帶鋼坯連鑄機(jī)設(shè)備改造技術(shù)的研究

陳國(guó)華

(萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司煉鋼廠 山東萊蕪271104)

1 前言

萊鋼煉鋼廠帶鋼坯連鑄機(jī)原為小方坯連鑄機(jī)，2001年改造后生產(chǎn)帶鋼坯，鑄坯有120mm×285mm、120mm×360mm、120mm×435mm三個(gè)斷面尺寸。近年來(lái)，為適應(yīng)市場(chǎng)需求，逐漸開(kāi)發(fā)了部分低合金鋼和優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，而由于連鑄機(jī)設(shè)備工藝裝備水平較低，鑄坯全氧及夾雜物含量偏高，造成鑄坯存在中心線裂紋、疏松、角部裂紋等質(zhì)量缺陷。

2 改造技術(shù)

2.1 中間包塞棒控制改造技術(shù)

2.1.1 設(shè)計(jì)中間包增上塞棒機(jī)構(gòu)

鑒于塞棒中間包與普通中間包相比，能夠更好地穩(wěn)定結(jié)晶器液面波動(dòng)、降低鑄坯夾雜物含量，減少保護(hù)渣卷渣影響，提高鋼水純凈度，本著節(jié)約的原則，在現(xiàn)有中間包基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，根據(jù)在線鋼水包包底、中間包包沿高度、中包蓋高度，設(shè)計(jì)塞棒機(jī)構(gòu)整體尺寸，設(shè)計(jì)增上塞棒機(jī)構(gòu)。中間包塞棒安裝示意圖見(jiàn)圖1。

2.1.2 塞棒設(shè)計(jì)

1)尺寸設(shè)計(jì)。考慮塞棒機(jī)構(gòu)升降行程以及于鋼包底部距離，設(shè)計(jì)塞棒超出溢流高度150mm，總長(zhǎng)度為1100mm;棒頭頂部半徑40mm，弧形半徑180mm。

2)材質(zhì)選擇。塞棒采用Al2O3-C質(zhì)，且在塞棒渣線、棒頭部位添加適量氧化鋯，以提高塞棒渣線、棒頭部位抗浸蝕性能。

圖1 中間包塞棒安裝示意圖

3)塞棒螺桿設(shè)計(jì)。將螺桿配合部分由圓形改為八邊形設(shè)計(jì)，防止螺桿因使用而松動(dòng);在螺桿與塞棒內(nèi)壁配合間隙填充膠泥，起到固定螺桿和提高使用壽命的作用。

2.1.3 中間包烘烤器改造

為提升中間包烘烤效果，對(duì)烘烤器進(jìn)行改造，確保中間包內(nèi)腔烘烤溫度能達(dá)到1000℃以上，減少開(kāi)澆第一爐中間包溫降。

1)將套筒式長(zhǎng)焰燒嘴改為亞高速燒嘴。亞高速燒嘴火焰短、剛性強(qiáng)、熱輻射能力大、氣流速度高，能起到攪拌包內(nèi)氣流的作用，使包內(nèi)溫度場(chǎng)更加均勻，提溫效果好。亞高速燒嘴型號(hào)為T(mén)JTC-YG-100C，使用燃料為轉(zhuǎn)爐煤氣，燒嘴個(gè)數(shù)為4個(gè)。

2)加強(qiáng)中間包蓋保溫措施，合理開(kāi)設(shè)燒嘴孔，對(duì)包蓋上縫隙較大的地方用耐火棉覆蓋，減少熱損失。

2.2 全保護(hù)澆注工藝改造技術(shù)

2.2.1 大包保護(hù)澆注

大包澆注采用吹氬保護(hù)，氬氣流量控制在15～20m3/h。長(zhǎng)水口長(zhǎng)度由830mm增加到1050mm，保證插入液面300mm以下，防止?jié)沧⑦^(guò)程中液面卷渣。水口材質(zhì)由石英質(zhì)改為鋁碳質(zhì)，提高耐浸蝕性能，減少對(duì)鋼水的二次污染。

2.2.2 中間包保護(hù)澆注

中間包包蓋由耐火材料澆注的金屬邊框包蓋改造為全鑄鋼包蓋，三部分組合而成，包蓋設(shè)計(jì)呈“井”字形組合梁，提高抗熱變形能力。全鑄鋼包蓋示意圖，見(jiàn)圖2。在包蓋邊沿及包體上沿放置30mm厚耐火纖維密封條，起到密封保溫作用，進(jìn)一步減少鋼水澆鑄時(shí)的溫降，延長(zhǎng)包蓋使用壽命。

