提高5流連鑄機(jī)生產(chǎn)效率實(shí)踐

王利波  馬桂芬

（1.天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司 天津 300301；）

摘要：天鋼聯(lián)合特鋼有限公司針對(duì)單流停澆、鑄坯質(zhì)量差的問(wèn)題開展了技術(shù)攻關(guān)。通過(guò)改進(jìn)中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化中間包內(nèi)鋼液流場(chǎng)，使各流溫度差由原來(lái)的7℃減小至2℃；通過(guò)對(duì)中間包內(nèi)襯、水口和塞棒耐材的改進(jìn)和工藝的優(yōu)化，使中間包壽命由原來(lái)的24爐提高至31爐。改進(jìn)后，單流停澆事故由原來(lái)的7次/月減少至0次/月，中間包過(guò)熱度由原來(lái)的27℃降低至19℃，提高了生產(chǎn)效率和鑄坯質(zhì)量，年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益320.8萬(wàn)元.

關(guān)鍵詞：中間包；流場(chǎng)；過(guò)熱度；耐材消耗

The practiceof raising the production efficiency in five-strand tundish

Wang Libo

(1.Steel Making Plant of Tianjin Tiangang United Special Steel C.,Ltd.,Tianjin 301500,china)

Abstract： in order to solve the problems that single flow stop casting and poor casting blank quality in Tiangang United Special Steel Co.,Ltd, a technological research is carried out. After improving tundish structure, molten steel flow field is optimized, the temperature difference between the streams of tunish is decreased from 7℃ to 2℃; the life of tunish is increased from 24 to 31 by improving the refractory and optimizing Technology. After improving, the problems that single flow stop casting is decreased from 7 times to 0 times per month, the superheat is decreased from 27℃ to 19℃，the production efficiency and casting blank quality is raisd, the econmic benefit of 3.28 million is achieved every year.

Key word：tundish; flow field; superheat; refractory consumpation

前言

天津天鋼聯(lián)合特鋼有限公司擁有3座120t轉(zhuǎn)爐，3座LF精煉爐，四臺(tái)連鑄機(jī)，連鑄坯坯型為方形和矩形，自2012年投產(chǎn)以來(lái)，受轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏的限制，煉鋼廠一直采用“三爐三機(jī)”的生產(chǎn)模式。

2018年，煉鋼廠開始組織轉(zhuǎn)爐冶煉技術(shù)攻關(guān)，使轉(zhuǎn)爐的冶煉周期大幅縮短，由原來(lái)的40分鐘降低至30分鐘。2019年，通過(guò)進(jìn)一步的優(yōu)化改進(jìn)，轉(zhuǎn)爐冶煉周期由30分鐘縮短至25分鐘。

隨著轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)節(jié)奏的加快，鑄機(jī)的生產(chǎn)能力成為生產(chǎn)上的制約環(huán)節(jié)，煉鋼廠的生產(chǎn)模式由原來(lái)的“三爐三機(jī)”逐漸向“三爐四機(jī)”轉(zhuǎn)變，但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，不斷出現(xiàn)新的問(wèn)題，如單流停澆、鑄坯質(zhì)量下降等，給生產(chǎn)組織帶來(lái)不利影響，嚴(yán)重制約了鑄機(jī)的生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)成本。為此，天鋼聯(lián)合特鋼有限公司技術(shù)科開展了提高5機(jī)5流連鑄機(jī)生產(chǎn)效率的攻關(guān)。

1 連鑄機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

鋼包容量：120噸

連鑄機(jī)形式：全弧形

連鑄機(jī)型號(hào)：R9m 5機(jī)5流矩形坯連鑄機(jī)

鑄流間距：1600mm

中間包容量：27噸

結(jié)晶器振幅：±3m

結(jié)晶器振幅頻率：70-300次/min

結(jié)晶器振動(dòng)機(jī)構(gòu)形式：半板簧振動(dòng)

鑄機(jī)澆注斷面：165mm×300mm、165mm×330mm、165mm×380mm

拉速：0.8-2.0m/min

二冷冷卻：氣霧冷卻

結(jié)晶器液位控制：同位素法（CS-137)，液面自動(dòng)檢測(cè)裝置與液面控制裝置形

成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)結(jié)晶器自動(dòng)控制

2 生產(chǎn)現(xiàn)狀及問(wèn)題

天鋼聯(lián)合特鋼有限公司5機(jī)5流矩形坯連鑄機(jī)中間包采用“T”型對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖1，在生產(chǎn)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)單流停澆、溫度不均、內(nèi)襯侵蝕嚴(yán)重等問(wèn)題。

