漣鋼 250 mm×2 150 mm板坯連鑄機設計特點

王西林,田 進,劉俊平,李紅軍,孟征兵

(1.中國重型機械研究院有限公司,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熱連軋項目的相繼投產,該連鑄機也逐漸進入正常生產。該連鑄機是華菱漣鋼產品結構調整轉爐改造工程重點項目之一,該鑄機投產后主要生產汽車板、取向和無取向硅鋼、管線鋼、容器鋼、船板鋼等。

該連鑄機由中國重型機械研究院技術總負責,成套設備立足于國內制造,采用成熟、可靠、經濟實用的國際先進技術和關鍵設備,產品質量、各項消耗指標達到國際先進水平。

2 連鑄機基本技術參數 (表 1)

表 1 連鑄機基本技術參數

3 連鑄機主要技術特點

根據該連鑄機生產的主要鋼種、鑄坯規格和生產能力,為了提高連鑄坯內部質量和表面質量,提高連鑄機作業率,保證連鑄機可靠性生產和生產管理,提高設備使用壽命、減少設備維修和降低生產成本,提高金屬收得率,這臺連鑄機的設計采用了諸多關鍵技術。

3.1 鋼包傾動技術

為提高鋼水收得率,在鋼包澆注末期由液壓缸驅動使鋼包傾動角度 0°～3°,將鋼包內殘留鋼水減少到最少。國內設計的大包回轉臺首次采用了該技術。

3.2 鋼水下渣檢測技術

采用振動式下渣檢測技術,防止鋼包渣進入到中間罐內污染鋼水,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。

3.3 實現全程無氧化澆鑄

氧化潔凈度是優質鋼最重要的一個指標。有害夾雜物形成的主要原因是非常小的夾雜物在紊流區凝結,這表現為鋼水從大包到中間包、中間包再到結晶器傳輸過程中鋼水的二次氧化。為此,采用全程無氧化保護澆鑄,如多功能連桿式大包回轉臺,帶有大包加蓋功能;大包與中間包之間設有長水口,由液壓驅動的鋼包水口操作手進行長水口的操作;中包與結晶器之間設有浸入式水口;長水口、浸入式水口均由氬氣密封;中間包內鋼液嚴格覆蓋保護;結晶器采用自動加渣。

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。鋼水在中間罐內的停留時間大于10 min,從而使鋼水的夾雜物能充分上浮。

3.5 水口快換機構

采用水口快換機構更換浸入式水口,實現單臺中間罐的多爐連澆。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。

浸入式水口的瞬時更換 (1.5 s內完成新舊水口的更換),使澆鑄不斷流。

浸入式水口快速更換時中間罐無需升降,既簡化了操作工藝,又穩定了結晶器液面。

快換機構的氬氣供給回路可防止鋼水的二次氧化。

快換機構的事故盲板在發生澆鑄事故時瞬間切斷鋼流。

3.6 自動加渣技術

加渣裝置為緊湊式可移動裝置,該裝置以恒定喂料速度將結晶器保護渣送入結晶器。采用自動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境。

3.7 結晶器專家系統 (漏鋼預報)

該系統主要包括拉漏預報、溫度監控、熱通量監控等功能,采用該系統有利于安全生產。

3.8 結晶器液面控制

彎月面波動不僅造成諸如漏鋼等生產上的問題,還嚴重影響鑄坯質量。當彎月面波動加劇時,板坯表面非金屬夾雜物增加,導致板坯表面缺陷加重。

采用渦流式傳感器檢測結晶器內鋼水液面位置,并與塞棒裝置構成閉環的結晶器液面控制系統,將液面波動控制在 ±2 mm以內。

通過現場工藝條件進行仿真測試,建立了自動開澆模型,實現了自動開澆功能。

3.9 結晶器液壓振動裝置

結晶器液壓振動系統可實現振動頻率和振幅的最佳組合,再加上最合適的振動波型和偏斜率,可用于所有的澆鑄條件和生產鋼種。

液壓非正弦振動可在線調節振動參數,如振動頻率、振幅、偏斜率。選擇適當的參數可減小負滑動時間,使振痕變淺,并可增加正滑動時間,增加保護渣消耗量,改善潤滑。

液壓非正弦振動可在最佳負滑動時間和正滑動時間的情況下降低振動頻率,提高設備的使用壽命和穩定性。

液壓非正弦振動適用于不同鋼種,通過選擇優化的控制模型及參數,獲得良好的鑄坯質量。

3.10 結晶器在線調寬

為滿足產品寬度變化,適應市場的要求,該鑄機設計的結晶器寬度調整系統可實現離線寬度調節、澆鑄過程中在線寬度調節、拉坯速度和冷卻系統連續監視、在線寬度和錐度調節,以補償拉坯速度變化對冷態鑄坯寬度的影響。

調寬驅動采用伺服電機,冷態調節速度 0～150 mm/min(單側);熱態調節速度 0～35 mm/min(單側)。熱態調節速度與鋼種、鑄坯斷面、澆鑄速度等因素有關。減小寬度時調節過程為用上部驅動減小錐度、寬度和錐度連續調節、用下部驅動調整錐度。增大寬度時調節過程為用上部驅動增大錐度、寬度和錐度連續調節、用下部驅動調整錐度。

