陽(yáng)春新鋼鐵高效鑄機(jī)改造的實(shí)踐

譚杜、龍海山

（陽(yáng)春新鋼鐵有限責(zé)任公司）

摘要：以高拉速為核心的高效連鑄是各鋼廠不斷追求的目標(biāo)。2000年以來(lái)，國(guó)內(nèi)鋼廠大力推廣以高拉速為核心的高效連鑄技術(shù)。陽(yáng)春新鋼鐵廠連鑄機(jī)經(jīng)過多次改造提速后，2018年已達(dá)到4.11m/min的較高拉速。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了持續(xù)研發(fā)改進(jìn)，本文從以下幾方面總結(jié)了陽(yáng)春高拉速的經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)了低粘度、低溶點(diǎn)、高凝固溫度的保護(hù)渣；研究了強(qiáng)而均勻的冷卻新型的“雙水套結(jié)晶器”；應(yīng)用了質(zhì)量輕，阻磁少玻璃鋼水套等。通過系列措施，目前將連鑄小方坯最高拉速提高至5.07m/min。

關(guān)鍵詞：小方坯；高效連鑄；二冷；技術(shù)創(chuàng)新；設(shè)備、工藝；保護(hù)渣

                          Tandu , longhaishan

(Yangchun New Iron and Steel)

ABSTRACT: The high-efficiency continuous casting with high casting speed as the core is the target of every steel works. Since 2000, high efficiency continuous casting technology with high casting speed as the core has been popularized in domestic steel mills. The continuous casting machine of Yangchunxin Iron and steel works has reached a higher casting speed of 4.11 m / min in 2018 after several revamping. On this basis, continuous research and development improvements were made. The experience of high casting speed in Yangchun was summarized. The mold flux with low viscosity, low melting point and high solidification temperature was developed A new type of double water jacket mould with strong and uniform cooling was studied, and the glass fiber reinforced plastic (FRP) water jacket with light weight and less magnetic resistance was applied. Through a series of measures, the maximum casting speed of continuous casting billet is increased to 5.07 m / min at present。

Key words: small billet; Efficient continuous casting; Second cold; Technological innovation; Equipment, process; Protection slag

1、前言

陽(yáng)春新鋼鐵煉鋼廠現(xiàn)有120t轉(zhuǎn)爐二座，配有二座CAS站與一座LF精煉爐，三臺(tái)5機(jī)5流連鑄機(jī)。其中1#、3#鑄機(jī)弧度R9、2#鑄機(jī)弧度R8，經(jīng)過多次提速改造后，具備4.11m/min的工作拉速，最高達(dá)到5.07m/min最高拉速，最大限度的提高了連鑄產(chǎn)能。

在連鑄坯與連鑄比大幅度提升的同時(shí)，高效連鑄對(duì)二冷部分的設(shè)備參數(shù)提出了更高的要求，并且是硬性指標(biāo)。比如冶金長(zhǎng)度，如果不足則肯定無(wú)法實(shí)現(xiàn)高拉速，同時(shí)結(jié)晶器等工藝裝備的匹配、二冷關(guān)鍵工藝參數(shù)及相關(guān)冷卻制度的建立、連鑄保護(hù)渣、連鑄水質(zhì)等方面，也成為高拉速的限制環(huán)節(jié)。因此，上述問題的解決是鑄機(jī)實(shí)現(xiàn)高拉速的重要保障。

本文基于高效小方坯的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐、模型計(jì)算、技術(shù)創(chuàng)新，探討了高效小方坯的設(shè)備設(shè)計(jì)和工藝制定思路，期望能有利于工程設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。

2、鑄機(jī)主要性能參數(shù)

