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河鋼宣鋼噴嘴改造提高拉速生產試驗
來源：2020年第三屆高效連鑄技術及鑄坯質量控制學術研討會論文集|瀏覽：次|評論：0條 [收藏] [評論]
河鋼宣鋼噴嘴改造提高拉速生產試驗徐 亮（河鋼宣鋼二鋼軋廠 河北 宣化 075100）摘 要：主要介紹了宣鋼150噸爐區(qū)連鑄機通過對1段噴嘴的改造，提高比水量，增加冷卻強度，從而提高拉速、提…
河鋼宣鋼噴嘴改造提高拉速生產試驗
徐 亮
（河鋼宣鋼二鋼軋廠 河北 宣化 075100）
徐 亮
（河鋼宣鋼二鋼軋廠 河北 宣化 075100）
摘 要：主要介紹了宣鋼150噸爐區(qū)連鑄機通過對1段噴嘴的改造，提高比水量，增加冷卻強度，從而提高拉速、提高產量，減少成本，又滿足鑄坯質量要求，實現高效連鑄。
關鍵詞：連鑄；噴嘴；比水量；拉速
1宣鋼二鋼軋廠連鑄主要設備情況
河鋼宣鋼150噸爐區(qū)1#連鑄機為12機12流小方坯弧形連鑄機，弧長10m，斷面150×150mm2、165×165 mm2兩種斷面，主要鋼種低合金系列。設計年產量200萬噸，該機采用全弧形連續(xù)矯直工藝，配置蝶式液壓升降鋼包回轉臺，全程無氧保護澆注，鋼包下渣檢測，結晶器液壓面控制技術，結晶器電磁攪拌，連鑄矯直技術，紅外線自動定尺切割，裝配水平是目前世界上流數最多，產量最高的小方坯連鑄機之一。150噸爐區(qū)連鑄機主要參數。(表1)
表1 連鑄機主要參數
| 編號 | 名稱 | 1#鑄機（R246） | 2#鑄機（R282） |
| 1. | 鑄機半徑 | R10m | R10m |
| 2. | 結晶器 | 銅管900mm | 銅管900mm |
| 3. | 電磁攪拌 | 結晶器電磁攪拌（內置式） | 結晶器電磁攪拌（內置式）+末端電磁攪拌 |
| 4. | 振動 | 機械全板簧 | 機械全板簧 |
| 振幅0±4 mm，振頻40—300次/min | 振幅0±4 mm振頻40—300次/min | ||
| 5. | 噴淋條 | 全水冷卻， 長度~7.8m |
氣霧冷卻， 長度~8.7m |
| 6. | 拉矯機 | 6輥整體機架，拉速0.3-4.2 m/min | 6機架，帶壓下 |
| 7. | 冶金長度 | ~29.8m | ~29.8m |
2拉鋼條件
宣鋼二鋼軋廠1#連鑄機在改造之前，二冷噴嘴參數如表3，在拉低合金HRB400EZT2(SY)拉速165斷面達到2.4m/min時，150斷面達到2.6m/min時有輕微脫方現象，并且中包連澆次數2次1段、2段噴嘴堵塞嚴重（圖1）。拉速在2.2m/min-2.4m/min時液面波動較大，漏鋼拉斷頻率明顯增加。
1#機日產要達到7500噸，減去每月定修兩次24小時，小修及日常工藝停機累計24小時，平均日產需達到8035噸才能完成目標任務。下表為對應斷面及拉速（出鋼量205t）：
表3 斷面及拉速對照表
| 斷面 | 平均拉速（m/min） | 周期（min） | 日產爐數（爐） | ||
| 165 | 2.1 | 37.84 | 38.06 | ||
| 2.2 | 36.12 | 39.87 | |||
| 2.3 | 34.55 | 41.68 | |||
| 2.4 | 33.11 | 43.50 | |||
| 150 | 2.5 | 39.05 | 36.88 | ||
| 2.6 | 37.55 | 38.35 | |||
| 2.7 | 36.16 | 39.83 | |||
| 2.8 | 34.86 | 41.30 | |||
| 2.9 | 33.66 | 42.78 |
表2 改造前二冷噴嘴參數
| 噴嘴位置 | 噴嘴型號 | 噴嘴數量 | 比水量 |
| 0段 | 不銹鋼噴咀-1/4PZ9490QZ5 | 12 | 0.80L/KG |
| 1段 | 不銹鋼噴咀-1/4PZ2665QZ5 | 52 | |
| 2段 | 噴嘴-1/4PZ2065QZ5 | 28 |
由于開澆及連澆前兩爐溫度高，拉速慢，周期在45-50分鐘左右，正常澆注過程需165斷面平均拉速達到2.4m/min，150斷面平均拉速達到2.8m/min，才能完成生產目標。所以提高拉速是急需解決日產7500t問題所在。提高拉速首先滿足鋼坯出結晶器時有足夠的坯殼厚度，坯殼厚度在10mm-15mm為安全拉鋼范圍，
出結晶器坯殼厚度
