邯鋼三煉鋼1#板坯連鑄機(jī)的設(shè)計及生產(chǎn)實踐

遲鳳志，王國嘯，王立春，曾擴(kuò)軍

(1．中國重型機(jī)械研究院有限公司，陜西 西安 710032;2．邯鄲鋼鐵股份有限公司，河北 邯鄲 056003)

1 前言

為優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，提高市場競爭力，邯鋼建成了一臺1900 mm×250 mm板坯連鑄機(jī)。該連鑄機(jī)由中國重型機(jī)械研究院有限公司負(fù)責(zé)設(shè)計及主要設(shè)備的成套供貨，連鑄機(jī)采用了一系列國內(nèi)外領(lǐng)先、成熟可靠的技術(shù)，具有較高的裝備水平。該工程的工藝設(shè)備、三電控制及二級模型、液壓成套、土建全部由中國重型機(jī)械研究院有限公司自主開發(fā)、設(shè)計。經(jīng)過較長時間的生產(chǎn)實踐，該連鑄機(jī)取得了較好的生產(chǎn)效果，所生產(chǎn)的鑄坯質(zhì)量優(yōu)良，滿足了高強船板等鋼材出口的要求，為企業(yè)帶來了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 總體設(shè)計

2.1 煉鋼條件

轉(zhuǎn)爐

公稱容量 120 t

平均冶煉周期 35 min

轉(zhuǎn)爐數(shù)量 4座

精煉設(shè)備 LF+RH

2.2 連鑄機(jī)產(chǎn)品大綱

(1)生產(chǎn)鋼種。碳素結(jié)構(gòu)鋼、船板鋼、鍋爐鋼、壓力容器鋼、管線鋼、厚度方向性能鋼板、低合金高強度鋼、模具鋼、調(diào)質(zhì)鋼。

(2)鑄坯產(chǎn)量及規(guī)格

鑄坯產(chǎn)量 130萬t/a

鑄坯規(guī)格

厚度 180、220、250 mm

寬度 1 400～1 900 mm

定尺長度 1 900～3 200 mm

2.3 工藝流程

本連鑄機(jī)為中板軋機(jī)及厚板軋機(jī)供坯，所澆注鋼水由120 t轉(zhuǎn)爐冶煉，并經(jīng)LF、RH精煉設(shè)備處理，是快節(jié)奏、長期大負(fù)荷運行的寬厚板坯連鑄機(jī)。

鑄機(jī)的工藝流程如圖1所示。連鑄機(jī)生產(chǎn)的鑄坯經(jīng)過一次火焰切割機(jī)切割成倍尺長度后，經(jīng)過一次切割后輥道、二次火焰切割機(jī)及等待輥道后，由等待輥道側(cè)面的噴印機(jī)進(jìn)行噴號操作。噴印工作完成后，鑄坯在去毛刺輥道上通過去毛刺機(jī)除去毛刺。鑄坯去除毛刺后即可借助推鋼機(jī)、垛板臺下線，下線鑄坯可直接存放或向軋鋼廠供坯。

為滿足鑄坯熱裝熱送的要求，總體設(shè)計預(yù)留了熱送輥道的平面位置。

圖1 連鑄機(jī)工作流程圖

2.4 連鑄機(jī)主要性能參數(shù)

機(jī)型 單流直弧型寬厚板坯連鑄機(jī)

垂直區(qū)高度 2 540 mm

鑄機(jī)主半徑 9 500 mm

彎曲 連續(xù)彎曲

矯直 連續(xù)矯直

鑄坯規(guī)格

厚度180、220、250 mm

寬度1 400～1 900 mm

定尺長度1 900～3 200 mm

正常工作拉速 0.85～1.7 m/min

最大工作拉速 1.8 m/min

機(jī)械速度 0～2.0 m/min

機(jī)長 27 719.28 mm

鑄機(jī)高度 12 925.70 mm

引錠裝入方式 下裝式

輥縫測量 輥縫儀

平均準(zhǔn)備時間 ～52 min

連鑄機(jī)作業(yè)率 75% ～85%

連鑄金屬收得率 97%

鑄機(jī)年產(chǎn)量 130萬t

中間包預(yù)熱時間 90 min

平均連澆爐數(shù) 8～16爐

液壓系統(tǒng)壓力 P0=18～20 MPa PⅠ=12～18 MPa PⅡ=3～18 MPa

3 主要設(shè)備

(1)鋼包回轉(zhuǎn)臺。單側(cè)承載能力200 t，蝶型，帶鋼包稱重及加蓋功能，兩側(cè)獨立升降，液壓式事故回轉(zhuǎn)。

(2)中間包。工作液面深度1 100 mm，容量35 t，溢流液面深度1 200 mm，最大容量38 t，內(nèi)設(shè)擋渣墻和擋渣堰。采用塞棒和事故閘板控流，塞棒機(jī)構(gòu)與結(jié)晶器液面檢測裝置配合可實現(xiàn)自動控流，實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)澆注。