2.1 單流停澆

統(tǒng)計(jì)2019年1月至5月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，5機(jī)5流矩形坯連鑄機(jī)累計(jì)發(fā)生38次單流停澆事故，如表1：

表1 單流停澆事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

Table 1 statistics of the problem that single flow stop casting

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋼包鋼流開澆后直接沖擊3流塞棒和中包上水口，由于距離過(guò)短，中間流塞棒受到高溫且沖擊力較大，澆注期間中間流塞棒時(shí)常失控停澆，其中單流停澆主要集中在中間流3流上，這種問(wèn)題經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)占到單流停澆事故的65%，其它流數(shù)因塞棒掉尖、中包上水口鋯芯刺鋼質(zhì)量問(wèn)題以及中包渣線位置侵蝕掉料導(dǎo)致單流停澆事故，引起生產(chǎn)不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)堵不上流造成鑄機(jī)非計(jì)劃停澆事故。

2.2 溫度分布不均

統(tǒng)計(jì)2019年1月至5月Q235B中間包各流溫度數(shù)據(jù)，如圖2所示。

圖中數(shù)據(jù)表明，中間包內(nèi)中間流溫度明顯高于邊流溫度，3流溫度較1流溫度平均高7度，較2流溫度平均高4度，較4流溫度平均高2度，較5流溫度平均高7度。鋼水過(guò)熱度高，易造成鑄坯鼓肚超標(biāo)。統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)也發(fā)現(xiàn)3流的鑄坯質(zhì)量明顯低于其他各流。

2.3、內(nèi)襯侵蝕嚴(yán)重

中間包水口、內(nèi)襯及塞棒的侵蝕情況如圖3所示。由圖3可以看出，中間包水口、內(nèi)襯和塞棒均侵蝕比較嚴(yán)重。中包上水口的侵蝕主要表現(xiàn)在鋯芯裂刺鋼、鋯芯掉塊；內(nèi)襯侵蝕主要表現(xiàn)在渣線侵蝕較快，內(nèi)襯侵蝕不均勻；塞棒的侵蝕主要表現(xiàn)在棒頭掉尖、渣線侵蝕斷裂。塞棒棒尖與水口碗部的侵蝕速率達(dá)到9mm/h，在15爐左右即發(fā)生失控停澆事故。

3 原因分析

3.1 中間包結(jié)構(gòu)的影響

天鋼聯(lián)合特鋼有限公司5機(jī)5流矩形坯連鑄機(jī)中間包采用“T”型對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，鋼包長(zhǎng)水口注流區(qū)設(shè)有紊流器，其形狀如圖4所示，紊流器設(shè)置的兩個(gè)分配口正對(duì)3流位置，中間包內(nèi)無(wú)擋墻。

對(duì)中間包的流場(chǎng)進(jìn)行分析^[1]：鋼液經(jīng)長(zhǎng)水口注入紊流器后，鋼液將向四周流動(dòng)，在紊流器擋墻的作用下，部分鋼液向上流動(dòng)，部分鋼液經(jīng)分配口水平流動(dòng)；向上運(yùn)動(dòng)的鋼液在遇到中間包包壁時(shí)改變方向，部分在注流區(qū)形成回流，部分沿包壁向中間包1流和5流位置流動(dòng)；水平流動(dòng)的鋼液部分鋼液直接流向3流位置形成短路流，部分鋼液在遇到包壁時(shí)改變方向，向2流和4流的方向流動(dòng)。

紊流器的分配口正對(duì)3流位置是導(dǎo)致3流水口、塞棒侵蝕嚴(yán)重，單流停澆的主要原因，同時(shí)也是中間包內(nèi)溫度分布不均，3流位置過(guò)熱度高，鑄坯質(zhì)量差的重要原因。

現(xiàn)場(chǎng)跟蹤發(fā)現(xiàn)，澆注后期紊流器沖刷嚴(yán)重，失去作用，流場(chǎng)進(jìn)一步惡化，鋼液經(jīng)鋼包底部直接流向各流，夾雜物沒(méi)有充分的上浮時(shí)間，難以去除，導(dǎo)致鑄坯質(zhì)量下降。