3 、新技術(shù)的應(yīng)用

3.1、高效雙水套結(jié)晶器

在過去的幾十年中,連鑄結(jié)晶器發(fā)展成為一種復(fù)雜的高技術(shù)產(chǎn)品,其功能是：

1）、高效的熱交換器 雙水套結(jié)晶器冷卻水傳熱系數(shù)最高達(dá)到59739.49w/m.℃ 。

2）、鋼水凝固容器，形成有足夠強(qiáng)度的坯殼和良好的凝固組織。

3）、成型的模具，能生產(chǎn)不同形狀、尺寸的產(chǎn)品。

4）、反應(yīng)容器，去除非金屬夾雜，控制鑄坯表面質(zhì)量。

眾多研究人員對(duì)這些功能進(jìn)行研究，主要如下方面開展：

3.1.1結(jié)晶器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

高效結(jié)晶器的關(guān)鍵在于強(qiáng)而均勻的冷卻。無(wú)論是VAI的鉆石結(jié)晶器，還是康卡斯特的凸型結(jié)晶器，以及達(dá)涅利的Power-mould結(jié)晶器，其設(shè)計(jì)的根本理念都基于此，考慮到鋼水凝固過程中彎月面附近的換熱強(qiáng)度遠(yuǎn)高于其它位置，因此在銅管設(shè)計(jì)中將彎月面以及彎月面以下一定距離位置水槽進(jìn)行處理，減小水槽的通水截面，從而增加該區(qū)域的水流速度，最終增強(qiáng)該區(qū)域的換熱強(qiáng)度。同時(shí)新型“雙水套結(jié)晶器”內(nèi)部仍然還是采用的“梅花形結(jié)晶器銅管技術(shù)”。

3.1.2、結(jié)晶器傳熱模型

    結(jié)晶器最重要的功能是將鋼液中的熱量傳出，以確保形成足夠厚的坯殼，使連鑄生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)。其中坯殼與結(jié)晶器之間的氣隙熱傳導(dǎo)、結(jié)晶器壁面熱傳導(dǎo)猶為關(guān)鍵，故通過測(cè)試各種連鑄參數(shù)變化，如鋼種、拉速、結(jié)晶器的溫度變化，以此為模型計(jì)算出結(jié)晶器與鋼液接觸面上的熱流分布及結(jié)晶器溫度場(chǎng)。

    需要采集的信息：

不同位置銅管溫度、鋼種、中間包溫度、拉速、保護(hù)渣、結(jié)晶器水量及溫差、二冷水等

               圖1 結(jié)晶器腔型設(shè)計(jì)銅管溫度數(shù)據(jù)采集終端現(xiàn)場(chǎng)截圖

3.12.3、表面刻槽及雙水套技術(shù)

對(duì)于鑄坯角部的二維冷卻，普通水縫式的冷卻不能解決其二維傳熱的問題，而高效結(jié)晶器銅管可以通過角部水通道的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)銅管與鑄坯角部換熱問題. 此外設(shè)計(jì)采用雙水套式的結(jié)構(gòu)所構(gòu)成的冷卻液通道，即保證了結(jié)晶器與被凝固金屬之間的均勻換熱，又通過減小金屬液面位置附近的水流面積，提高該位置的冷卻液流速的方法，增加該位置冷卻液與管狀主體之間的換熱系數(shù)，從而降低該位置結(jié)晶器的熱面溫度，減小機(jī)械應(yīng)力及塑性變形。其結(jié)構(gòu)形式如圖3所示。

對(duì)于如何進(jìn)行開槽設(shè)計(jì)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用了有限元計(jì)算的方法，對(duì)不同開槽的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保證開槽后的結(jié)晶器銅管在凝固過程中保持與結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼之間的均勻換熱，從而最終確定設(shè)計(jì)參數(shù)。如圖4所示。

圖2 雙水套結(jié)構(gòu)的結(jié)晶器三維視圖

1-管狀主體  2-兩分式水套  3-外部水套  4-沉頭螺釘５-耐磨硬質(zhì)點(diǎn)�。�-縱向通道

圖3 高效結(jié)晶器內(nèi)凝固坯殼之間的均勻換熱

3.2、玻璃鋼水套

眾所周知，結(jié)晶器銅管與不銹鋼水套的內(nèi)腔形狀要求具有一定的弧度和錐度，使精度成型較為困難。在現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)晶器不銹鋼水套多采用先折彎、校形再機(jī)加工，最后焊接成形工藝，由于不銹鋼水套材料特性及加工工藝的原因，故傳統(tǒng)水套的內(nèi)部尺寸精度很難保證，因此，選用了玻璃鋼水套替代傳統(tǒng)的不銹鋼水套。此外，相比于傳統(tǒng)的不銹鋼水套，玻璃鋼水套還具有質(zhì)量輕，阻磁少，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