(3)中間包車。高低軌式，帶有液壓式中間包升降和橫向?qū)χ醒b置，具有中間包內(nèi)鋼水連續(xù)稱重功能，中間包車平臺上安裝有長水口裝卸機(jī)械手。

(4)結(jié)晶器。平行板式結(jié)晶器，銅板采用CrZrCu材質(zhì)，表面鍍1.5 mm厚Ni－Fe，銅板高900 mm，厚45 mm，帶有鋼制背板，在銅板維護(hù)、返修過程中，背板和銅板由螺栓把合為一體以提高剛性，減少銅板變形。采用渦流式檢測裝置及中間包塞棒控制機(jī)構(gòu)實現(xiàn)結(jié)晶器液面自動控制。結(jié)晶器帶有寬面足輥1對，窄面足輥3對。

(5)液壓振動裝置?；谥袊匦蜋C(jī)械研究院有限公司自主開發(fā)的雙缸液壓振動技術(shù)設(shè)計的新型液壓振動裝置，采用雙層板彈簧導(dǎo)向，可實現(xiàn)正弦和非正弦振動，可動態(tài)調(diào)整振幅、頻率、波形偏斜率。

(6)鑄坯導(dǎo)向段。鑄坯導(dǎo)向段由彎曲段、弧形扇形段1～6段、矯直扇形段7～8段和水平扇形段9～12段組成。

扇形段內(nèi)、外弧框架由安裝在內(nèi)弧框架上的4個夾緊液壓缸夾緊。在液壓缸和外弧框架之間分別有4根等長連桿聯(lián)接。所有扇形段的夾緊液壓缸均安裝有位移傳感器，保證了二冷區(qū)實施全程動態(tài)輕壓下操作。

(7)鑄坯切割。為保證1 900～3 200 mm的最終定尺，分別配置了一、二次火焰切割機(jī)，坯長采用遠(yuǎn)紅外電視攝像定尺系統(tǒng)測量。

(8)去毛刺機(jī)。采用錘刀式去毛刺機(jī)，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠。

4 連鑄機(jī)主要技術(shù)特點

針對該鑄機(jī)生產(chǎn)的主要鋼種、鑄坯規(guī)格及生產(chǎn)能力，為了保證鑄坯的表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量，提高鑄機(jī)作業(yè)率，提高金屬收得率，設(shè)計上采用了以下幾項關(guān)鍵技術(shù)。

(1)鋼流全程無氧化澆注?？傮w設(shè)計采用保護(hù)澆注，防止?jié)沧⑦^程二次氧化。鋼包和中間包之間采用長水口保護(hù)澆注、中間包和結(jié)晶器之間采用浸入式水口保護(hù)澆注，在鋼包下水口與長水口之間通氬氣密封，在中間包和浸入式水口之間通氬氣密封，中間包內(nèi)采用覆蓋劑，結(jié)晶器采用保護(hù)渣澆注。

(2)鋼水下渣檢測技術(shù)。設(shè)置下渣檢測裝置，防止鋼包渣進(jìn)入到中間包內(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，提高中間包連澆爐數(shù)。

(3)大容量、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的中間包。采用了大容量中間包，工作液面深度1 100 mm，容量35 t。鋼水在中間包內(nèi)停留時間9 min，保證鋼水中的夾雜物能充分上浮。

(4)優(yōu)化結(jié)晶器浸入式水口參數(shù)。對結(jié)晶器浸入式水口參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，包括水口結(jié)構(gòu)、插入深度、過鋼量、水口角度等，解決由于拉速高、寬度變化等因素所造成的鋼水沖擊、窄邊坯殼沖刷、卷渣，減少鑄坯表面的夾雜物含量，適應(yīng)高級別鋼種的要求。