3.2耐材質(zhì)量

耐材質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在中間包內(nèi)襯、塞棒、中包上水口的抗侵蝕性上。主要包括以下一個(gè)方面：1）中間包工作層采用鎂質(zhì)干式料，沖擊區(qū)紊流器原使用整體安裝，體積較小，中包流場(chǎng)不合理，沖擊區(qū)對(duì)面的內(nèi)襯沖刷較為嚴(yán)重；2）工作層烘烤時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)裂紋缺陷，裂縫處有噴火現(xiàn)象，中包工作層渣線部分侵蝕速度達(dá)到7.9mm/爐，冶煉12爐時(shí)已達(dá)到殘襯預(yù)警值，增大漏包風(fēng)險(xiǎn)，給生產(chǎn)安全帶來(lái)隱患；3）生產(chǎn)過(guò)程中，塞棒掉頭、渣線侵蝕斷裂現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，原塞棒長(zhǎng)度為1200mm，用后塞棒長(zhǎng)度為1169mm，侵蝕了31mm；4）中包上水口澆注10小時(shí)左右，時(shí)常因刺鋼停澆，翻包后發(fā)現(xiàn)水口鋯芯接縫處刺鋼，影響中包上水口的壽命。

4 改進(jìn)措施

4.1 中間包結(jié)構(gòu)改進(jìn)

在分析了原中間包包型存在的問(wèn)題基礎(chǔ)上，提出了“沖擊板+擋渣墻+支撐板”結(jié)構(gòu)，如圖5和圖6所示。沖擊板設(shè)置在大包長(zhǎng)水口的沖擊區(qū)，起到保護(hù)中包沖擊區(qū)包底的作用；擋渣墻包括中間擋墻和位于中間擋墻兩側(cè)的側(cè)墻，側(cè)墻與中間擋墻所成的夾角為鈍角，兩個(gè)側(cè)墻分別開有兩個(gè)過(guò)鋼孔，過(guò)鋼孔的孔軸線與水平方向成15°～25°角，擋渣墻起到優(yōu)化中包內(nèi)鋼液流場(chǎng)，延長(zhǎng)鋼液在中間包內(nèi)的停留時(shí)間，提高夾雜物的去除率，提高鋼水純凈度的作用；支撐板起到穩(wěn)定導(dǎo)流墻的作用，同時(shí)能夠優(yōu)化3流區(qū)域的流場(chǎng)。

4.2 中間包鋼水過(guò)熱度優(yōu)化

在中間包結(jié)構(gòu)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，通過(guò)專題技術(shù)研討會(huì)，確定了降低中包鋼液過(guò)熱度的方案：1）技術(shù)科通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析確定新中包過(guò)熱度。2）根據(jù)各工序溫降，確定各工序控制溫度。3）優(yōu)化鋼包周轉(zhuǎn)，提高鋼包周轉(zhuǎn)率，降低鋼包溫降。

5.3 中間包耐材改進(jìn)

針對(duì)塞棒、中包上水口侵蝕的問(wèn)題，采取了以下措施：1）優(yōu)化棒尖材質(zhì)，由AL2O3-C改為電熔法的尖晶石-C，提高了熱震穩(wěn)定性，熱震穩(wěn)定次數(shù)由原先4次提高到6次，由于棒尖與棒身用料不同，兩者之間的氣孔率、熱膨脹系數(shù)、體密度不同，設(shè)計(jì)使用過(guò)度層進(jìn)行結(jié)合，棒身還用鋁碳質(zhì)材質(zhì)，渣線位置適當(dāng)加粗；2）改進(jìn)棒頭傾角，由原來(lái)的67°調(diào)整為62°，改進(jìn)后棒尖材質(zhì)與鋼水反應(yīng)機(jī)理被減弱，提高了棒尖抗侵蝕能力；3）改進(jìn)上水口鋯芯接縫，將平頭接縫改為螺旋接縫，避免水口刺鋼。

針對(duì)中包工作層不耐侵蝕的問(wèn)題，進(jìn)行了如下工藝改進(jìn)：1）工作層使用干打料大功率電機(jī)振動(dòng)成型的工藝，工作層致密度大幅提高，抗侵蝕能力增強(qiáng)；2）延長(zhǎng)脫模時(shí)間，脫模時(shí)間由原來(lái)的2小時(shí)延長(zhǎng)至3小時(shí)，確保工作層自然風(fēng)干；3）修訂《中間包烘烤規(guī)定》，小火烘烤2小時(shí)，中火烘烤1小時(shí)，大火烘烤2小時(shí)，提高中間包烘烤效果，確保中包烘烤工作層內(nèi)襯溫度達(dá)到1000℃以上。