圖2 全鑄鋼包蓋示意圖

2.2.3 中間包長(zhǎng)水口保護(hù)澆注

為提高中間包上水口與浸入式水口間密封性，避免鋼水二次氧化和結(jié)晶器液面波動(dòng)卷渣，將上水口與浸入式水口接觸方式由單一平面接觸改為球面接觸，提高接觸面積，保證上水口與浸入式水口發(fā)生微量偏移時(shí)的接觸密封性;同時(shí)增加一道石棉纖維“密封碗”(中間底部為通孔)密封。塞棒中間包上水口與浸入式水口配合前、后改造示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 塞棒中間包上水口與浸入式水口配合前、后改造示意圖

2.3 二冷氣霧冷卻改造技術(shù)

為改善二冷全水冷卻對(duì)部分裂紋敏感鋼種的影響，提高冷卻均勻性，將全水冷卻改造為氣霧冷卻。該帶鋼坯連鑄機(jī)自結(jié)晶器到拉矯機(jī)之間的二冷配水段共有4個(gè)，自上而下依次分別是結(jié)晶器足輥段、二冷扇形一段、扇形二段、扇形三段。

2.3.1 比水量設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)有配水模型測(cè)算比水量，按照結(jié)晶器足輥段全水冷卻不變，二次氣霧冷卻強(qiáng)度較全水冷卻增加40%，水量減少到60%左右，足輥段和二冷扇形一段、二段、三段水量按照 38.8∶34∶17.5∶9.7計(jì)算，比水量根據(jù)拉速和鋼種、斷面采用不同設(shè)計(jì)。以120×285mm斷面40Mn鋼種為例，足輥段的比水量為0.44～0.93L/kg，二次氣霧冷卻扇形一段、二段、三段總比水量為0.24-0.53L/kg。拉速-比水量曲線和拉速-分段水量曲線，見(jiàn)圖4和5。

圖4 拉速-比水量曲線圖

圖5 拉速-分段水量曲線圖

2.3.2 壓縮空氣量設(shè)計(jì)

壓縮空氣量為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)0.25MPa，正常值0.2MPa。在實(shí)際使用中，考慮管道壓力損失，管道控制閥壓力表設(shè)定在0.3MPa，采用穩(wěn)壓包穩(wěn)壓，在管道布置上，扇形一段寬面和窄面采用同一壓縮空氣管道，而扇形一段、二段、三段分段控制。壓縮空氣量分配表，見(jiàn)表1。

2.3.3 噴嘴設(shè)計(jì)

噴嘴設(shè)計(jì)選型，主要考慮四方面:一是包含優(yōu)鋼和普鋼水量調(diào)整范圍，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間低拉速澆注時(shí)水量較小，根據(jù)帶鋼坯實(shí)際狀況調(diào)整壓縮空氣壓力;二是更換段面時(shí)更換方便，三斷面噴嘴底座通用，檢修僅更換噴頭即可;三是壓縮空氣壓力流量，不同斷面，壓力相同;四考慮現(xiàn)有空間，寬面噴頭間距離為280mm，扇形一段窄面考慮三個(gè)斷面由小到大分別為147mm、110mm、75mm;噴嘴角度按照足輥不動(dòng)，氣霧噴嘴各段噴射角度按照距離鑄坯邊部10mm、20mm、40mm，扇形段窄面距離留出5mm。

通過(guò)噴嘴特性試驗(yàn)對(duì)噴嘴參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，噴嘴型號(hào)設(shè)計(jì)表，見(jiàn)表2。

表1 壓縮空氣量分配表

表2 噴嘴型號(hào)設(shè)計(jì)表

2.3.4 噴淋集管及噴嘴布置

氣霧冷卻噴淋集管采用三段布置，鑒于輥道密集，零段要求冷卻強(qiáng)度大，寬面采用矩形噴嘴，輥道之間采用雙排布置;窄面采用錐形噴嘴，單排布置;一、二段均采用錐形噴嘴，寬面單排布置。考慮空間和安裝方便，在管道布置上，各段供氣及供水分開(kāi)布置，零段供水及供氣管道寬窄面采用同一個(gè)管道。

2.3.5 配水模型設(shè)計(jì)

配水模型的設(shè)計(jì)按照Q=aV+b模式設(shè)計(jì)，

式中Q—某個(gè)回路的總水量，L/min;