(5)優(yōu)化的輥列設(shè)計。適宜的直線段長度2 540 mm，使鋼水中夾渣物能充分上浮。

直弧型、連續(xù)彎曲、連續(xù)矯直、細(xì)輥密布技術(shù)使鑄坯的綜合變形率得到了嚴(yán)格的控制。250 mm厚板坯在最高拉速下綜合變形率小于0.33%，為獲得高質(zhì)量鑄坯提供了相應(yīng)的保證。

(6)成熟的結(jié)晶器液面控制技術(shù)。采用蝸流式傳感器檢測結(jié)晶器液面位置，并與中間包塞棒機(jī)構(gòu)構(gòu)成閉環(huán)，液面波動控制在±2 mm以內(nèi)。

(7)成熟的液壓振動技術(shù)。采用中國重型機(jī)械研究院有限公司自主開發(fā)、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的結(jié)晶器液壓振動技術(shù)，可實現(xiàn)振動頻率及振幅的優(yōu)化組合、適宜的振動波型及波型偏斜率，能充分滿足生產(chǎn)鋼種的澆注要求。

(8)動態(tài)二冷控制技術(shù)。針對邯鋼生產(chǎn)鋼種中包晶碳鋼及含鈮、釩等微合金成份的鋼種，開發(fā)相應(yīng)的動態(tài)二冷控制模型。由于這些鋼種極易產(chǎn)生表面裂紋，嚴(yán)格控制冷卻強度及矯直區(qū)鑄坯表面溫度顯得尤其重要。

(9)遠(yuǎn)程調(diào)整輥縫及動態(tài)輕壓下技術(shù)。針對傳統(tǒng)連鑄坯較易出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷中心偏析及中心疏松，采用了可遠(yuǎn)程調(diào)整輥縫的扇形段。用傳感器檢測到的輥縫值反饋到夾緊液壓缸的位置控制系統(tǒng)中形成閉環(huán)，對輥縫進(jìn)行動態(tài)控制，用相應(yīng)的動態(tài)輕壓下控制模型對相應(yīng)的扇形段實施動態(tài)輕壓下。

(10)板坯切割優(yōu)化。板坯切割優(yōu)化的目標(biāo)是最大限度地減少鑄坯損耗，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包過程中給操作者提供最佳預(yù)切割長度信息。

板坯切割優(yōu)化系統(tǒng)包括最佳切割模型、紅外線檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、參數(shù)輸入系統(tǒng)。

5 生產(chǎn)實踐

1#板坯連鑄機(jī)于2007年底建成后一次熱試成功，隨后投入生產(chǎn)，各項性能指標(biāo)達(dá)到設(shè)計要求。兩年多來已經(jīng)成功生產(chǎn)了 Z向鋼(Z15、Z25、Z35)、管線鋼(X70、X80)、探傷板、高強船板(A36/32、D36)、低合金高強度板(Q450C、Q345E)等一批高質(zhì)量、高附加值產(chǎn)品。針對包晶碳鋼及含鈮、釩等微合金成份鋼種開發(fā)的冷卻模型安全可靠，成功地解決了含鈮高強船板邊部橫裂及軋后表面結(jié)疤問題。

鑄機(jī)投產(chǎn)以來，鑄坯表面質(zhì)量良好。投產(chǎn)初期，鑄坯內(nèi)部質(zhì)量曾出現(xiàn)過微量中心偏析，經(jīng)過加強鋼水過熱度控制、穩(wěn)定拉速、改善二冷水質(zhì)、加強鋼水純凈度控制、提高扇形段運行精度等措施后，鑄坯中心偏析C類以上合格率達(dá)到90%以上。

6 結(jié)論

生產(chǎn)實踐表明，邯鋼三煉鋼1#板坯連鑄機(jī)采用的相關(guān)技術(shù)是先進(jìn)可靠的，各項性能指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計要求，無論在鑄坯質(zhì)量還是設(shè)備可靠性方面，都取得了較滿意的效果。尤其是針對包晶碳鋼及含鈮、釩等微合金成份鋼種開發(fā)的冷卻模型安全可靠，成功地解決了含鈮高強船板邊部橫裂及軋后表面結(jié)疤問題。

［1］ 劉明延，李平，欒興家等．板坯連鑄機(jī)設(shè)計與計算［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1990．

［2］ 蔡開科．連續(xù)鑄鋼［M］．北京:科學(xué)出版社，1990．

［3］ 楊拉道，謝東鋼．常規(guī)板坯連鑄技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2002．

［4］ 李憲奎，張德明．連鑄結(jié)晶器振動技術(shù)［M］．北京:冶金工業(yè)出版社，2002．