5 改進(jìn)效果及經(jīng)濟(jì)效益

5.1 改進(jìn)效果

通過(guò)優(yōu)化中間包結(jié)構(gòu)，有效改善了包內(nèi)鋼液的流動(dòng)，在擋渣墻導(dǎo)流孔的作用下，鋼液在中間包內(nèi)向上部流動(dòng)，延長(zhǎng)了鋼液在鋼包內(nèi)的停留時(shí)間，促進(jìn)中包內(nèi)鋼水溫度的均勻分布，有效緩沖了鋼液湍流對(duì)中間流塞棒、水口和中包墻體的沖擊，促進(jìn)了夾雜物的聚集上浮，提高了鋼水的潔凈度。優(yōu)化后中包內(nèi)鋼液各流的溫度如圖7所示。圖中數(shù)據(jù)表明，優(yōu)化后，中間包內(nèi)各流的溫度差降低至2℃以內(nèi)。說(shuō)明優(yōu)化效果顯著。

優(yōu)化耐材材質(zhì)和加工工藝后，中間包塞棒、水口和工作層的耐侵蝕性增強(qiáng)，塞棒的控流能力增強(qiáng)，中間包的使用壽命由24爐提高到31爐，塞棒熱震穩(wěn)定次數(shù)由原先4次提高到6次，水口刺鋼問(wèn)題未再出現(xiàn)。

優(yōu)化鋼水過(guò)熱度后，實(shí)現(xiàn)了中包鋼液低溫澆注，優(yōu)化前后Q235B中包溫度情況如圖8所示。

從圖中可以看出，Q235B中包溫度由原來(lái)的平均1545℃降低值1537℃，鋼包過(guò)熱度由原來(lái)的27℃降低至19℃，鑄坯質(zhì)量得到大幅改善。

通過(guò)以上的優(yōu)化改進(jìn)，單流停澆事故由原來(lái)的平均7次/月降低至0次/月，徹底解決了中間包單流停澆的問(wèn)題，提高了生產(chǎn)效率和鑄坯質(zhì)量。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后，單流停澆事故由原來(lái)的7次/月減少至0次/月，中間包包齡由原來(lái)的24爐提高到31爐，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益：

1）中間包壽命的提高，不僅降低了中間包耐材的成本，而且減少了澆余的損失和換包造成的包頭尾坯的切損，提高了金屬收得率。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中間包壽命由24爐提高到31爐，可減少中間包使用5個(gè)/月，減少鋼鐵料損失20t/月。按中間包耐材價(jià)格13900元/個(gè)，鋼鐵料利潤(rùn)150元/t計(jì)算，每年將增加收益85.8萬(wàn)元。

2）以165×380mm斷面計(jì)算，平均拉速1.4m/min，澆注周期30min/爐，中間包壽命24爐，15爐后發(fā)生單流停澆，則單流停澆影響9爐，平均每月發(fā)生7次單流停澆，則影響產(chǎn)量1260.9t，按鋼鐵料利潤(rùn)150元/t計(jì)算，每年將增加收益227.0萬(wàn)元。同時(shí)單流停澆時(shí)，需要堵流操作，鋁條、鑄鐵堵頭、堵錐、甩坯等共計(jì)損失約1000元，每月可節(jié)約為7000元，年創(chuàng)經(jīng)濟(jì)效益8萬(wàn)元。

綜上所述，每年可創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益320.8萬(wàn)元。

6 結(jié)論

1）通過(guò)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)造成5機(jī)5流連鑄機(jī)生產(chǎn)效率低的主要原因是單流停澆事故和中間包鋼液過(guò)熱度偏高。

2）引起中間包單流停澆的主要原因是中間包結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理和中間包內(nèi)襯、水口、塞棒等耐材抗侵蝕性差。引起中間包鋼液過(guò)熱度偏高的主要原因是中間包內(nèi)流場(chǎng)不合理，中間包內(nèi)各流溫度差過(guò)大。

3）通過(guò)中間包流場(chǎng)分析，提出了“沖擊板+擋渣墻+支撐板”結(jié)構(gòu)替代原有的紊流器，使中間包內(nèi)流場(chǎng)得到大幅改善，各流溫度差由原來(lái)的7℃減小至2℃；通過(guò)對(duì)中間包內(nèi)襯、水口和塞棒耐材的改進(jìn)和工藝的優(yōu)化，使中間包壽命由原來(lái)的24爐提高至31爐。

4）優(yōu)化改進(jìn)后，單流停澆事故由原來(lái)的7次/月減少至0次/月，中間包過(guò)熱度由原來(lái)的27℃降低至19℃，提高了生產(chǎn)效率和鑄坯質(zhì)量，年創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益320.8萬(wàn)元。

[參考文獻(xiàn)]

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