根據公式e=K×(h/v) ½（公式1）計算出坯殼在2.4m/min和3m/min時坯殼厚度
e——坯殼厚度
K——凝固系數，k=22mm/min ½
h——結晶器有效高度h=800mm
v——拉坯速度
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/2.4m/min）½=12.70mm
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/3.0m/min）½=11.36mm
坯殼厚度在2.4m/min-3.0m/min都滿足安全坯殼厚度要求。所以在現有的工藝下只要改善鑄機鑄坯的脫方和噴嘴的堵塞問題，就能滿足日產7500t的要求。
3生產工藝優(yōu)化與實踐
3.1優(yōu)化1、2段噴嘴
噴嘴優(yōu)化布置
二次冷卻區(qū)內部的傳熱方式以噴嘴噴淋水、鑄坯表面?zhèn)鳠釣橹�，具有可控性。二冷區(qū)應當具備較寬的流量調節(jié)范圍、水量分布受流量變化的影響較小、較高的噴射速度，且易于蒸發(fā)、覆蓋面大等。噴嘴冷卻水與鑄坯接觸面積一般為噴嘴面積的3-5倍。相關研究表明，連鑄二冷區(qū)的冷卻對內部質量有一定的影響。冷卻凝固不均勻，裂紋就會越來越多，對于高溫區(qū)域會發(fā)生嚴重的偏析，通過根據噴嘴水量分布特性進行設定，控制噴嘴組合體的水量分布均勻，就能夠避免對鑄坯質量的影響。原先的1段噴嘴為不銹鋼噴嘴-1/4PZ2665QZ5，2段噴嘴為噴嘴-1/4PZ2065QZ5，保持0段足輥不銹鋼噴咀-1/4PZ9490QZ5不變，改1段噴嘴為不銹鋼噴嘴-1/4PZ4065QZ5,2段噴嘴為噴嘴-1/4PZ4065QZ5，改善后的二冷比水量達到1.0 L/KG，二冷水增加量為129m3/h。優(yōu)化之后的噴嘴，堵塞情況明顯改善，連澆次數可以增加到5次以上，經過生產試驗165*165斷面連鑄機拉速達到2.7m/min，沒有明顯脫方現象。
3.2結晶器振動改造
原先設計的結晶器振動為全板簧振動機構, 通過減速機上的偏心套和連桿使置于振動架上的結晶器上下振動,運行軌跡呈正弦波.振幅在線不可調，通過更換偏心套可以調整振幅。改變電機輸出轉速，可使振動頻率在40～300次/min范圍內進行調整。在改進之前振頻超過180-190次/min時振動精度明顯降低，偏擺量較大，液面波動不穩(wěn)定，不能滿足高拉速的需要。改造后電動缸控制，可實現非正弦振動，可在線調節(jié)結晶器振動的波形、頻率和振幅，選擇最佳的振動特性參數，從而在不同拉速下均可獲得最佳的鑄坯表面質量，滿足鑄坯高拉速需求。
3.3降低中包過熱度提高中包壽命
拉速穩(wěn)定在2.4m/min，從表3可以看出拉鋼周期在33.11min，由于鋼包周轉加快，放鋼溫度可以降低20℃，由于中包溫度降低，中包耐材使用時間增加，中包過鋼爐數也明顯增加。據統(tǒng)計增加拉速后中包壽命提高到37.21爐/23.8h,比原先增加3.41爐/1.8h.月減少2對中包。
4經濟效益
4.1降低放鋼溫度節(jié)約成本
轉爐每降低1℃，噸鋼節(jié)約成本0.325元，按照日產7500t計算，則全年節(jié)約成本：0.325×20×7500×365=17793750元。
4.2耐材節(jié)約成本
按照每月節(jié)省2對中包計算，沒對中包成本10萬元，則可節(jié)約成本： 2×12×100000=2400000元。
4.3投入成本
振動電缸改造投入費用單價5萬元，12個在線使用，3個備用。則投入：15×50000=750000元。噴嘴單價與原類別噴嘴單價相同，不做計算。
則總效益為：17793750+2400000-750000=19443750元。
5結論
宣鋼經過生產過程中不斷對連鑄工藝的調整優(yōu)化，1#機滿足日產7500t的同時，連鑄澆注順利， 鑄坯質量控制良好，并且節(jié)約成本19443750元。
出結晶器坯殼厚度
根據公式e=K×(h/v) ½（公式1）計算出坯殼在2.4m/min和3m/min時坯殼厚度
e——坯殼厚度
K——凝固系數，k=22mm/min ½
h——結晶器有效高度h=800mm
v——拉坯速度
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/2.4m/min）½=12.70mm
