，且施工容錯(cuò)空間少[5-6]，不允許在施工過程中進(jìn)行大量的返工。

2 優(yōu)化方案

2.1 二冷分區(qū)及水量?jī)?yōu)化

該連鑄機(jī)原來采用的是多點(diǎn)彎曲矯直技術(shù)，改造后采用連續(xù)彎曲矯直技術(shù)。連續(xù)彎曲矯直輥列可以減小彎曲矯直力及由彎曲矯直力產(chǎn)生的拉坯阻力。坯殼受到的拉應(yīng)力相對(duì)降低，可以防止內(nèi)裂產(chǎn)生。同時(shí)，輥列設(shè)計(jì)中最主要特點(diǎn)是采用小輥徑密排輥列，可以有效減少板坯在凝固過程中的鼓肚變形，從而提高板坯的內(nèi)部質(zhì)量。

對(duì)應(yīng)于輥列的優(yōu)化，二冷分區(qū)和水量也重新進(jìn)行的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為了實(shí)現(xiàn)更好的冷卻效果，降低能耗，同時(shí)為了適應(yīng)不同鋼種規(guī)格的要求，采用了汽水冷卻與幅切相結(jié)合的二冷方案，改造后的二冷分區(qū)如圖1所示。

圖1 連鑄機(jī)改造后分區(qū)

改造后的冷卻系統(tǒng)分區(qū)和回路的設(shè)計(jì)更為合理，不僅擁有更好的冷卻效果，用水量也有明顯的降低，其中結(jié)晶器冷卻水系統(tǒng)水量降低25%，設(shè)備冷卻水Line-1 系統(tǒng)水量降低9%，設(shè)備冷卻水Line-2系統(tǒng)水量降低15%，二冷水系統(tǒng)水量降低4%。在提高板坯質(zhì)量的同時(shí)，降低噸鋼的生產(chǎn)成本。改造前后用水量對(duì)如圖2所示。

圖2 連鑄機(jī)改造前后水量對(duì)比表

2.2 噴嘴及過濾器優(yōu)化

由于濁環(huán)水和壓縮空氣中存在一定的雜質(zhì)，經(jīng)常造成噴嘴的堵塞，從而造成二冷區(qū)冷卻不均勻，引發(fā)板坯出現(xiàn)裂紋等質(zhì)量的問題。所以，防止噴嘴堵塞不僅可以提高鑄坯質(zhì)量，還能提高連鑄機(jī)的澆鑄穩(wěn)定性，提高作業(yè)率，是產(chǎn)量提升必須要解決的問題。

該連鑄機(jī)的改造從增加二級(jí)過濾，和選用高效噴嘴兩方面同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的過濾和噴嘴防堵效果。

改造前的二冷水、二冷氣只有一級(jí)過濾系統(tǒng)，且過濾精度不足，二冷系統(tǒng)存在長(zhǎng)時(shí)間連澆生產(chǎn)后由于水中含有雜質(zhì)，造成噴嘴堵塞率高的情況。改造后的二冷水系統(tǒng)，管路中采用二級(jí)過濾方案，選用先進(jìn)的全自動(dòng)清洗管道過濾器，一級(jí)過濾精度為200 μm，二級(jí)過濾精度為100 μm，二冷氣體的過濾精度為1 μm，有效的過濾水中雜質(zhì)。選用的高效噴嘴通過優(yōu)化噴嘴設(shè)計(jì)，在保證冷卻效果的情況下，更不容易堵塞,保證冷卻的穩(wěn)定。改造后的過濾器如圖3所示。

圖3 全自動(dòng)清洗管道過濾器外形圖

二級(jí)過濾和高效噴嘴的配合，可以將二冷水長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的噴嘴堵塞率控制在3%以內(nèi)，有效提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2.3 進(jìn)行三維設(shè)計(jì)

在連鑄機(jī)改造之前，連鑄機(jī)冷卻系統(tǒng)的管線設(shè)計(jì)采用二維CAD 圖的設(shè)計(jì)模式，這樣的設(shè)計(jì)模式不夠直觀，且無法進(jìn)行碰撞檢查，尤其本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目，還需要綜合考慮原有的設(shè)施及管道造成的干涉，造成二維是設(shè)計(jì)的難度增加。同時(shí)，管線設(shè)計(jì)過程中與電氣、建筑、設(shè)備、儀表、結(jié)構(gòu)等多個(gè)專業(yè)的具有交界面，接口復(fù)雜，需要反復(fù)核對(duì)。而且，無法進(jìn)行自動(dòng)材料統(tǒng)計(jì)，更難以進(jìn)行管道預(yù)置的工作。在連鑄機(jī)冷卻系統(tǒng)這樣復(fù)雜的管線布局中，容易造成后期施工過程的反復(fù)修改，不僅影響工期，也增加了施工成本。

該連鑄機(jī)的冷卻系統(tǒng)管線采用三維設(shè)計(jì)，可以輕松實(shí)現(xiàn)空間布局清晰，原先許多復(fù)雜的空間關(guān)系在二維圖紙上無法表達(dá)，通過三維就可清晰的展現(xiàn)出各個(gè)管道及設(shè)備的空間關(guān)系；同時(shí)，通過三維設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)交底階段也可以讓更多的人更為直觀地看到最終的結(jié)果是什么樣的，如果業(yè)主和施工單位有不同的意見，在前期就可以進(jìn)行修改，避免后期的返工。而且三維軟件也可以更為準(zhǔn)確地進(jìn)行材料量統(tǒng)計(jì),軟件可以自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料量，施工成本的精細(xì)化，施工單位也可以在前期在工廠進(jìn)行大量的模塊化預(yù)制，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，停機(jī)施工時(shí)僅需要進(jìn)行整體安裝工作，大大縮短停機(jī)改造的工期，為業(yè)主創(chuàng)造利潤(rùn)。三維設(shè)計(jì)如圖4所示：

圖4 連鑄管線三維設(shè)計(jì)圖（二冷配水）

3 成果及結(jié)論

改造后的連鑄機(jī)通過輥列優(yōu)化、二冷分區(qū)優(yōu)化提高了冷卻系統(tǒng)的能力；通過選用高效噴嘴，增加二級(jí)過濾等手段，提高了冷卻系統(tǒng)的穩(wěn)定性；通過管線的三維設(shè)計(jì)，提高了管線的模塊化預(yù)制，縮短了工期，實(shí)現(xiàn)了降本增效的目標(biāo)。具體成果如下：

（1）提升板坯質(zhì)量：改善中心裂紋，夾雜（渣）、氣泡缺陷，角橫裂等問題。低碳鋼中心偏析≤2.0 級(jí)的比例穩(wěn)定在95%以上（曼內(nèi)斯曼標(biāo)準(zhǔn)）；中心裂紋塊數(shù)＜5塊/月；熱送率≥75%。

（2）降低噴嘴堵塞率。改造后的二冷噴嘴堵塞率控制在3%以內(nèi)。

（3）優(yōu)化施工方案，提高施工進(jìn)度。通過大量的前期管道的預(yù)制工作，減少停機(jī)施工時(shí)間，將項(xiàng)目的整體施工時(shí)間由89天減少為59天。