                    圖4 玻璃鋼水套

3.3、超高拉速保護(hù)渣

近年來(lái)，隨著連鑄技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和高效連鑄技術(shù)越來(lái)越受到企業(yè)重視，就實(shí)現(xiàn)高拉速，提高連鑄機(jī)生產(chǎn)效率及鑄坯質(zhì)量開展了大量研究，但少有關(guān)于小方坯高拉速保護(hù)渣方面的報(bào)道。

3.3.1、超高拉速保護(hù)渣的特點(diǎn)及要求

1）、由于拉速提高，通過結(jié)晶器的熱流增大，結(jié)晶器內(nèi)原有的熱平衡打破，出口處坯殼變薄，結(jié)晶器所受的摩擦入增大，容易造成鼓肚和漏鋼。

2）、由于拉速提高，渣耗量降低，流入結(jié)晶器與坯殼間的液渣形成的渣膜難于滿足結(jié)晶器的潤(rùn)滑要求 ，使鑄坯產(chǎn)生裂紋缺陷并造成漏鋼事故。

   由于高拉速的上述特點(diǎn)，從常規(guī)連鑄到高拉速連鑄常常遇到兩大難題——漏鋼和鑄坯表面質(zhì)量差，故提出如下幾個(gè)要求：

1）、適宜的渣耗量，隨著拉速的提高，保護(hù)渣耗量減小，摩擦力增大，我廠經(jīng)驗(yàn)中4.1m/min及以上消耗量控制在0.25kg/t~0.35 kg/t范圍內(nèi)。

2）、良好的潤(rùn)滑性，結(jié)晶器壁與坯殼間的渣膜厚度適宜且分布均勻，以降低結(jié)晶器摩擦力并使其傳熱均勻，從而防止裂紋的產(chǎn)生，保護(hù)渣應(yīng)具有較點(diǎn)的溶點(diǎn)、凝固和結(jié)晶溫度，以保證結(jié)晶器的潤(rùn)滑和傳熱，我廠保護(hù)渣溶點(diǎn)在1020℃、溶速23s。

3）、有良好的溶解和較強(qiáng)的吸夾雜、適宜的析晶能力，以滿足鋼種熱流要求，故堿度提高至0.95。

                          圖5  鑄坯低倍樣

4、二冷設(shè)計(jì)因素

4.1、二冷區(qū)配水的幾個(gè)概念

    連鑄過程是熱量和質(zhì)量的傳輸過程，高效連鑄大幅度地提高了拉速，很多廠家認(rèn)為加大二冷的配水量使坯殼迅速生產(chǎn)，以避免漏鋼的現(xiàn)象發(fā)生。

  二冷配水的設(shè)計(jì)中，傳熱系數(shù)是最重要的參數(shù)，二冷區(qū)的傳熱系數(shù)受大量因素所影響，如噴嘴形式、噴嘴與鑄坯的距離、水量、水壓等方面。通過水流密度影響傳熱系數(shù)，而冷卻水的溫度和鑄坯表面溫度直接影響傳熱系數(shù)。

4.2、二冷區(qū)間改造驗(yàn)證

1）、一區(qū)噴嘴內(nèi)孔直徑由4.8mm改為5.4mm，噴嘴噴射角度由75度改為65度，，水量由25m3/h提高至45 m3/h。

2）、將三區(qū)水條前端共計(jì)8個(gè)噴嘴劃分至二區(qū)，增大其二區(qū)水量，彌補(bǔ)鑄機(jī)上段冷卻強(qiáng)度，而三區(qū)水量富余得到減少，同時(shí)四區(qū)水條增長(zhǎng)，噴嘴數(shù)量由12個(gè)增加至20個(gè)。