V—拉坯速度，m/min;

a、b—某個(gè)回路的配水系數(shù)。該模型為比例調(diào)節(jié)控制模型，即二冷水控制流量隨鑄坯拉速變化呈線性增減，它適應(yīng)于生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定、鋼水溫度條件好即中間包鋼水溫度變化不大的生產(chǎn)條件，亦即在生產(chǎn)中能保持恒速澆鑄。

四個(gè)配水段水量按照38.8∶34∶17.5∶9.7比例分配，每個(gè)斷面分四個(gè)拉速度段，分別為0～0.6m/min，0.6～1.2m/min、1.2～1.6m/min，1.6～2.4m/min(優(yōu)鋼為1.6～2.0m/min)，起始水量根據(jù)各鋼種不同分別確定，主要是要求開(kāi)澆時(shí)鑄坯不能太黑，以致鑄坯坯頭彎曲;最大拉速水量按照正常拉速增加20%～30%測(cè)算。120mm×360mm斷面45#鋼種配水模型，見(jiàn)表3。

表3 120mm×360mm斷面45#鋼種配水模型

2.3.6 調(diào)節(jié)閥選擇

在配水設(shè)計(jì)上，采用普鋼、優(yōu)鋼兩套管路，實(shí)現(xiàn)不同鋼種、不同拉速區(qū)間下鑄坯均勻冷卻，即保留現(xiàn)有二冷水調(diào)節(jié)閥作為一組調(diào)節(jié)閥，供普鋼生產(chǎn)使用，將一組的二段、三段調(diào)節(jié)閥分別調(diào)整到一段、二段，更換一組的三段調(diào)節(jié)閥;每段在原有一組調(diào)節(jié)閥的基礎(chǔ)上增加一臺(tái)并聯(lián)調(diào)節(jié)閥，作為二組調(diào)節(jié)閥，用來(lái)實(shí)現(xiàn)優(yōu)鋼生產(chǎn)的小水量調(diào)節(jié)，使設(shè)備滿足生產(chǎn)工藝要求。二冷氣系統(tǒng)在總管及每流加設(shè)壓力變送器，檢測(cè)總管及每流壓力并在微機(jī)顯示，在總管增加調(diào)節(jié)閥由微機(jī)調(diào)節(jié)總管壓力。

調(diào)節(jié)閥在范圍控制上，要求根據(jù)最小拉速、最大拉速及常用拉速分別計(jì)算量程調(diào)節(jié)范圍。

2.4 二冷水質(zhì)提升改造技術(shù)

為避免大顆粒懸浮物以及水管內(nèi)部結(jié)垢進(jìn)入二冷水管道，堵塞噴嘴，影響鑄坯冷卻，進(jìn)行二冷水質(zhì)提升改造。

2.4.1 二冷水工藝改造布置

一級(jí)過(guò)濾→二級(jí)過(guò)濾→加壓泵→三級(jí)過(guò)濾→每流→每段→每個(gè)噴嘴

2.4.2 二冷水過(guò)濾器布置改造

1)一級(jí)過(guò)濾器為現(xiàn)有的兩臺(tái)過(guò)濾器，呈東西方向擺放，東側(cè)進(jìn)水、西側(cè)出水，出口分兩路，分別用于鑄坯噴淋冷卻和設(shè)備冷卻。

2)二級(jí)過(guò)濾器和加壓泵布置在配水室二層平臺(tái)，加壓泵位置不變，過(guò)濾器呈東西方向擺放，西側(cè)進(jìn)水、東側(cè)出水，出口分兩路，一路繞南接加壓泵進(jìn)口，一路繞北安裝控制閥門(mén)與加壓泵出口相連后供配水室。過(guò)濾器為HDWB-12型過(guò)濾器，過(guò)濾精度為100μm，流量為600m3/h。

3)三級(jí)過(guò)濾器布置在二冷室北配水室每個(gè)流DN100供水管道上，每流安裝兩件T形過(guò)濾器，過(guò)濾器進(jìn)出口安裝閘閥控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

中間包塞棒控制、全保護(hù)澆注工藝、二冷氣霧冷卻以及二冷水質(zhì)提升等設(shè)備改造技術(shù)，方案正確合理，技術(shù)先進(jìn)成熟，性能穩(wěn)定可靠，通過(guò)實(shí)施，帶鋼坯連鑄機(jī)工藝裝備水平和質(zhì)量控制能力顯著提高，鑄坯質(zhì)量明顯提升，實(shí)現(xiàn)了預(yù)定目標(biāo)。

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