3.11 動態二冷控制

板坯連鑄機二次冷卻水動態自動控制是連鑄核心技術之一。經過二次冷卻的鑄坯易出現表面缺陷和內部缺陷,表面缺陷通常起源于結晶器,內部缺陷主要是二冷區的不均勻冷卻造成的。二次冷卻局部過冷產生縱向凹陷而導致表面縱向裂紋;二次冷卻的水量過大或角部水量過大易造成表面、角部橫向裂紋;鑄坯在凝固過程中過冷或不均勻二次冷卻產生的熱應力作用在樹枝晶較弱的部位而產生中間裂紋;二次冷卻過激易造成中心星狀裂紋;二次冷卻不均勻,使柱狀晶生成不規則,產生“搭橋”而導致中心偏析與中心疏松。二次冷卻水動態自動控制對提高板坯內部和表面質量尤為重要。

該連鑄機二冷采用氣水霧化二次冷卻,動態控制。二冷區分為 11個冷卻區,34個冷卻回路,其中 4個冷卻區設有 3幅切和 2幅切回路控制,以適應澆鑄不同寬度斷面鑄坯。

在考慮實際水流量、鑄速、鋼種和過熱度的情況下,跟蹤鑄坯,在線實時計算鑄流的溫度分布情況。

根據溫度分布和所選擇的冷卻策略,計算并調整各個冷卻回路的動態冷卻水量設定值,即表面溫度控制 (在各個冷卻區規定的表面溫度)。

3.12 動態輕壓下技術

中心偏析與疏松是傳統連鑄坯的主要缺陷之一,可引起鋼材的一系列質量問題。采用動態輕壓下技術就是在凝固末端給鑄坯進行輕微壓下,以補償富集偏析元素所致鋼液凝固時的體積收縮,防止該處鋼液的流動,從而減少或消除鑄坯的中心偏析與疏松。

本連鑄機采用動態輕壓下,即在生產過程中隨著澆注條件的變化而變化的壓下方式。

本連鑄機共有 16個扇形段,輕壓下區域為4～16段,所有扇形段的夾緊液壓缸上配置有一個線性傳感器,所有扇形段都設有夾緊控制裝置和遠程調輥縫控制裝置,可實現位置控制、壓力控制和同步移動控制。

輕壓下時壓下率為 0.6～1.2 mm/m,壓下量為 2.5～7 mm。

3.13 二冷區電磁攪拌技術

二冷區電磁攪拌主要是抑制柱狀晶發展,提高等軸晶率,減少偏析等鑄坯內部缺陷。

本連鑄機電磁攪拌采用輥式行波磁場型 (電磁攪拌輥),即將感應器做成長軸形,安裝在外形大小與連鑄機常規支承輥相近的非磁性特殊輥套內,工作時輥套隨著鑄坯移動作旋轉運動。采用對輥式高磁場電磁攪拌輥使中心電磁推力可達到磁極插入式電磁攪拌器的標準。

3.14 質量判斷模型

質量判斷模型是板坯生產過程中的鑄坯質量自動檢查系統,采用質量判斷模型可向冶金技術人員和生產操作者提供在線生產操作信息;跟蹤并存儲生產過程中與質量有關的工藝參數;檢查和報告實際生產條件和計劃生產操作的各個偏差;如果需要對某些板坯進行檢查,提出建議。

3.15 輥縫自動測量

板坯連鑄機外弧的對弧偏差和輥子開口度(輥縫)偏差是鑄坯在二冷區產生輥子錯位應變及鑄坯尺寸偏差的主要原因之一。輥子的停轉不僅造成輥子的磨損,而且影響鑄坯的表面質量,增大了拉坯阻力。

該鑄機采用輥縫自動測量,以檢測外弧的對弧精度、輥縫精度及輥子的轉動情況。采用自動測量既減少了人工測量操作造成的誤差,又提高了鑄機的作業率。

3.16 板坯切割優化

板坯切割優化的目的在于最大可能的減少鋼坯量的損失,提高鑄機的金屬收得率,提高切割機的生產率,在澆鑄末期或更換中間罐時給操作員提供有關鑄坯預切割長度的信息。

該連鑄機板坯切割優化系統主要包括最佳切割計算模型、紅外檢測系統、控制系統、參數輸入系統及參數顯示裝置。

3.17 去毛刺機

為提高鑄坯表面質量,減少板坯輸送輥道的磨損及提高軋材的金屬收得率,在該鑄機切割機后設有去毛刺機。

該鑄機采用錘刀式去毛刺機,去毛刺率≥95%。

3.18 在線自動打號機

在線自動打號機用來在板坯上噴印標識符號。該鑄機選用電弧鋁絲噴號機專用設備,噴印機接近板坯,去除板坯表面的氧化鐵皮,然后把計算機或操作員預先設定的數字/字母代碼噴印到板坯上。這種噴印機運行穩定,標識清晰、不脫落,可實現產品的可追溯性,質量的可跟蹤性,防止發生混坯事故。

噴印標識符號可調整 (50～150 mm),噴印周期 <60 s。

4 結束語

由于對該連鑄機的精心設計以及諸多關鍵連鑄技術的應用,優良的設備制造質量,精確的安裝和調試,完善的生產組織管理,保證該鑄機投產后澆鑄出優質合格的鑄坯。該鑄機必將為華菱漣源鋼鐵有限公司產生顯著的經濟效益和社會效益。

[1] 蔡開科.連鑄結晶器 [M].北京:冶金工業出版社,2008.