4.3、二冷配水

我廠以生產(chǎn)普碳鋼為主，故配水方式采用強(qiáng)冷卻方式，增大冷卻凝固系數(shù)，縮短凝固時(shí)間，因此在同樣的冶金長(zhǎng)度下，可提高拉速，也就提高了連鑄機(jī)生產(chǎn)率。強(qiáng)冷卻的比水量為1.7～1.9L/kg。

三臺(tái)鑄機(jī)：結(jié)晶器冷卻水壓力達(dá)1.0MPa，二次冷卻水采用高壓、全水噴淋冷卻，供水壓力達(dá)2.0MPa以上，鑄機(jī)二冷水壓水1.75MPa以上，比水量達(dá)2.5l/kg。

研究表明：高效、高拉速連鑄機(jī)必須采取強(qiáng)冷卻方式，同時(shí)要增加冷卻段的長(zhǎng)度，而不是單純?cè)黾铀�量，�?guó)外新建的連鑄機(jī)一般選用較大弧形半徑，而我廠連鑄機(jī)已受限制，故只能通過此方式進(jìn)行改變，事實(shí)證明對(duì)提高連鑄的產(chǎn)量和鑄坯內(nèi)部質(zhì)量有很大好處。

5、足輥長(zhǎng)度確定

  結(jié)晶器足輥位于結(jié)晶器下方，隨結(jié)晶器振動(dòng)臺(tái)一起做振動(dòng)仿弧運(yùn)動(dòng)，為高溫鑄坯作支撐和導(dǎo)向作用。

基于此，提出足輥長(zhǎng)度選擇建議：

（1） 對(duì)于130×130mm方坯，建議一對(duì)足輥；

（2） 對(duì)于155×155mm方坯，拉速大于4.0m/min，建議二對(duì)足輥；

（3） 對(duì)于165×165mm方坯，拉速大于3m/min，建議二對(duì)足輥。

同時(shí)從理論上分析，雙排足輥有利于結(jié)晶器銅管的保護(hù)以及鑄流的順暢，但是由于方坯連鑄容易漏鋼，一旦漏鋼事故發(fā)生，帶足輥的結(jié)晶器很難清理，很多鋼廠并不愿意采用多排足輥而采用單排甚至不用足輥。而我廠高拉速鑄機(jī)，采用雙排足輥后，大大提高了坯殼生長(zhǎng)的均勻性，減小了漏鋼幾率，鑄坯脫方明顯減少，同時(shí)在一定程度上也大幅度的延長(zhǎng)了銅管壽命。

6、結(jié)論

1）本文通過實(shí)踐和計(jì)算，總結(jié)出了高效小方坯連鑄機(jī)設(shè)備、工藝設(shè)計(jì)相關(guān)指標(biāo)，包括足輥個(gè)數(shù)、二冷形式、二冷配水水量要求、保護(hù)渣理化指標(biāo)、噴嘴的選型等；

2）通過了連鑄高拉速鑄機(jī)的改造、研究，為后續(xù)高效鑄機(jī)進(jìn)一步提速，提供了指導(dǎo)方向，同時(shí)多項(xiàng)新技術(shù)的開發(fā)，在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)中取得了較好效果，將目前小方坯最高拉速提高到5.07m/min水平。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

1、譚杜，男，2010年湖南工業(yè)大學(xué)鋼鐵冶金專業(yè)畢業(yè)，本科學(xué)歷，冶金技術(shù)工程師，。地址：廣東省陽(yáng)春市潭水鎮(zhèn)南山工業(yè)園陽(yáng)春新鋼鐵有限公司。

2、龍海山，男，大學(xué)學(xué)歷，鋼鐵冶金工程師。地址：廣東省陽(yáng)春市潭水鎮(zhèn)南山工業(yè)園陽(yáng)春新鋼鐵有限公司。