e=K×(h/v) ½=22mm/min ½×（800mm/3.0m/min）½=11.36mm
坯殼厚度在2.4m/min-3.0m/min都滿足安全坯殼厚度要求。所以在現有的工藝下只要改善鑄機鑄坯的脫方和噴嘴的堵塞問題，就能滿足日產7500t的要求。
3生產工藝優(yōu)化與實踐
3.1優(yōu)化1、2段噴嘴
噴嘴優(yōu)化布置
二次冷卻區(qū)內部的傳熱方式以噴嘴噴淋水、鑄坯表面?zhèn)鳠釣橹�，具有可控性。二冷區(qū)應當具備較寬的流量調節(jié)范圍、水量分布受流量變化的影響較小、較高的噴射速度，且易于蒸發(fā)、覆蓋面大等。噴嘴冷卻水與鑄坯接觸面積一般為噴嘴面積的3-5倍。相關研究表明，連鑄二冷區(qū)的冷卻對內部質量有一定的影響。冷卻凝固不均勻，裂紋就會越來越多，對于高溫區(qū)域會發(fā)生嚴重的偏析，通過根據噴嘴水量分布特性進行設定，控制噴嘴組合體的水量分布均勻，就能夠避免對鑄坯質量的影響。原先的1段噴嘴為不銹鋼噴嘴-1/4PZ2665QZ5，2段噴嘴為噴嘴-1/4PZ2065QZ5，保持0段足輥不銹鋼噴咀-1/4PZ9490QZ5不變，改1段噴嘴為不銹鋼噴嘴-1/4PZ4065QZ5,2段噴嘴為噴嘴-1/4PZ4065QZ5，改善后的二冷比水量達到1.0 L/KG，二冷水增加量為129m3/h。優(yōu)化之后的噴嘴，堵塞情況明顯改善，連澆次數可以增加到5次以上，經過生產試驗165*165斷面連鑄機拉速達到2.7m/min，沒有明顯脫方現象。
3.2結晶器振動改造
原先設計的結晶器振動為全板簧振動機構, 通過減速機上的偏心套和連桿使置于振動架上的結晶器上下振動,運行軌跡呈正弦波.振幅在線不可調，通過更換偏心套可以調整振幅。改變電機輸出轉速，可使振動頻率在40～300次/min范圍內進行調整。在改進之前振頻超過180-190次/min時振動精度明顯降低，偏擺量較大，液面波動不穩(wěn)定，不能滿足高拉速的需要。改造后電動缸控制，可實現非正弦振動，可在線調節(jié)結晶器振動的波形、頻率和振幅，選擇最佳的振動特性參數，從而在不同拉速下均可獲得最佳的鑄坯表面質量，滿足鑄坯高拉速需求。
3.3降低中包過熱度提高中包壽命
拉速穩(wěn)定在2.4m/min，從表3可以看出拉鋼周期在33.11min，由于鋼包周轉加快，放鋼溫度可以降低20℃，由于中包溫度降低，中包耐材使用時間增加，中包過鋼爐數也明顯增加。據統(tǒng)計增加拉速后中包壽命提高到37.21爐/23.8h,比原先增加3.41爐/1.8h.月減少2對中包。
4經濟效益
4.1降低放鋼溫度節(jié)約成本
轉爐每降低1℃，噸鋼節(jié)約成本0.325元，按照日產7500t計算，則全年節(jié)約成本：0.325×20×7500×365=17793750元。
4.2耐材節(jié)約成本
按照每月節(jié)省2對中包計算，沒對中包成本10萬元，則可節(jié)約成本： 2×12×100000=2400000元。
4.3投入成本
振動電缸改造投入費用單價5萬元，12個在線使用，3個備用。則投入：15×50000=750000元。噴嘴單價與原類別噴嘴單價相同，不做計算。
則總效益為：17793750+2400000-750000=19443750元。
5結論
宣鋼經過生產過程中不斷對連鑄工藝的調整優(yōu)化，1#機滿足日產7500t的同時，連鑄澆注順利， 鑄坯質量控制良好，并且節(jié)約成本19443750元。
參考文獻
[1] 陳東輝.大型轉爐低成本高效化生產實踐.河北冶金，2019（8）：52-54.
[2] 呂凱輝.降低轉爐出鋼溫度的實踐 .河北冶金，2013（3）：20；38- 41.
[3] 張向軍，方實年，盧勇，等.新國標下螺紋鋼筋的生產實踐及問題分析.鋼鐵釩鈦，2020，41（1）：165-172.
[4] 朱立光，袁志鵬，肖鵬程，等.高拉速薄板坯連鑄中碳鋼保護渣開發(fā)與應用.連鑄，2020，45（1）：51-55.
[5] 單慶林，趙建平， 王帥，等.提高唐鋼FSTC薄板坯連鑄機拉速實踐 .連鑄，2020，45（1）：79- 82.
[6] 王洪興.板坯連鑄恒拉速澆鑄提高鑄坯質量.中國冶金，2012，22（4）：45- 48.
[2] 呂凱輝.降低轉爐出鋼溫度的實踐 .河北冶金，2013（3）：20；38- 41.
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